李斯 姚建平 楊偉利 謝蛟 李吉亮

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.北京鐵科特種工程技術(shù)有限公司，北京 100081）

自2008年中國第一條高速鐵路（京津城際鐵路）開通運營以來，中國高速鐵路發(fā)展迅速，截至2018年底，中國高速鐵路運營里程超過2.9萬km。隨著高速鐵路線路和城際鐵路的增加，一些新建線路需接入到既有高速鐵路線路中，而最常用的接入方式是對接入車站路基進(jìn)行幫寬處理。若采用傳統(tǒng)的路基填筑施工，需要大型機械攤鋪、精平、碾壓路基填料，勢必會影響到既有高速鐵路線路的正常運營。常規(guī)路基填料填筑新增的路基豎向、側(cè)向荷載大，易使既有線路產(chǎn)生差異沉降和偏移［1］，影響高速鐵路安全運營。

泡沫輕質(zhì)土具有輕質(zhì)高強、密度重度可調(diào)、固化后直立、無須振搗碾壓的特性［2］，可解決傳統(tǒng)路基填筑的沉降和碾壓問題，適用于高速鐵路車站路基幫寬工程。高速鐵路車站路基幫寬工程對工后沉降要求嚴(yán)格，同時施工周邊環(huán)境復(fù)雜，往往伴隨著工期緊張、作業(yè)交叉、外界環(huán)境因素嚴(yán)峻等問題，很大程度上增大了泡沫輕質(zhì)土的施工難度。而泡沫輕質(zhì)土路基的服役性能和使用壽命完全取決于施工質(zhì)量控制。

許多專家和學(xué)者對泡沫輕質(zhì)土的材料性能和工程應(yīng)用進(jìn)行了研究。程冠之［3］研究了水膠比、濕密度、減水劑等不同制備參數(shù)對泡沫輕質(zhì)土工作性能和力學(xué)性能的影響。趙文輝等［4］，王武斌等［5］研究了玻璃纖維和聚丙烯纖維對泡沫輕質(zhì)土力學(xué)性能的改良作用。王立軍［6］研究了泡沫輕質(zhì)土浸水后的性能變化。陽衛(wèi)平［7］研究了泡沫輕質(zhì)土在不同環(huán)境下的耐久性能。鄧飛［8］研究了泡沫輕質(zhì)土在軟基處理工程的應(yīng)用。他們對泡沫輕質(zhì)土的材料性能和改良方法研究得比較深入，但通過具體的工程技術(shù)措施確保泡沫輕質(zhì)土澆筑品質(zhì)的研究相對薄弱。鑒于此，本文結(jié)合我國一高速鐵路車站路基幫寬工程，從沉降變形控制、水化熱控制、中遠(yuǎn)距離澆筑、施工檢測等方面進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的質(zhì)量控制措施。

1 沉降變形控制

高速鐵路對路基工后沉降和差異沉降、線路偏移提出了毫米級的要求。對于路基幫寬工程不僅要保證幫寬路基符合規(guī)范和設(shè)計要求，更要保證既有高速鐵路路基不出現(xiàn)沉降和偏移。針對路基幫寬工程的沉降變形難題，從路基結(jié)構(gòu)設(shè)計和濕密度設(shè)計進(jìn)行了控制。

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

鐵路路基是軌道的基礎(chǔ)，其主要作用是滿足軌道的鋪設(shè)、承受軌道和列車的荷載、提供列車運營的必要條件。泡沫輕質(zhì)土填筑的鐵路路基必須滿足在路基荷載作用及其他各種環(huán)境因素的作用下保持其在設(shè)計使用壽命內(nèi)的正常使用。泡沫輕質(zhì)土路基幫寬工程中，對既有高速鐵路邊坡進(jìn)行臺階開挖，臺階上鋪設(shè)復(fù)合土工膜；泡沫輕質(zhì)土路基內(nèi)埋設(shè)熱塑浸鋼管；泡沫輕質(zhì)土頂面鋪設(shè)高分子瀝青防水卷材；形成了“下排上堵、四周防護(hù)”的泡沫輕質(zhì)土路基整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖1所示。避免由于水的作用導(dǎo)致泡沫輕質(zhì)土整體結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而引起泡沫輕質(zhì)土路基自身的沉降變形。

圖1 泡沫輕質(zhì)土路基整體結(jié)構(gòu)示意

1.2 濕密度設(shè)計

泡沫輕質(zhì)土路基同時承受動、靜荷載作用，靜荷載主要指路基上部軌道結(jié)構(gòu)和附屬構(gòu)筑物作用于路基的荷載，動荷載為列車通過軌道結(jié)構(gòu)傳遞并作用于路基的循環(huán)荷載。隨著運行速度的提高，列車動荷載也隨之增大，對路基特別是路基上部的動力性能提出更高的要求。本工程處于季節(jié)性凍土區(qū)。在泡沫輕質(zhì)土路基服役性能的基礎(chǔ)上，為保證泡沫輕質(zhì)土的抗凍性能，在凍融環(huán)境下分層進(jìn)行濕密度設(shè)計?；驳讓由喜坎捎脻衩芏葹?50～850 kg/m3的泡沫輕質(zhì)土，下部采用濕密度為650～750 kg/m3的泡沫輕質(zhì)土。

2 水化熱控制

泡沫輕質(zhì)土路基進(jìn)行施工時，由于水泥比表面積過大、上下層施工間隔時間過短、澆筑養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng)，會導(dǎo)致泡沫輕質(zhì)土水化熱溫度應(yīng)力集中，從而出現(xiàn)“熱通道”現(xiàn)象（圖2），嚴(yán)重時出現(xiàn)“爆裂”現(xiàn)象（圖3）?！盁嵬ǖ馈爆F(xiàn)象可看到水蒸氣從泡沫輕質(zhì)土中冒出，硬化完成后形成透水通道，同時破壞泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)的整體性?！氨选爆F(xiàn)象則為到達(dá)某一時刻突然出現(xiàn)應(yīng)力結(jié)構(gòu)裂縫，同時可聽到炸裂的聲音。

圖2 泡沫輕質(zhì)土“熱通道”現(xiàn)象

圖3 泡沫輕質(zhì)土“爆裂”現(xiàn)象

2.1 水泥比表面積

TB/T 3275—2011《鐵路混凝土》中要求水泥的比表面積為300～350 m2/kg。當(dāng)水泥比表面積超出規(guī)范要求時，水泥前期水化反應(yīng)較為劇烈，產(chǎn)生大量水化熱，冷熱空氣劇烈交換形成“熱通道”病害情況，破壞泡沫輕質(zhì)土泡孔骨架結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重降低泡沫輕質(zhì)土抗壓強度。因此，進(jìn)場前須嚴(yán)格控制水泥比表面積，使其符合規(guī)范和設(shè)計要求。

2.2 施工時間間隔

泡沫輕質(zhì)土硬化后，雖然強度上可滿足設(shè)計要求，但此時泡沫輕質(zhì)土仍處于水化熱大量釋放階段，不宜進(jìn)行下一層泡沫輕質(zhì)土澆筑施工。當(dāng)外界環(huán)境溫度較高時，泡沫輕質(zhì)土與外界環(huán)境溫度梯度差較小，不利于熱量釋放，應(yīng)加強灑水養(yǎng)護(hù)，并延長養(yǎng)護(hù)時間。

2.3 澆筑養(yǎng)護(hù)措施

泡沫輕質(zhì)土“熱通道”現(xiàn)象發(fā)生于相鄰泡沫輕質(zhì)土層澆筑時間間隔較短或者澆筑時自然溫度較高，而泡沫輕質(zhì)土“爆裂”現(xiàn)象發(fā)生于澆筑區(qū)澆筑時間過長。單區(qū)泡沫輕質(zhì)土澆筑時間應(yīng)小于1 h，與泡沫輕質(zhì)土在澆筑19 h時達(dá)到溫峰，因此相鄰泡沫輕質(zhì)土層澆筑時間間隔應(yīng)大于20 h；泡沫輕質(zhì)土初凝需要5 h左右，灑水養(yǎng)護(hù)應(yīng)在泡沫輕質(zhì)土初凝后開始，養(yǎng)護(hù)時間不低于15 h。

3 遠(yuǎn)距離澆筑

泡沫輕質(zhì)土具有可泵送、無須振搗碾壓的優(yōu)良特性，但其最大泵送距離只有300～400 m，一旦超出最遠(yuǎn)泵送范圍，泡沫輕質(zhì)土將出現(xiàn)嚴(yán)重的消泡現(xiàn)象，大幅度降低泡沫輕質(zhì)土性能。本工程案例中，由于不能影響既有高速鐵路正常運營，水泥罐無法靠近既有高速鐵路正線，水泥罐位置距離澆筑區(qū)400～1 000 m，無法采用泡沫輕質(zhì)土一次泵送的施工方式。因此，須在水泥漿下面設(shè)立水泥漿攪拌設(shè)備，將水泥漿泵送至澆筑區(qū)旁邊的泡沫輕質(zhì)土設(shè)備的攪拌池中，進(jìn)行泡沫輕質(zhì)土制備與澆筑，如圖4所示。

圖4 泡沫輕質(zhì)土路基幫寬工程平面布置示意

通過水泥漿制備與泡沫輕質(zhì)土制備分離的方式可解決中遠(yuǎn)距離泡沫輕質(zhì)土泵送消泡嚴(yán)重的問題，但同時還應(yīng)注意由于泵送距離的增長，泵送管極易出現(xiàn)堵管和爆管現(xiàn)象，現(xiàn)場須加強清理和防護(hù)。水泥罐位置超出澆筑區(qū)2 km后，水泥漿泵送也變得非常困難，因此需要將制備好的水泥漿通過設(shè)備運送至澆筑區(qū)附近的泡沫輕質(zhì)土制備處。

4 施工檢測

泡沫輕質(zhì)土的質(zhì)量控制與檢測可分為施工前、施工過程中和硬化后3個階段。施工前檢測主要包括原材料和輔助工程材料的檢驗。施工過程中質(zhì)量檢驗包括泡沫密度、濕密度等。硬化后質(zhì)量檢驗內(nèi)容主要包含材料性能檢測（干密度和28 d抗壓強度）和主體形狀檢測。

4.1 施工前原材料進(jìn)場檢驗

膠凝材料和發(fā)泡劑進(jìn)場時應(yīng)對其品種、出場日期等進(jìn)行檢查，其中膠凝材料應(yīng)對其強度進(jìn)行復(fù)檢，質(zhì)量應(yīng)符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求，發(fā)泡劑的性能檢測指標(biāo)見表1。對于金屬網(wǎng)、土工布等輔助工程材料可不進(jìn)行復(fù)檢，但須材料廠家出具檢測報告。發(fā)泡劑3 000 L檢驗1次，當(dāng)少于3 000 L時，該項目僅需檢驗1次。袋裝水泥200 t檢測1次，散裝水泥500 t檢測1次。

表1 發(fā)泡劑主要性能指標(biāo)

4.2 施工中計量與檢測

施工過程中對泡沫輕質(zhì)土的控制主要分為材料的計量控制和澆筑質(zhì)量的檢測2部分。原材料及其計量允許偏差見表2，澆筑質(zhì)量檢測項目、標(biāo)準(zhǔn)值、計量允許偏差和檢測頻率見表3。

中雨及其以上強度的降雨時段，嚴(yán)禁暴露施工現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土。高溫（氣溫大于38℃）和低溫（氣溫小于5℃）時段不宜進(jìn)行現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土施工。施工前應(yīng)對基底進(jìn)行檢查，確?；谉o積水，無垃圾雜物。對基底高程進(jìn)行檢查，符合設(shè)計和規(guī)范要求后方能施工。當(dāng)基底設(shè)計有墊層時，墊層施工應(yīng)滿足要求。泡沫輕質(zhì)土制備前，水泥漿或水泥砂漿等的靜置時間不宜超過2 h。實際澆筑時，澆注方向應(yīng)平行于擋墻構(gòu)筑物。

表2 原材料的計量控制

表3 澆筑質(zhì)量檢測

4.3 硬化后質(zhì)量驗收

硬化后質(zhì)量檢測內(nèi)容主要包含材料性能（干密度和28 d抗壓強度）和主體形狀。具體檢測項目、規(guī)定值、檢測方法和頻次見表4。

表4 硬化后泡沫輕質(zhì)土質(zhì)量檢測項目

5 結(jié)語

1）針對高速鐵路路基幫寬工程沉降變形控制難，又要保證既有線正常運營的問題，提出了澆筑泡沫輕質(zhì)土的解決方案。

2）提出了“下排上堵、四周防護(hù)”的泡沫輕質(zhì)土路基整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，分層設(shè)計濕密度，給出了凍融和非凍融環(huán)境下基床底層上部和下部的濕密度控制指標(biāo)。

3）從降低水化熱影響考慮，建議單區(qū)泡沫輕質(zhì)土澆筑時間應(yīng)小于1 h，相鄰泡沫輕質(zhì)土層澆筑時間間隔應(yīng)大于20 h，灑水養(yǎng)護(hù)應(yīng)在泡沫輕質(zhì)土初凝后開始，養(yǎng)護(hù)時間不低于15 h。

4）當(dāng)水泥罐無法設(shè)置在澆筑區(qū)附近時，可采用水泥漿中轉(zhuǎn)泵送的方式制備泡沫輕質(zhì)土。當(dāng)距離超過2 km時，建議采用水泥漿運送的方式制備泡沫輕質(zhì)土。

5）提出了泡沫輕質(zhì)土施工前原材料檢驗指標(biāo)，施工中計量與檢測指標(biāo)和硬化后的驗收指標(biāo)。