林成龍 黃繼偉 柯 銳 黃承金

中建三局第三建設工程有限責任公司 上海 200331

泡沫混凝土具有輕質性、高流動性、低滲透性、固化后的自立性、耐久性等物理力學特性，是良好的輕質建筑材料，已在公路改建、拓寬、橋臺等施工中應用，但應用體量較小。浙江省臺州灣大橋及接線工程地處東南沿海，水系發(fā)達，軟土地基普遍，為了減少路基不均勻沉降，滿足高速公路建成運營期行車舒適安全的要求，根據沉降監(jiān)測數據進行分析，全線路基進行了超大體量的泡沫混凝土換填處理[1-6]。本文結合項目實際，總結軟基地區(qū)新建高速公路超大體量泡沫混凝土路基換填的施工工藝、過程質量控制要點，為相關工程項目提供參考。

1 工程概況

浙江省臺州灣大橋及接線工程全長102.38 km，泡沫混凝土換填總量565 000 m3，為全國同類工程換填量最大的項目之一。

其中第一合同段TS01標段全長4.2 km，為雙向六車道高速公路，設計行車速度100 km/h，路基寬度33.5 m，涉及泡沫混凝土換填路基長度1 325 m，換填深度1～3 m，換填工程量41 576 m3。

2 超大體量泡沫混凝土施工特點

與小體量泡沫混凝土應用相比，超大體量的泡沫混凝土應用在材料要求、機械選擇、施工工藝等方面具有以下特點。

2.1 材料要求

公路工程超大體量泡沫混凝土對輕質、流動性、強度、耐久性等技術特性要求較高，同時需要考慮工藝簡單及經濟性，因此原材料與小體量泡沫混凝土相比，需要滿足以下要求。

2.1.1 水泥

水泥宜采用硅酸鹽水泥，強度等級應為42.5級以上，除應符合產品標準外，還應滿足泡沫混凝土的抗壓強度、流動度及氣泡穩(wěn)定性的要求。

2.1.2 發(fā)泡劑

發(fā)泡劑宜采用合成類高分子表面活性劑，其外觀應均勻透明，原料對環(huán)境無不良影響。其產生的泡沫大小應均勻細密，直徑小于1.0 mm。同時發(fā)泡劑稀釋倍數≥60，發(fā)泡倍數≥ 20，產生的氣泡泌水率低且互不連通。

2.1.3 混合料

路面底面以下0.3～1.1 m，混合料的干容重不大于6.5 kN/m3，宜控制在5.5～6.5 kN/m3，泡沫混凝土28 d抗壓強度≥ 1.0 MPa，流動度為180 mm±20 mm。

路面底面以下超過1.1 m，混合料的干容重不大于5.5 kN/m3，宜控制在4.5～5.5 kN/m3，泡沫混凝土28 d抗壓強度≥ 0.7 MPa，流動度為180 mm±20 mm。

當換填深度為1.0 m時，混合料的干容重應不大于6.5 kN/m3，宜控制在5.5～6.5 kN/m3，泡沫混凝土28 d抗壓強度≥1.0 MPa，流動度為180 mm±20 mm。

2.2 機械設備

機械設備的選擇對于施工質量的保證起著重要作用。傳統(tǒng)房建工程的小體量泡沫混凝土施工，往往采用單獨的發(fā)泡攪拌機、泡沫混凝土輸送泵、輸送管組合在一起使用。而高速公路的超大體量泡沫混凝土，一方面因里程長需要更遠的輸送距離；另一方面因體量大需要較快的生產及施工速度。此外對施工質量及操作性具有更高的要求，因此需要采用智能型輕質泡沫混凝土生產及施工一體設備。該設備生產及施工速度可達90～120 m3/h，輸送距離可達500～1 000 m，滿足了施工速度及輸送距離的要求，同時智能型的特點很好地保證了施工質量且易于操作。

工程選擇全自動輕質土生產設備（HPCC-1000）、智能型輕質泡沫混凝土設備（HH-100）及全自動輕質土泡沫工作站（MNT-QZDGZZ-100）配合使用，很好地保證了施工質量。

2.3 施工工藝

小體量泡沫混凝土一般采用小型機械配合人工澆筑，且分層厚度較薄，一般僅為10 cm一層，同時，施工質量也易于保證。

超大體量泡沫混凝土如仍采用小型機械配合人工施工方法，則工期過長無法滿足要求，同時分層厚度達0.3～0.8 m，局部為1.0 m，無法保證質量要求。因此，超大體量泡沫混凝土施工需要采用全自動智能化一體設備。

3 超大體量泡沫混凝土換填施工工藝

3.1 施工工藝流程

測量放樣→基坑開挖→基底壓實及檢驗→鋪設防滲土工織物→安裝模板→泡沫混凝土生產→泡沫混凝土分層澆筑→養(yǎng)護→施工級配碎石隔離層

3.2 基坑開挖及檢測

測量放出開挖邊線后，采用挖機開挖基坑，開挖至換填基底標高以上5 cm位置，同時保證基底寬度不小于設計值，邊開挖邊做好基坑排水設施，禁止車輛在路基邊緣附近行駛，注意保護好原有路基不受擾動。

自重18 t壓路機振動碾壓，根據基底換填深度最低處所在的路基壓實區(qū)域對應保證其壓實度。

基底壓實檢測合格后按照設計要求鋪設防滲土工織物，沿著中央分隔帶向兩邊填筑體下部延伸至底部2 m位置，此處防滲土工織物采用整體無搭接鋪設（圖1）。

圖1 主線及設置中分帶的匝道換填典型斷面

3.3 模板安裝

模板采用竹膠板，厚度1.2 cm，用鋼筋結合木方進行支撐加固。在基底施打鋼筋固定，采用木方橫向和豎向加固，斜向支撐。橫向在模板中部設置1道木方，縱向每60 cm設置1道木方，對應斜向同時采用木方支撐。模板安裝后要有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，能承受施工過程中泡沫混凝土產生的側壓力，在混凝土澆筑過程中不變形。

安裝后模板表面應光滑平順、尺寸準確、接縫嚴密無錯臺。泡沫混凝土換填之前，對平面位置、頂部高程、模板接縫、支撐加固、模板線形等進行全面檢查，沉降縫的設置位置根據路基換填體長度控制在10～15 m一道。

3.4 泡沫混凝土生產

根據試驗確定的配合比進行備料，使用高度集成化設備現(xiàn)場生產泡沫混凝土，設備工作原理是使用物理方法將發(fā)泡劑制備成泡沫，再將泡沫按比例混入已攪拌均勻的水泥漿中，形成氣泡均勻、滿足要求的混合料，生產工藝流程如圖2所示。

圖2 泡沫混凝土生產工藝流程

對設備的要求如下：

1）具有自動進料、電子計量、自動控制、綜合信息顯示功能，控制系統(tǒng)具有自動統(tǒng)計和匯總功能。

2）各單元控制系統(tǒng)實現(xiàn)相互聯(lián)動和自動化控制，泡沫混凝土密度實時控制，允許誤差在0.02 kN/m3之內。

3）綜合信息顯示屏應動態(tài)顯示各個單元的計量信息（水泥、發(fā)泡劑等）和控制參數（泡沫密度、水泥凈漿濕密度和泡沫混凝土濕密度等）。

4）發(fā)泡裝置具有發(fā)泡劑自動控制和稀釋功能。

5）具有自動報警和停機保護功能。

3.5 泡沫混凝土澆筑

泡沫混凝土澆筑施工采用現(xiàn)場配管泵送方式進行。泵送前，檢查管接頭，確保接頭密封牢固不滲漏，泵送過程中，澆筑管的壓力應滿足揚程及輸送距離的要求。

澆筑時，澆筑泵管應與澆筑面板保持緩傾角度，禁止采用從上而下的噴射方式澆筑，管口應埋入泡沫混凝土內10 cm，以降低泡沫混凝土的消泡量（圖3）。

圖3 單倉澆筑示意

現(xiàn)場澆筑要求如下：

1）澆筑點由中心向四邊擴展或采用多點澆筑。澆筑點不應直接沖擊面板及伸縮縫模板部位，避免造成面板底板及接縫處的滲漏。

2）泡沫混凝土采用分層澆筑，單層澆筑厚度除狹小面積可按≤1 m控制外，其他按0.3～0.8 m分層控制，上澆筑層待下澆筑層終凝后進行。

3）泡沫混凝土的單塊澆筑面積應根據設備能力、澆筑厚度確定，確保澆筑工作在泡沫混凝土初凝以前完成。

4）澆筑過程中減少對泡沫混凝土的擾動，不應在里面隨意走動或移動澆筑管，若停滯時間超過30 min，應及時清洗管道。

其他注意要點：

1）按設計要求在施工過程中安裝鋼絲網。設2層鋼絲網，分別設置在距泡沫混凝土底面0.50 m和頂面0.35 m的位置，鋼筋網片采用直徑3.2 mm的鋼筋，網格大小為5 cm×5 cm。鋼絲網應鋪設平整，不同網片間采用鍍鋅鋼絲綁扎連接，縱向搭接寬度20 cm，橫向搭接寬度30 cm。

2）澆筑時泡沫混凝土路堤沿縱向每10 m設置橫向縫（可根據實際換填長度適當調整），頂層泡沫混凝土做成小臺階以適應路面橫坡值，沉降縫盡量設在施工縫處，縫寬為2 cm。在斷面突變處加設變形縫，縫間用厚10～20 mm木板填充。

3.6 泡沫混凝土養(yǎng)護

為防止泡沫混凝土產生收縮裂縫，澆筑完成后對其進行養(yǎng)護，配合噴淋保濕。

1）泡沫混凝土施工完畢后及時覆蓋土工織物灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間大于7 d方可施工路面。

2）養(yǎng)護期內避免人員在其上面行走及禁止堆積物品，以免破壞其中的氣泡結構，影響質量。

3.7 級配碎石隔離層施工

級配碎石隔離層采用輪胎式壓路機進行靜壓，禁止振動碾壓，平均厚度30 cm，應分2層碾壓密實，上層13 cm，下層根據現(xiàn)場實際分臺階情況進行動態(tài)調整，壓實度要求≥96%，2層均需采用倒退式的方式進行攤鋪。碎石中針片狀顆粒的總含量應不超過20%，碎石中不應含有黏土塊、植物等，加州承載比≥8%，頂面彎沉值≤2.329 mm，壓碎值＜ 30%。

4 泡沫混凝土施工質量控制要點

4.1 原材料控制

泡沫混凝土所用原材料不應對環(huán)境造成有害影響。原材料技術指標及檢驗應符合相關規(guī)范的要求。不同品種（規(guī)格）、等級、廠家（產地）、出廠日期的原材料不得混存、混用。

4.1.1 水泥

水泥性能應符合GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規(guī)定以及泡沫混凝土對原材料的要求。

4.1.2 發(fā)泡劑

發(fā)泡劑常溫條件下無異物析出或沉淀，無異味或刺激性氣味，對環(huán)境無不良影響。發(fā)泡劑保質期應大于12個月，在保質期內使用。發(fā)泡劑的取樣頻率宜按3 000 L為一批次，不足3 000 L的按一批次計。每批次不少于1組，每組應進行3次試驗。

發(fā)泡劑應滿足如下要求：稀釋倍率≥60，發(fā)泡倍率≥ 20；產生的氣泡應均勻、細微；產生的氣泡泌水率低，穩(wěn)定性好，且互不連通。

4.1.3 水

施工用水應符合JGJ 63—2006《混凝土用水標準》的規(guī)定。

4.2 施工工藝控制

1）基坑開挖時按照設計放坡要求進行，不可大于設計值，防止頂層邊角處泡沫混凝土太薄導致脆裂，開挖完成后使用重型壓路機振動碾壓，基底壓實度必須達到設計要求方可開始下一步施工。

2）中央分隔帶兩側防滲土工織物需在泡沫混凝土澆筑前在底部鋪設2 m，并貼于中央分隔帶留置土壁上。泡沫混凝土施工完成后，于頂面鋪設一層防滲土工織物并與中央分隔帶防滲土工織物搭接，土工織物鋪設時應貼于泡沫混凝土頂面，尤其在臺階處，應將土工織物順臺階形狀鋪設，不得與臺階形成三角區(qū)空洞。土工織物間搭接長度不應小于30 cm。

3）當填筑體長度（包括橫向澆筑寬度、縱向澆筑長度）超過15 m時，應按5～15 m間距設置變形縫，在斷面突變處應加設變形縫，變形縫材料采用厚20 mm木板。

4）在澆筑完填筑體的頂層時，應及時覆蓋塑料薄膜或土工織物，養(yǎng)護時間不小于7 d，具體需根據泡沫混凝土的強度進行適當調整，以進行級配碎石施工時不對泡沫混凝土造成損傷（如開裂、破碎等）為準。

4.3 機械設備選擇

為保證超大體量泡沫混凝土施工工期及質量要求，應選用全自動智能化一體設備。

5 結語

臺州灣大橋及接線工程項目通車近1年以來，泡沫混凝土在軟基地區(qū)新建高速公路工程中的超大體量應用主要取得以下效果：

1）泡沫混凝土的換填處理節(jié)省了路基沉降穩(wěn)定的時間，縮短了整體工期。

2）智能化一體設備易于操作，同時節(jié)省了對工人的需求，產能可達90～120 m3/h，大大提高了施工速度。

3）泡沫混凝土換填有效解決了軟土地區(qū)路基不均勻沉降問題。

4）較好地避免了“橋頭跳車”現(xiàn)象出現(xiàn)。

泡沫混凝土作為一種新型的輕型綠色路基填筑材料，在保持強度的條件下，大大減輕了路基自重，有利于軟土地區(qū)高速公路路基的穩(wěn)定。在臺州灣大橋及接線工程的應用實踐表明，該施工技術不僅能很好地解決路基不均勻沉降問題，避免過早出現(xiàn)“橋頭跳車”，還能提高路堤穩(wěn)定性、行車舒適性和安全性，減少后期運營成本。該施工技術為同類地區(qū)高速公路的建設提供了一種新的技術手段。