顏小英

摘 要：在沿海工程施工中常常會(huì)遇到軟土地基，它一方面會(huì)影響整體施工效率和質(zhì)量，另一方面會(huì)對(duì)整體的施工進(jìn)度造成不利影響。在傳統(tǒng)工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，常常會(huì)采用樁基法、換土法、灌漿法、排水固結(jié)等方式來(lái)加固地基，以保證施工正常進(jìn)行。泡沫輕質(zhì)土具有單位質(zhì)量輕、流動(dòng)性大、固結(jié)硬化后整體穩(wěn)定性好及施工操作簡(jiǎn)便等特性，被廣泛應(yīng)用于橋梁臺(tái)背回填、道路擴(kuò)建、公路軟土地基填筑等工程領(lǐng)域。本研究詳細(xì)分析了泡沫輕質(zhì)土的特性和泡沫輕質(zhì)土的配合比試驗(yàn)，并探討了其在道路工程中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：泡沫輕質(zhì)土;軟土地基;道路工程;配合比

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）34-0-04

Application of Foam Light Soil in Road Engineering

YAN Xiaoying

（Fuzhou Jiantong Engineering Test and Inspection Co.， Ltd.， Fuzhou Fujian 350000）

Abstract： Soft soil foundation is often encountered in coastal engineering construction. On the one hand， it will affect the overall construction efficiency and quality， on the other hand， it will have an adverse impact on the overall construction progress. In the construction process of traditional engineering projects， pile foundation method， soil replacement method， grouting method， drainage consolidation and other methods are often used to strengthen the foundation to ensure the normal construction. The lightweight foamed soil has the characteristics of light weight， large fluidity， stable integrity after consolidation and hardening， and simple construction operation. It is widely used in engineering fields such as bridge abutment backfill， road expansion， road soft soil foundation filling and so on. In this study， the characteristics of foamed lightweight soil and the mix proportion test of foamed lightweight soil are analyzed in detail， and its application in road engineering is discussed.

Keywords： foamed lightweight soil;soft soil foundation;road works;mix proportion

泡沫輕質(zhì)土最早由國(guó)外學(xué)者研究，由于其本身特性，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于軟土地基加厚工程。泡沫輕質(zhì)土是一種新型的環(huán)保材料，在實(shí)際使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生廢料、廢氣等物質(zhì)，與當(dāng)前我國(guó)環(huán)境保護(hù)政策相符，同時(shí)在施工中應(yīng)用泡沫輕質(zhì)土還能在很大程度上保證施工質(zhì)量及施工進(jìn)度。近年來(lái)，我國(guó)在泡沫輕質(zhì)土方面的研究不斷深入，并逐漸趨于成熟，相關(guān)部門已逐步將泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用列入《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3610—2019）[1]中，為泡沫輕質(zhì)土在項(xiàng)目工程中的應(yīng)用提供了新的方向。泡沫輕質(zhì)土在建筑工程中的應(yīng)用成本較低，在很大程度上節(jié)約了工程造價(jià)，提高了建筑工程企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。近年來(lái)，我國(guó)也積極地學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，其中包括在軟土地基、臺(tái)背回填中泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用。

1 泡沫輕質(zhì)土的特性

泡沫輕質(zhì)土是將泡沫劑與水稀釋成均勻的水溶液發(fā)泡劑，用機(jī)械方法制備成泡沫，再將泡沫與水泥凈漿液（根據(jù)強(qiáng)度、工作性及節(jié)約成本等需要，可添加適量的外加劑、摻合料或細(xì)集料）經(jīng)機(jī)械混合攪拌、澆筑成型、養(yǎng)護(hù)固結(jié)而形成的輕質(zhì)微孔混凝土。

1.1 容重輕、強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性能好

泡沫輕質(zhì)土內(nèi)部含有大量分布均勻的氣泡，質(zhì)量小，干密度一般為400～1 500 kg/m3。與常規(guī)路基填料相比，其具有輕質(zhì)性、強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性好及抗震性好等優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于路基工程能有效降低地基應(yīng)力，進(jìn)而減少施工后路基沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 容重和強(qiáng)度具有可調(diào)節(jié)性

泡沫輕質(zhì)土的容重和強(qiáng)度都具有明顯的可調(diào)節(jié)性。在現(xiàn)階段我國(guó)建筑工程項(xiàng)目施工過(guò)程中，施工人員常常會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)泡沫輕質(zhì)土中的泡沫與水泥漿材料比例進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。泡沫輕質(zhì)土所用原材料品種少、原材料均勻性較好、配合比調(diào)整簡(jiǎn)單，施工人員可以根據(jù)施工的具體情況靈活調(diào)整其容重和強(qiáng)度，以滿足具體工程的設(shè)計(jì)要求。

1.3 良好的施工性

泡沫輕質(zhì)土具有十分優(yōu)良的施工性能。例如，在實(shí)際建筑工程施工過(guò)程中，施工人員需要對(duì)施工環(huán)境和地質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，并結(jié)合具體情況對(duì)泡沫輕質(zhì)土的容重和強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整。由于泡沫輕質(zhì)土的施工性能比較優(yōu)良，因此可以直接采用機(jī)械進(jìn)行攪拌制作，然后采用軟管將其泵送至施工位置。整個(gè)施工過(guò)程便捷、工作效率較高，有效節(jié)省了施工管理成本，保證了施工周期，使企業(yè)獲得了更高的經(jīng)濟(jì)收益。

1.4 良好的環(huán)保特性

泡沫輕質(zhì)土是一種全新的環(huán)保材料，從制造、處理到使用的整個(gè)過(guò)程均不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的廢物。當(dāng)前，在大部分建筑工程建設(shè)過(guò)程中，尤其是土建施工環(huán)節(jié)所使用的材料多會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不同程度的污染，而泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用有效規(guī)避了這一問(wèn)題。例如，將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于房屋隔熱層、地下管線、礦山采空區(qū)回填工程中，不僅不會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成污染，而且能實(shí)現(xiàn)材料的回收利用，有效提高資源利用率。

2 泡沫輕質(zhì)土的配合比試驗(yàn)

2.1 泡沫輕質(zhì)土材料的配制

在配制泡沫輕質(zhì)土?xí)r，所用原材料均應(yīng)滿足現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)指標(biāo)要求。①在選擇發(fā)泡劑時(shí)，應(yīng)遵循保護(hù)生態(tài)環(huán)境的原則，選擇一些界面活性類發(fā)泡劑，發(fā)泡倍率宜大于20，氣泡群密度宜為（50±2） kg/m3，1 h標(biāo)準(zhǔn)氣泡柱的沉降距宜小于10 mm，1 h標(biāo)準(zhǔn)氣泡柱的破裂泡沫所分泌出的水量即泌水量宜小于80 mL。②宜采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的通用硅酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥。通用硅酸鹽水泥的性能指標(biāo)應(yīng)符合《通用硅酸鹽水泥》

（GB 175—2020）[2]的相關(guān)規(guī)定，硫鋁酸鹽水泥的性能指標(biāo)應(yīng)符合《硫鋁酸鹽水泥》（GB 20472—2006）[3]的相關(guān)規(guī)定。③所選擇的拌和用水的性能指標(biāo)應(yīng)符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 63—2006）[4]的相關(guān)規(guī)定，可采用飲用水、河流水、湖庫(kù)水、冰川水、沼澤水及再生水等清潔水，不得使用受污染的水或pH過(guò)高的水質(zhì)，以及容易引起消泡或?qū)е屡菽p質(zhì)土漿液下沉的水。④摻合材料也應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。筆者主要探討的是發(fā)泡劑與水泥凈漿的摻配問(wèn)題。

2.2 泡沫輕質(zhì)土材料的性能

所配制的泡沫輕質(zhì)土材料要具備輕質(zhì)、低強(qiáng)等性能，與普通混凝土相比，要具備一定的優(yōu)越性。泡沫輕質(zhì)土與普通混凝性能比較如表1所示。

2.3 泡沫輕質(zhì)土配制流程

發(fā)泡劑、水泥、水及摻合料等原材料經(jīng)檢驗(yàn)合格后，將發(fā)泡劑按一定比例加水稀釋后，采用微型水泥發(fā)泡機(jī)進(jìn)行發(fā)泡，并定期檢測(cè)泡沫質(zhì)量。泡沫質(zhì)量符合要求后，持續(xù)生產(chǎn)細(xì)密、均勻、穩(wěn)定的泡沫，加入已拌和好的水泥漿液中進(jìn)行拌和后，測(cè)量濕容重和流動(dòng)度，調(diào)整泡沫用量制備濕容重滿足設(shè)計(jì)要求的一系列泡沫土（不少于3組），泡沫的制作與檢測(cè)見(jiàn)圖1至圖3。

制備試件進(jìn)行干密度、抗壓強(qiáng)度、吸水率試驗(yàn)，每組試件數(shù)量為3塊。抗壓強(qiáng)度采用100 mm×100 mm×100 mm立方體試件，成型后24 h脫模，并按標(biāo)準(zhǔn)保濕養(yǎng)護(hù)7 d、28 d后分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)方法采用《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）[5]中的方法。壓力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)滿足精度1級(jí)要求，試驗(yàn)破壞荷載應(yīng)在試驗(yàn)機(jī)量程20%～80%范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度的換算系數(shù)為1.0。制作泡沫用量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線，在曲線上選擇符合設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)配合比。

2.4 泡沫輕質(zhì)土配合比數(shù)據(jù)

泡沫輕質(zhì)土濕容重與7 d、28 d抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線如圖4和圖5所示，泡沫輕質(zhì)土配合比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2?？梢钥闯?，泡沫輕質(zhì)土的抗壓強(qiáng)度隨濕容重增加而增大，且當(dāng)濕容重較小時(shí)，其強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較為緩慢，當(dāng)濕容重較大時(shí)，其強(qiáng)度增長(zhǎng)速度加快。泡沫輕質(zhì)土的強(qiáng)度等級(jí)與濕容重成正比線性關(guān)系，通過(guò)指數(shù)關(guān)系擬合濕容重與7 d抗壓強(qiáng)度關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)R2為0.926 3;通過(guò)指數(shù)關(guān)系擬合濕容重與28 d抗壓強(qiáng)度關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)R2為0.914 2。

圖6是泡沫輕質(zhì)土濕容重與泡沫輕質(zhì)土水泥用量關(guān)系曲線，圖7是泡沫輕質(zhì)土濕容重與水灰比關(guān)系曲線。可以看出，濕容重隨水泥用量增大而增大，隨水灰比增大而增大。泡沫輕質(zhì)土的濕容重與水泥用量、水灰比大體上成正比線性關(guān)系。綜上所述：水泥用量增加或漿體水灰比增加，濕容重也隨之增大，抗壓強(qiáng)度隨之增強(qiáng);反之，水泥用量減少或水灰比降低，濕容重隨之減小，抗壓強(qiáng)度隨之降低。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)施工配合比調(diào)制

泡沫輕質(zhì)土施工現(xiàn)場(chǎng)不宜采用小型水泥發(fā)泡機(jī)，應(yīng)采用變頻水泥發(fā)泡機(jī)，采用具有發(fā)泡、水泥凈漿生產(chǎn)、泡漿混合及泵送一體化功能的專用自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。在施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)對(duì)泡沫輕質(zhì)土氣泡群濕容重的檢測(cè)來(lái)調(diào)節(jié)氣泡和泡沫輕質(zhì)土的質(zhì)量，確保泡沫輕質(zhì)土的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。施工現(xiàn)場(chǎng)各種原材料計(jì)量允許偏差見(jiàn)表3。

3 泡沫輕質(zhì)土在道路工程中的應(yīng)用

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)交通行業(yè)提出了更高的要求。為了更好地滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，道路拓寬項(xiàng)目不斷增加。道路拓寬工程指的是在原有道路路面的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行增寬，總體難度較大。例如，施工場(chǎng)地有限，施工的同時(shí)要保證道路通暢，還要對(duì)原有道路的路基情況進(jìn)行勘查。如果原有道路路基出現(xiàn)松軟，還要對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。如果不能處理好軟土地基，不僅會(huì)對(duì)整體的道路質(zhì)量造成不利影響，而且會(huì)形成道路通車隱患。為了解決道路拓寬中存在的安全隱患，當(dāng)前許多施工方都利用泡沫輕質(zhì)土來(lái)解決道路拓寬中的新舊路基銜接問(wèn)題，從而保障道路拓寬工程有序進(jìn)行。地基土壤含水率較大、壓縮性大、硬度低、通透性差，傳統(tǒng)地基處理回填要壓實(shí)沉降到規(guī)定值后再開(kāi)始下一層施工，速度比較慢，很難一次性回填到位。鑒于泡沫輕質(zhì)土性能優(yōu)良，將其應(yīng)用在軟土地基處理工程中。此種材料對(duì)地基要求不高，排水固結(jié)性能良好，施工完成后還能有效預(yù)防路基沉降病害，可靠性較高[6]。

某路提升改建工程采用泡沫輕質(zhì)土換填處理地基，設(shè)計(jì)容重等級(jí)W6，有550 kg/m≤濕容重≤650 kg/m，流動(dòng)值為160～200 mm，28 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1.2 MPa，泡沫輕質(zhì)土工程數(shù)量約24.6萬(wàn)m，工程造價(jià)11 808萬(wàn)元。如采用CFG樁處理軟基工程造價(jià)

15 110萬(wàn)元，用泡沫輕質(zhì)混凝土可節(jié)省約22%。路基頂面設(shè)計(jì)彎沉值為200（0.01 mm），泡沫輕質(zhì)土換填處理后實(shí)測(cè)路基頂面彎沉代表值為100～150（0.01 mm）。施工效果良好，道路通車以來(lái)未發(fā)現(xiàn)路基整體下沉和路面開(kāi)裂的情況，且臺(tái)背回填泡沫輕質(zhì)土的橋頭未發(fā)現(xiàn)下沉和橋頭跳車現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

泡沫輕質(zhì)土是生態(tài)環(huán)保型材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究對(duì)泡沫輕質(zhì)土的特性、配合比設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行分析，并探討其具體應(yīng)用。結(jié)果表明：將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于道路擴(kuò)寬工程，能有效解決施工場(chǎng)地受限、新舊路基不均勻沉降等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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[3]國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).硫鋁酸鹽水泥：GB 20472—2006[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

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