◎ 鄭楚龍 中交第四航務(wù)工程局有限公司

1.前言

泡沫輕質(zhì)土是一種以水泥為原料的輕質(zhì)土，是將泡沫與水泥膠凝材料、水、外加劑等按一定比例混合攪拌而成的輕質(zhì)材料。上世紀(jì)初國外就開始致力于泡沫輕質(zhì)土的技術(shù)開發(fā)，特別是日本在1979年將其成功用于巖土工程的回填，期間已有數(shù)十年的應(yīng)用研究歷史。在建筑工程和巖土工程回填方面，中國從上世紀(jì)90年代開始引入泡沫輕質(zhì)土現(xiàn)澆技術(shù)，成為第三大應(yīng)用領(lǐng)域。由于它具有流動性高、自重低、抗壓強(qiáng)度高、凝結(jié)自立性好、整體性好等優(yōu)點(diǎn)，可有效治理不均勻沉降等質(zhì)量通病，廣泛應(yīng)用于橋臺臺背填筑施工、高速公路路基及軟土基礎(chǔ)處理施工等領(lǐng)域。國內(nèi)目前在碼頭工程中，泡沫輕質(zhì)土作為回填料的應(yīng)用還比較少，特別是板樁碼頭，常見的碎石土、砂土等材料在后方回填時(shí)，其荷重對碼頭前壁產(chǎn)生較大的土壓力，使碼頭受力和位移明顯增加，此時(shí)利用泡沫輕質(zhì)土自重低，抗壓強(qiáng)度高，凝結(jié)自立性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在碼頭后方回填，可使土壓力大大降低，從而大大提高碼頭的安全性。泡沫輕質(zhì)土做為首次應(yīng)用于南沙港板樁碼頭后方回填的新材料、新工藝，在具體的工藝實(shí)施階段，控制好施工質(zhì)量，整理出相應(yīng)技術(shù)以便于將其應(yīng)用于同類型的工程中。

2.工程概況

工程建設(shè)2個(gè)10萬噸級通用泊位和1個(gè)4萬噸級件雜貨泊位，均按年通過能力751萬噸、泊位長度800米的靠泊10萬噸級船舶設(shè)計(jì)建設(shè)水工結(jié)構(gòu)；向東順岸建設(shè)5個(gè)5000噸級通用駁船泊位，其中泊位西端58米岸線水工結(jié)構(gòu)按靠泊10萬噸級船舶設(shè)計(jì)建設(shè)，其余按靠泊1萬噸級船舶設(shè)計(jì)建設(shè)，泊位長度493.7米。泊位岸線總長1293.7m。碼頭前沿22m范圍內(nèi)均布載荷按30kPa考慮，22～72m范圍內(nèi)整體穩(wěn)定計(jì)算按60kPa考慮。碼頭后方回填泡沫輕質(zhì)土寬度約40m，長度約1100m，填筑標(biāo)高為1.5m～4.8m，部分為1.5m～3.0m，填筑厚度為3.3m（1.5m），總工程量約11.6萬m3。碼頭泡沫輕質(zhì)土回填典型斷面圖見圖1。

圖1 碼頭泡沫輕質(zhì)土回填典型斷面圖

3.性能與制作

泡沫輕質(zhì)土，其主要特點(diǎn)就是質(zhì)輕，密度一般為0.3～1.5噸/立方米，與傳統(tǒng)回填料相比，自重約相當(dāng)于砂的60%、碎石土的50%，可明顯減小土壓力對碼頭結(jié)構(gòu)的作用及后方的工后沉降；另一特點(diǎn)是抗壓性好，泡沫輕質(zhì)土與碼頭其它填料相比強(qiáng)度更高，可在1.2MPa左右制作，壓縮性低，可緩解軌道梁結(jié)構(gòu)與前沿碼頭回填料的剛?cè)嵬蛔?，減小兩側(cè)不均勻沉降[1]；其它特點(diǎn)還包括良好的整體性，可現(xiàn)場澆筑施工，快速施工，良好的耐水性與耐久性，可降低綜合成本等。

制作密度均勻穩(wěn)定的泡沫輕質(zhì)土取決多方面因素，如選擇的發(fā)泡劑、泡沫制備和添加方法、材料截面和配合比設(shè)計(jì)、制作后的泡沫輕質(zhì)土在新鮮和硬化狀態(tài)下的性能等。在原材料檢驗(yàn)合格的基礎(chǔ)上進(jìn)行配合比試配試驗(yàn)，泡沫輕質(zhì)土料漿沉降率不超過5%，試配后的泡沫輕質(zhì)土達(dá)到濕密度、抗壓強(qiáng)度等要求，試配的濕密度和強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求：

式中：qu為試配泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度；qc為設(shè)計(jì)泡沫輕質(zhì)土抗壓強(qiáng)度。

試配試驗(yàn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行濕密度、流值和消泡試驗(yàn)，同時(shí)制取試件養(yǎng)護(hù)及進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中調(diào)整發(fā)泡劑的稀釋倍率或種類，調(diào)整配合比組成材料的種類和用量，調(diào)整膠凝材料的用量或標(biāo)號等，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.施工工藝

泡沫輕質(zhì)土的施工工藝流程圖如圖2所示。

圖2 泡沫輕質(zhì)土施工工藝流程圖

現(xiàn)場澆筑泡沫輕質(zhì)土施工工藝概括為“三點(diǎn)制作、兩步輸送、流動澆注”。“三點(diǎn)制作”即泡沫制作、水泥漿制作和泡沫輕質(zhì)土制作；“兩步輸送”指水泥漿自攪拌站管道輸送至泡沫輕質(zhì)土制備站，以及泡沫輕質(zhì)土輸送至澆注現(xiàn)場；“流動澆注”通過其自流特性來實(shí)現(xiàn)，從而保證澆注區(qū)所有空間均能澆注到位，不存在死角或狹小空間無法澆注飽滿的問題。

5.關(guān)鍵技術(shù)控制

5.1 原材料

原材料的選擇應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范性能指標(biāo)要求，水泥應(yīng)采用42.5級硅酸鹽水泥，并檢驗(yàn)其水泥比表面積，應(yīng)在300～350平方米/千克范圍內(nèi)，過低水化反應(yīng)活性低，過高造成用水量增加，影響輕質(zhì)土的結(jié)構(gòu)性能；泡沫劑、粉煤灰等材料按設(shè)計(jì)要求選用，不得采用除水泥、粉煤灰以外的其它原材料。

5.2 施工準(zhǔn)備

泡沫輕質(zhì)土澆筑工作面一般比較大，澆筑區(qū)域需提前劃分，單個(gè)澆筑區(qū)面積不大于400m2，長度不超過15m，厚度不超過0.8m，并根據(jù)現(xiàn)場條件合理布置攪拌站，分區(qū)澆筑區(qū)域[2]。

5.3 試驗(yàn)段試驗(yàn)

大面積泡沫輕質(zhì)土施工前，應(yīng)先根據(jù)試配配合比選取水泥、泡沫劑、水、集料等按比例拌制進(jìn)行試驗(yàn)段施工，根據(jù)設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度、工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)等要求確定相應(yīng)施工配合比，確保選用的配合比參數(shù)：濕密度、料漿沉降率及抗壓強(qiáng)度等滿足設(shè)計(jì)施工要求。試驗(yàn)段試驗(yàn)還可確定泡沫輕質(zhì)土的澆筑性能、最佳澆筑長度、澆筑時(shí)間間隔和單層澆筑厚度等施工參數(shù)。

5.4 拌制及澆筑

按照施工配合比進(jìn)行水泥漿與泡沫制作并進(jìn)行拌制，發(fā)泡裝置應(yīng)能穩(wěn)定發(fā)泡倍率，生成標(biāo)準(zhǔn)密度的泡沫，嚴(yán)禁攪拌發(fā)泡生成泡沫。拌制采用自動化程度高、材料自動化計(jì)量、各環(huán)節(jié)全自動控制設(shè)備，拌制過程時(shí)間應(yīng)確保各組分混合均勻，停滯時(shí)間不超過2小時(shí)，保證制備的泡沫輕質(zhì)土密度和流量均勻與穩(wěn)定。

澆筑按分區(qū)施工，采用直接泵送方式，泵送最遠(yuǎn)距離為350m。單層澆筑面積按400m2、厚度按0.8m控制，完成單個(gè)澆筑區(qū)澆筑層的施工時(shí)間控制在水泥漿初凝時(shí)間內(nèi)，一般為2小時(shí)，當(dāng)該層終凝后才能進(jìn)行下一層的澆筑，一般間隔10小時(shí)。澆筑前對基底檢查，確?；谉o雜物、無積水。澆注管出料口不宜懸空，宜埋入泡沫輕質(zhì)土內(nèi)澆筑，需移管時(shí)應(yīng)沿澆注管前后移動，不得左右移動。雨季施工應(yīng)做好臨時(shí)防排措施，避免坡面沖刷，特別要重點(diǎn)防止大量水土流向低處輕質(zhì)土澆筑面上，對輕質(zhì)土造成污染，應(yīng)采取覆蓋薄膜、設(shè)置臨時(shí)排水溝等相關(guān)措施。禁止在雨天進(jìn)行泡沫輕質(zhì)土澆筑，以保證泡沫輕質(zhì)土的施工質(zhì)量。

5.5 設(shè)置分隔支模

由于大面積泡沫輕質(zhì)土需分區(qū)澆筑施工，為保證澆筑質(zhì)量，設(shè)置分隔支模澆筑。根據(jù)分區(qū)尺寸設(shè)置連續(xù)分隔木模，設(shè)定奇偶區(qū)，先澆筑奇數(shù)區(qū)，待奇數(shù)區(qū)終凝后達(dá)到一定的強(qiáng)度拆除支模，再進(jìn)行偶數(shù)區(qū)澆筑，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆筑，節(jié)約工期。

5.6 養(yǎng)護(hù)

澆筑到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，采用塑料薄膜覆蓋方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使泡沫輕質(zhì)土與空氣分離，水分不被蒸發(fā)，靠輕質(zhì)土中的水分使水泥完成水化反應(yīng)，達(dá)到凝結(jié)硬化的目的。養(yǎng)護(hù)期間禁止施工機(jī)械在上面作業(yè)，待達(dá)到一定強(qiáng)度之后方可進(jìn)行下一步頂面施工。

6.質(zhì)量檢驗(yàn)效果

6.1 澆筑前檢查

澆筑施工前應(yīng)檢查基底是否有積水和雜物并清除，檢查基底高程與邊界寬度、長度是否超出允許偏差。

6.2 中間檢驗(yàn)

各澆筑區(qū)澆筑層要進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量檢驗(yàn)，嚴(yán)格檢查濕密度6次，一旦發(fā)現(xiàn)濕密度達(dá)不到要求，立即停工查找原因，如半小時(shí)內(nèi)不能解決問題，當(dāng)次澆筑層停止?jié)沧ⅲ礉沧⒉糠至舸乱淮螡沧?，并做好施工記錄。每一澆筑層澆注完畢后的次日，現(xiàn)場檢查澆筑層表面，以表面總體平整、沒有明顯缺陷、無明顯開裂為合格標(biāo)準(zhǔn)[3]。一旦發(fā)現(xiàn)當(dāng)次澆筑層出現(xiàn)超過2cm的沉陷或開口大于3mm的裂縫時(shí)，應(yīng)清除沉陷或開裂周邊1m范圍內(nèi)的輕質(zhì)土，在澆注下一層澆筑層時(shí)補(bǔ)充澆注?，F(xiàn)場質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)見表1～表2。

表1 澆筑的質(zhì)量檢驗(yàn)

表2 填筑體的主控項(xiàng)目檢查

6.3 施工完成后質(zhì)量檢驗(yàn)

泡沫輕質(zhì)土完成澆筑達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，參照鉆芯法對泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行鉆芯檢測重度和抗壓強(qiáng)度。對碼頭后方約1100m泡沫輕質(zhì)土進(jìn)行了100點(diǎn)鉆芯法檢測，取出的芯樣情況基本為堅(jiān)硬，澆筑均勻，呈柱狀，局部呈塊狀（機(jī)械破碎），部分芯樣如圖3所示。

圖3 部分泡沫輕質(zhì)土芯樣圖

芯樣厚度滿足設(shè)計(jì)要求，均勻性良好；芯樣抗壓強(qiáng)度代表值在1.22MPa～4.33MPa之間，滿足設(shè)計(jì)要求；芯樣表干容重平均值在7.7kN/m3～10.5 kN/m3之間，滿足規(guī)范規(guī)定的每組表干容重平均值不大于濕容重標(biāo)準(zhǔn)值，每塊最大值不大于濕容重允許偏差上限值。

7.結(jié)論

泡沫輕質(zhì)土由于其自身特性，在板樁碼頭工程施工質(zhì)量要控制好，需保證配合比設(shè)計(jì)，試驗(yàn)段施工確定參數(shù)，采取支模分隔分區(qū)澆筑施工等各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)質(zhì)量，并通過施工過程質(zhì)量檢驗(yàn)反饋施工情況。試驗(yàn)檢驗(yàn)效果反映本工程施工質(zhì)量良好，泡沫輕質(zhì)土成功應(yīng)用于板樁碼頭后方回填施工，形成了港口工程泡沫輕質(zhì)土施工技術(shù)，該工藝確保了施工的質(zhì)量，又大大提高了施工效率，為類似工程提供借鑒。