王云麗

（中交二航局第三工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

高速公路的路堤填料是剛度較小的土體，橋臺(tái)材料則是剛度較大的混凝土，兩者抗變形能力不同，在車輛荷載反復(fù)作用下，路堤填料變形小于橋臺(tái)材料變形，兩者之間形成沉降差，導(dǎo)致高速公路橋頭跳車問(wèn)題。對(duì)此，采用復(fù)合地基、堆載預(yù)壓、強(qiáng)夯等傳統(tǒng)處理措施的施工工期較長(zhǎng)，無(wú)法從根本上解決不均勻沉降問(wèn)題[1]。因此，需深入研究高速公路橋臺(tái)路基泡沫輕質(zhì)土施工質(zhì)量控制技術(shù)。

1 泡沫輕質(zhì)土的材料組成和物理力學(xué)性能

1.1 材料組成

泡沫輕質(zhì)土是指在原料土中按設(shè)計(jì)比例加入固化劑、發(fā)泡劑、水等材料，均勻拌和而成的微孔混凝土。原料土為細(xì)砂、黏性土、砂質(zhì)土等，最大粒徑宜不大于5mm。當(dāng)原材料不符合要求時(shí)，應(yīng)在拌和前進(jìn)行篩分處理。固化劑有主固化劑（水泥）和輔助固化劑（石膏粉、硅粉等）兩類。泡沫輕質(zhì)土拌和宜使用飲用水，不可使用污染水源[2]。

1.2 物理力學(xué)性能

大量工程實(shí)踐表明，泡沫輕質(zhì)土的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在重度、流動(dòng)性、抗壓強(qiáng)度三個(gè)方面，具體闡述如下。

1.2.1 重度

泡沫輕質(zhì)土的重度在5～12kN/m3，其值在粉煤灰和泡沫塑料塊輕質(zhì)土（EPS）之間，但EPS 價(jià)格昂貴，抗浮性能差，一般不用作路基填料。影響泡沫輕質(zhì)土重度的因素如下：一是單層澆筑高度。泡沫輕質(zhì)土澆筑時(shí)的重力會(huì)壓縮土體內(nèi)氣泡，使下部重度大于上部。單層澆筑高度越大，上、下部重度差異越大，故單層澆筑高度不宜大于1.0m。二是水固比。本文測(cè)定了不同水固比下泡沫輕質(zhì)土的重度，試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同水固比下泡沫輕質(zhì)土重度

圖1 表明：當(dāng)水固比小于1∶1.6 時(shí)，泡沫輕質(zhì)土的重度增加速率較快；反之，泡沫輕質(zhì)土重度增加速率變緩。主要原因在于：水固比越大，水泥固化劑的含量越高。同時(shí)，水泥的重度大于水的重度。

1.2.2 流動(dòng)性

新拌和的泡沫輕質(zhì)土流動(dòng)性強(qiáng)，但隨拌和時(shí)間的增加，泡沫輕質(zhì)土?xí)a(chǎn)生硬化現(xiàn)象。為了保證泡沫輕質(zhì)土的施工質(zhì)量，其流值宜取160～200mm，最大泵送距離和泵送高度不宜超過(guò)500m 和30m。如果泡沫輕質(zhì)土在泵送過(guò)程中有中繼泵，可適當(dāng)增大泵送距離。

1.2.3 抗壓強(qiáng)度

泡沫輕質(zhì)土的抗壓強(qiáng)度高于普通路堤填料，但遠(yuǎn)小于混凝土。相關(guān)研究成果顯示，泡沫輕質(zhì)土的抗壓強(qiáng)度受以下因素影響較大[3]：第一，固化劑。固化劑摻量越高，泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度越大。第二，氣泡含量。氣泡含量較低時(shí)，泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度高；氣泡含量過(guò)高時(shí)，會(huì)在土體內(nèi)產(chǎn)生大量裂縫，使土體強(qiáng)度衰減。第三，養(yǎng)護(hù)齡期。泡沫輕質(zhì)土的強(qiáng)度和養(yǎng)護(hù)齡期呈正相關(guān)趨勢(shì)；但養(yǎng)護(hù)28d 后，其強(qiáng)度基本不再增加。

2 泡沫輕質(zhì)土在高速公路橋臺(tái)路基中的應(yīng)用

2.1 工程概況

2.1.1 路線走向

工程案例為鹽城至洛陽(yáng)國(guó)家高速公路江蘇省宿城至泗洪段SS-1 施工標(biāo)段。該標(biāo)段工程起點(diǎn)位于與淮徐高速公路交叉的倉(cāng)集樞紐（樁號(hào)為K0+000），向西南跨越規(guī)劃S268，設(shè)置屠園互通，向南穿越洪澤湖（宿城區(qū)）重要濕地，跨越古山河后與SS-2 施工標(biāo)段起點(diǎn)相接（樁號(hào)為K8+100），路線長(zhǎng)為8.1km。

2.1.2 地質(zhì)條件

SS-1 施工標(biāo)段路線位于洪澤湖西北側(cè)，傍依成子湖，穿越洪澤湖滯洪區(qū)，沿線多為農(nóng)田，局部地段穿過(guò)村莊、河流及已建道路。路線所在區(qū)域?qū)儆谛旎袋S泛沖積平原，區(qū)內(nèi)崗?fù)蓍g布，地勢(shì)略有起伏。

2.2 泡沫輕質(zhì)土處理方案

2.2.1 處理思路

泡沫輕質(zhì)土的重量輕、抗壓強(qiáng)度大、直立性強(qiáng)，能有效減小路堤填料的附加荷載、減小路基變形，且無(wú)須機(jī)械碾壓，對(duì)橋臺(tái)產(chǎn)生的水平壓力小，可取消橋頭搭板，將U 形橋臺(tái)或肋板式橋臺(tái)優(yōu)化成樁柱式，以降低橋梁建設(shè)成本。

2.2.2 處理方案

SS-1 施工標(biāo)段的S268 主線上跨橋大樁號(hào)橋頭側(cè)（24#橋臺(tái)）、苗鄭引河大橋（0#、6#橋臺(tái)）、屠園互通C匝道橋兩側(cè)橋臺(tái)、洪澤湖濕地特大橋兩側(cè)橋臺(tái)全部采用泡沫輕質(zhì)土處理，具體處理方案如表1 所示。

表1 橋臺(tái)處理方案

3 橋臺(tái)路基泡沫輕質(zhì)土施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備工作

3.1.1 配合比設(shè)計(jì)

泡沫輕質(zhì)土中水泥為P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，經(jīng)檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為28%，密度為3.09g/cm3，三氧化硫含量為0.78%，氧化鎂含量為1.86%，燒失量為3.82%，初凝時(shí)間為193min，終凝時(shí)間為255min，28d 抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為8.5MPa、50.5MPa，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。發(fā)泡劑型號(hào)為FP-188型，經(jīng)檢測(cè)，發(fā)泡劑1h 沉降距為2mm，1h 泌水率為23mL，氣泡群用量為50kg/m3，密度為1.023g/mL，pH 值為7.62，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。泡沫輕質(zhì)土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為0.6MPa，經(jīng)試驗(yàn)選擇配合比設(shè)計(jì)為：水泥∶水∶氣泡群=353kg∶205kg∶680.8L，經(jīng)檢測(cè)，流動(dòng)度為173mm，濕容重為5.7kN/m3，7d、28d 平均強(qiáng)度分別為0.62MPa、0.84MPa。

3.1.2 測(cè)量放樣

施工前，測(cè)量部門應(yīng)按照施工圖紙對(duì)里程樁號(hào)、距離路基位置等開(kāi)展復(fù)核作業(yè)。復(fù)核無(wú)誤后，使用全站儀放樣坐標(biāo)控制點(diǎn)，實(shí)測(cè)原地面標(biāo)高，并填寫放樣記錄表。施工人員進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)及時(shí)找到埋設(shè)板位置，同時(shí)，應(yīng)在一側(cè)掛設(shè)標(biāo)識(shí)牌，防止機(jī)械或人工破壞埋設(shè)板。

3.1.3 模板安裝

在施工期間，模板按“分層分塊”的原則進(jìn)行安裝。為了防止外力使模板傾倒，可采取以下措施：第一，模板兩側(cè)打入直徑為20mm 的鋼筋進(jìn)行固定；第二，次梁方木按間距400mm 橫向布置，斜向采用方木支撐在次梁方木下緣（與地面夾角呈30～45°），斜向方木端頭處打入鋼筋支擋；第三，相鄰模板的拼縫位置可使用止?jié){條填塞。

3.1.4 泡沫輕質(zhì)土配合比檢驗(yàn)

泡沫輕質(zhì)土的生產(chǎn)工藝如圖2 所示。

圖2 泡沫輕質(zhì)土生產(chǎn)工藝

在橋臺(tái)路基填筑之前，試驗(yàn)室應(yīng)先檢驗(yàn)泡沫輕質(zhì)土的施工配合比，檢測(cè)方法依據(jù)《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 177—2012），制備10cm×10cm×10cm 的立方體2 組（每組6 塊）分別測(cè)定泡沫輕質(zhì)土在第7d、28d 的強(qiáng)度，強(qiáng)度值滿足設(shè)計(jì)要求后才能開(kāi)展?jié)仓鳂I(yè)[4]。

3.2 泡沫輕質(zhì)土澆筑施工控制

3.2.1 澆筑區(qū)和澆筑層劃分

施工單位應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況繪制泡沫輕質(zhì)土澆筑區(qū)劃分、施工順序平面圖。泡沫輕質(zhì)土單層澆筑厚度控制在0.5m 左右，單個(gè)澆筑區(qū)的面積應(yīng)根據(jù)設(shè)備產(chǎn)能劃分，且最大澆筑面積不大于400m2。

3.2.2 澆筑參數(shù)

澆筑時(shí)間：橋臺(tái)路基的每一澆筑層應(yīng)在水泥漿初凝時(shí)間內(nèi)澆筑完成，且澆筑時(shí)間不大于3h。上下相鄰澆筑層的澆筑間隔時(shí)間應(yīng)以下層澆筑層硬化為標(biāo)準(zhǔn)，不宜小于8h。

澆筑順序：泡沫輕質(zhì)土在澆筑時(shí)應(yīng)沿澆筑區(qū)長(zhǎng)軸方向從一端向另一端澆筑。需注意，泡沫輕質(zhì)土在澆筑期間，不宜左右移動(dòng)澆筑管。確實(shí)需要移動(dòng)時(shí)，應(yīng)沿澆筑管的前后方向移動(dòng)。

3.2.3 檢測(cè)指標(biāo)

泡沫輕質(zhì)土在澆筑期間，要檢測(cè)每一澆筑層的質(zhì)量，檢測(cè)指標(biāo)可取濕密度、流動(dòng)性、泡沫密度等，具體檢測(cè)方法如表2 所示[5]。

表2 泡沫輕質(zhì)土檢測(cè)指標(biāo)

3.2.4 加強(qiáng)施工管理

橋臺(tái)路基泡沫輕質(zhì)土填筑時(shí)不僅要采取經(jīng)濟(jì)、合理的技術(shù)方案，還應(yīng)加強(qiáng)施工管理，具體措施如下。第一，加強(qiáng)培訓(xùn)。項(xiàng)目經(jīng)理部應(yīng)定期組織職業(yè)培訓(xùn)，增強(qiáng)工程師和工人的技術(shù)水平和責(zé)任意識(shí)。第二，建立施工方案審查制度。技術(shù)人員編制好泡沫輕質(zhì)土澆筑方案后，應(yīng)提交部門負(fù)責(zé)人復(fù)核，并提交總工程師審核。第三，建立嚴(yán)格的考核制度。項(xiàng)目經(jīng)理部應(yīng)建立嚴(yán)格的獎(jiǎng)罰制度，以便約束施工人員的行為。

3.3 泡沫輕質(zhì)土澆筑質(zhì)量評(píng)價(jià)

為了驗(yàn)證泡沫輕質(zhì)土在橋臺(tái)路基中的應(yīng)用效果，利用理正巖土軟件計(jì)算泡沫輕質(zhì)土澆筑高度為2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m 時(shí)，橋臺(tái)路基的工后沉降，具體如圖3 所示。

圖3 不同泡沫輕質(zhì)土澆筑高度下橋臺(tái)路基工后沉降

橋臺(tái)路基的工后沉降隨泡沫輕質(zhì)土澆筑高度的增大而增加，且兩者之間基本呈線性正相關(guān)關(guān)系。泡沫輕質(zhì)土澆筑高度為2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m 時(shí)，橋臺(tái)路基工后沉降分別是0.9cm、1.3cm、1.8cm、2.3cm、2.7cm、3.2cm，均滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求。由此可知，泡沫輕質(zhì)土澆筑高度每增加0.5m，橋臺(tái)路基工后沉降平均增加0.46cm。

4 結(jié)論

本文分析了泡沫輕質(zhì)土的材料組成、物理力學(xué)性能及其在鹽洛高速SS-1 施工標(biāo)段中的具體應(yīng)用，得到以下研究成果：一是泡沫輕質(zhì)土由原料土、固化劑、發(fā)泡劑、水等材料組成，具有重度小、流動(dòng)性好、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度高等特點(diǎn)。二是橋臺(tái)路基泡沫輕質(zhì)土在澆筑之前要開(kāi)展測(cè)量放樣、模板安裝、配合比檢驗(yàn)等作業(yè)。三是泡沫輕質(zhì)土澆筑過(guò)程中應(yīng)合理劃分澆筑區(qū)和澆筑層，沿澆筑區(qū)長(zhǎng)軸方向從一端向另一端澆筑，且澆筑管不宜左右移動(dòng)。四是建議以濕密度、流動(dòng)性、泡沫密度等為評(píng)價(jià)指標(biāo)，檢測(cè)泡沫輕質(zhì)土路基的施工質(zhì)量。