泡沫轻质土在道路工程中的应用

□文/王永成

泡沫轻质土在道路工程中的应用

□文/王永成

文章主要介绍了新型填筑材料泡沫轻质土的原理及其优势并结合其在津滨高速公路改扩建工程中的具体应用，研究了泡沫轻质土路堤设计和施工工艺。

泡沫轻质土；建筑材料；土路堤

泡沫轻质土作为一种新型保温材料，于2003年自日本引进并在高速公路工程中逐步推广应用。所谓泡沫轻质土，是通过物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，用机械方式充分发泡，按照一定比例与必须组分（水泥基胶凝材料、水、细粒砂或砂性土等）均匀混合并经物理、化学作用硬化形成的一种新型轻质材料。该材料与水泥稳定土类似，水泥是其形成强度的主要固化剂，亦可掺入石灰、粉煤灰及早强剂等外掺料。

1 泡沫轻质土的优势

泡沫轻质土是一种利废、环保、节能、低廉且具有不燃性的新型建筑节能材料。泡沫轻质土通常是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇筑成型、养护而成的一种多孔材料。由于其含有大量封闭的孔隙，具有整体性、环保性、重量轻、强度高、低弹减震、抗震性好、施工方便等诸多优点，可以用于建筑物屋面找坡、保温；泡沫混凝土砌块在框架结构中用作隔热填充墙体或与薄钢板制成复合墙板；补偿地基、道路、桥梁、隧道、大型构筑物的填充层；公路护坡、路基、河岸、港口的挡土墙；制成轻质假山、盆景、仿木材料等园林制品。

泡沫轻质土在道路改扩建工程中的应用优势主要体现在以下几个方面。

1）轻质性。泡沫轻质土属于气泡状绝热材料，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，配制泡沫轻质土时可通过增加泡沫量来实现轻质化。可以说，轻质性是泡沫轻质土最基本的特性，其重度一般较细颗粒土低20%以上，因而非常适用于在软弱地层上填筑土工结构。几种主要土建材料的重度比较见表1。

表1 几种主要土建材料的重度 kN/m3

2）重度和强度可调节性。通过控制泡沫轻质土各组成成分的比例（即调整配合比），可在一定范围内自由调节泡沫轻质土的重度和强度，以满足工程需要。泡沫轻质土的重度一般可在5～12kN/m3调节；无侧限抗压强度可控制在0.3～13MPa。

3）良好的施工性。泡沫轻质土在强度形成前具有较高的流动性，可通过管道泵送到指定地点，对施工空间要求较低。当作为路基填筑的替代材料时，浇筑施工后不需要机械碾压，施工便捷高效。良好施工性还体现在泡沫轻质土基本可连续浇筑施工，无须在施工过程中进行特别的养生处理。

4）良好的环保特性。泡沫轻质土可大量采用粉煤灰等工业废渣做原材料，促进资源的循环利用。泡沫轻质土属无机材料，施作路基时不会对周围环境、水体造成污染；同时，由于其特有的轻质性，可减少路基建设用土，节省土地资源，避免过度挖掘对环境造成的破坏，对保护自然生态环境意义重大。

5）其他特性。泡沫轻质土和水泥混凝土相似，具有耐热、耐油污、耐水损害等耐久性。

2 泡沫轻质土路堤设计

根据设计规划，津滨高速公路改扩建工程某处将与机场铁路下穿工程相交。为不影响机场铁路下穿津滨高速公路盾构施工，交叉位置不允许采用预应力管桩或其他混凝土桩进行软基处理。为确保津滨高速公路的安全运营，降低盾构隧道施工对津滨高速公路路基、桥梁结构的影响，决定在此位置将原设计在碎石褥垫层上施作的5%戗灰路基填土改为现浇泡沫轻质土，浇筑泡沫轻质土至路床顶面。

2.1 泡沫轻质土填筑高度设计

泡沫轻质土在高速公路结构中所处的位置见图1。

根据荷载要求，重叠区路堤高度须满足式（1）

式中：H1、H2、H3——分别为路面结构层、泡沫轻质土及常规填土厚度，m；R1、R2、R3——分别为路面结构层、泡沫轻质土及常规填土的平均重度，kN/m3。

根据高速公路设计，自原地面到路面顶面总高度为4.2m。路面结构层平均重度R1=23kN/m3，泡沫轻质土的重度R2=8kN/m3，常规填土的平均重度R3=18N/m3。

根据式（1）计算泡沫轻质土填筑高度H2≥1.91m。为确保路基路面整体荷载，最终确定减载路段统一按2 m高度填筑泡沫轻质土。

2.2 主要技术指标

泡沫混合轻质土是利用其轻质性来减少软基附加应力的轻型填土技术，它的开发为公路等基础建设的软基处理提供一种新的技术手段，为确保泡沫轻质土的质量，其主要技术指标应满足表2的要求。

表2 泡沫混合轻质土主要技术指标

3 工程实施

3.1 配合比强度试验

1）采用10cm×10cm×10cm试块。抗压强度试验方法同普通混凝土强度试验方法，但要求压力机采用小量程砂浆压力机且强度结果不做尺寸折减。

2）试验以6块试块为一组，共做2组分别测定7d和28d龄期抗压强度。7d龄期抗压强度≥0.3MPa时，该配合比可作为施工配合比采用。

3.2 泡沫轻质土施工

1）施工设备。应采用压缩空气与发泡剂水溶液混合的方式生成泡沫，严禁搅拌发泡生成泡沫。泡沫轻质土制作设备应具有原材料自动计量功能，在拌和制作泡沫轻质土时，应能调节水泥（砂）浆或泡沫流量。材料计量精度应满足规范要求。设备单台泵送能力≮50m3/h。

2）工艺流程。泡沫轻质土由水泥浆和气泡组成，在出料系统中混合最终形成泡沫轻质土，见图2。

3）施工要点

（1）防渗土工膜施工前，应在碎石垫层表面先浇筑一层30cm左右厚的泡沫轻质土。

（2）泡沫轻质土应分层浇筑，单层浇筑厚度应控制在 0.5～1.0m。

（3）单个浇筑区浇筑层的施工时间应控制在水泥(砂)浆初凝时间内；上层浇筑层仅当相邻的下层浇筑层终凝后方能浇筑施工。

（4）应尽可能沿浇筑区长轴方向自一端向另一端浇筑；如采用一条以上浇筑管浇筑时，则可并排地从一端开始浇筑或采用对角的浇筑方式。

（5）浇筑过程中，当需要移动浇筑管时，应沿浇筑管放置的方向前后移动，而不宜左右移动；如确需左右移动，则应将浇筑管尽可能提出当前已浇筑轻质土表面后再移动。

（6）扫平表面时，应尽量使浇筑口保持水平并使浇筑口离当前浇筑轻质土表面尽可能低。

（7）尽量减少在已浇完尚未固化的轻质土里来回走动。

（8）当遇大暴雨或持续时间较长的小雨天气，未固化的泡沫轻质土表面应采取遮雨措施，防止雨水消泡。

（9）应在泡沫轻质土填筑体顶部0.5～1.0m的位置设置2层φ2mm不锈钢丝网，网眼规格不得超过10 cm。

3.3 泡沫轻质土路基抽芯检测

在津滨改扩建工程中路基完工之后，路面施工之前，对泡沫轻质土进行了钻孔取芯试验。钻心取样设置4个点，每点及附近各取3个芯样，分别测试其重度和无侧限抗压强度，试验结果见表3。

表3 泡沫轻质土抽芯试验结果

试验结果表明，泡沫轻质土成型固化后，其重度均＜8kN/m3，无侧限抗压强度均＞0.6MPa，均满足设计要求。根据钻取芯样的重度检测结果，按最大平均重度6.1计算，路堤总荷载H1R1+H2R2+H3R3=55.3kPa＜60 kPa。证明在本工程采用泡沫轻质土替换部分路基材料完全达到了减载的效果。

4 结论

由本工程的实际应用表明：泡沫轻质土在路基处理中使用具有较好地减载效果；泡沫轻质土配比设计得当时，具有较高的强度，完全可以替代上路床的施工；鉴于本工程实际应用效果，泡沫轻质土由于其重度和强度等的优越性能，将具有良好的应用前景。

U414

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1008-3197（2011）03-49-03

2011-04-12

王永成/男，1972年出生，高级工程师，天津市公路处，从事道桥施工管理工作。