泡沫轻质土在台背回填中应用

刘泮森

(河北科技大学建筑工程学院，河北 石家庄 050018)

0 引言

河北省东部地区某高速公路工程，河流众多地质条件复杂，地质勘查表明，该线路穿越区属于滨海相沉积平原区，地表河渠发育，纵横交错，河渠内大多有地表径流，软弱土遍布。如何既能有效控制桥梁和通道台背工后沉降又能快速施工、确保工期是该线路建设中的关键技术问题。相对于其他传统施工方法，如搅拌桩、碎石桩、固结排水、超载预压等。泡沫轻质土具有轻质性;快硬性;自立性、没有侧向土压力;流动性好、不需要压实;可调整强度、密度、压缩模量等特点，本工程采用泡沫轻质土台背回填，可以较好地解决软基台背填土工后沉降过大的问题。

1 泡沫轻质土简介

泡沫轻质土的生产原材料包括发泡剂、水泥、粉煤灰和水，浇筑辅助材料包括木胶板、泡沫板、土工膜和金属网等。泡沫轻质土是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺合料、外加剂等按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。用于空洞充填、软基处理、工程抢险、道路加宽、基坑及管线回填具有良好效果。

2 设备介绍

电控系统具有发泡剂、发泡液、压缩空气、泡沫、水泥浆、泡沫轻质土流量实时数显功能;也具有泡沫密度、水泥浆湿密度和泡沫轻质土湿密度实时数显功能。发泡装置具有发泡剂自动稀释功能，水泥浆输送泵为定流量泵，独立的泡沫轻质土搅拌设备，独立水泥浆制备拌合站。

3 原材料控制

3.1 发泡剂指标

对环境应无不良影响，采用界面活性类发泡剂，不应采用动物蛋白类发泡剂;标准气泡群密度应在(50 ±5)kg/m3;标准气泡柱静置1 h 的沉降距不应大于5 mm;标准气泡柱静置1 h 的泌水量不应大于25 mL;发泡剂所制作的泡沫应细密，经消泡试验确定的湿密度增加率不应超过10%;发泡剂所制作的泡沫轻质混合土的标准沉降率不超过3%;在0 ℃以上的环境温度，发泡剂不应出现离析现象。发泡剂性能指标要求如表1 所示。

3.2 水泥指标

水泥采用42.5 级普通硅酸盐水泥P.Ⅰ应符合GB 175—2007通用硅酸盐水泥规范。水泥应进行进场检验;检验频率为每50 t检验1 次。其他指标检验项目及检验方法如表2 所示。

表1 发泡剂性能指标

表2 水泥检验项目和允许值

3.3 粉煤灰指标

粉煤灰应符合GB/T 1596—2005 用于水泥和混凝土中的粉煤灰国家规范的要求，粉煤灰应采用F 类Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。粉煤灰检验项目如表3 所示。

表3 粉煤灰检验项目和允许值

4 轻质土质量控制

泡沫轻质土湿密度、抗压强度、流值指标如表4 所示。

表4 湿密度、抗压强度、流值指标

5 施工过程控制

5.1 泡沫轻质土的浇筑

泡沫轻质土横断面和纵断面施工示意如图1 和图2 所示。泡沫轻质土单个浇筑区浇筑层的浇筑施工时间应控制在水泥浆初凝时间内;单个浇筑层宜一次性浇筑完毕;应沿浇筑区长轴方向自一端向另一端浇筑;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，而不宜左右移动浇筑管;浇筑时出料口宜埋入泡沫轻质土内;出料口在浇筑过程中，不宜悬空;在移动浇筑管、自出料口取样、扫平表面或需要冲散浇筑区内多余的泡沫时，出料口离当前泡沫轻质土流动表面的高差宜控制在1 m 以内。

图1 横断面施工示意图

图2 纵断面施工示意图

5.2 浇筑施工控制要点

同一区段上下相邻浇筑层，浇筑间隔时间应以下层浇筑层已经硬化为控制标准，不宜少于6 h;每一浇筑层应在水泥浆初凝时间内浇筑完毕，浇筑时间不宜超过3 h;水泥浆自制备完成到开始制备轻质土的间隔时间最大不应超过3 h;浇筑施工过程中，应尽量减少在浇筑层中的走动扰动;当前浇筑层浇筑接近结束时，应在浇筑层内按规定频率进行湿密度取样检测，当某一测点湿密度检测不合格，应找出测点周围界限，进行局部处理。

5.3 成品检验

浇筑完成后，对成品检验项目及要求如表5 所示。

表5 填筑体的主控项目检测

6 沉降验算

规范要求，高速公路容许沉降指标如表6 所示。分层总和法根据预压沉降预测工后沉降结果如表7 所示。

表6 容许工后沉降 m

根据分层总和法计算结果，与K146 +957 桥相接的K146 +981.53 断面的工后沉降为1.33 cm，小于表6 中的规定(10 cm)，其差异沉降率为1.33/(10×100)=0.133%，小于协同沉降的控制标准0.4%，因此，本项目设计满足桥台背路基协同沉降要求。离开桥台10 m 外的桥背路基沉降也均小于10 cm，满足表6 的规定。

表7 分层总和法预测预压沉降结果 cm

与K159+534 桥相接的K159+229 断面的工后沉降为1.93 cm，小于表6 中的规定(10 cm)，其差异沉降率为1.93/(10×100)=0.193%，小于协同沉降的控制标准0.4%，因此，本项目设计满足桥台与引道的协同沉降要求。离开桥台10 m 外的桥背路基沉降也均小于10 cm，满足表6 的规定。

综上，本项目设计满足桥台背路基的协同沉降控制要求。

7 结语

1)泡沫轻质土的密度大约为土的1/3，将其应用于路基工程，能有效减轻路堤自重，减缓沉降。

2)对泡沫轻质土施工过程中原材料和设备严格控制，有助于成品的质量得到保证。

3)分层总和法沉降预测结果表明，本项目泡沫轻质土台背回填完全满足桥台、引道的协同沉降要求，需加强对现场工程试验的长期观测，为基于协同沉降的泡沫轻质土软土路基沉降控制提供进一步的试验依据。

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