泡沫混凝土在公路隧道施工中的应用

童虎

/中铁四局集团有限公司南京分公司

泡沫混凝土在公路隧道施工中的应用

童虎

/中铁四局集团有限公司南京分公司

泡沫混凝土具有轻质高强、直力性、高流动性、密度和强度可调节等优势特点，因此备受公路隧道施工青睐。据此，本文通过实例，对泡沫混凝土在公路隧道施工中的应用进行了详细分析，并提出了一些合理的质量控制措施。

泡沫；混凝土；公路；隧道施工

一、泡沫混凝土的性能特点

1、直立性

凝固成型后的泡沫混凝土是一个整体，支撑性极好，无需夯实和模板支撑，可有效缓解道路沉降，桥头跳车等问题，可以减少道路扩建征地量，节约资金。

2、轻质高强

容重最小可达150kg/m3，相当于普通混凝土的1/2～1/10倍，抗压强度最高可达30MPa。

3、高流动性

搅拌混合后的泡沫混凝土浆料承液体状态，可以流动至作用面的各个角落、缝隙。

4、抗水性能强

泡沫混凝土吸水率较低，相对独立的封闭气泡及良好的整体性，使其具有一定的防水性能。

5、环保性能好

所需原料为水泥和发泡剂，发泡剂大都接近中性，故泡沫混凝土属无机材料，无毒无害，不会破坏周围土地的性质。

6、低弹减震性好

多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。

7、生产、施工方便

泡沫混凝土可在厂内生产成砌块，也可在现场施工，直接现浇成整体。使用专业水泥发泡机自动化作业，可泵送实现垂直高度200米的远距离输送，工作量为80～300立方/工作日。

8、隔音、耐火性能好

泡沫混凝土中含有大量分布均匀的独立气泡，属多孔材料，吸音能力为0.09～0.19%，是普通混凝土的5倍，具备有效隔音的功能。泡沫混凝土是无机材料，不会燃烧，具有良好的耐火性。

9、密度和强度可调节

容重范围：150kg/m3～1600kg/m3，抗压强度：0.2MPa～30MPa，密度和强度的可调节性可满足不同工程的设计需求。

二、泡沫混凝土在花石崖隧道塌穴填充中的应用分析

（一）塌方段工程概况

围岩砂岩夹泥岩，有薄层状煤层夹层，岩体较破碎，中厚层状，节理裂隙发育，层间粘结力差，掌子面自稳能力差，拱顶有采空区。塌腔体位于YK141+165-YK141+084段，具体如图1所示。

图1

（二）泡沫混凝土材料模型的选取

泡沫混凝土经过试验表面，其具备典型的静水压缩破坏特性，所以，传统摩尔-库伦模型选择使用水泥标号42.5R的普通硅酸盐水泥，其与相关规范要求相符。而配合比设计，水泥用量为200kg/m3，饮用水用量为60kg，发泡剂为1.5kg。水灰比基数为1:0.25～0.35之间，对水灰比进行严格控制。按照设备的用水量，制定固定的量桶。而发泡剂则选择使用发泡培率大于200倍的复合型水溶性发泡剂。

（三）施工工艺

塌腔的长度为81m，在施工过程中，对隧道初期支护拱顶，按照10的间距，穿过管道，预埋Φ108mm的泵送管，以此回填灌浆。与此同时，还要对施工工艺和施工工序进行严格控制，泵送混凝土方量每次循环按照200m3为标准，回填的长度为40m，泵送的距离控制在250m以内，高度为18m，分层灌注塌腔。每次的灌注厚度都需要严格控制在1.5m左右，切实依据监测数据，对回填的厚度和数量进行适当调整。具体如2所示。

图2

（四）监控量测

在回填初期支护拱顶10m断面出，进行拱顶沉降和周边收敛观测点布置，一天进行两次跟踪监测，还需要及时收集施工过程中，隧道围岩和拱顶变形的相关数据，并分析整理收集到的数据信息，对于其中很有可能存在的安全隐患，做出预警，并据此采取预防措施，避免出现二次塌方或者初期支护变形，从而保证施工的整体质量和安全。同时还要对监测数据进行深入分析，充分合理利用数值模拟法，预测围岩变形趋势，以此对后续施工提供更加可行的、合理的方案。经过方案施工和监测数据分析，拱顶沉降速率小于0.07～0.15m/d，周边位移速率则小于0.1～0.2mm/d，在规定的范围内，通过地质雷达检测拱顶塌穴体内填充密实。施工表明，使用泡沫混凝土，可以填满整个塌穴体和隧洞之间的缝隙，并在抗压强度上确保符合相关要求，这就在最大程度上满足了设计需求。

（五）在减荷回填中的应用

在减荷回填过程中，现浇泡沫混凝土可以作为深埋软岩隧道初期支护和二次衬砌之间预留变形层填充材料，经过研究发现，深埋软岩隧道在二次衬砌施工后，依旧会发生一定程度上的变形，所以说单纯依赖于二次衬砌厚度的提高，并不能够有效控制围岩变形，并且衬砌结构也会很容易因为变形压力过大，发生破坏。泡沫混凝土预留变形层能够更好地吸收围岩变形，进一步缓解二次衬砌所承受的变形压力，减小衬砌变形，改善受力，通过采用较小的二次衬砌，满足隧道长期运营要求。不仅如此，现浇泡沫混凝土还在地铁隧道减荷、隧道超欠挖回填和地下连续通道减荷回填等工程中也得以广泛应用和推广。

三、泡沬混凝土隧道施工质量控制

（一）原材料质量控制

在公路隧道施工过程中，必须严格控制原材料，不仅要确保水泥材料和外添加剂产品与施工要求相符，还要保证原材料能够满足泡沫混凝土的流动性、稳定性以及抗压强度等。

（二）发泡剂的性能要求

在隧道施工过程中，泡沫混凝土产生的气泡一定要均匀和密实，发泡率应该大于20%，稀释率则需要满足40%，与此同时，还要保证气泡之间是相分离的，具备良好的独立性。

（三）加强施工工艺控制

在建模时，泡沫混凝土模板一旦出现水平差或者倾斜度，必须及时进行适度调整，确保水平率可以满足相关设计规范和要求，保证模板工程具备良好的平整性和稳定性。

（四）注重浇筑养护

在泡沫混凝土浇筑时，应该出料口和浇筑面的平衡性进行严格控制。在施工过程中，混凝土初凝前，还需要完成浇筑施工，在此阶段浇筑层终凝之后，才能够进行下层浇筑。在顶层浇筑施工结束后，还需要采取养生塑料膜，对其加以覆盖养护，养护时间在5h左右。如果在浇筑时，碰到雷雨天气，则需要采取有效的避雨措施，确保混凝土不会受雨水影响。

四、结语

综上所述，泡沫混凝土以其自身的独特优势，得以在公路隧道工程广泛应用，并获得了良好的施工效果。而随着公路扩建工程项目规模逐渐扩大，人们对施工材料的环保要求越来越高，这就进一步促使了泡沫混凝土的应用范围得以扩展。这也就要求施工技术人员必须采取有效的策略，提高材料的质量，改善材料的性能，只有这样，才能够进一步提高隧道施工的整体质量，从而为公路隧道工程带来良好的项目效益。

[1]董庆宇.泡沫混凝土在公路工程施工中的应用[J].科技传播,2013(18).

[2]吴飞.泡沫混凝土在公路工程施工中的应用[J].工程建设与设计,2016(12).