泡沫轻质土在铁路软土路基施工中的应用

曹祥

（中铁十七局集团第三工程有限公司，河北 石家庄 050081）

1 铁路软土路基处理形式概述

在铁路软土路基处理中，较常见的处理形式是水泥搅拌桩处理。水泥搅拌桩因其施工环境及土质性质影响可分为单向、双向、水泥砂浆、钉形和旋喷等类型。就施工技术考虑，前几种分类因设备本身原因存在一定缺陷。打桩施工地下处理较深，对各种地下管线、电缆等造成威胁，对施工安全、营业线安全及既有设备安全均具有隐患。旋喷桩每延米水泥用量为150 kg，相比单向、双向水泥搅拌桩每延米水泥用量65 kg 成本大大提高。旋喷桩机小、移动灵活，不会危及营业线安全。钻杆可分段拆卸，多适用于施工条件苛刻、工作面不足的情况，但因其成本较高不能广泛使用。

袋装砂井的设备配有灌砂袋架等设备，可以将中粗砂打进软土路基，再利用堆载预压将软土里的水进行有效排挤后进行软土地基的加固。

CFG 桩是将预先拌合好的混合料利用1∶1 水泥砂浆通过钻杆打入软土地基中，达到加固目的。施工时易造成断桩、缩颈、混合料离析等质量事故，且工艺复杂施工进度缓慢。现已基本被水泥搅拌桩替代。

碎石换填通常是用在桥涵过渡填筑或土质较好地面进行软土路基处理。碎石材料成本高且后期沉降量较大，增加了后期线路养护成本。

软土路基处理中仍需解决的难题如下：

（1）软土路基深层处理计算理论与实际差异问题。由于需要软土路基处理的地质情况复杂，各土层厚度、承载力不均匀导致其理论计算与实际情况存在很大出入。

（2）桥涵过渡段沉降量较大引起的桥头跳车问题。桥头跳车是工程行业公认的难以解决的难点，原因是桥涵结构物刚度大，过渡段路基刚度小，沉降速率不同造成高度差异。

（3）地下管线位置不明确处软土路基处理问题。新增复线工程中经常遇到路基下穿石油、燃气等深埋管线，由于管线埋设时间久远有些无法确认其具体深度和位置，对软土路基处理造成困难。管线业主担心打桩处理会损坏管线，换填处理担心后期沉降太大压坏管线。

（4）征地拆迁制约工程进度及增加成本问题。根据营业线填加复线要求路基升高5 m，因此路基会加宽到4.15 m，而既有排水沟废弃重新改移至新建坡脚，不考虑护道，征地界也要随之增加至少8～10 m。导致一系列征地拆迁制约工程进度问题，因征地拆迁补偿款造成了成本增加。

2 泡沫轻质土应用情况及特性

20 世纪70、80 年代，日本开始将泡沫轻质土大规模应用于替代填土的工程领域，1987 年横滨市内的公路桥维修工程中首次把泡沫轻质土作为填充材料使用，1988 年作为道路工程的填土材料使用。此后随着施工设备及技术标准不断完善，应用范围迅速扩大，我国于2002 年从日本引进并发展了泡沫轻质土技术，在广东、北京、河北等省市重点工程中应用，取得了良好效果［1-5］。

泡沫轻质土是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必需组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料［6-7］。其中必需组分可分为主剂和辅剂2种，主剂主要是起固结、加强土体骨架作用，辅剂是以催化、早凝为目的的固化材料。

泡沫轻质土的特性较为轻盈，具备极高的流动性、抗压缩性、高强密度及可塑性（见图1—图3）。

泡沫轻质土在桥涵过渡段回填工程中具有如下优势：

（1）有效减少填土载荷，降低地基应力，防止地基下降和偏移，将路基进行稳固；

（2）可通过桥台与台背路基的刚性不同造成过渡；

图1 轻质性

图2 高流动性

图3 固态性及高强性

（3）有效消除填料自身的工后沉降问题；

（4）填料结构整体性好，不会对桥台结构物产生推挤。

轻质泡沫土在既有路基加宽、扩建工程中具有如下优势：

（1）适用于垂直填筑，降低成本、占地面积小；

（2）可采用泵送也可采用管道浇筑，不需设置临时便道，对交通无影响；

（3）施工工期短，对环境无污染，社会经济效益好。

3 泡沫轻质土施工技术

3.1 泡沫轻质土施工

泡沫轻质土应用前需做施工配合比检测，标准如下：

（1）湿容重≤6.0 kN/m3；200 mm≥流动值≥160 mm。

（2）配合比强度试验试块采用边长10 cm 立方体试块。

（3）强度要求：7 d 龄期强度≥0.3 MPa；28 d 龄期强度≥0.6 MPa。

（4）施工配合比强度试验以3块为1组，共做3组，分别测定7、14、28 d龄期强度。当7 d龄期抗压强度≥0.3 MPa时可判定为适用。

泡沫轻质土浇筑施工注意事项：

（1）泡沫轻质土分层浇筑，每层厚度控制在0.2～1.0 m；基坑深3 m，做4次施工，单次厚度设定0.75 m。浇筑时间设定为上层初凝后再进行下层施工。

（2）沿结构物纵向浇筑。

（3）保持浇筑口水平，且使浇筑口低于浇筑轻质土表面。

（4）浇筑现场应确保基底干燥无积水，当地下水位较高时，采用水泵进行降水，并在泡沫轻质土养护龄期不少于3 d 且满足抗浮要求的条件下才能撤除降水措施。

3.2 过程质量监控

（1）施工场地应平整，不得有积水。

（2）施工过程要严格控制流动值和湿密度，建立规范的制度并有效执行，且保证达到轻质土设计标准。

（3）要对施工过程进行实时记录，且进行签认及整理，预防并及时处理发生偏差的问题。

泡沫轻质土施工过程质量控制指标见表1。

表1 泡沫轻质土施工过程质量控制指标

3.3 强度检测

（1）泡沫轻质土固化后常规试验检测指标为抗压强度。

（2）泡沫轻质土路基浇筑至最后1层时，每日按照7 d龄期和28 d龄期分别取2组试件进行强度检测。

（3）泡沫轻质土强度检测试块取样要求及强度评定标准为：在施工现场做试块；规格为边长10 cm立方体，每组3 个；制取后存放于20～25 ℃恒温环境，拆模后使用密封塑料袋包装。

3.4 效果分析

（1）施工简便、安全。泡沫轻质土运输便利、施工简单、用料少、方便管理，具有极高的安全性。

（2）降低工程造价。泡沫轻质土换填软土路基，可降低施工成本并提升施工质量，极大降低工程维护管理资金投入，且施工期短，降低时间成本。

4 结束语

泡沫轻质土技术在施工中得到广泛运用，如国家体育场（鸟巢）、北京地铁奥运支线、京珠高速公路、广州亚运主干道等工程，均取得很好的效果。在铁路施工中，利用泡沫轻质土技术同样可起到重要作用。泡沫轻质土的应用成功，提高了软土路基路堤填筑效果，可为类似工程提供参考借鉴。