泡沫轻质土材料在高等级公路扩建施工中的应用

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

一、泡沫轻质土材料概述

（一）泡沫轻质土材料制备

以黏土或者沙性土为基础材料，添加一定比重的固化剂、发泡剂及水，充分搅拌后生成泡沫轻质土材料。为满足发泡条件，基础材料粒径应不大于5mm。固化剂常用材料为熟石灰，由硅酸盐水泥、炉渣水泥等水泥材料与水混合后生成。熟石灰能与基础材料通过离子交换生成固化物，固化物可以发挥骨架支持的作用。为加快固化剂的反应速率，需适量添加硅粉、石膏等速凝材料。发泡剂是泡沫轻质土制备的关键，将起泡剂与水充分混合后，与空压机中的空气同时泵入发泡设备中，发泡装置内持续产生大量的泡沫群，泡沫与固化后的基础材料充分混合后制备出泡沫轻质土。泡沫轻质土制备工艺流程简图，如图1所示。

图1 泡沫轻质土制备工艺流程简图

（二）泡沫轻质土材料特性及路基拓宽形式

泡沫轻质土路基填筑材料的制备过程涉及一系列理化反应。首先，将固化的基料充分发泡，凝结硬化后得到具有力学强度的填方路基填筑材料。与传统填筑材料相比，其具有容重小、质量轻、施工和易性好、强度范围广及耐久性高等特点。由于容量小，材料内部被大量的胶质泡沫填充，而泡沫本身的抗拉压性能强，在混合和浇筑过程中一方面空间填充性能更好，另一方面泡沫可以阻挡游离水，使其容重显著低于其他填筑材料。此外，泡沫轻质土通过微调各个组分比重，能够在一定限度内调整土体容重值，增强工程适应性。常见路基填方材料容重范围，如图2所示。

图2 常见路基填方材料容重范围

泡沫轻质土强度可调范围广。通过调整不同组分比重，泡沫轻质土抗压强度能够覆盖0.5MPa～5MPa，具有工程适用性高、施工和易性好等特点。由于泡沫轻质土基础材料粒径低于5mm，可以借助泵送系统满足长距离施工，且不会在泵送过程中出现泌水或者离析病害；材料流动性良好，现场浇筑阶段对振捣夯实要求较低，且能够在狭小空间内完成一次性浇筑，浇筑施工效率较高。泡沫轻质土通常采用水泥实现固化，因此泡沫轻质土具有水泥材料耐久性强的特点，材料中泡沫占比超过50%，热传递系数较低，具体表现为抗高温、抗冻融能力较高。

目前，泡沫轻质土材料广泛应用于填方路基拓宽改造施工中，新旧路基衔接位置采用台阶型，以增加原有路基与泡沫轻质土填筑路基之间的摩阻力。考虑到泡沫轻质土的稳定性较高，为节省拓宽改造施工占地面积，背向原路基一侧应与基础垂直。填方路基泡沫轻质土拓宽改造截面示意图，如图3所示。

图3 填方路基泡沫轻质土拓宽改造截面示意图

二、泡沫轻质土在高等级公路拓宽施工中的方案分析

（一）泡沫轻质土拓宽填方路基原理分析

由传统施工技术拓宽的填方路基，在软土或者路基承载力不足的位置容易发生不均匀沉陷、纵向开裂等病害。除车辆荷载影响外，新路基填料对地基附加应力大、填方不密实、固结性能弱等问题，也容易引发上述病害。采用泡沫轻质土作为拓宽路基填料，既可以借助材料轻质特点降低路基填料对地基的附加应力水平，又可以借助其固结性能提高拓宽路基结构的整体刚度。泡沫轻质土在初凝前的施工和易性好，借助外部振捣能充分密实拓宽路段，避免了传统路基填筑过程中出现的脱空、空洞等问题，提高了拓宽路基部分的密实性。此外，完全凝固后的泡沫轻质土材料处于超固结状态，路基在冲击荷载作用下的抗变形刚度、抗压缩性较高。

（二）泡沫轻质土拓宽填方路基施工方案分析

泡沫轻质土拓宽填方路基施工方案核心环节包括：原有路基边坡开挖、路基底处理、泡沫轻质土浇筑及养生等。

首先，为保证新旧路基交界位置的可靠连接性、增加摩阻力作用面积，应将原路基边坡修整为阶梯型。通过阶梯搭接增加泡沫轻质土与原路基表面的接触面积，旧路基开挖台阶高宽比为1：1，台阶面向路基中线倾斜2%～2.5%，提高新旧路基面的相互嵌锁能力。此外，台阶开挖应以机械作业方式为主，并配合人工修整，保证每个台阶面压实度满足设计要求。

其次，拓宽部分的路基底部应先完成整平压实处理。选用厚度介于200mm～300mm的连续级配碎石作为基底层，并覆盖防渗土工膜，防止地下水产生的消极影响。同时，土工膜需重叠、压紧，且有效长度不小于50mm。此外，在泡沫轻质土垂向浇筑面（非阶梯面）布置挡板，挡板砌筑作业与泡沫轻质土浇筑作业同步进行，且挡板标高应高于对应层轻质土浇筑标高，挡板基础位置应布设沉降缝，并应与泡沫轻质土沉降缝位置相同。

最后，泡沫轻质土浇筑宜选用泵送方式。根据现场浇筑情况确定泵送压力，在正式浇筑前适当浸润基底，但不宜抛洒过量水分，防止过量水分影响泡沫轻质土配合比。为最大程度避免泡沫轻质土浇筑过程中引起的“消泡”问题，泵送管与浇筑面应保持较小角度，并将泵送管插入泡沫轻质土内。当浇筑近尾声时，通过人工整平浇筑面，待该浇筑层达到终凝状态后，方可开始下一层浇筑施工。在泡沫轻质土浇筑面尚未完全凝结硬化前，禁止在浇筑面上开始其他作业，应在浇筑面覆盖塑料薄膜并洒水养生，且单层养护时间不能少于3天。

三、结语

经过大量的工程实践验证，将泡沫轻质土应用于拓宽路基施工中，能显著提升工程的承载能力、抗变形刚度及耐久性能。