超大体量泡沫混凝土在软土地区新建高速公路路基施工中的应用

林成龙 黄继伟 柯 锐 黄承金

中建三局第三建设工程有限责任公司 上海 200331

泡沫混凝土具有轻质性、高流动性、低渗透性、固化后的自立性、耐久性等物理力学特性，是良好的轻质建筑材料，已在公路改建、拓宽、桥台等施工中应用，但应用体量较小。浙江省台州湾大桥及接线工程地处东南沿海，水系发达，软土地基普遍，为了减少路基不均匀沉降，满足高速公路建成运营期行车舒适安全的要求，根据沉降监测数据进行分析，全线路基进行了超大体量的泡沫混凝土换填处理[1-6]。本文结合项目实际，总结软基地区新建高速公路超大体量泡沫混凝土路基换填的施工工艺、过程质量控制要点，为相关工程项目提供参考。

1 工程概况

浙江省台州湾大桥及接线工程全长102.38 km，泡沫混凝土换填总量565 000 m3，为全国同类工程换填量最大的项目之一。

其中第一合同段TS01标段全长4.2 km，为双向六车道高速公路，设计行车速度100 km/h，路基宽度33.5 m，涉及泡沫混凝土换填路基长度1 325 m，换填深度1～3 m，换填工程量41 576 m3。

2 超大体量泡沫混凝土施工特点

与小体量泡沫混凝土应用相比，超大体量的泡沫混凝土应用在材料要求、机械选择、施工工艺等方面具有以下特点。

2.1 材料要求

公路工程超大体量泡沫混凝土对轻质、流动性、强度、耐久性等技术特性要求较高，同时需要考虑工艺简单及经济性，因此原材料与小体量泡沫混凝土相比，需要满足以下要求。

2.1.1 水泥

水泥宜采用硅酸盐水泥，强度等级应为42.5级以上，除应符合产品标准外，还应满足泡沫混凝土的抗压强度、流动度及气泡稳定性的要求。

2.1.2 发泡剂

发泡剂宜采用合成类高分子表面活性剂，其外观应均匀透明，原料对环境无不良影响。其产生的泡沫大小应均匀细密，直径小于1.0 mm。同时发泡剂稀释倍数≥60，发泡倍数≥ 20，产生的气泡泌水率低且互不连通。

2.1.3 混合料

路面底面以下0.3～1.1 m，混合料的干容重不大于6.5 kN/m3，宜控制在5.5～6.5 kN/m3，泡沫混凝土28 d抗压强度≥ 1.0 MPa，流动度为180 mm±20 mm。

路面底面以下超过1.1 m，混合料的干容重不大于5.5 kN/m3，宜控制在4.5～5.5 kN/m3，泡沫混凝土28 d抗压强度≥ 0.7 MPa，流动度为180 mm±20 mm。

当换填深度为1.0 m时，混合料的干容重应不大于6.5 kN/m3，宜控制在5.5～6.5 kN/m3，泡沫混凝土28 d抗压强度≥1.0 MPa，流动度为180 mm±20 mm。

2.2 机械设备

机械设备的选择对于施工质量的保证起着重要作用。传统房建工程的小体量泡沫混凝土施工，往往采用单独的发泡搅拌机、泡沫混凝土输送泵、输送管组合在一起使用。而高速公路的超大体量泡沫混凝土，一方面因里程长需要更远的输送距离；另一方面因体量大需要较快的生产及施工速度。此外对施工质量及操作性具有更高的要求，因此需要采用智能型轻质泡沫混凝土生产及施工一体设备。该设备生产及施工速度可达90～120 m3/h，输送距离可达500～1 000 m，满足了施工速度及输送距离的要求，同时智能型的特点很好地保证了施工质量且易于操作。

工程选择全自动轻质土生产设备（HPCC-1000）、智能型轻质泡沫混凝土设备（HH-100）及全自动轻质土泡沫工作站（MNT-QZDGZZ-100）配合使用，很好地保证了施工质量。

2.3 施工工艺

小体量泡沫混凝土一般采用小型机械配合人工浇筑，且分层厚度较薄，一般仅为10 cm一层，同时，施工质量也易于保证。

超大体量泡沫混凝土如仍采用小型机械配合人工施工方法，则工期过长无法满足要求，同时分层厚度达0.3～0.8 m，局部为1.0 m，无法保证质量要求。因此，超大体量泡沫混凝土施工需要采用全自动智能化一体设备。

3 超大体量泡沫混凝土换填施工工艺

3.1 施工工艺流程

测量放样→基坑开挖→基底压实及检验→铺设防渗土工织物→安装模板→泡沫混凝土生产→泡沫混凝土分层浇筑→养护→施工级配碎石隔离层

3.2 基坑开挖及检测

测量放出开挖边线后，采用挖机开挖基坑，开挖至换填基底标高以上5 cm位置，同时保证基底宽度不小于设计值，边开挖边做好基坑排水设施，禁止车辆在路基边缘附近行驶，注意保护好原有路基不受扰动。

自重18 t压路机振动碾压，根据基底换填深度最低处所在的路基压实区域对应保证其压实度。

基底压实检测合格后按照设计要求铺设防渗土工织物，沿着中央分隔带向两边填筑体下部延伸至底部2 m位置，此处防渗土工织物采用整体无搭接铺设（图1）。

图1 主线及设置中分带的匝道换填典型断面

3.3 模板安装

模板采用竹胶板，厚度1.2 cm，用钢筋结合木方进行支撑加固。在基底施打钢筋固定，采用木方横向和竖向加固，斜向支撑。横向在模板中部设置1道木方，纵向每60 cm设置1道木方，对应斜向同时采用木方支撑。模板安装后要有足够的强度、刚度和稳定性，能承受施工过程中泡沫混凝土产生的侧压力，在混凝土浇筑过程中不变形。

安装后模板表面应光滑平顺、尺寸准确、接缝严密无错台。泡沫混凝土换填之前，对平面位置、顶部高程、模板接缝、支撑加固、模板线形等进行全面检查，沉降缝的设置位置根据路基换填体长度控制在10～15 m一道。

3.4 泡沫混凝土生产

根据试验确定的配合比进行备料，使用高度集成化设备现场生产泡沫混凝土，设备工作原理是使用物理方法将发泡剂制备成泡沫，再将泡沫按比例混入已搅拌均匀的水泥浆中，形成气泡均匀、满足要求的混合料，生产工艺流程如图2所示。

图2 泡沫混凝土生产工艺流程

对设备的要求如下：

1）具有自动进料、电子计量、自动控制、综合信息显示功能，控制系统具有自动统计和汇总功能。

2）各单元控制系统实现相互联动和自动化控制，泡沫混凝土密度实时控制，允许误差在0.02 kN/m3之内。

3）综合信息显示屏应动态显示各个单元的计量信息（水泥、发泡剂等）和控制参数（泡沫密度、水泥净浆湿密度和泡沫混凝土湿密度等）。

4）发泡装置具有发泡剂自动控制和稀释功能。

5）具有自动报警和停机保护功能。

3.5 泡沫混凝土浇筑

泡沫混凝土浇筑施工采用现场配管泵送方式进行。泵送前，检查管接头，确保接头密封牢固不渗漏，泵送过程中，浇筑管的压力应满足扬程及输送距离的要求。

浇筑时，浇筑泵管应与浇筑面板保持缓倾角度，禁止采用从上而下的喷射方式浇筑，管口应埋入泡沫混凝土内10 cm，以降低泡沫混凝土的消泡量（图3）。

图3 单仓浇筑示意

现场浇筑要求如下：

1）浇筑点由中心向四边扩展或采用多点浇筑。浇筑点不应直接冲击面板及伸缩缝模板部位，避免造成面板底板及接缝处的渗漏。

2）泡沫混凝土采用分层浇筑，单层浇筑厚度除狭小面积可按≤1 m控制外，其他按0.3～0.8 m分层控制，上浇筑层待下浇筑层终凝后进行。

3）泡沫混凝土的单块浇筑面积应根据设备能力、浇筑厚度确定，确保浇筑工作在泡沫混凝土初凝以前完成。

4）浇筑过程中减少对泡沫混凝土的扰动，不应在里面随意走动或移动浇筑管，若停滞时间超过30 min，应及时清洗管道。

其他注意要点：

1）按设计要求在施工过程中安装钢丝网。设2层钢丝网，分别设置在距泡沫混凝土底面0.50 m和顶面0.35 m的位置，钢筋网片采用直径3.2 mm的钢筋，网格大小为5 cm×5 cm。钢丝网应铺设平整，不同网片间采用镀锌钢丝绑扎连接，纵向搭接宽度20 cm，横向搭接宽度30 cm。

2）浇筑时泡沫混凝土路堤沿纵向每10 m设置横向缝（可根据实际换填长度适当调整），顶层泡沫混凝土做成小台阶以适应路面横坡值，沉降缝尽量设在施工缝处，缝宽为2 cm。在断面突变处加设变形缝，缝间用厚10～20 mm木板填充。

3.6 泡沫混凝土养护

为防止泡沫混凝土产生收缩裂缝，浇筑完成后对其进行养护，配合喷淋保湿。

1）泡沫混凝土施工完毕后及时覆盖土工织物洒水养护，养护时间大于7 d方可施工路面。

2）养护期内避免人员在其上面行走及禁止堆积物品，以免破坏其中的气泡结构，影响质量。

3.7 级配碎石隔离层施工

级配碎石隔离层采用轮胎式压路机进行静压，禁止振动碾压，平均厚度30 cm，应分2层碾压密实，上层13 cm，下层根据现场实际分台阶情况进行动态调整，压实度要求≥96%，2层均需采用倒退式的方式进行摊铺。碎石中针片状颗粒的总含量应不超过20%，碎石中不应含有黏土块、植物等，加州承载比≥8%，顶面弯沉值≤2.329 mm，压碎值＜ 30%。

4 泡沫混凝土施工质量控制要点

4.1 原材料控制

泡沫混凝土所用原材料不应对环境造成有害影响。原材料技术指标及检验应符合相关规范的要求。不同品种（规格）、等级、厂家（产地）、出厂日期的原材料不得混存、混用。

4.1.1 水泥

水泥性能应符合GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》的规定以及泡沫混凝土对原材料的要求。

4.1.2 发泡剂

发泡剂常温条件下无异物析出或沉淀，无异味或刺激性气味，对环境无不良影响。发泡剂保质期应大于12个月，在保质期内使用。发泡剂的取样频率宜按3 000 L为一批次，不足3 000 L的按一批次计。每批次不少于1组，每组应进行3次试验。

发泡剂应满足如下要求：稀释倍率≥60，发泡倍率≥ 20；产生的气泡应均匀、细微；产生的气泡泌水率低，稳定性好，且互不连通。

4.1.3 水

施工用水应符合JGJ 63—2006《混凝土用水标准》的规定。

4.2 施工工艺控制

1）基坑开挖时按照设计放坡要求进行，不可大于设计值，防止顶层边角处泡沫混凝土太薄导致脆裂，开挖完成后使用重型压路机振动碾压，基底压实度必须达到设计要求方可开始下一步施工。

2）中央分隔带两侧防渗土工织物需在泡沫混凝土浇筑前在底部铺设2 m，并贴于中央分隔带留置土壁上。泡沫混凝土施工完成后，于顶面铺设一层防渗土工织物并与中央分隔带防渗土工织物搭接，土工织物铺设时应贴于泡沫混凝土顶面，尤其在台阶处，应将土工织物顺台阶形状铺设，不得与台阶形成三角区空洞。土工织物间搭接长度不应小于30 cm。

3）当填筑体长度（包括横向浇筑宽度、纵向浇筑长度）超过15 m时，应按5～15 m间距设置变形缝，在断面突变处应加设变形缝，变形缝材料采用厚20 mm木板。

4）在浇筑完填筑体的顶层时，应及时覆盖塑料薄膜或土工织物，养护时间不小于7 d，具体需根据泡沫混凝土的强度进行适当调整，以进行级配碎石施工时不对泡沫混凝土造成损伤（如开裂、破碎等）为准。

4.3 机械设备选择

为保证超大体量泡沫混凝土施工工期及质量要求，应选用全自动智能化一体设备。

5 结语

台州湾大桥及接线工程项目通车近1年以来，泡沫混凝土在软基地区新建高速公路工程中的超大体量应用主要取得以下效果：

1）泡沫混凝土的换填处理节省了路基沉降稳定的时间，缩短了整体工期。

2）智能化一体设备易于操作，同时节省了对工人的需求，产能可达90～120 m3/h，大大提高了施工速度。

3）泡沫混凝土换填有效解决了软土地区路基不均匀沉降问题。

4）较好地避免了“桥头跳车”现象出现。

泡沫混凝土作为一种新型的轻型绿色路基填筑材料，在保持强度的条件下，大大减轻了路基自重，有利于软土地区高速公路路基的稳定。在台州湾大桥及接线工程的应用实践表明，该施工技术不仅能很好地解决路基不均匀沉降问题，避免过早出现“桥头跳车”，还能提高路堤稳定性、行车舒适性和安全性，减少后期运营成本。该施工技术为同类地区高速公路的建设提供了一种新的技术手段。