现浇气泡混合轻质土在路基施工中的应用

■江永华

（福建省闽西交通工程有限公司， 龙岩 364000）

现浇气泡混合轻质土是用发泡机械将发泡剂进行充分发泡，然后将按设计要求的配合比制好的泡沫群与水泥浆混合均匀，再用输送泵输送至工点浇筑，最后采用薄膜覆盖养生的有大量封闭气孔的新型、轻质的路基填筑材料。 气泡混合轻质土具有以下特点。 （1）轻质：干密度为400～1 500 kg/m3，相当于普通水泥混凝土的1/6～1/2，能够减少施工地基的荷载压力。 （2）流动性好：气泡轻质土具有很好的流动性，可现场浇注施工，充分填充施工面，不需留界隔缝和透气管，与主体结合紧密，有利于减少高速公路扩建中易发生的交接处纵缝问题。 （3）承载力高：抗压强度相对于填土，强度较高，有很高的承载性。 （4）减震好：气泡混合轻质土因为是由水泥浆和气泡群混合成的多孔材料，因而有比较低的弹性模量，可以对冲击载荷产生很好的吸收和分散，提高减震功能。 （5）施工便捷：使用配套的机械进行自动化施工，采用输送泵输送，能在场地不足地段浇注，不用碾压或振捣，方便施工，材料强度较快达标，输送距离可达约600 m， 每天可完成约180～280 m3。（6）经济节约：气泡轻质土自利性好，可省去放坡、占用土地少、省人工和工期，整体造价低。 在公路工程领域中可应用于软路基回填、 基坑支护回填、道路加宽回填、桥台背回填、隧道、管道回填等项目，具有较好的经济效益和社会效益。 （7）防水强：现浇气泡混合轻质土因由水泥浆和气泡群均匀混合制成，有非常好的整体性和防水作用。 （8）使用寿命长：因为是水泥浆制成的，使用寿命较长。 （9）材料环保：气泡混合轻质土所采用的原材料主要是水泥和发泡剂，发泡剂不含苯、甲醛和其他有毒成分，不会污染环境。

1 材料设计与性能要求

现浇气泡混合轻质土使用发泡机械制取泡沫群，与必须组分水泥、水，以及可选择组分细集料、掺合料、外加剂等，按试验测定的配合比进行混合均匀制成，其生产工艺如图1 所示。

图1 气泡轻质土生产工艺

1.1 材料设计

1.1.1 发泡剂

发泡剂是拌制气泡混合轻质土的最重要的原材料， 对气泡混合轻质土的性能影响至关重要，它对气泡混合轻质土的孔系、均匀程度、气泡孔的封闭状态等性能影响很大，并对气泡轻质土的受力性能和使用性能起关键作用。 所以，选择高性能的泡沫剂就成为制备高性能泡沫轻质土的关键。 发泡剂应对环境无影响，气泡群质量满足：气泡群密度48～52 kg/m3、 标准气泡柱静置1 h 的沉降距不大于5 mm、标准气泡柱静置1 h 的泌水量不大于25 mL。

1.1.2 必须组分水泥

水泥应选用42.5 级或42.5 级以上的通用硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥，如果因材料来源困难而选用其他品种水泥时应先进行试验，性能指标须符合要求。

1.1.3 可选组分

可选组分包括细集料、掺合料、外加剂等，在选用掺合料时应考虑掺合料与泡沫群的相容性，选用的掺合料应符合下列要求：（1）细度要细，细集料的粒径应不大于4.75 mm，以提高泡沫的包裹性；（2）吸水性要小，不致吸收泡沫中的水分而产生消泡；（3）选用的轻集料要考虑选择符合堆积密度要求；应与水泥浆密度相近，才能防止集料的沉淀。

1.2 性能技术要求

材料性能技术要求如表1 所示[1]。

表1 材料设计性能指标技术要求

2 工艺流程与施工要点

2.1 施工准备

2.1.1 场地建设

（1）对轻质土拌合场地进行硬化，并立好散装水泥灌；（2）做好20 m3蓄水池和三级沉淀、净化、排污池；（3）本设备的生产为车载自发电，供水由水池内安装增压泵抽水。

2.1.2 安装调试

开启自带发电机，手动按钮开取电机，确认电机是否逆转，如果逆转就要调换相极接头；验算、测定水泥、水、减水剂等原材料流量值，确定加料时长；采用手动加负荷试运行，查看所有电机、空压机等设备运行是否正常；全自动循环运行检测不少于2 次，直至整个机械系统正常运行；启动发泡机，检测气泡群的各项指标。 所有机械设备调试好后才能进行试加料生产，然后现场检测气泡混合轻质土的各检测指标能否满足设计要求。 如果不满足，立即找出原因，必须所有指标都达到设计要求后再进行生产。

2.2 工艺流程控制

现浇气泡混合轻质土路基的施工工艺流程主要分为以下7 个步骤：基槽开挖防护→浇筑无砂大孔砼底板→施工现浇砼面板→气泡混合轻质土拌合制作→输送与浇筑→气泡轻质土养护→质量检验与验收。

相关工艺控制要求如下：（1）气泡轻质土制作设备应具有原材料自动化计量功能，可调节水泥浆或泡沫流量。 （2）气泡混合轻质土的材料计量精度应满足表2 要求[1]。 （3）拌合成型过程中，要保证各组分拌和均匀；气泡混合轻质土在装料仓中的留放时长不要超过120 min。 （4）如果在地下水位以下时施工，应采取降水措施，确保基底无积水方可浇筑，并养护3 d 以上方可解除降水措施。 （5）气泡混合轻质土应分层、分段水平浇筑，尽量用泵送；单个浇筑区的施工时间宜控制在水泥浆的初凝时间内，浇筑层终凝后方可施工上层。

表2 材料的计量精度

气泡混合轻质土强度未达到设计强度前，不宜直接进入使用状态，养护采用表面覆盖塑料薄膜进行保湿养护；当抗压强度>0.5 MPa 时方可进行路面施工。

2.3 施工方法要点

为保证气泡混合轻质土的工程实施质量，应在施工中注重以下细节要点：（1）挡板和气泡混合轻质土按不大于15 m 间距设置沉降缝； 钢筋网搭接位置要错开60 cm 以上，搭接宽度>25 cm。 （2）单级配管泵送范围应根据配合比、泵送距离及泵送高度确定水平泵送距离及垂直泵送高度， 宜按表3 执行；当超过规定时宜增加中继泵[1]。 （3）应逐层、逐块横向浇注，每层的厚度约0.3～0.8 m 范围内，夏季高温时不大于0.6 m 厚； 宜沿浇筑区长轴方向自一段向另一端浇筑[2]。 （4）移管宜前后移，需左右移时应提出已浇段外；进行表面扫平时，应使浇注口保持水平，并放低位置。 （5）不可在尚未固化的轻质土里走动，雨天应做好遮雨措施，防止雨水消泡。 （6）严控湿容重等级、抗压强度等级设计指标。 （7）施工现场要开挖台阶，用压路机碾压，承载力达到要求后再进行泡沫混合轻质土施工。（8）按设计要求施工其他必要工程。 （9）如果在雨季施工，需做临时防排水；气泡混合轻质土完成后要用塑料薄膜覆盖保湿养护，养护时间大于7 d；气泡混合轻质土达到抗压强度以后才能在气泡混合轻质土面上通行重型设备。

表3 泵送范围

3 工程案例

3.1 工程设计

福建省某扩建高速公路路基工程某路段一高填路基处于经济较发达的城郊区域，路线两侧基本为农保地且附近有旧厝大宅， 征地和拆迁难度较大，决定采用现浇气泡混合轻质土方案。

涉及的现浇气泡混合混合轻质土挡土墙长300 m，高4～6 m 的，总工程数量约20 000 m3，经研究提出工程方案如下：（1）高速边坡采用Φ50 小导管注浆挂网锚喷，基槽采用Φ108 钢管桩和C20 混凝土面板。 （2）根据填筑高度不同：填筑高度小于5 m 段落， 填筑体顶部50 cm 位置设置1 层Φ32 mm@10×10 cm 钢丝网； 填筑高度大于5 m 段落， 填筑体顶部1 m 以内位置设置2 层Φ32 mm@10×10 cm 钢丝网。（3）根据本工程技术需要，除前文提出的原材料与技术性能要求外，增加提出技术指标：发泡倍率不小于1 650；消泡试验湿密度增加率不超过11%。

3.2 质量控制

3.2.1 现场控制指标与频率

现浇气泡轻质土挡墙检测指标：湿密度、抗压强度、气泡群密度。 （1）湿密度：每1 层抽检2 次，检测值应在设计值范围。 （2）抗压强度：现场制取试块，并计算测定试样的湿容重。 试件应放标养室保湿养护， 养护温度20℃～28℃。 检测频率为300 m3检测1 组 （小于300 m3也取1 组），28 d 抗压强度不小于设计值。 （3）气泡群密度：按照CJJ/T 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》[3]气泡混合轻质土现场控制指标及检测频率见表4。

表4 现场指标及检测频率

3.2.2 强度检测

气泡混合轻质土挡墙成型后主要检测指标为抗压强度，试块的制取频率为每工作日3 组，检测要求如下：（1）固化气泡混合轻质土应同时检测7 d和28 d 龄期抗压强度；（2）抗压强度试件在现场制取，并应测定湿容重；（3）试块要在20℃～28℃的标养室养生，检测方法采用《普通混凝土力学性能试验检测方法标准》[4]，采用砂浆压力机检测。

3.3 施工完成后性能

施工完成后经对留样和钻芯取样测试的数据，工程填筑的气泡轻质土湿容重为810 kg/m3，干密度685 kg/m3，强度为1.2 MPa，满足设计要求。 与挡土墙或抗滑桩相比， 降低了路基荷载和地基附加应力，可以有效抑制地基不均匀沉降和侧移，提高了路基的稳定性， 且用气泡轻质土施工时间缩短，施工效率高。 处理后的路基平整度好， 自成整体，1 MPa 以上的抗压强度满足工程对路基强度的要求，整体施工效果良好。

4 结语

气泡混合轻质土作为特殊工程条件下采用的特殊材料与工艺措施，不同施工企业之间的施工作业水平参差不齐， 工程质量控制对管理要求较高，公路现浇路基作为隐蔽工程在施工过程中的质量控制尤显重要，经过本工程应用的观察总结，泡沫混合轻质土在施工工艺、综合造价、材料环保等各方面都有良好的表现，并且通过本工程施工情况和工后数据的分析， 提出了材料与工艺控制方法，经工程运营跟踪，至今2 年多没有发生有关不均匀沉降等相关病害，表明所提工艺措施与质控体系是可行的，可为类似工程的施工提供参照。