泡沫轻质土在道路工程中的应用

颜小英

摘 要：在沿海工程施工中常常会遇到软土地基，它一方面会影响整体施工效率和质量，另一方面会对整体的施工进度造成不利影响。在传统工程项目施工过程中，常常会采用桩基法、换土法、灌浆法、排水固结等方式来加固地基，以保证施工正常进行。泡沫轻质土具有单位质量轻、流动性大、固结硬化后整体稳定性好及施工操作简便等特性，被广泛应用于桥梁台背回填、道路扩建、公路软土地基填筑等工程领域。本研究详细分析了泡沫轻质土的特性和泡沫轻质土的配合比试验，并探讨了其在道路工程中的应用情况。

关键词：泡沫轻质土;软土地基;道路工程;配合比

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）34-0-04

Application of Foam Light Soil in Road Engineering

YAN Xiaoying

（Fuzhou Jiantong Engineering Test and Inspection Co.， Ltd.， Fuzhou Fujian 350000）

Abstract： Soft soil foundation is often encountered in coastal engineering construction. On the one hand， it will affect the overall construction efficiency and quality， on the other hand， it will have an adverse impact on the overall construction progress. In the construction process of traditional engineering projects， pile foundation method， soil replacement method， grouting method， drainage consolidation and other methods are often used to strengthen the foundation to ensure the normal construction. The lightweight foamed soil has the characteristics of light weight， large fluidity， stable integrity after consolidation and hardening， and simple construction operation. It is widely used in engineering fields such as bridge abutment backfill， road expansion， road soft soil foundation filling and so on. In this study， the characteristics of foamed lightweight soil and the mix proportion test of foamed lightweight soil are analyzed in detail， and its application in road engineering is discussed.

Keywords： foamed lightweight soil;soft soil foundation;road works;mix proportion

泡沫輕质土最早由国外学者研究，由于其本身特性，近年来被广泛应用于软土地基加厚工程。泡沫轻质土是一种新型的环保材料，在实际使用过程中不会产生废料、废气等物质，与当前我国环境保护政策相符，同时在施工中应用泡沫轻质土还能在很大程度上保证施工质量及施工进度。近年来，我国在泡沫轻质土方面的研究不断深入，并逐渐趋于成熟，相关部门已逐步将泡沫轻质土的应用列入《公路路基施工技术规范》（JTG/T 3610—2019）[1]中，为泡沫轻质土在项目工程中的应用提供了新的方向。泡沫轻质土在建筑工程中的应用成本较低，在很大程度上节约了工程造价，提高了建筑工程企业的经济收益。近年来，我国也积极地学习国外先进技术经验，其中包括在软土地基、台背回填中泡沫轻质土的应用。

1 泡沫轻质土的特性

泡沫轻质土是将泡沫剂与水稀释成均匀的水溶液发泡剂，用机械方法制备成泡沫，再将泡沫与水泥净浆液（根据强度、工作性及节约成本等需要，可添加适量的外加剂、掺合料或细集料）经机械混合搅拌、浇筑成型、养护固结而形成的轻质微孔混凝土。

1.1 容重轻、强度较高、稳定性能好

泡沫轻质土内部含有大量分布均匀的气泡，质量小，干密度一般为400～1 500 kg/m3。与常规路基填料相比，其具有轻质性、强度较高、稳定性好及抗震性好等优势，应用于路基工程能有效降低地基应力，进而减少施工后路基沉降现象的发生。

1.2 容重和强度具有可调节性

泡沫轻质土的容重和强度都具有明显的可调节性。在现阶段我国建筑工程项目施工过程中，施工人员常常会根据现场实际情况对泡沫轻质土中的泡沫与水泥浆材料比例进行适当调整。泡沫轻质土所用原材料品种少、原材料均匀性较好、配合比调整简单，施工人员可以根据施工的具体情况灵活调整其容重和强度，以满足具体工程的设计要求。

1.3 良好的施工性

泡沫轻质土具有十分优良的施工性能。例如，在实际建筑工程施工过程中，施工人员需要对施工环境和地质进行现场勘查，并结合具体情况对泡沫轻质土的容重和强度进行调整。由于泡沫轻质土的施工性能比较优良，因此可以直接采用机械进行搅拌制作，然后采用软管将其泵送至施工位置。整个施工过程便捷、工作效率较高，有效节省了施工管理成本，保证了施工周期，使企业获得了更高的经济收益。

1.4 良好的环保特性

泡沫轻质土是一种全新的环保材料，从制造、处理到使用的整个过程均不会产生污染环境的废物。当前，在大部分建筑工程建设过程中，尤其是土建施工环节所使用的材料多会对生态环境造成不同程度的污染，而泡沫轻质土的应用有效规避了这一问题。例如，将泡沫轻质土应用于房屋隔热层、地下管线、矿山采空区回填工程中，不仅不会对周边生态环境造成污染，而且能实现材料的回收利用，有效提高资源利用率。

2 泡沫轻质土的配合比试验

2.1 泡沫轻质土材料的配制

在配制泡沫轻质土时，所用原材料均应满足现行相关标准中的技术指标要求。①在选择发泡剂时，应遵循保护生态环境的原则，选择一些界面活性类发泡剂，发泡倍率宜大于20，气泡群密度宜为（50±2） kg/m3，1 h标准气泡柱的沉降距宜小于10 mm，1 h标准气泡柱的破裂泡沫所分泌出的水量即泌水量宜小于80 mL。②宜采用强度等级为42.5的通用硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥。通用硅酸盐水泥的性能指标应符合《通用硅酸盐水泥》

（GB 175—2020）[2]的相关规定，硫铝酸盐水泥的性能指标应符合《硫铝酸盐水泥》（GB 20472—2006）[3]的相关规定。③所选择的拌和用水的性能指标应符合《混凝土用水标准》（JGJ 63—2006）[4]的相关规定，可采用饮用水、河流水、湖库水、冰川水、沼泽水及再生水等清洁水，不得使用受污染的水或pH过高的水质，以及容易引起消泡或导致泡沫轻质土浆液下沉的水。④掺合材料也应符合国家相关标准规定。笔者主要探讨的是发泡剂与水泥净浆的掺配问题。

2.2 泡沫轻质土材料的性能

所配制的泡沫轻质土材料要具备轻质、低强等性能，与普通混凝土相比，要具备一定的优越性。泡沫轻质土与普通混凝性能比较如表1所示。

2.3 泡沫轻质土配制流程

发泡剂、水泥、水及掺合料等原材料经检验合格后，将发泡剂按一定比例加水稀释后，采用微型水泥发泡机进行发泡，并定期检测泡沫质量。泡沫质量符合要求后，持续生产细密、均匀、稳定的泡沫，加入已拌和好的水泥浆液中进行拌和后，测量湿容重和流动度，调整泡沫用量制备湿容重满足设计要求的一系列泡沫土（不少于3组），泡沫的制作与检测见图1至图3。

制备试件进行干密度、抗压强度、吸水率试验，每组试件数量为3块。抗压强度采用100 mm×100 mm×100 mm立方体试件，成型后24 h脱模，并按标准保湿养护7 d、28 d后分别进行抗压强度试验。试验方法采用《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）[5]中的方法。压力试验机应满足精度1级要求，试验破坏荷载应在试验机量程20%～80%范围内，抗压强度的换算系数为1.0。制作泡沫用量与抗压强度关系曲线，在曲线上选择符合设计要求的最优配合比。

2.4 泡沫轻质土配合比数据

泡沫轻质土湿容重与7 d、28 d抗压强度关系曲线如图4和图5所示，泡沫轻质土配合比数据见表2。可以看出，泡沫轻质土的抗压强度随湿容重增加而增大，且当湿容重较小时，其强度增长速度较为缓慢，当湿容重较大时，其强度增长速度加快。泡沫轻质土的强度等级与湿容重成正比线性关系，通过指数关系拟合湿容重与7 d抗压强度关系，其相关系数R2为0.926 3;通过指数关系拟合湿容重与28 d抗压强度关系，其相关系数R2为0.914 2。

图6是泡沫轻质土湿容重与泡沫轻质土水泥用量关系曲线，图7是泡沫轻质土湿容重与水灰比关系曲线。可以看出，湿容重随水泥用量增大而增大，随水灰比增大而增大。泡沫轻质土的湿容重与水泥用量、水灰比大体上成正比线性关系。综上所述：水泥用量增加或浆体水灰比增加，湿容重也随之增大，抗压强度随之增强;反之，水泥用量减少或水灰比降低，湿容重随之减小，抗压强度随之降低。

2.5 现场施工配合比调制

泡沫轻质土施工现场不宜采用小型水泥发泡机，应采用变频水泥发泡机，采用具有发泡、水泥净浆生产、泡浆混合及泵送一体化功能的专用自动化生产设备。在施工现场，通过对泡沫轻质土气泡群湿容重的检测来调节气泡和泡沫轻质土的质量，确保泡沫轻质土的质量满足设计要求。施工现场各种原材料计量允许偏差见表3。

3 泡沫轻质土在道路工程中的应用

随着我国社会经济的不断发展，人们对交通行业提出了更高的要求。为了更好地满足社会经济的发展需求，道路拓宽项目不断增加。道路拓宽工程指的是在原有道路路面的基础上对其进行增宽，总体难度较大。例如，施工场地有限，施工的同时要保证道路通畅，还要对原有道路的路基情况进行勘查。如果原有道路路基出现松软，还要对软土地基进行处理。如果不能处理好软土地基，不仅会对整体的道路质量造成不利影响，而且会形成道路通车隐患。为了解决道路拓宽中存在的安全隐患，当前许多施工方都利用泡沫轻质土来解决道路拓宽中的新旧路基衔接问题，从而保障道路拓宽工程有序进行。地基土壤含水率较大、压缩性大、硬度低、通透性差，传统地基处理回填要压实沉降到规定值后再开始下一层施工，速度比较慢，很难一次性回填到位。鉴于泡沫轻质土性能优良，将其应用在软土地基处理工程中。此种材料对地基要求不高，排水固结性能良好，施工完成后还能有效预防路基沉降病害，可靠性较高[6]。

某路提升改建工程采用泡沫轻质土换填处理地基，设计容重等级W6，有550 kg/m≤湿容重≤650 kg/m，流動值为160～200 mm，28 d龄期无侧限抗压强度≥1.2 MPa，泡沫轻质土工程数量约24.6万m，工程造价11 808万元。如采用CFG桩处理软基工程造价

15 110万元，用泡沫轻质混凝土可节省约22%。路基顶面设计弯沉值为200（0.01 mm），泡沫轻质土换填处理后实测路基顶面弯沉代表值为100～150（0.01 mm）。施工效果良好，道路通车以来未发现路基整体下沉和路面开裂的情况，且台背回填泡沫轻质土的桥头未发现下沉和桥头跳车现象。

4 结语

泡沫轻质土是生态环保型材料，具有广阔的应用前景。本研究对泡沫轻质土的特性、配合比设计过程进行分析，并探讨其具体应用。结果表明：将泡沫轻质土应用于道路扩宽工程，能有效解决施工场地受限、新旧路基不均匀沉降等问题。

参考文献：

[1]交通运输部.公路路基施工技术规范：JTG/T 3610—2019[S].北京：人民交通出版社，2019.

[2]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.通用硅酸盐水泥：GB 175—2020[S].北京：中国标准出版社，2020.

[3]国家质量检验检疫总局，国家标准化管理委员会.硫铝酸盐水泥：GB 20472—2006[S].北京：中国标准出版社，2006.

[4]建设部.混凝土用水标准：JGJ 63—2006[S].北京：建筑工业出版社，2006.

[5]建设部，国家质量检验检疫总局.普通混凝土力学性能试验方法标准：GB/T 50081-2002[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[6]蔡历颖.泡沫轻质土在路堤工程中的应用研究[D].福州：福建农林大学，2019：2.