复杂地质条件下泡沫轻质土路基技术研究

◎王贵

在复杂地质条件下，路基容易产生差异沉降问题，导致路面结构被破坏，严重影响正常和安全行车。为从根本上解决这一问题，在保证路基强度的基础上，降低路基土体重量是一项重要措施，即在路基施工中使用泡沫轻质土，而为保证泡沫轻质土路基施工质量，有必要对其施工技术加以分析和探讨，明确施工中需要注意的各项要点。

一、泡沫轻质土主要特点

如今，泡沫轻质土已经工程土建领域得到广泛应用，泡沫轻质土主要具有以下几方面特点：

1.泡沫轻质土的干体积密度只有300-1600kg/m3，是普通水泥混凝土1/8～1/5，能大幅减小整体荷载。

2.可在现场进行浇注施工，施工方便，可缩短工期，进而降低工程造价。

3.泡沫轻质土具有良好的多孔性，弹性模量较低，可吸收并分散受到的冲击载荷。

4.有良好的抗压性，一般使用条件下抗压强度保持在0.6-25.0MPa 范围内。

5.现浇气泡混合轻质土的吸水性相对较小，与独立的封闭气泡相比表现出良好整体性，进而有较强防水性能。

6.耐久性良好。

7.仅需简单机械设备即可完成自动化作业，传输距离可达800m，通常情况下每日的工作量可以达到150-300m3。

8.泡沫轻质土的原料以水泥与起泡剂为主，其中，起泡剂是中性材料，没有有毒有害物质，能减轻对环境造成的污染。

9.综合造价水平较低。

二、材料要求

对于路基施工用泡沫轻质土，其标准密度应保持在30-50kg/m3范围内，发泡倍率应控制在800-1200 范围内，其施工湿密度应达到如表1 所示的要求，而路基抗压强度需满足如表2 所示的要求。

表1 泡沫轻质土路基施工湿密度

表2 泡沫轻质土路基抗压强度

不同地层与工况条件下的岩土物理力学参数有所不同，在施工开始前必须予以明确。各地层物理力学参数如表3 所示。

表3 各地层物理力学参数

三、施工技术要求

1.按照施工配合比生产拌制的混合料，其7d 抗压强度不能低于0.4MPa，同时28d 抗压强度不能低于0.6MPa。

2.利用压缩空气和发泡剂水溶液借助发泡装置进行发泡，不可采用搅拌发泡的方式产生泡沫。

3.泡沫轻质土生产装置应能实现自动计量，在实际拌制过程中，应能对水泥浆与气泡流量进行自动调节。

4.泡沫轻质土浇筑过程中，单层厚度按0.5-1.0m 控制，每个浇筑区的浇筑施工需在水泥浆达到终凝之前完成，而且上一个浇筑层要在下层达到终凝之后开始施工。

5.施工人员应尽可能避免在浇筑完成但还没有硬化的土层表面走动。

6.在泡沫轻质土的实际强度达到0.4MPa 以上后才能开始后续施工。

7.在每天施工完成后都要在路基表面覆盖一层针刺土工布，同时通过适量洒水进行保湿。

四、施工工艺方法

1.场地验收。

（1）浇筑施工开始前，应对基底进行验收，要求基底不能存在积水。

（2）当设计有垫层结构时，垫层结构施工应能满足所有规范及设计要求。

（3）浇筑区域的平面尺寸应满足设计要求，同时基底高程和设计要求之间的偏差不能超出±10cm。

（4）浇筑施工开始前，需要以区为单位对浇筑场地实施严格的检查验收。

2.施工工艺流程。

泡沫轻质土路基施工需按照以下工艺流程进行：采用发泡剂和稀释水制成发泡液，然后与压缩空气混合形成泡沫；将水泥和水混合搅拌形成水泥浆；将泡沫和水泥浆混合搅拌形成泡沫轻质土；通过浇筑泡沫轻质土形成泡沫轻质土路基，如图1 所示。

图1 泡沫轻质土生产流程

3.泡沫生成。

泡沫采用稀释后的发泡剂与压缩空气生成，在生产过程中，拌和使用的水中不能含有对泡沫稳定性有影响的成分；发泡剂稀释与气泡都应借助设备进行自动控制，保证生成的泡沫达到稳定和细密。

4.水泥浆（水泥砂浆）制备。

水泥浆（水泥砂浆）在施工现场拌制，注意应保持连续，并在出料口的位置设好过滤网。

5.混合泡沫和水泥浆（水泥砂浆）。

轻质土是由泡沫与加压后的水泥浆（水泥砂浆）构成的，在施工中要对其各项技术参数进行适当调整。

6.模板施工。

以施工图纸为依据，结合轻质土各项特性，该工程所用模板为厚度为1.5cm 的竹胶板，在竹胶板的背后需设置方木，并借助钢管顶托进行支撑。轻质土的浇筑需分块与分层进行，分层厚度一般为0.5m。为满足分层施工要求，模板施工也应分层进行，每次模板安装数量都要以当日工作面及工作量为依据确定。模板的分区域安装都应达到稳固，相邻浇筑区之间需使用塑料布做好密封，以免轻质土通过缝隙向外渗漏。模板施工必须按照设计断面图，结合路基设计要求进行，模板的具体尺寸要根据台阶高度和施工围挡确定与控制。轻质土配管泵送距离主要受到配合比与落差因素影响，无落差水平单级泵送距离应按照表4 严格控制。

表4 无落差水平单级泵送距离

7.浇筑施工。

轻质土所用普硅水泥初凝时间应达到120min 以上，为保证轻质土施工质量，需充分考虑各项施工要素，各分区分块实际浇筑时间不能超过90min，以保证浇筑施工在初凝之前完成。在实际的浇筑施工中，应注意以下几方面要点：

（1）浇筑开始前，将基底范围内存在的积水与松软土均清理干净，并在必要的情况下对基底土层实施碾压，使压实度达到80%以上。

（2）一般情况下单层浇筑厚度按照0.5m 严格控制，处于同一浇筑区段内的上下两个相邻的浇筑层，如果施工过程中气温在15℃以下，则浇筑时间间隔不能短于8-12h，而当施工时气温在15℃以上时，浇筑时间间隔需达到2d 以上。

（3）在浇筑施工中，若遇到降雨，应立即停止浇筑，同时对浇筑完成的轻质土进行覆盖。

（4）浇筑需按照从其中一端到另外一端的顺序进行，若采用多个浇筑管进行浇筑，则可并排进行浇筑，必要是也可按照对角方式浇筑。

（5）浇筑时，若需要对浇筑管进行移动，则要按照其放置方向前后进行，不建议左右移动，若必须左右移动，则要将浇筑管从完成浇筑的轻质土中提出。

（6）将轻质土浇筑结束后，需将其表面清扫干净，在清高表面的过程中，应确保浇筑口达到水平，同时尽可能减小浇筑口和轻质土表面之间的距离。

（7）施工人员不可在已经浇筑完成但还没有达到固化的轻质土表面行走。

（8）路床部位的轻质土要在浇筑完成后及时覆盖一层塑料布，将最后一层轻质土浇筑完成后，需连续养护7d 以上的时间。

8.金属网与土工膜铺设。

（1）对于路床顶部的金属网，要铺设在土工膜以下。

（2）在铺设金属网的过程中，要用U 形钉加以锚固，横、纵向的锚固间距分别按照1.0m 和2.0m 控制，相邻金属网之间要有一定重叠搭接，搭接的宽度需达到5cm 以上，在搭接部位需使用铁丝进行绑扎。

（3）在铺设土工布的过程中，应尽可能与下承层贴紧，在路床顶部借助U 形钉加以锚固，横、纵向间隔距离分别按照2m 和5m 严格控制。

（4）土工膜与金属网都应沿横向进行铺设。

9.施工注意事项。

（1）泡沫轻质土路基施工所用水泥要满足以下要求：水泥的强度、细度、凝结时间与安定性都应满足国家相关规范提出的要求；水泥密度应达到2700kg/m3以上。

（2）泡沫轻质土路基施工所用发泡剂应做好性能检验，要求消泡试验得出的湿密度增加率在10%以内、标准沉陷距离在5mm 以内，具体的检验方法根据相关规程确定。

（3）泡沫轻质土路基施工所用原材料都要在进场之前进行严格检查。

（4）将轻质土路基浇筑完成后，需在最后一层浇筑同条件养护强度不低于0.4MPa 后才能开始路面结构层施工。应注意，在路面结构层施工过程中，应注意防止大型机械直接碾压，建议以推平和卸料同步的方式施工，即将卸料车安排在推平机械后端。

（5）本项目区域暴雨频发，路基经常存在浸水的情况，对此需在泡沫轻质土浇筑施工前进行逐桥抗浮验算，并根据验算结果确定适宜的抗浮措施，保证泡沫轻质土不会发生上浮。原地面压实度需达到90%以上，如果桥台处在低洼湿软段落，无法进行压实度检测，则要采用清淤换填的方法进行处理，使原状土承载力达到180kPa 以上。

（6）泡沫轻质土路基填土相接部位需使用防渗土工膜进行包裹，防渗土工膜为M1/PE，横、纵向拉伸断裂伸长率需达到500%以上，横、纵向拉伸强度需达到18kN/m 以上，横、纵向直角撕裂强度需达到100N/m 以上，CBR 顶破强度不能超过3kN，垂直渗透系数不能超过5×10cm/s，土工膜搭接方式为上膜在上、下膜在下，搭接宽度按20cm 控制。

（7）在与泡沫轻质土顶、底部相距50cm 的位置，并按照1m的间隔距离设置单层铁丝网，铁丝网的规格为10cm×10cm，单位重1.26kg/m2，严格按照要求的位置及宽度沿水平方向铺设，保证铺设达到牢靠。若需要进行接长，则要有30cm 的接长宽度。

10.质量检测。

施工过程中与完成后都要严格做好质量检测工作，质量控制指标、检测频率、设计值与允许误差为：

（1）湿容重：每工作日自检4 次，抽检2 次，允许误差为±0.1设计值；

（2）流动值：每工作日自检4 次，抽检2 次，允许误差为设计值±20mm；

（3）气泡密度：每工作日自检2 次，抽检1 次，允许偏差为±0.05 设计值。

（4）试件抗压强度：将试件制取完成后放到不低于20℃的环境条件下养生，然后采用标准方法检测其抗压强度，注意需采用砂浆压力机进行，同时最终强度检测取值不进行尺寸折减。

五、结论

1.泡沫轻质土路基能有效解决因软基段预压不到位产生的工程沉降，在桥台背路基换填中使用还能解决工后沉降造成的桥头跳车，当在道路扩建扩建中用于路基加宽填筑时，可从根本上解决路基差异沉降和变形问题。

2.轻质土路基施工开始前，应严格按照设计要求进行材料选取，保证所选的材料满足质量要求。

3.泡沫轻质土路基施工应严格按照规范要求的顺序进行，保证各环节施工质量。