板桩码头应用泡沫轻质土施工质量控制技术的探讨

◎ 郑楚龙 中交第四航务工程局有限公司

1.前言

泡沫轻质土是一种以水泥为原料的轻质土，是将泡沫与水泥胶凝材料、水、外加剂等按一定比例混合搅拌而成的轻质材料。上世纪初国外就开始致力于泡沫轻质土的技术开发，特别是日本在1979年将其成功用于岩土工程的回填，期间已有数十年的应用研究历史。在建筑工程和岩土工程回填方面，中国从上世纪90年代开始引入泡沫轻质土现浇技术，成为第三大应用领域。由于它具有流动性高、自重低、抗压强度高、凝结自立性好、整体性好等优点，可有效治理不均匀沉降等质量通病，广泛应用于桥台台背填筑施工、高速公路路基及软土基础处理施工等领域。国内目前在码头工程中，泡沫轻质土作为回填料的应用还比较少，特别是板桩码头，常见的碎石土、砂土等材料在后方回填时，其荷重对码头前壁产生较大的土压力，使码头受力和位移明显增加，此时利用泡沫轻质土自重低，抗压强度高，凝结自立性强等优点，在码头后方回填，可使土压力大大降低，从而大大提高码头的安全性。泡沫轻质土做为首次应用于南沙港板桩码头后方回填的新材料、新工艺，在具体的工艺实施阶段，控制好施工质量，整理出相应技术以便于将其应用于同类型的工程中。

2.工程概况

工程建设2个10万吨级通用泊位和1个4万吨级件杂货泊位，均按年通过能力751万吨、泊位长度800米的靠泊10万吨级船舶设计建设水工结构；向东顺岸建设5个5000吨级通用驳船泊位，其中泊位西端58米岸线水工结构按靠泊10万吨级船舶设计建设，其余按靠泊1万吨级船舶设计建设，泊位长度493.7米。泊位岸线总长1293.7m。码头前沿22m范围内均布载荷按30kPa考虑，22～72m范围内整体稳定计算按60kPa考虑。码头后方回填泡沫轻质土宽度约40m，长度约1100m，填筑标高为1.5m～4.8m，部分为1.5m～3.0m，填筑厚度为3.3m（1.5m），总工程量约11.6万m³。码头泡沫轻质土回填典型断面图见图1。

图1 码头泡沫轻质土回填典型断面图

3.性能与制作

泡沫轻质土，其主要特点就是质轻，密度一般为0.3～1.5吨/立方米，与传统回填料相比，自重约相当于砂的60%、碎石土的50%，可明显减小土压力对码头结构的作用及后方的工后沉降；另一特点是抗压性好，泡沫轻质土与码头其它填料相比强度更高，可在1.2MPa左右制作，压缩性低，可缓解轨道梁结构与前沿码头回填料的刚柔突变，减小两侧不均匀沉降[1]；其它特点还包括良好的整体性，可现场浇筑施工，快速施工，良好的耐水性与耐久性，可降低综合成本等。

制作密度均匀稳定的泡沫轻质土取决多方面因素，如选择的发泡剂、泡沫制备和添加方法、材料截面和配合比设计、制作后的泡沫轻质土在新鲜和硬化状态下的性能等。在原材料检验合格的基础上进行配合比试配试验，泡沫轻质土料浆沉降率不超过5%，试配后的泡沫轻质土达到湿密度、抗压强度等要求，试配的湿密度和强度应满足下式要求：

式中：qu为试配泡沫轻质土抗压强度；qc为设计泡沫轻质土抗压强度。

试配试验时应进行湿密度、流值和消泡试验，同时制取试件养护及进行抗压强度试验。试验过程中调整发泡剂的稀释倍率或种类，调整配合比组成材料的种类和用量，调整胶凝材料的用量或标号等，直至达到设计要求。

4.施工工艺

泡沫轻质土的施工工艺流程图如图2所示。

图2 泡沫轻质土施工工艺流程图

现场浇筑泡沫轻质土施工工艺概括为“三点制作、两步输送、流动浇注”。“三点制作”即泡沫制作、水泥浆制作和泡沫轻质土制作；“两步输送”指水泥浆自搅拌站管道输送至泡沫轻质土制备站，以及泡沫轻质土输送至浇注现场；“流动浇注”通过其自流特性来实现，从而保证浇注区所有空间均能浇注到位，不存在死角或狭小空间无法浇注饱满的问题。

5.关键技术控制

5.1 原材料

原材料的选择应符合设计及规范性能指标要求，水泥应采用42.5级硅酸盐水泥，并检验其水泥比表面积，应在300～350平方米/千克范围内，过低水化反应活性低，过高造成用水量增加，影响轻质土的结构性能；泡沫剂、粉煤灰等材料按设计要求选用，不得采用除水泥、粉煤灰以外的其它原材料。

5.2 施工准备

泡沫轻质土浇筑工作面一般比较大，浇筑区域需提前划分，单个浇筑区面积不大于400m2，长度不超过15m，厚度不超过0.8m，并根据现场条件合理布置搅拌站，分区浇筑区域[2]。

5.3 试验段试验

大面积泡沫轻质土施工前，应先根据试配配合比选取水泥、泡沫剂、水、集料等按比例拌制进行试验段施工，根据设计抗压强度、工后沉降控制标准等要求确定相应施工配合比，确保选用的配合比参数：湿密度、料浆沉降率及抗压强度等满足设计施工要求。试验段试验还可确定泡沫轻质土的浇筑性能、最佳浇筑长度、浇筑时间间隔和单层浇筑厚度等施工参数。

5.4 拌制及浇筑

按照施工配合比进行水泥浆与泡沫制作并进行拌制，发泡装置应能稳定发泡倍率，生成标准密度的泡沫，严禁搅拌发泡生成泡沫。拌制采用自动化程度高、材料自动化计量、各环节全自动控制设备，拌制过程时间应确保各组分混合均匀，停滞时间不超过2小时，保证制备的泡沫轻质土密度和流量均匀与稳定。

浇筑按分区施工，采用直接泵送方式，泵送最远距离为350m。单层浇筑面积按400m2、厚度按0.8m控制，完成单个浇筑区浇筑层的施工时间控制在水泥浆初凝时间内，一般为2小时，当该层终凝后才能进行下一层的浇筑，一般间隔10小时。浇筑前对基底检查，确保基底无杂物、无积水。浇注管出料口不宜悬空，宜埋入泡沫轻质土内浇筑，需移管时应沿浇注管前后移动，不得左右移动。雨季施工应做好临时防排措施，避免坡面冲刷，特别要重点防止大量水土流向低处轻质土浇筑面上，对轻质土造成污染，应采取覆盖薄膜、设置临时排水沟等相关措施。禁止在雨天进行泡沫轻质土浇筑，以保证泡沫轻质土的施工质量。

5.5 设置分隔支模

由于大面积泡沫轻质土需分区浇筑施工，为保证浇筑质量，设置分隔支模浇筑。根据分区尺寸设置连续分隔木模，设定奇偶区，先浇筑奇数区，待奇数区终凝后达到一定的强度拆除支模，再进行偶数区浇筑，可实现连续浇筑，节约工期。

5.6 养护

浇筑到设计标高后，采用塑料薄膜覆盖方式进行养护，使泡沫轻质土与空气分离，水分不被蒸发，靠轻质土中的水分使水泥完成水化反应，达到凝结硬化的目的。养护期间禁止施工机械在上面作业，待达到一定强度之后方可进行下一步顶面施工。

6.质量检验效果

6.1 浇筑前检查

浇筑施工前应检查基底是否有积水和杂物并清除，检查基底高程与边界宽度、长度是否超出允许偏差。

6.2 中间检验

各浇筑区浇筑层要进行现场质量检验，严格检查湿密度6次，一旦发现湿密度达不到要求，立即停工查找原因，如半小时内不能解决问题，当次浇筑层停止浇注，未浇注部分留待下一次浇注，并做好施工记录。每一浇筑层浇注完毕后的次日，现场检查浇筑层表面，以表面总体平整、没有明显缺陷、无明显开裂为合格标准[3]。一旦发现当次浇筑层出现超过2cm的沉陷或开口大于3mm的裂缝时，应清除沉陷或开裂周边1m范围内的轻质土，在浇注下一层浇筑层时补充浇注。现场质量控制标准见表1～表2。

表1 浇筑的质量检验

表2 填筑体的主控项目检查

6.3 施工完成后质量检验

泡沫轻质土完成浇筑达到设计强度后，参照钻芯法对泡沫轻质土进行钻芯检测重度和抗压强度。对码头后方约1100m泡沫轻质土进行了100点钻芯法检测，取出的芯样情况基本为坚硬，浇筑均匀，呈柱状，局部呈块状（机械破碎），部分芯样如图3所示。

图3 部分泡沫轻质土芯样图

芯样厚度满足设计要求，均匀性良好；芯样抗压强度代表值在1.22MPa～4.33MPa之间，满足设计要求；芯样表干容重平均值在7.7kN/m³～10.5 kN/m³之间，满足规范规定的每组表干容重平均值不大于湿容重标准值，每块最大值不大于湿容重允许偏差上限值。

7.结论

泡沫轻质土由于其自身特性，在板桩码头工程施工质量要控制好，需保证配合比设计，试验段施工确定参数，采取支模分隔分区浇筑施工等各个环节的技术质量，并通过施工过程质量检验反馈施工情况。试验检验效果反映本工程施工质量良好，泡沫轻质土成功应用于板桩码头后方回填施工，形成了港口工程泡沫轻质土施工技术，该工艺确保了施工的质量，又大大提高了施工效率，为类似工程提供借鉴。