地道顶板泡沫混凝土上浮原因分析与处理

张少武

（福建恒安达建设发展有限公司，福建 漳州 363000）

0 引言

具有良好流动性、轻盈性、耐久性、施工便捷的泡沫混凝土在工程使用上得到用户青睐。近年来也常用于市政道路工程中，但也有出现回填料上浮变形甚至成块拱起开裂、折断等质量问题，影响正常使用功能。自1950年我国引进泡沫混凝土以来，经历70余年的发展，我国在泡沫混凝土的研究和应用技术已非常成熟，作为新型材料在回填工程领域得到广泛的研究和应用。汪家雷等[1]通过介绍在不破坏铺盖体系条件下采用充填轻质泡沫混凝土的处理方案，很好地解决了工期长、造价高、对环境影响大等问题，该施工方法新颖、经济有效、环保节能、施工便捷。陈伟仁等[2]进行富水地区轻质泡沫混凝土抗浮技术研究，通过抗浮技术分析对比，提出扩大头拉杆抗浮技术比较经济环保、易行有效。徐友治[3]通过某高速公路采用轻质泡沫混凝土对桥台与路基结合部位、隧道拱顶及空洞回填施工工艺的实践，分析研究轻质泡沫混凝土的优点和特性，并根据其特点阐述轻质泡沫混凝土在道路施工中的不同状况下的应用。在新材料、新技术的大力推广下，轻质泡沫混凝土这种环保、高效、节能材料在道路工程施工中得到大力推广应用[4]。本文结合工程实例，对地道顶板泡沫混凝土上浮原因分析与处理措施研究，采用外疏内排，压重结合的处理方针，有效解决了地道顶板回填泡沫混凝土在强降雨后排水不畅导致上浮、拱裂等质量问题的难题，取得较好的效果，可为相似工程提供借鉴。

1 工程概况

北江滨路景观暗埋段（地道）采用“路堤、路景、路城”相结合，是沿江旅游、城市景观、防洪堤改造、江滨公园（景观工程）建设相融合一体的重大工程，属民生重点工程，位于漳州市芗城区新建西湖生态园片区内一条重要的交通通道。其中，地道设计桩号为K0+535～K1+740，长度1205m，顶板上景观公园约4.5万m2，结构采用半暗的形式，按框架结构设计。顶板反梁梁格进行覆土或填充轻质泡沫混凝土。工程建设实现了“地下行车、地上观景”的功能。为减小该工程地道顶板覆土等荷载，对面积约2.7万m2的梁格选择采用强度等级不低于CF1.0，容重等级不低于W5的轻质泡沫混凝土作为顶板回填材料。

2 地道顶板轻质泡沫混凝土回填存在质量问题

该工程部分轻质泡沫混凝土回填完工不久，经一场强降雨过后，发现K1+600、K1+720、K1+735处地道顶板已回填的轻质泡沫混凝土出现上浮、开裂、起拱等现象。引起各方重视，由本人牵头建设、施工、监理单位技术人员及现场管理人员进行现场踏勘查找轻质泡沫混凝土上浮的原因。现场量测发现轻质泡沫混凝土有局部成块隆起10～30cm高，已将铺装找平层顶裂开，甚至整块泡沫混凝土拱起导致折断，质量及其功能难以保障，需清除并重新回填。经测量员对水平位移、标高复核，地下空间及地道主体无沉降变形，排除了地下结构对泡沫混凝土的影响因素。凿开已折断的泡沫混凝土发现反梁形成的梁格基本满水，梁格底部排水不畅现象。

3 原因分析

3.1 基层无良好粘

梁格回填前，施工人员未将梁格底积水排除干净，或未对含水量较高的浮土和建筑垃圾清理干净，导致轻质泡沫混凝土与基层无良好粘结。梁格尺寸多为12m×2.5m×1.1m（长×宽×深）的扁平长方体，基层粘结力小，一旦有水渗入极易造成轻盈的泡沫混凝土浮起。

3.2 顶板反梁的“蓄水池”形成水浮力

顶板及反梁采用防水卷材结合耐根穿刺防水土工膜，刚施工完防水层的地道箱涵顶盖形成一个个封闭的井字形“蓄水池”，水满后溢过相邻已回填的梁格，慢慢地渗透入轻质泡沫混凝土底部，增加了水的浮力，从而托起整块泡沫混凝土上浮。

3.3 基底临时排水设施堵塞

较强流动性的轻质泡沫混凝土容易将无设置好反滤层的基底临时防、排水设施充填，导致堵塞，使整个临时排水系统失效。

3.4 临时与永久排水设施未连接

施工过程未综合考虑将基底临时排水设施与就近永久排水设施（地道排水沟、雨水管、雨水井）连接互通，以及与地道箱涵顶盖景观、堤顶路面影响范围的自然排水系统做好衔接，整体排水不畅，轻质泡沫混凝土基层大面积积水产生浮力，把回填泡沫混凝土层上拱、顶裂。

3.5 施工工序影响

在景观绿化、饰面铺装暂未进场施工情况下，遇一场大雨后公园地表水、堤顶路面排水汇集一起冲刷裸露种植土，流失的泥浆堵住了下游线性排水沟，排水不畅导致顶板已回填的部分梁格周边积水。

4 处理轻质泡沫混凝土上浮等质量问题的施工方案

4.1 处理方针

根据泡沫混凝土上浮的原因，结合地道建设形式及功能、已完工的地道排水系统和空间作业环境，宜采用外疏内排，压重结合的方针进行处理。

4.2 处理重点

顶板梁格位置正处于地道顶板景观公园和堤顶路横坡最低点，公园地表水和堤顶路面排水汇集处，如遇大雨排水不畅倒灌入梁格内，将造成轻质泡沫混凝土再次上浮。该问题若未得到彻底处理，将影响该项目部分未完工工程后续各工序施工质量问题。因此，在处理方案的选择上，确保基底排水通畅及整体综合排水通畅是重中之重。

4.3 确定处理方案主要措施内容

（1）调整泡沫混凝土配合比，增加自重以提高抗浮能力。配比重新计算、验算、实验等工作流程较长，新配合比能否使泡沫混凝土自重来抵抗水浮力还具有不确定性，如一再提高原材料配比，过度加入水泥来增加泡沫混凝土重量，将造成原材料的浪费。实施效果存在较大不确定性，工作量和投资成本较大，处理方案适用性不强。

（2）应用“扩大头”拉杆抗浮技术。运用装饰工程中天棚轻钢龙骨吊杆施工原理，将拉杆反向打入地道顶板并锁住，纵横向间距分布均匀。将拉杆上端放上薄钢板做成的大杆帽，杆帽下焊接两根长度1m的钢筋形成“十”字形骨架，拉杆上部预留2～3cm长自由端，利用螺丝限位杆帽向下挤压成块泡沫混凝土，抵抗水浮力。上浮严重区域杆帽底增加钢筋网片扩大受拉面积，以达到处理上浮的目的。拉杆制作原理简单，是在原有工艺上进行改造，施工简单灵活、抗浮能力强，用来加固已浇筑完成的轻质泡沫混凝土，可以减少损失。后期施工可采用先预埋拉杆再浇筑泡沫混凝土，施工工艺就更为简单。唯一缺点就是对原有已施工完成的顶板防水层可能会造成破坏，造成后期顶板渗水的风险。

（3）完善基底排水，消除基底积水所产生的浮力。参照路基排水盲沟，在回填轻质泡沫混凝土前采用φ100软式透水管加级配碎石包裹针刺无纺土工布，通过接入雨水收集盆流入地道两侧排水沟，确保渗入梁格底的水能通过盲沟排走。施工费用相对较小、工期少、材料易采购、工艺成熟、施工质量有保障等优点，处理方案能实现处理的目标，解决问题彻底。

（4）充分利用饰面铺装压载辅助抗浮。地道顶板景观公园分绿化区和硬质休闲区域，硬质区结构采用泡沫混凝土面上铺装石材饰面，材料主要为300×600×30厚烧毛面的花岗岩。充分利用花岗岩石材的重量形成对泡沫混凝土压载，也大大抵抗了水浮力。由于水浮力是动态的，要完全依靠石材重量来抵抗其浮力，较难找到符合规格的石材。且该抗浮方案不能运用于处理已上浮的泡沫混凝土，只能运用于无上浮泡沫混凝土的压载，故饰面铺装压载方案无法作用于施工全过程的抗浮，只能作为结合其他处理方案使用，起到辅助抗浮作用。

5 方案措施具体实施

5.1 处理措施实施前准备

（1）现场人员进行现场踏勘，将上浮部位详细记录并做好标记。

（2）项目经理组织项目部技术、质量管理人员对上浮部位原因进行深度分析，根据上浮的严重程度，采取针对性专项解决方法和处理措施。

（3）在施工前仔细阅读地道排水、堤顶路、景观图纸，并与该工程顶板排水布置详图结合使用。项目技术负责人组织施工人员、班组技术人员进行技术交底，详细了解处理方案的具体措施。

（4）提前做好人员安排；备好材料，主要有软式透水管、碎石、无纺土工布、无缝钢管、集水盆等；准备好施工机械设备，主要有抽水泵、小型铲车、金刚钻、铲子、电焊机等；

（5）提前通知泡沫混凝土班组做好进场准备，做到及时浇筑及时回填。后续石材饰面铺装班组做好工序衔接，形成各工序无缝衔接，不留施工冷缝倒灌水的风险。

5.2 严格处理工艺流程

现场勘察→原因分析→制定处理方案→处理前准备→标记及记录上浮的部位→挖除上浮严重泡沫混凝土→临时抽排水→清理基槽→布设软式透水管→钻孔及布设无缝钢管→连接贯通排水管→安装集水盆→排水管接入集水盆→排水口连接地道排水沟→试水监测→验收→回填泡沫混凝土。

5.3 严控主要施工工艺及工序技术

（1）挖除上浮轻质泡沫混凝土，将灌满水的基槽用抽水泵抽排至地道排水沟，直至抽干为止，并对基槽底垃圾及残渣清理干净。

（2）顶板顶所有梁格中均设置向两侧排水边沟方向2‰的横坡，梁格中均布置一圈盲沟，并将软式透水管接入接水盘，保证排水路径通畅。采光洞开洞处的梁格，因排水通道被洞口系梁分隔，软式透水管通过在梁中金刚取孔布设无缝钢管的方式保证排水路径通畅，采光洞所在梁格布置无缝钢管和软式透水管，如图1所示。

图1 排水布置平面及盲沟断面示意图

（3）连接贯通排水管及接入集水盆。根据景观方案，梁格中填土和填泡沫混凝土，且布置方式多样。若泡沫混凝土和景观小品基础等构件阻断了种植覆土的排水路径，通过在种植土和构件范围交接处设置集水盘的方式，保证排水路径通畅，并将集水盆顶盖改装为能活动的盖板，便于后期维修及维护。

（4）排水口连接地道排水沟。地道主体两侧各设置了一排永久排水沟，梁格里的积水通过盲沟汇集到集水盆，集水盆通过钢管与永久排水沟连接，将地道顶板梁格的水全部排入排水沟。

（5）增设堤顶路面单独排水沟，将堤顶路面与地道顶板外侧排水沟分离。避免暴雨时，堤顶路面及地道顶面雨水汇集一起流向地道侧排水沟，造成排水不畅，水沟满水导致多处积水。

（6）针对本工程特定环境，合理敷设线性排水沟。景观绿化场地内主要采用线性排水沟来收集硬质铺装上的径流。由于场地内敷土深浅不一，敷设的线性排水沟较浅。在敷土不足0.15m处，可不敷设线性排水沟。

（7）试水监测。完成排水盲沟及排水系统连接贯通后，每节地道顶板抽取一个格梁基槽进行注入水，根据排水量及排水速度现场情况做好记录，并对集水盆、排水口、排水沟进行监测。确保顺利排水，格梁无积水现象，再进入下一道工序。

6 质量保证措施

6.1 施工前控制措施

（1）首先做好技术交底和班前教育。让项目技术、管理人员及班组施工人员全面熟悉、掌握本次泡沫混凝土上浮的处理的技术要点、目的、质量要求、施工方法、工序衔接等。

（2）做好施工放样，格梁底纵坡按最薄30厚C5.0轻集料混凝土2%找坡，复核坡度的平顺性。测量埋设无缝钢管标高，确保能顺接软式透水管并有一定排水坡度。

（3）备好施工材料、机具等，并做好材料进场检验。特别是严格要求软式透水管透水、耐压、反虑性能，检查管壁被覆层与弹簧钢圈是否合为一体，是否具有全方位透水功能。渗透水是否顺利渗入管内，而泥沙、泡沫混凝土、其他杂质是否被阻隔在管外壁。最终得到良好透水、反滤、排水的功能[5]。

6.2 施工中控制措施

（1）盲沟在设置集水盆施工过程中，根据现场地道侧面排水沟与格梁排水口实际情况布设集水盆位置。

（2）人工滚铺无纺土工布，拉直平铺且紧贴于格梁四周底部，纵横向搭接缝应错开，搭接宽度一般不小于30cm，并采用粗线缝合。预留侧面及顶部覆盖级配碎石所需的无纺土工布。

（3）在填筑盲沟碎石结构时，应按底部和中部采用粒径相对较大的碎石（31.5～37.5mm）铺设，上部及两侧采用较小碎石、砾石、中粗砂包裹软式透水管，最小颗粒 0.075mm的含量不大于总含量的15%，以免堵塞排水管。形成良好反滤层，逐层采用筛分法筛选连续级配碎石，如表1所示。

表1 盲沟中碎石颗粒组成范围

（4）盲沟集水盆安装后，在浇筑泡沫混凝土前须检查排水管是否与集水盆连接牢固、排水口与防水层细部是否处理到位、集水盆是否被级配碎石及无纺土工布包裹严密。

（5）排水盲沟施工后，格梁基槽底清理干净后进行泡沫混凝土回填。浇筑泡沫混凝土时，严格按制定好的处理方案和技术交底实施，并严格把控混凝土配合比、水灰比、发泡剂用量、分层浇筑、养护时间等。

6.3 处理施工后观测及加强措施

（1）做好已浇筑泡沫混凝土的自然养护，养护期保证表面浇水，表面足够湿润为宜。

（2）对北江滨路（K0+535～K1+740）地道段使用泡沫混凝土抗浮技术处理效果进行观测，采用水准仪按每个格梁基槽布置1个观测点，经历一场大雨之后，对泡沫混凝土标高进行测量，最终测量结果显示泡沫混凝土无上浮现象。

（3）下一道工序安排紧凑，顶板硬质区域铺装、绿化区回填土工序尽早施工完成有利于对泡沫混凝土的均衡压载，从而加强了抗浮处理的效果。

7 结论

该工程地道顶板泡沫混凝土上浮等质量问题处理完成后，已经受东南沿海地区夏季高温多雨且常伴有强对流天气、台风暴雨、景观绿化浇灌等各种因素影响和考验，再无泡沫混凝土上浮、开裂、起拱等现象发生。彻底解决了泡沫混凝土上浮等质量问题，也使地道满足了“地下行车、地上观景”的功能。

本文中轻质泡沫混凝土回填上浮、拱裂等问题的处理措施切实、有效、可行，取得较好的效果。但泡沫混凝土上浮引起变形、起拱、开裂仍然是市政道路施工中不可忽视的问题，如何实现泡沫混凝土稳定、长久抗浮是一个永恒的课题。结合轻质泡沫混凝土上浮具体情况，深入分析原因，因地制宜，选用易行有效的抗浮技术措施。采用外疏内排，压重结合的处理方针，才能有效解决地道顶板回填泡沫混凝土在强降雨后排水不畅导致上浮、拱裂等质量问题的难题。同时，有针对性地增设盲沟（软式透水管、集水盆）抗浮技术措施对于在排水不畅基槽或类似富水区、淤泥软基环境下回填泡沫混凝土以及抗轻质泡沫混凝土上浮变形、起拱开裂技术的研究具有一定的借鉴和参考意义。