高速公路桥台路基中泡沫轻质土施工质量控制技术研究

王云丽

（中交二航局第三工程有限公司，江苏 镇江 212000）

0 引言

高速公路的路堤填料是刚度较小的土体，桥台材料则是刚度较大的混凝土，两者抗变形能力不同，在车辆荷载反复作用下，路堤填料变形小于桥台材料变形，两者之间形成沉降差，导致高速公路桥头跳车问题。对此，采用复合地基、堆载预压、强夯等传统处理措施的施工工期较长，无法从根本上解决不均匀沉降问题[1]。因此，需深入研究高速公路桥台路基泡沫轻质土施工质量控制技术。

1 泡沫轻质土的材料组成和物理力学性能

1.1 材料组成

泡沫轻质土是指在原料土中按设计比例加入固化剂、发泡剂、水等材料，均匀拌和而成的微孔混凝土。原料土为细砂、黏性土、砂质土等，最大粒径宜不大于5mm。当原材料不符合要求时，应在拌和前进行筛分处理。固化剂有主固化剂（水泥）和辅助固化剂（石膏粉、硅粉等）两类。泡沫轻质土拌和宜使用饮用水，不可使用污染水源[2]。

1.2 物理力学性能

大量工程实践表明，泡沫轻质土的优势主要体现在重度、流动性、抗压强度三个方面，具体阐述如下。

1.2.1 重度

泡沫轻质土的重度在5～12kN/m3，其值在粉煤灰和泡沫塑料块轻质土（EPS）之间，但EPS 价格昂贵，抗浮性能差，一般不用作路基填料。影响泡沫轻质土重度的因素如下：一是单层浇筑高度。泡沫轻质土浇筑时的重力会压缩土体内气泡，使下部重度大于上部。单层浇筑高度越大，上、下部重度差异越大，故单层浇筑高度不宜大于1.0m。二是水固比。本文测定了不同水固比下泡沫轻质土的重度，试验结果如图1 所示。

图1 不同水固比下泡沫轻质土重度

图1 表明：当水固比小于1∶1.6 时，泡沫轻质土的重度增加速率较快；反之，泡沫轻质土重度增加速率变缓。主要原因在于：水固比越大，水泥固化剂的含量越高。同时，水泥的重度大于水的重度。

1.2.2 流动性

新拌和的泡沫轻质土流动性强，但随拌和时间的增加，泡沫轻质土会产生硬化现象。为了保证泡沫轻质土的施工质量，其流值宜取160～200mm，最大泵送距离和泵送高度不宜超过500m 和30m。如果泡沫轻质土在泵送过程中有中继泵，可适当增大泵送距离。

1.2.3 抗压强度

泡沫轻质土的抗压强度高于普通路堤填料，但远小于混凝土。相关研究成果显示，泡沫轻质土的抗压强度受以下因素影响较大[3]：第一，固化剂。固化剂掺量越高，泡沫轻质土强度越大。第二，气泡含量。气泡含量较低时，泡沫轻质土强度高；气泡含量过高时，会在土体内产生大量裂缝，使土体强度衰减。第三，养护龄期。泡沫轻质土的强度和养护龄期呈正相关趋势；但养护28d 后，其强度基本不再增加。

2 泡沫轻质土在高速公路桥台路基中的应用

2.1 工程概况

2.1.1 路线走向

工程案例为盐城至洛阳国家高速公路江苏省宿城至泗洪段SS-1 施工标段。该标段工程起点位于与淮徐高速公路交叉的仓集枢纽（桩号为K0+000），向西南跨越规划S268，设置屠园互通，向南穿越洪泽湖（宿城区）重要湿地，跨越古山河后与SS-2 施工标段起点相接（桩号为K8+100），路线长为8.1km。

2.1.2 地质条件

SS-1 施工标段路线位于洪泽湖西北侧，傍依成子湖，穿越洪泽湖滞洪区，沿线多为农田，局部地段穿过村庄、河流及已建道路。路线所在区域属于徐淮黄泛冲积平原，区内岗洼间布，地势略有起伏。

2.2 泡沫轻质土处理方案

2.2.1 处理思路

泡沫轻质土的重量轻、抗压强度大、直立性强，能有效减小路堤填料的附加荷载、减小路基变形，且无须机械碾压，对桥台产生的水平压力小，可取消桥头搭板，将U 形桥台或肋板式桥台优化成桩柱式，以降低桥梁建设成本。

2.2.2 处理方案

SS-1 施工标段的S268 主线上跨桥大桩号桥头侧（24#桥台）、苗郑引河大桥（0#、6#桥台）、屠园互通C匝道桥两侧桥台、洪泽湖湿地特大桥两侧桥台全部采用泡沫轻质土处理，具体处理方案如表1 所示。

表1 桥台处理方案

3 桥台路基泡沫轻质土施工质量控制要点

3.1 施工准备工作

3.1.1 配合比设计

泡沫轻质土中水泥为P·O42.5 普通硅酸盐水泥，经检测，标准稠度用水量为28%，密度为3.09g/cm3，三氧化硫含量为0.78%，氧化镁含量为1.86%，烧失量为3.82%，初凝时间为193min，终凝时间为255min，28d 抗折强度和抗压强度分别为8.5MPa、50.5MPa，各项指标均符合规范要求。发泡剂型号为FP-188型，经检测，发泡剂1h 沉降距为2mm，1h 泌水率为23mL，气泡群用量为50kg/m3，密度为1.023g/mL，pH 值为7.62，各项指标均符合规范要求。泡沫轻质土设计强度等级为0.6MPa，经试验选择配合比设计为：水泥∶水∶气泡群=353kg∶205kg∶680.8L，经检测，流动度为173mm，湿容重为5.7kN/m3，7d、28d 平均强度分别为0.62MPa、0.84MPa。

3.1.2 测量放样

施工前，测量部门应按照施工图纸对里程桩号、距离路基位置等开展复核作业。复核无误后，使用全站仪放样坐标控制点，实测原地面标高，并填写放样记录表。施工人员进场后应及时找到埋设板位置，同时，应在一侧挂设标识牌，防止机械或人工破坏埋设板。

3.1.3 模板安装

在施工期间，模板按“分层分块”的原则进行安装。为了防止外力使模板倾倒，可采取以下措施：第一，模板两侧打入直径为20mm 的钢筋进行固定；第二，次梁方木按间距400mm 横向布置，斜向采用方木支撑在次梁方木下缘（与地面夹角呈30～45°），斜向方木端头处打入钢筋支挡；第三，相邻模板的拼缝位置可使用止浆条填塞。

3.1.4 泡沫轻质土配合比检验

泡沫轻质土的生产工艺如图2 所示。

图2 泡沫轻质土生产工艺

在桥台路基填筑之前，试验室应先检验泡沫轻质土的施工配合比，检测方法依据《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》（CJJ/T 177—2012），制备10cm×10cm×10cm 的立方体2 组（每组6 块）分别测定泡沫轻质土在第7d、28d 的强度，强度值满足设计要求后才能开展浇筑作业[4]。

3.2 泡沫轻质土浇筑施工控制

3.2.1 浇筑区和浇筑层划分

施工单位应结合施工现场情况绘制泡沫轻质土浇筑区划分、施工顺序平面图。泡沫轻质土单层浇筑厚度控制在0.5m 左右，单个浇筑区的面积应根据设备产能划分，且最大浇筑面积不大于400m2。

3.2.2 浇筑参数

浇筑时间：桥台路基的每一浇筑层应在水泥浆初凝时间内浇筑完成，且浇筑时间不大于3h。上下相邻浇筑层的浇筑间隔时间应以下层浇筑层硬化为标准，不宜小于8h。

浇筑顺序：泡沫轻质土在浇筑时应沿浇筑区长轴方向从一端向另一端浇筑。需注意，泡沫轻质土在浇筑期间，不宜左右移动浇筑管。确实需要移动时，应沿浇筑管的前后方向移动。

3.2.3 检测指标

泡沫轻质土在浇筑期间，要检测每一浇筑层的质量，检测指标可取湿密度、流动性、泡沫密度等，具体检测方法如表2 所示[5]。

表2 泡沫轻质土检测指标

3.2.4 加强施工管理

桥台路基泡沫轻质土填筑时不仅要采取经济、合理的技术方案，还应加强施工管理，具体措施如下。第一，加强培训。项目经理部应定期组织职业培训，增强工程师和工人的技术水平和责任意识。第二，建立施工方案审查制度。技术人员编制好泡沫轻质土浇筑方案后，应提交部门负责人复核，并提交总工程师审核。第三，建立严格的考核制度。项目经理部应建立严格的奖罚制度，以便约束施工人员的行为。

3.3 泡沫轻质土浇筑质量评价

为了验证泡沫轻质土在桥台路基中的应用效果，利用理正岩土软件计算泡沫轻质土浇筑高度为2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m 时，桥台路基的工后沉降，具体如图3 所示。

图3 不同泡沫轻质土浇筑高度下桥台路基工后沉降

桥台路基的工后沉降随泡沫轻质土浇筑高度的增大而增加，且两者之间基本呈线性正相关关系。泡沫轻质土浇筑高度为2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m、4.5m 时，桥台路基工后沉降分别是0.9cm、1.3cm、1.8cm、2.3cm、2.7cm、3.2cm，均满足现行设计和施工规范要求。由此可知，泡沫轻质土浇筑高度每增加0.5m，桥台路基工后沉降平均增加0.46cm。

4 结论

本文分析了泡沫轻质土的材料组成、物理力学性能及其在盐洛高速SS-1 施工标段中的具体应用，得到以下研究成果：一是泡沫轻质土由原料土、固化剂、发泡剂、水等材料组成，具有重度小、流动性好、无侧限抗压强度高等特点。二是桥台路基泡沫轻质土在浇筑之前要开展测量放样、模板安装、配合比检验等作业。三是泡沫轻质土浇筑过程中应合理划分浇筑区和浇筑层，沿浇筑区长轴方向从一端向另一端浇筑，且浇筑管不宜左右移动。四是建议以湿密度、流动性、泡沫密度等为评价指标，检测泡沫轻质土路基的施工质量。