淺談泡沫輕質土施工

【摘要】根據《現澆泡沫輕質土技術規程》（CECS 249：2008，下稱《規程》）的定義，泡沫輕質土是“用物理方法將發泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經物理化學作用硬化形成的一種輕質材料”。 該材料具有輕質、密度與強度可調、良好的施工性和環保性等特點，其性能偏重于替代常規填土，加快施工工期，減少工后沉降。

【關鍵詞】泡沫 輕質 軟基 沉降。

中央大道是連接漢沽、塘沽和大港城區的客運主通道，本工程北起輕紡大道，穿過天津長蘆塘沽鹽場的鹽田，南至輕紡經濟區規劃輕十路。本標段程樁號范圍為K0+109.477-K2+100.000，路線全長1990.523米。施工內容為道路、排水、橋梁及涵洞工程，其中道路面積約7萬平方米，橋梁面積約1100平方米，主要構筑物包括1座小橋、4道箱涵。本工程位于大面積鹽池內，地下水位大部分埋深較淺，土體含水量較高，路基多處于潮濕、過濕狀態，必須進行處理，通過現澆泡沫輕質土的應用，最大限度減少了工后沉降，并能過對基底沉降，基底土壓力、擋土墻和臺背側壓力的觀測，為以后優化橋頭引路設計提供了可靠的技術數據，對大力推廣現澆泡沫輕質土新材料和新工藝在國內的應用具有一定的意義。

1 工法特點

泡沫輕質土工法對工后沉降的控制較常規工法更有優勢，尤其是向原地面以下進行置換填筑時，可顯著降低基底應力，有效控制工后沉降。

1) 施工便捷高效，可大幅縮短施工工期。這主要體現在三個方面：

較常規路基土填筑，泡沫輕質土施工準備期短，如常規路基填筑經常需要大量修筑施工便道，而泡沫輕質土填筑施工通過管道泵送實現，可不修或少修施工便道；

泡沫輕質土施工可每天連續進行，無需因碾壓問題而間斷路基填筑；

泡沫輕質土天然地基工法節省了復合地基樁基施工的時間。就一般的工程項目而言，復合地基從施工到檢測合格，因齡期問題，一般都需要3～5個月才能完成。

2) 可垂直填筑，節省永久占地或避免拆遷。

3) 由于采用管道泵送澆筑，施工作業面小，可避免某些地段高壓線、通訊管路等的拆遷。

4) 常規復合地基工法多為隱蔽工程，施工質量難以保證。而泡沫輕質土工法屬非隱蔽工程，施工質量較易控制，可靠度高。

2 適用范圍

橋臺臺背高路堤軟基路段、一般軟基路段、新近填海路段、施工作業高度受限軟基路段、征地困難或拆遷困難軟基路段、搶工期軟基路段地下管道、線纜無法遷移路段。

3 工藝原理

3.1 軟基沉降變形的本質

軟基沉降變形的本質可用有效應力原理來說明：在附加應力的作用下，超孔隙水壓力不斷消散、有效應力不斷增長；與此同時，隨超孔壓的消散，軟土中的自由水不斷排出，由此，其體積壓縮，表現為沉降的發生。在這個過程當中，對工程起決定作用的主要是三個方面：

1) 附加應力

附加應力的大小決定了軟土層最終總沉降量的大小：當附加應力全部轉化為有效應力時，總沉降完成；故附加應力越大，總沉降越大。

2) 固結度

固結度Ut可用下式表達:

式中 當前t時刻已完成沉降； —最終總沉降； 軟土層有效應力； 軟土層附加應力。

固結度的意義在于表征了當前時刻已完成沉降占總沉降的比例。

3) 工后沉降

設工后沉降基準期末的固結度位U1，施工期末的固結度為U2，工后沉降為 ，則工后沉降可用下式表達：

工后沉降通常是軟基路段重點控制的指標；從設計到施工，軟基路段的一個重要任務就是盡可能降低工后沉降，以確保公路工后的正常使用，并減少工后維修費用。

3.2 控制工后沉降的途徑

1) 通過提高St來提高竣工時的固結度U2，以此控制工后沉降。

具體的實現方法為排水預壓法：通過設置豎向排水體如袋裝砂井或塑料排水板，通過堆載預壓或真空預壓的方式來加快軟土層的固結速率，使竣工時的固結度達到足夠大，確保工后沉降滿足要求。該法的主要特點是具有較好的經濟性，缺陷是需要足夠的預壓時間，很多時候與工期的要求相矛盾。

2) 降低軟土層的附加應力 以降低總沉降 ，以此控制工后沉降。

實現方法有兩種方式：樁式復合地基法和輕路堤法。

樁式復合地基是設置一定密度的攪拌樁、CFG樁或預應力管樁等強度遠較軟土層強度要高的樁體，將上覆荷載大部分轉移至這些樁體來承受，從而降低軟土層所承受的荷載和附加應力，實現控制工后沉降的方法。該法的特點是時間短，效果顯著，但缺陷是造價偏高，同時，樁體的施工會產生側向擠出效應，對周邊的臨界結構物會帶來不利的影響。

輕路堤法直接降低路堤荷載和軟土層的附加應力。傳統的輕路堤法有粉煤灰路堤、EPS路堤等。

泡沫輕質土用于路橋過渡段填筑，屬于輕路堤法，其控制工后沉降的原理在于降低附加應力；當用于舊路改造項目時，如填筑厚度適當向原地面以下延伸，可使軟土層的附加應力小于有效應力，軟土層處于超固結狀態，從而確保工后沉降為0。

4 工藝流程

泡沫輕質土的施工工藝流程主要包括四大步驟：

1) 泡沫的生成；

2) 水泥漿或水泥砂漿的制備；

3) 泡沫輕質土的生成即泡沫與水泥(砂)漿的混合；

4) 現場澆筑施工。

圖4-1 現澆泡沫輕質土施工工藝流程圖

5 效益分析

采用現澆泡沫輕質土可以降低橋頭引路施工綜合成本，縮短引道施工周期，避免橋頭路基沉降，特別是在天津市市政工程中的運用，可以減少施工對城市的污染，樹立了我公司在天津地區的良好形象。

1) 加快了施工工期，若采用水泥攪拌樁復合路基結構形式，施工周期大約為3個月，而采用現澆泡沫輕質土，施工周期僅為20天；

2) 降低了綜合成本，采用水泥攪拌樁復合路基結構形式，施工總成本約為179萬，而采用現澆泡沫輕質土，施工總成本為120萬，節約59萬，若優化擋土墻及臺背設計后，成本會進一步降低。

3) 質量穩定，采用泡沫輕質土后，路基無沉降，避免了橋頭跳車現象，也無滲水現象，提高了耐久性。

4) 對環境影響小，現澆泡沫輕質土采用商品水泥漿，現場加氣泡后進行澆注，避免了水泥漿現場攪拌與灰土拌合、攤鋪及碾壓，對現場施工環境造成的影響降到了最低。

5) 通過現澆泡沫輕質土在本工程中的成功應用，并通過天津市各科研、設計及施工單位的觀摩和學習，進一步推廣了這種新材料、新工藝在后續設計、施工中的應用。