輕質(zhì)混合泡沫土在橋臺(tái)改造中的應(yīng)用

劉晶晶

（福州市公路局直屬分局 福建 福州 350002）

輕質(zhì)混合泡沫土在橋臺(tái)改造中的應(yīng)用

劉晶晶

（福州市公路局直屬分局 福建 福州 350002）

輕質(zhì)泡沫土是一種新型的材料，具有質(zhì)量小且強(qiáng)度大于普通土體的特點(diǎn)。由于橋臺(tái)存在這填土沉降嚴(yán)重、跳車等問題，因此利用輕質(zhì)泡沫土對(duì)一座簡(jiǎn)支梁橋的橋臺(tái)進(jìn)行改造，包括橋臺(tái)改造設(shè)計(jì)、施工流程和加固后效果的評(píng)估。改造完成后，經(jīng)過兩年的觀察，沒有發(fā)生新的沉降和跳車等問題，改造效果良好。

輕質(zhì)混合泡沫土；錐坡下沉；橋頭跳車；橋臺(tái)改造

緒論

泡沫輕質(zhì)土主要是通過使用有效的物理制作方法，將發(fā)泡劑水的溶液制作成泡沫形態(tài)。其方法是將必須組分水泥基膠凝材料和可選組分的集料以及合適比例的摻和料和外加劑通過水進(jìn)行混合，并予以適當(dāng)?shù)臄嚢瑁罱K通過物理學(xué)中的化學(xué)作用將其硬化成一種屬于輕型物質(zhì)的材料。[1]如果從該材料的本質(zhì)上來說，泡沫輕質(zhì)土也可以將其稱之為加氣混凝土，嚴(yán)格來說它也算是加氣混凝土中的一個(gè)品種，不過相比其他品種要較為特別。泡沫輕質(zhì)土是一種表觀密度較低，而強(qiáng)度較高的材料，其主要特點(diǎn)是表觀密度比一般的土體小，而強(qiáng)度和變形特性可以達(dá)到甚至超過良好土體。泡沫水泥輕質(zhì)土具有良好的流動(dòng)性、水硬性、施工性及經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于路基填方，軟基處理，橋頭處理，公路擴(kuò)幅，橋臺(tái)背填筑等方面。文獻(xiàn)[2]介紹了泡沫輕質(zhì)土的制備和公路橋梁臺(tái)背回填泡沫輕質(zhì)土施工工藝，文獻(xiàn)[3]介紹了泡沫輕質(zhì)土在軟土地基中高速公路拓寬工程的應(yīng)用，泡沫輕質(zhì)土還被應(yīng)用于隧道的病害處理[4]。本文從橋臺(tái)病害出發(fā)，詳細(xì)介紹了泡沫混合輕質(zhì)土的實(shí)際制備，在橋臺(tái)病害改造設(shè)計(jì)和施工中的應(yīng)用。

1　橋梁病害概況

某匝道橋梁全長(zhǎng)304.00m，橋跨組合為6×20+1×22+1×20+3× 26+1×21+2×20m。上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)空心板，下部結(jié)構(gòu)為墻式橋墩、肋式橋臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋面設(shè)置SSFB-80型伸縮縫。該匝道橋于2002年12月23日竣工通車，至今運(yùn)營(yíng)10年多。經(jīng)檢測(cè)，該橋被評(píng)定為二類橋三類部件，橋梁的主要病害為橋臺(tái)病害。其中，病害表現(xiàn)為錐坡下沉嚴(yán)重，臺(tái)帽、耳墻與錐坡脫空，部分錐坡砌體開裂；臺(tái)背填土和搭板尾端下沉嚴(yán)重，搭板脫空；伸縮縫縫寬較大，臺(tái)背防撞欄往路基方向傾斜；背墻與臺(tái)帽連接處開裂。

根據(jù)分析橋臺(tái)的病害是由于軟基處理不到位、施工誤差、使用荷載超限等因素造成的。

（1）軟基處理不到位。根據(jù)竣工文件，原設(shè)計(jì)臺(tái)后軟基采用排水板，因地基拋石較厚，無法施工，軟基處理統(tǒng)一變更為50cm后碎石砂墊層加鋼筋網(wǎng)。橋址區(qū)軟基厚度超過20m，未進(jìn)行適當(dāng)軟基處理是產(chǎn)生橋臺(tái)病害的重要原因。

（2）施工誤差。從現(xiàn)場(chǎng)看，臺(tái)后兩側(cè)脫空是由于施工時(shí)的壓實(shí)度不足，而且實(shí)際的錐坡坡度小于1：1，與原設(shè)計(jì)不符造成錐坡更容易沉降。

（3）使用荷載超限。該橋設(shè)計(jì)采用的荷載等級(jí)為汽超-20、掛-120，隨著路網(wǎng)的完善，公路運(yùn)量的增加，橋梁車輛荷載超限現(xiàn)象較為普遍，根據(jù)高速公路收費(fèi)站監(jiān)測(cè)部分車輛荷載達(dá)到60噸，超過汽超-20級(jí)重車的重量。

2　加固設(shè)計(jì)

2.1加固設(shè)計(jì)基本思路

該橋病害的主要原因是臺(tái)后軟基未得到適當(dāng)處理，地基下沉引起的。因此，在對(duì)橋臺(tái)、耳墻、橋頭跳板進(jìn)行加固處理的同時(shí)，最主要的是進(jìn)行軟基處理，采用的方式采用臺(tái)后換填。在通車10年來，曾多次對(duì)橋臺(tái)臺(tái)背采用瀝青混凝土修補(bǔ)，但臺(tái)背下沉問題始終沒有得到根本性的解決。因此，本次加固采用泡沫混合輕質(zhì)土進(jìn)行臺(tái)后換填。氣泡混合輕質(zhì)土是一種自量輕，容重小于水重，固化后可以直立，對(duì)臺(tái)背無側(cè)壓力的新型輕質(zhì)材料，采用該材料可以對(duì)橋臺(tái)臺(tái)背肩負(fù)換填，減少橋臺(tái)臺(tái)背的工后沉降，減少維修費(fèi)用，提高行車的安全性。因此，換填范圍為臺(tái)后搭板起20m范圍。

2.2臺(tái)背氣泡混合輕質(zhì)土換填設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）氣泡混合輕質(zhì)土的概念及基本特性。氣泡混合輕質(zhì)土是按照一定比例將水泥、水和氣泡經(jīng)充分混合攪拌凝固后所形成的輕型填土材料。氣泡混合輕質(zhì)土在工程應(yīng)用中，其容重的特性會(huì)相對(duì)較小，對(duì)其強(qiáng)度和容重可以依據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。氣泡混合輕質(zhì)土不僅施工性能好，而且其在固化之后有較強(qiáng)的自立性。相對(duì)于其他材料滲透性和吸水性，氣泡混合輕質(zhì)土都處于較低值，在導(dǎo)熱性方面，系數(shù)小，而且其耐震、隔熱、隔音以及抗凍融性性等方面性能十分好，相比較于水泥混凝土材料有同等的耐久性。臺(tái)后氣泡輕質(zhì)土的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1　臺(tái)后換填氣泡混合輕質(zhì)土技術(shù)指標(biāo)

（2）換填縱、橫斷面設(shè)計(jì)。氣泡混合輕質(zhì)土換填的頂部標(biāo)高和原路基相同。臺(tái)后直接與臺(tái)背相接，在縱向氣泡混合輕質(zhì)土與常規(guī)填土過渡區(qū)，氣泡混合輕質(zhì)土按1：4的坡率設(shè)置2m寬的臺(tái)階進(jìn)行過渡，臺(tái)階向內(nèi)設(shè)5%的橫坡。氣泡混合輕質(zhì)土按一定的距離設(shè)置施工（沉降）縫，沉降縫采用1cm的瀝青木板或夾板。氣泡混合輕質(zhì)土換填的橫、縱斷面分別見圖1和圖2。

（3）在氣泡混合輕質(zhì)土頂面以下3cm和30cm各設(shè)置一層10cm×10cm（直徑3.2mm）鍍鋅鐵絲網(wǎng)，接長(zhǎng)時(shí)搭接寬度20cm。

（4）考慮到氣泡混合輕質(zhì)土頂部和臺(tái)階區(qū)的防水，在氣泡混合輕質(zhì)土頂部和斜坡面臺(tái)階采用防滲土工膜隔離防水。

（5）考慮到氣泡混合輕質(zhì)土與常規(guī)土間可能存在的變形差異，在氣泡混合輕質(zhì)土底部設(shè)置一層50cm的碎石墊層。根據(jù)竣工圖資料，原有臺(tái)背填土底部已設(shè)有50cm厚碎石砂墊層。換填氣泡混合輕質(zhì)土?xí)r，先開挖臺(tái)背填土至原有碎石砂墊層頂，再換填。

圖1　橫斷面布置

圖2　縱斷面布置

3　施工步驟及技術(shù)要點(diǎn)

3.1施工步驟

（1）施工區(qū)域劃分。

施工前，應(yīng)結(jié)合設(shè)備生產(chǎn)能力、工期要求等對(duì)設(shè)計(jì)的澆筑體進(jìn)行澆筑區(qū)和澆筑層的劃分，為澆筑施工做好相關(guān)規(guī)劃。

（2）路基開挖。

在進(jìn)行路基開挖時(shí)，需要嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)要求，然后對(duì)臺(tái)背回填段路基實(shí)施開挖。

（3）清理基底。

在施工中澆筑區(qū)經(jīng)常會(huì)存在著部分雜物，需要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行有效的清理。基底要保證不能有積水以及有松軟土存在的情況，同時(shí)還需要對(duì)基底土層采取碾壓處理的方式，確保壓實(shí)度大于80%。

（4）臨時(shí)模板的安裝。

由于澆筑區(qū)域規(guī)劃的需要，需要在澆筑區(qū)域內(nèi)安裝相應(yīng)的臨時(shí)模板，由于泡沫輕質(zhì)土具有流動(dòng)性十分好的特性，那么在對(duì)臨時(shí)模板進(jìn)行安裝時(shí)，一定要注意模板安裝的緊密性，避免有漏漿現(xiàn)象的發(fā)生。

（5）泡沫生成。

泡沫是由發(fā)泡劑稀釋后加壓縮空氣經(jīng)發(fā)泡機(jī)生成。

（6）水泥漿制備。

在對(duì)水泥漿進(jìn)行制備時(shí)，必須保證其連續(xù)性，防止其在輕質(zhì)土的澆筑過程中，會(huì)出現(xiàn)有局部消泡以及初凝等現(xiàn)象，最終對(duì)整個(gè)工程的施工質(zhì)量造成很大影響。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，需要對(duì)水泥漿再一次的進(jìn)行攪拌，通過多次攪拌來促使其保證相對(duì)的均勻，沒有沉積現(xiàn)象。對(duì)于出料口可以相應(yīng)的設(shè)置一個(gè)過濾網(wǎng)，這樣就能有效的避免有大顆粒的材料對(duì)泵管造成堵塞。同時(shí)在進(jìn)行施工的過程當(dāng)中，需要不定時(shí)的對(duì)水泥漿進(jìn)行檢測(cè)，確定水泥漿的質(zhì)量是否合格，保證其一直處于質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)。

（7）泡沫輕質(zhì)土生成。

通過將氣泡進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訅禾幚聿⑴c水泥漿進(jìn)行混合，是泡沫輕質(zhì)土的構(gòu)成方式。在施工中，每次在啟動(dòng)機(jī)器之后，還需要對(duì)生產(chǎn)參數(shù)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，從而來有效保證泡沫輕質(zhì)土的濕密度以及流量都能滿足設(shè)計(jì)的相關(guān)要求。

（8）現(xiàn)場(chǎng)澆注。

采用分層澆注，泡沫輕質(zhì)土單個(gè)澆注區(qū)、澆注層的澆注時(shí)間應(yīng)控制在水泥漿初凝時(shí)間內(nèi)，上層澆注層僅當(dāng)下層澆注層終凝后方可繼續(xù)澆注施工。工程中第一、第二層輕質(zhì)混合泡沫土的施工見圖3和圖4。

圖3　第一層輕質(zhì)混合泡沫土澆注

圖4　第二層輕質(zhì)混合泡沫土澆注

（9）成品保護(hù)。

①當(dāng)遇大雨、暴雨以及持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的小雨天氣時(shí)，那么就需要對(duì)未固化的泡沫輕質(zhì)土采取相應(yīng)遮擋雨水滲透的措施，避免出現(xiàn)雨水消泡現(xiàn)象。②泡沫輕質(zhì)土在澆筑完成后，如果其已經(jīng)硬化成型，但是其硬化后的強(qiáng)度仍不能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的條件下，那么還不是適合直接進(jìn)行使用。③在進(jìn)行泡沫輕質(zhì)土澆筑時(shí)，澆筑程度已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)高，可以采取在其表面覆蓋塑料薄膜的方式，來對(duì)其進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。

3.2施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）氣泡混合輕質(zhì)土澆注施工前，應(yīng)確保基底無積水、無松軟土。基底土層是必須要進(jìn)行碾壓處理，要保證其壓實(shí)度不得低于80%，施工過程中要確保氣泡混合輕質(zhì)土與其他材料結(jié)合面無水滲透。

（2）氣泡混合輕質(zhì)土單層澆注厚度按0.3～0.1m控制；在同一區(qū)區(qū)段中，上下兩個(gè)相鄰的澆筑層，如果當(dāng)時(shí)的施工期氣溫沒有低于15℃以下，那么最短澆筑時(shí)間的間隔就要按照12h控制；同樣，澆筑間隔時(shí)間不得低于2d。

（3）氣泡混合輕質(zhì)土單個(gè)澆注區(qū)澆注層的澆注施工時(shí)間應(yīng)控制在水泥漿終凝時(shí)間內(nèi)。

（4）應(yīng)沿澆注區(qū)長(zhǎng)軸方向自一端向另一端澆筑；如采用一條以上澆注管澆注時(shí)，則可并排地從一端開始澆注，或采用對(duì)角的澆注方式。

（5）澆注過程中，當(dāng)需要移動(dòng)澆注管時(shí)，應(yīng)沿澆注管放置的方向前后移動(dòng)，而不宜左右移動(dòng)。如確需左右移動(dòng)澆注管，則應(yīng)將澆注管盡可能提出當(dāng)前已澆注輕質(zhì)土表面后再移動(dòng)。

（6）進(jìn)行掃平表面時(shí)，應(yīng)盡量使?jié)沧⒖谔幱谒綘顟B(tài)，并且需要要求澆注口要比當(dāng)前澆注輕質(zhì)土的表面相對(duì)要低。

（7）最大限度的避免在還沒有固化的輕質(zhì)土里進(jìn)行作業(yè)。

（8）對(duì)路床部位的泡沫輕質(zhì)土，在對(duì)每層的澆筑完成后，需要采用塑料薄膜來對(duì)其進(jìn)行覆蓋，作相應(yīng)的保濕養(yǎng)護(hù)。待最后一層的澆筑完成后，對(duì)于其的養(yǎng)護(hù)期不得低于7d。氣泡混合輕質(zhì)土頂面路面底基層施工前，為避免氣泡混合輕質(zhì)土因強(qiáng)度不夠可能引起的破壞，在氣泡混合輕質(zhì)土強(qiáng)度尚未達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，嚴(yán)禁在氣泡混合輕質(zhì)土頂面行駛車輛或其它施工機(jī)械。

（9）縱橫坡調(diào)整：由于氣泡混合輕質(zhì)土擁有流動(dòng)性較大的特性，對(duì)于縱坡的設(shè)置可以通過在頂面設(shè)置一個(gè)固化臺(tái)階，然后使用路面底基層料回填臺(tái)階，來實(shí)現(xiàn)整體間的高差；在組織施工設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要對(duì)設(shè)計(jì)固化臺(tái)階的高差大小予以充分考慮，并據(jù)此設(shè)計(jì)好各個(gè)分區(qū)的澆注層數(shù)和各層厚度。

4　結(jié)語

利用輕質(zhì)混合泡沫土自量輕，容重小，固化后可以直立的特點(diǎn)，對(duì)一座錐坡下沉嚴(yán)重的橋梁橋臺(tái)進(jìn)行了成功改造，改造后的橋臺(tái)臺(tái)背和錐坡下沉的問題得到了有效地解決，同時(shí)改善了橋頭跳車的問題。經(jīng)過兩年的觀測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)新的橋臺(tái)病害，改造效果良好，可以在類似的工程中推廣應(yīng)用。

[1]《現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)士技術(shù)規(guī)程》（CECS249：2008）[S].

[2]劉元煒，梁小光，孫貴新，等.公路橋梁臺(tái)背回填泡沫輕質(zhì)土施工工藝[J].公路，2013（009）：123～126.

[3]于航波，呂錫嶺，姜天鶴，等.泡沫混凝土在軟基地區(qū)高速公路拓寬工程的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2010（0）.

[4]潘健，劉杰偉，陳紅兵，等.鳊門隧道病害治理中的輕質(zhì)土澆注技術(shù)[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，36（1）.

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