泡沫輕質土在臺背回填中應用

劉泮森

(河北科技大學建筑工程學院，河北 石家莊 050018)

0 引言

河北省東部地區某高速公路工程，河流眾多地質條件復雜，地質勘查表明，該線路穿越區屬于濱海相沉積平原區，地表河渠發育，縱橫交錯，河渠內大多有地表徑流，軟弱土遍布。如何既能有效控制橋梁和通道臺背工后沉降又能快速施工、確保工期是該線路建設中的關鍵技術問題。相對于其他傳統施工方法，如攪拌樁、碎石樁、固結排水、超載預壓等。泡沫輕質土具有輕質性;快硬性;自立性、沒有側向土壓力;流動性好、不需要壓實;可調整強度、密度、壓縮模量等特點，本工程采用泡沫輕質土臺背回填，可以較好地解決軟基臺背填土工后沉降過大的問題。

1 泡沫輕質土簡介

泡沫輕質土的生產原材料包括發泡劑、水泥、粉煤灰和水，澆筑輔助材料包括木膠板、泡沫板、土工膜和金屬網等。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、摻合料、外加劑等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。用于空洞充填、軟基處理、工程搶險、道路加寬、基坑及管線回填具有良好效果。

2 設備介紹

電控系統具有發泡劑、發泡液、壓縮空氣、泡沫、水泥漿、泡沫輕質土流量實時數顯功能;也具有泡沫密度、水泥漿濕密度和泡沫輕質土濕密度實時數顯功能。發泡裝置具有發泡劑自動稀釋功能，水泥漿輸送泵為定流量泵，獨立的泡沫輕質土攪拌設備，獨立水泥漿制備拌合站。

3 原材料控制

3.1 發泡劑指標

對環境應無不良影響，采用界面活性類發泡劑，不應采用動物蛋白類發泡劑;標準氣泡群密度應在(50 ±5)kg/m3;標準氣泡柱靜置1 h 的沉降距不應大于5 mm;標準氣泡柱靜置1 h 的泌水量不應大于25 mL;發泡劑所制作的泡沫應細密，經消泡試驗確定的濕密度增加率不應超過10%;發泡劑所制作的泡沫輕質混合土的標準沉降率不超過3%;在0 ℃以上的環境溫度，發泡劑不應出現離析現象。發泡劑性能指標要求如表1 所示。

3.2 水泥指標

水泥采用42.5 級普通硅酸鹽水泥P.Ⅰ應符合GB 175—2007通用硅酸鹽水泥規范。水泥應進行進場檢驗;檢驗頻率為每50 t檢驗1 次。其他指標檢驗項目及檢驗方法如表2 所示。

表1 發泡劑性能指標

表2 水泥檢驗項目和允許值

3.3 粉煤灰指標

粉煤灰應符合GB/T 1596—2005 用于水泥和混凝土中的粉煤灰國家規范的要求，粉煤灰應采用F 類Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰。粉煤灰檢驗項目如表3 所示。

表3 粉煤灰檢驗項目和允許值

4 輕質土質量控制

泡沫輕質土濕密度、抗壓強度、流值指標如表4 所示。

表4 濕密度、抗壓強度、流值指標

5 施工過程控制

5.1 泡沫輕質土的澆筑

泡沫輕質土橫斷面和縱斷面施工示意如圖1 和圖2 所示。泡沫輕質土單個澆筑區澆筑層的澆筑施工時間應控制在水泥漿初凝時間內;單個澆筑層宜一次性澆筑完畢;應沿澆筑區長軸方向自一端向另一端澆筑;澆筑過程中，當需要移動澆筑管時，應沿澆筑管放置的方向前后移動，而不宜左右移動澆筑管;澆筑時出料口宜埋入泡沫輕質土內;出料口在澆筑過程中，不宜懸空;在移動澆筑管、自出料口取樣、掃平表面或需要沖散澆筑區內多余的泡沫時，出料口離當前泡沫輕質土流動表面的高差宜控制在1 m 以內。

圖1 橫斷面施工示意圖

圖2 縱斷面施工示意圖

5.2 澆筑施工控制要點

同一區段上下相鄰澆筑層，澆筑間隔時間應以下層澆筑層已經硬化為控制標準，不宜少于6 h;每一澆筑層應在水泥漿初凝時間內澆筑完畢，澆筑時間不宜超過3 h;水泥漿自制備完成到開始制備輕質土的間隔時間最大不應超過3 h;澆筑施工過程中，應盡量減少在澆筑層中的走動擾動;當前澆筑層澆筑接近結束時，應在澆筑層內按規定頻率進行濕密度取樣檢測，當某一測點濕密度檢測不合格，應找出測點周圍界限，進行局部處理。

5.3 成品檢驗

澆筑完成后，對成品檢驗項目及要求如表5 所示。

表5 填筑體的主控項目檢測

6 沉降驗算

規范要求，高速公路容許沉降指標如表6 所示。分層總和法根據預壓沉降預測工后沉降結果如表7 所示。

表6 容許工后沉降 m

根據分層總和法計算結果，與K146 +957 橋相接的K146 +981.53 斷面的工后沉降為1.33 cm，小于表6 中的規定(10 cm)，其差異沉降率為1.33/(10×100)=0.133%，小于協同沉降的控制標準0.4%，因此，本項目設計滿足橋臺背路基協同沉降要求。離開橋臺10 m 外的橋背路基沉降也均小于10 cm，滿足表6 的規定。

表7 分層總和法預測預壓沉降結果 cm

與K159+534 橋相接的K159+229 斷面的工后沉降為1.93 cm，小于表6 中的規定(10 cm)，其差異沉降率為1.93/(10×100)=0.193%，小于協同沉降的控制標準0.4%，因此，本項目設計滿足橋臺與引道的協同沉降要求。離開橋臺10 m 外的橋背路基沉降也均小于10 cm，滿足表6 的規定。

綜上，本項目設計滿足橋臺背路基的協同沉降控制要求。

7 結語

1)泡沫輕質土的密度大約為土的1/3，將其應用于路基工程，能有效減輕路堤自重，減緩沉降。

2)對泡沫輕質土施工過程中原材料和設備嚴格控制，有助于成品的質量得到保證。

3)分層總和法沉降預測結果表明，本項目泡沫輕質土臺背回填完全滿足橋臺、引道的協同沉降要求，需加強對現場工程試驗的長期觀測，為基于協同沉降的泡沫輕質土軟土路基沉降控制提供進一步的試驗依據。

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