泡沫輕質土在軟土地基高速公路中的應用研究

周 麗

（江蘇金堰交通工程有限公司， 江蘇 泰州 225500）

0 前言

泡沫輕質土是從國外引進的一種輕質混凝土新型填土環保材料，這種材料的內部存在大量的封閉氣孔，這種材料在國外已有幾十年的應用研究歷史，而在我國的應用時間仍比較短，在2002 年我國才從日本引進泡沫輕質土技術，且對這項技術進行研發。泡沫輕質土的優點為可調節強度和輕質、較好的流動性、施工簡便、較好的耐久隔熱性、良好的固化自立性能等，這種材料在高速公路工程中得到廣泛應用，主要應用于：軟土地基處理、寒區凍土路基處理、路基加寬及橋背回填等，可減少工程造價及后期維護，將高速公路的社會效益進行提升，促進我國基礎設施的建設。

1 簡述泡沫輕質土

（一）制備

泡沫輕質土屬于一種新型輕質建筑材料，其主要借助發泡機把發泡劑水溶液制備成泡沫，再依據相應的比例對水泥無機膠凝材料、外加劑、集料、水等進行混合攪拌，使之形成的水泥混合物，然后對這一混合物進行澆模——成型——養護，最終產生一種輕質多孔的材料，其主要特性為：能夠調整輕質、密度及強度；便于施工性；具有環保性，將其應用到高速公路施工中，取代了以往的填土方式，縮短了工期，在極大程度上減少軟土路基沉降[1]。

（二）特性

主要包括以下三點：（1）輕質性且能夠調節強度：因泡沫輕質土的內部存在大量的微小泡沫，所以這類材料的密度比較小，其密度等級為300-1800kg/m3，然而其具有較強的強度，且可以調節強度，這類材料的強度是300-1500kN/m2，能夠滿足高速公路工程在路基等級方面的需求；同時，可通過對泡沫輕質土多種成分的多少進行調節，從而對強度的大小進行控制，這就使得這類材料在軟土路基的填筑中得到普遍應用，能夠在極大程度上降低基底應力，盡可能的避免施工后發生變形情況，對施工后的沉降加以有效控制；（2）具有較好的流動性，有利于施工工作的開展，氣泡混合輕質土存在較好的流動性，能夠借助管道泵送，泵送高度可高達30米，傳輸距離可到達500米，所以這類材料能夠讓施工更加便捷，在極大程度上縮短工期；具體呈現在：一般填筑材料需對施工便道進行修筑，但泡沫輕質土可比較容易的制備，并利用管道泵送，不需要修或是少修便道，一般的路基填筑往往需要 5個月左右才可以結束，但泡沫輕質土可節約較多的時間；一般填料是一項隱蔽工程，無法確保施工質量，泡沫輕質土并不是一項隱蔽工程，可有效控制施工質量，具有較高的安全性；（3）具有較好的耐久隔熱性，且固化后具有較好的自立性，因為泡沫輕質土也是一種水泥類材料，所以這類材料也具有同水泥材料一樣的耐久性；加上這類材料存在諸多微小氣泡，所以這類材料擁有較好隔溫性能、隔音性能；同時，泡沫輕質土將水泥作為固化劑，往往澆筑一定時間后，即可固化，待其固化后會具備較強的自立性，并不會對支擋結構物產生擠壓力，能夠加以垂直填筑，縮小施工作業范圍，大大減少一些不必要的拆遷占地。

2 在軟土地基高速公路中泡沫輕質土的應用

在軟土地基上高速公路路基的建設中，其中最為關鍵的問題是地基的穩定和沉降，對于這一問題的處理，具體措施有：（1）排水固結法，通過將施工中軟土地基的固結度進行提升，從而將地基施工后沉降量加以減少；（2）復合地基處理方案，可對地基的總沉降量加以減少，并將地基施工后沉降量加以減少；（3）高強輕質材料填筑，將路基的自重進行減輕，通過將地基的附加壓力進行減輕，從而將地基的總沉降量、施工后的沉降量進行減少。本文闡述的軟土地基高速公路的建設，建設中應用最為普遍的輕質填料包括：聚苯乙烯、泡沫輕質土，對于聚苯乙烯的應用，需要廠房預制，再從廠房中運輸到高速公路施工現場中，然后加以安裝，這類填料的單價比較高；泡沫輕質土主要是通過機械設備對固化劑、水、發泡劑及外摻料進行充分混合攪拌，待完成攪拌后，使之凝固成型，即可獲得新型多氣泡輕質材料，建設企業可在施工現場就可對這一填料進行制備，其用藥高流動性、固化比較容易、較輕的質量、較高的強度、較好的自立穩定性等優勢，其還具有較好的耐久性，施工人員能夠比較容易的使用這種填料，后期不需要進行特殊的養護處理，可將因填料重量而造成的沉降量加以極大程度的降低[2]。

（一）工程概況

本工程位于江蘇省地處中國大陸沿海中部和長江、淮河下游某一高速公路，施工現場的地勘結果為：本工程的橋臺路段土層包括：淤泥、粉土、細砂、淤泥質粘土等，本工程的路基填高平均是6.2米，表層分布的淤泥質粉質粘土是1.4米，其空隙比是1：3，壓縮系數是0.55MPa-1，含水量是44.50%，通過快剪試驗后發現其內膜擦角是φ=7.6°，粘聚力是37.8kPa，在淤泥質粉質粘土下方分布的淤泥有1.8米，含水量是73%，孔隙比是2.2，壓縮系數是2.24MPa-1；淤泥下方分布的淤泥質粉質粘土有15米，含水量為30%-36%，壓縮系數是03-0.5MPa-1，孔隙比大約為0.9,通過快剪試驗后發現其內膜擦角是φ=3.8°-12.9°，粘聚力是7-24kPa，在軟土下方分布有粉細砂層。

（二）合理選擇軟土地基處理計劃

對于本工程的設計，原本的設計主要通過攪拌樁來處理本工程的軟土地基，所使用的攪拌樁的間距是1.3至1.5米，處理長度是17米，以下對攪拌樁與輕質泡沫土方案的技術經濟加以分析，從而可知，相較于攪拌樁設計方案，泡沫輕質土處理更優[3]，具體如表1所示。

表1 分析攪拌樁與泡沫輕質土方案的技術經濟

不足之處施工工序復雜，到齡期后方可檢測，施工時間比較長；工程造價較高，較高的含水量，得不到理想的效果，無法控制施工質量，且無法避免橋頭跳車情況；需外購大量的土地對施工人員的專業能力有較高的要求；對設備有著較高的要求

（三）泡沫輕質土路基的設計

在軟土地基高速公路的建設中，對于泡沫輕質土路基的設計，應做到以下幾點：泡沫標準密度是50kg/m3，發泡倍率應在 1200以下，消泡試驗泡沫輕質土濕密度的增加率應在10%以下，表2為泡沫輕質土路基主要技術指標。結合實際計算，本工程的泡沫輕質土路基的設計圖，如圖1所示。

表2 泡沫輕質土路基主要技術指標

（四）泡沫輕質土的具體施工步驟

首先，合理的設置變形縫、澆筑層及澆注區域，在輕質土澆注前，施工單位應結合本工程的邊界條件與地質條件，合理的劃分澆注區域與澆注層，具體包括以下幾點：（1）對于單個澆注區的施工，應確保其長軸方向長度在10-20米之間，頂面面積必須小于等于400平方米；（2）在泡沫輕質土縱向每10至20米對一道沉降縫進行設置，沉降縫使用厚度在 2厘米以下的夾板；（3）對于泡沫輕質土單層澆筑厚度，應將其控制在0.3-1.0米之間；（4）對于澆筑工作，施工人員應確保一次性完成一個澆筑區，嚴重控制澆筑施工時間，必須在水泥漿終凝時間之內。

其次，在輕質泡沫土正式施工前，施工單位應做到以下幾點：（1）在澆筑前，應對混凝土保護面板進行提前預制，在澆筑面板基礎過程中，需對混凝土保護面板連接角鋼進行預埋，結合澆筑層厚度來安裝混凝土保護面板；（2）在澆筑前，應將澆筑區作為單位，相關人員應嚴格檢查基底，保證基底沒有積水及雜物，及基底高程符合相關設計標準；（3）對于泡沫輕質土的現場制備，施工單位應選擇壓縮空氣與發泡劑水溶液混合的預發泡裝置作為這一材料的制備裝置，不允許使用攪拌發泡生成泡沫；（4）施工單位必須選擇適宜工程需要的泡沫輕質土專用施工設備，這一設備應具備壓縮空氣、發泡劑水溶液、發泡劑的調節與流量計量裝置，這樣才能夠保證發泡劑泡沫密度與稀釋倍率符合相關標準，且能夠對泡沫流量進行調節，從而對泡沫輕質土的濕密度進行有效控制，使之符合相關標準；同時，在澆筑過程中，應在一定程度上將澆筑管出料口放置到房錢澆筑面下方，在一定情況下，需在極大程度上確保澆筑口處于水平狀態，確保澆筑管出料后與澆筑面之間的距離低于1.5米。

再其次，施工單位應合理的鋪設土工膜與金屬網，在金屬網鋪設過程中，施工單位需選擇U形釘加以錨固，橫向錨固的間距為1.0米，縱向錨固間距為2米，并重疊搭接金屬網平面位置，確保搭接寬度在2.5厘米以上，搭接位置應選擇塑料扎口進行綁扎，選擇U形釘加以錨固；在金屬網上方應鋪設輕質土路基頂部防滲土，在鋪設過程中選擇熱焊手段進行搭接，將搭接寬度控制在 5厘米，并做到展平拉緊，杜絕局部卷起情況，在一定情況下應選擇U形釘加以錨固。

最后，養護和維護，具體內容為：（1）輕質土澆筑區頂面澆筑到設計高程后，必須選擇塑料薄膜加以表面覆蓋，做好輕質土路基的保濕養護工作，也可選擇無紡土工布覆蓋，同時采用灑水的手段，從而做好軟土地基高速公路路基的養護工作，確保養護時間在 1個星期以上；（2）軟土地基頂部路面施工之前，施工單位不允許在路面上使用機械設備，若局部地段必須使用機械設備，應在相應位置對厚度超過50厘米的臨時保護層或是在上方覆蓋鋼板進行鋪設，從而形成臨時的便道，以便機械設備開展相應的施工工作，確保整個工程的施工質量；（3）對于頂部路面的施工，應在輕質土同條件養護強度滿足0.6MPa時，才能夠進行施工；且在施工過程中，不允許大型機械（推土機、壓路機等）在輕質土頂面直接行使；對于碾壓與攤鋪，應通過邊卸料、邊推平及邊碾壓的前進方式開展，也就是壓路機與卸料車需在推平機械的后方行走與卸料。

3 現場檢驗與處理效果

待完成施工工作后，施工單位應現場取樣現澆輕質泡沫土，將試樣做成10厘米×10厘米×10厘米的試塊。經檢驗后發現，輕質泡沫土成形較為均勻，且試塊的28天強度為1.0到1.4MPa，完全符合設計的相關標準及規范要求，且行車平穩且舒適。

4 結束語

在軟土地基高速公路中泡沫輕質土的具體應用，施工單位應注意以下幾點：（1）在軟土地基路段高速公路的建設中，軟土路基往往會發生工后沉降問題，要能夠處理這一問題，施工單位必須對保證軟土地基路段的覆土荷重應在結構可承受的范圍內，當超過范圍后，必須減荷；在軟基路段設計中選擇泡沫輕質土加以換填，有利于更加簡單方便再次加固軟土路基結構，并將填料對地基的沉降量與壓力進行減少，減少施工周期，降低施工成本；（2）由于泡沫輕質土性能極易受到環境的影響，地下水與地表水的滲入極易導致該材料的性能降低，破壞整個結構的穩定性，基于此，施工單位應重視這一材料本身的防水、隔水與附近環境的疏排水措施；（3）將泡沫輕質土應用到特殊復雜環境中時，施工單位應重視自重的減少，采取有效措施來將路基的抗滑穩定性進行提升，盡可能的減少施工高難度問題的發生，避免占用大量土地資源及穩定性被破壞的問題發生。綜上所述，在高速公路建設中應用泡沫輕質土工藝，可獲得較大的經濟效益，且這一工藝具有十分廣闊的應用前景。