氣泡混合輕質(zhì)土（FCB）在路基工程中的應用

旃智順

摘 要：近年來氣泡混合輕質(zhì)土作為一種新型材料在公路工程中得到廣泛推廣，但各項目施工工藝及細節(jié)把控還不夠完善。基于此，以高恩至恩平高速公路某路段氣泡輕質(zhì)土施工為工程實例，闡述了其材料特性與設(shè)計原則，具體分析了其施工過程中工藝流程與質(zhì)量控制要點，為氣泡輕質(zhì)土技術(shù)進一步完善、標準化施工提供借鑒依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氣泡混合輕質(zhì)土 路基填料 土工膜

1.工程概況

K3+920-K4+075段氣泡輕質(zhì)土填筑路堤，為半填半挖路基段，長度155m，最大填高10.5m，最大填筑寬度為25.5m，總方量為19357.6m3。此路段屬于高陡坡路段，坡腳為村落，采用一般路基填筑機械操作困難，土方工作量大，對環(huán)境、村莊影響比較大，故而采用垂直墻面的氣泡混合輕質(zhì)土方案。

2.氣泡混合輕質(zhì)土特點

氣泡混合輕質(zhì)土是公路建設(shè)領(lǐng)域的一種新型輕質(zhì)填筑材料，由水泥、水、氣泡群、以及添加材料（粉煤灰、礦粉或細砂等）按一定配合比例混合凝結(jié)而成，具有以下工程特性：（1）輕質(zhì)性。用于路基填料容重一般≤6.5kN/m3；（2）強度可調(diào)性。強度可根據(jù)設(shè)計要求調(diào)整，用于路基填料強度范圍為0.8MPa～1.2MPa；（3）固化后的直立性。澆筑4h后就會開始固化自立，可進行垂直填筑，節(jié)約用地；（4）良好的施工性。具有良好的流動性，可遠距離泵送，自流平無須振搗碾壓；（5）耐久性。作為水泥基材料，其耐久性、耐熱及抗油污能力強，與混凝土耐久性相同；（6）保溫隔熱。自身含大量封閉氣泡，導熱系數(shù)小，隔熱、隔音及抗凍融性能優(yōu)越。氣泡混合輕質(zhì)土已大量用于道路加寬、軟基路堤、橋臺臺背、陡坡路堤、地下結(jié)構(gòu)物減荷回填、軟土地基與基礎(chǔ)處理、塌方快速搶險修復、寒區(qū)路堤填筑等工程。

3.設(shè)計原則

整個氣泡混合輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)由4部分組成，包括排水系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)，路面結(jié)構(gòu)及氣泡混合輕質(zhì)土主體，排水系統(tǒng)包括地表滲水（設(shè)置碎石墊層）及路面結(jié)構(gòu)下滲水（設(shè)置防滲土工膜），支擋系統(tǒng)相當于氣泡混合輕質(zhì)土形成過程中的模板，其面板在氣泡混合土強度形成后起裝飾及保護作用，路面結(jié)構(gòu)起應力擴散作用，使氣泡混合輕質(zhì)土均勻受力；氣泡混合輕質(zhì)土本身由水泥、水、發(fā)泡劑水化反應生成，其設(shè)計無側(cè)限抗壓強度：路槽下80cm范圍內(nèi)為1.2MPa，其余區(qū)域為0.8MPa。

4.氣泡混合輕質(zhì)土施工

4.1施工流程（見圖1）

4.2施工準備

（1）基底處理。清除邊坡表面松土，樹根，有機質(zhì)土等，開挖臺階寬度盡量>3m，可視地形適當調(diào)整，臺階面設(shè)1%的外傾橫坡，臺階開挖后用輕型壓路機碾壓密實。鋪設(shè)≥15cm的碎石墊層與15cm石屑隔離層，碎石墊層起排水作用，石屑起隔離氣泡土作用。墊層用壓路機碾壓密實，可阻值氣泡土漿液浸入碎石層而填充碎石間隙。

（2）支護系統(tǒng)施工。面板基礎(chǔ)埋置于原地面以下，基坑開挖后清除松土浮土。面板用C25砼分塊預制，每塊尺寸為90×30×6cm，面板設(shè)置φ2mm@5cm×5cm鋼筋網(wǎng)片，四角預埋φ6mm鋼筋用于安裝時固定。角鋼立柱在基礎(chǔ)澆筑時預埋于砼中，立桿與面板隨氣泡土分層澆筑加高。面板之間的接縫、面板與地基之間要填充密實，避免漏漿；立柱和面板要牢靠，避免垮塌。面板之間的變形縫用夾板填塞滿，變形縫砼氣泡土設(shè)置在同一斷面，表面作勾凹縫美化處理。

（3）設(shè)備材料準備。水泥采用P.O42.5R水泥，發(fā)泡劑采用GSF40B型。氣泡混合輕質(zhì)土頂面用防滲土工膜包裹，土工膜為M2/PE型號，厚度為2mm，伸長率>50%，縱、橫向拉伸強度≥18kN/m，縱、橫向直角撕裂強度≥100N/mm，CBR頂破強度≥6000N，垂直滲透系數(shù)≤5×10cm/s。

氣泡混合輕質(zhì)土使用前要綜合施工各因素對其的影響，選擇合適的配比方案。由于施工面與坡腳施工便道高差達30m，水平最大距離近200m，機械進入不便，將儲料罐及攪拌設(shè)備設(shè)置于坑美1#橋8#～9#間，于11#～12#間（與攪拌站高差15m，水平距離90m）設(shè)置中轉(zhuǎn)站及發(fā)泡機。采用軟管輸送，設(shè)備生產(chǎn)能力100m3/h。

4.3氣泡混合輕質(zhì)土澆筑

氣泡土頂面1.3m范圍內(nèi)安裝3層鋼筋網(wǎng)，底部1m范圍內(nèi)安裝2層鋼筋網(wǎng)進行補強，加強氣泡土的穩(wěn)定性及整體性，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為φ4.2mm@10×10cm，層間距50cm，鋼筋網(wǎng)在相應層澆筑前安裝。

水泥漿采用軟管泵送至中轉(zhuǎn)站，由發(fā)泡機加入發(fā)泡劑攪拌后進行輸送至工作面，從軟管的前端直接澆筑，出料口要埋入氣泡混合輕質(zhì)土中且盡量靠近氣泡混合輕質(zhì)土的表面。水平分層澆筑厚度為0.6m，最大應≤1m；最小為≥0.2m，上一層澆筑作業(yè)應在下一層澆筑終凝后進行，每隔10～20m須沿氣泡輕質(zhì)土、面板及其基礎(chǔ)橫斷面設(shè)置通長沉降縫。沉降縫寬1cm，全斷面用夾板填塞。

中間層停留時間較長或者最后一層輕質(zhì)土澆筑完成后，為了防止由于急速干燥而產(chǎn)生裂縫，固化后需用濕潤土工布進行覆蓋養(yǎng)生，但應避免氣泡土表面形成流水。

頂層氣泡土達到強度后進行土工膜鋪設(shè)，土工膜盡量減少接頭，接頭搭接沿路基縱橫坡高側(cè)在上，地測在下，土工膜鋪裝完成后填筑路面結(jié)構(gòu)水穩(wěn)層，填筑從高側(cè)向低側(cè)進行，采用倒推法施工，第一層壓路機靜壓，防止施工機械等集中荷載直接作用于氣泡輕質(zhì)土上。

4.4施工關(guān)鍵點

（1）由于氣泡混合輕質(zhì)土質(zhì)量較輕，為防止結(jié)構(gòu)體上浮，必須保證基底排水層完善有效。施工過程中出現(xiàn)澆筑氣泡土時漿液下滲至碎石透水層，填充碎石間隙，封閉排水通道。在設(shè)計及施工時在碎石層上增加細粒的石屑墊層，壓實的石屑能有效隔離氣泡土漿液與透水層，保證排水層有效。

（2）氣泡土由大量氣泡及氣泡外薄壁水泥漿殼構(gòu)成，在水流作用下極易造成水泥漿殼破壞，造成氣泡土沖刷，所以盡量連續(xù)施工，減少中間施工層中暴露時間，減少不利雨水天氣對氣泡土影響。

（3）施工過程中及完成后做好氣泡土保護，避免集中荷載作用，達到強度后立即施作水穩(wěn)層及路面結(jié)構(gòu)，保證氣泡土均勻受力。

（4）氣泡土中部水化熱無法有效傳導降溫，與頂面形成較大溫差，采取較小分層厚度及減小中間層外露時間方法減小內(nèi)外溫差。

5.結(jié)束語

氣泡混合輕質(zhì)土作為一種新型材料，在公路施工中得到很大認可和運用，本文從結(jié)構(gòu)角度論述氣泡混合輕質(zhì)土施工過程，充分利用材料優(yōu)點，在施工中采取有效措施保證其優(yōu)點得以最大保障，為氣泡混合輕質(zhì)土進一步推廣運用提供實踐依據(jù)。

參考文獻：

[1]張彥朋，廖君.氣泡混合輕質(zhì)土路基在高速公路沉降控制中的應用研究[J].中國水運（下半月），2019（02）：197-198+200.

[2]周云東，王勇，黎冰，徐等.氣泡混合輕質(zhì)土試樣制備研究[J].巖土力學，2018（12）： 4413-4420+4428.

[3]李季增.氣泡輕質(zhì)土在優(yōu)化高速公路橋梁設(shè)計中的應用[J].交通世界，2018（27）： 132-133+137.