泡沫輕質(zhì)土在填方路基施工中的應(yīng)用探討

歐長(zhǎng)勝

泡沫輕質(zhì)土是用物理方法將發(fā)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、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料。因其具備質(zhì)量輕、密度和強(qiáng)度可調(diào)性高、凝結(jié)性好和施工操作性簡(jiǎn)便等特性，在土建填方領(lǐng)域中被新興推廣應(yīng)用。作者在施工過(guò)程中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間施工總結(jié)和參閱有關(guān)文獻(xiàn)并經(jīng)科學(xué)分析后形成本論文，旨在和廣大同行業(yè)施工人士探討應(yīng)用，有利于工藝推廣。

一、泡沫輕質(zhì)土施工方案的項(xiàng)目背景

作者所在施工項(xiàng)目是海南省東方市山區(qū)二級(jí)公路改擴(kuò)建項(xiàng)目，項(xiàng)目承擔(dān)提質(zhì)改造、打造綠色生態(tài)沿江風(fēng)情旅游道路的施工任務(wù)。考慮到施工樁號(hào)K94+810～K94+830和K107+931～K108+031 兩處位于高陡坡路堤路段，直接放坡填筑路堤存在占地大、不利于環(huán)保的缺點(diǎn)及項(xiàng)目對(duì)施工水土保持要求高的要求，泡沫輕質(zhì)土僅為常規(guī)填料的1/3 重量，即輕質(zhì)土填筑3m 高相當(dāng)于常規(guī)填料1m 高的重量，可在調(diào)緩坡度填高驟增的同時(shí)，提高路堤的安全穩(wěn)定性，施工中引入泡沫輕質(zhì)土路基施工施工方案。

1.泡沫輕質(zhì)土特性與設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇

（1）特性

泡沫輕質(zhì)土除經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和耐久性外仍具備多種特性，主要特性有：

輕質(zhì)性：干體積密度在300kg～1600kg/m3之間；

密度和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性：可以按照工程需要調(diào)整密度和強(qiáng)度；

凝結(jié)性：為水硬性材料，以水泥為膠凝材料，硬化后可自立，可垂直填筑；

施工操作性：采用管道泵送，泵送距離高達(dá)500m 以上，自流平，自硬化，無(wú)需推平，碾壓或振搗。

（2）本工程泡沫輕質(zhì)土設(shè)計(jì)指標(biāo)

本工程泡沫輕質(zhì)土主要設(shè)計(jì)指標(biāo)為施工密度和抗壓強(qiáng)度，不同填筑深度其指標(biāo)應(yīng)滿足以下要求。

表1 泡沫輕質(zhì)土路基施工濕密度和抗壓強(qiáng)度

2.施工原材料的選擇

（1）泡沫劑

泡沫劑應(yīng)出具出廠合格證，合格證應(yīng)明確勻質(zhì)性指標(biāo)，且勻質(zhì)指標(biāo)應(yīng)滿足《氣泡混合輕質(zhì)土填筑工程技術(shù)規(guī)程》的要求。本工程選用的泡沫劑為HF30 水泥發(fā)泡劑（植物型）， 經(jīng)見(jiàn)證檢驗(yàn)，各檢測(cè)項(xiàng)目均符合要求。

（2）水泥

水泥采用華潤(rùn)P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，經(jīng)見(jiàn)證檢驗(yàn)，3d 抗折強(qiáng)度和7d 抗折強(qiáng)度可達(dá)到5.3Mpa 和7.6Mpa；3d 抗壓強(qiáng)度和7d 抗壓強(qiáng)度可達(dá)到28.5Mpa 和49.2Mpa，各檢測(cè)項(xiàng)目均符合要求。

（3）HDPE 防滲土工膜

土工膜采用符合GB/T17638-1998 標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格準(zhǔn)予出廠的HDPE 防滲土工膜。

（4）鋼塑土工格柵

鋼塑土工格柵采用帶有出廠檢驗(yàn)合格的GSZ60-60型雙向土工格柵，各項(xiàng)指均滿足以下規(guī)定值。

表2 鋼塑土工格柵技術(shù)指標(biāo)

二、施工配合比設(shè)計(jì)

試配試驗(yàn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行濕密度、流值和消泡試驗(yàn)，當(dāng)流值滿足要求、消泡試驗(yàn)確定的濕密度增加率滿足要求時(shí)、應(yīng)制取試件并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。本工程分6 組進(jìn)行試配配合比試配試塊制作以100mm×100mm×100mm 的立方體為準(zhǔn)，在施工原材料選定的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工圖設(shè)計(jì)與《現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土技術(shù)規(guī)程》配合比設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行試驗(yàn)室配合比設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)分組試配，在對(duì)氣泡群密度、流動(dòng)度、濕容重、7d 表干容重、7d 抗壓強(qiáng)度、28d 表干容重、28d 抗壓強(qiáng)度指標(biāo)結(jié)果比對(duì)后，確定最優(yōu)生產(chǎn)配合比為每m3材料用量水泥350kg、水190kg、氣泡群720.3L。通過(guò)配合比的設(shè)計(jì)可知，同等養(yǎng)護(hù)條件下，影響泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度的主要因素有泡沫與水泥的摻量。水泥含量少，泡沫含量多的配合比，流值小，強(qiáng)度低，濕密度校反之，水泥含量大，泡沫含量少的配合比，流值大，強(qiáng)度高，濕密度大。因此，可參考此規(guī)律調(diào)整各成分含量得到所需要的配合比。

三、泡沫輕質(zhì)土路基施工工藝

1.施工準(zhǔn)備

泡沫輕質(zhì)土在填筑前應(yīng)嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行檢查準(zhǔn)備，本工程施工用水考慮到施工所在區(qū)域位置水資源不豐富，采用打深水井抽取淺層地下水蓄水后作為施工用水，施工作業(yè)人員按照6 人一班制組織，水泥罐可一次性預(yù)儲(chǔ)存150t 水泥，施工過(guò)程中設(shè)置專人通過(guò)計(jì)量裝置嚴(yán)格按照施工配合比控制各種原材料的摻量。

2.泡沫輕質(zhì)土制備

泡沫原材料選用HF30 水泥發(fā)泡劑（植物型），按照比例稀釋60 倍后成發(fā)泡液，連接好發(fā)泡機(jī)與空壓機(jī)，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)泡機(jī)流量與氣壓大小得到符合要求的致密的泡沫群。攪拌機(jī)內(nèi)添加水泥、水進(jìn)行水泥漿制作，通過(guò)發(fā)泡機(jī)連接系統(tǒng)將泡沫與水泥漿混合后攪拌，攪拌時(shí)間以混合料攪拌均勻?yàn)橐耍竟こ炭刂茣r(shí)間為2～3min。

3.輸送與澆筑

澆筑前應(yīng)檢查現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備，基底清雜完畢后應(yīng)檢查標(biāo)高控制是否滿足需求，對(duì)于需要基底處理的工程應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基底處理。本工程考慮基底位于溝壑沖刷側(cè)，澆筑前進(jìn)行了20cm 碎石填筑。同時(shí)，為了加強(qiáng)泡沫輕質(zhì)土的整體性在澆筑的底部、中部及以上增設(shè)了HDPE 防滲土工布和鋼塑土工格柵，土工材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)均應(yīng)帶有出廠檢驗(yàn)合格證的銘牌，施工鋪設(shè)時(shí)鋪設(shè)寬度、搭接寬度、固定方式均應(yīng)滿足土工織物施工規(guī)范要求。

泵送設(shè)備采用固定管道，本工程為擠壓式泵送輸送設(shè)備，泵送距離100～ 230m，泵送澆筑控制速度30～50m3/h。人工輔助澆筑時(shí)為避免氣泡被壓縮、密度變大而不能達(dá)到相關(guān)濕容重的要求，應(yīng)采取分層法澆筑，單層厚度宜控制在0.3～0.5m 之間。同時(shí)，應(yīng)禁止大幅度擺動(dòng)輸料管，澆筑時(shí)出料口宜埋入已澆筑的泡沫輕質(zhì)土內(nèi)，當(dāng)無(wú)法滿足要求時(shí)，出料口與澆筑點(diǎn)的高差宜控制在1.0m 以內(nèi)。當(dāng)遇到大雨、強(qiáng)降雨或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的小雨天氣時(shí)，未硬化的泡沫輕質(zhì)土表面應(yīng)采取覆蓋保護(hù)措施。上層澆筑作業(yè)必須在下層澆筑終凝后實(shí)施，澆筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，宜在澆筑面覆蓋養(yǎng)生膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行下一分項(xiàng)工程施工。

四、施工評(píng)價(jià)

1.環(huán)保性

該新型填筑材料施工工藝簡(jiǎn)單，施工機(jī)具性能高、施工噪音低、污染少、施工時(shí)可做到無(wú)揚(yáng)塵、無(wú)空氣污染和水源污染。施工區(qū)域和非施工區(qū)域有擋土板隔離，施工區(qū)域連續(xù)、整潔、美觀，能夠保證施工區(qū)域的地形、地貌、天然植被不被破壞，最大程度的保持水土完整性。

2.經(jīng)濟(jì)性

面對(duì)山區(qū)生態(tài)脆弱的自然因素和水土保持要求高的政策性因素，每一寸土地的征用都尤為困難，泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用在減少土地征用、節(jié)省工期、人工和機(jī)械成本上效果明顯。具體體現(xiàn)在工期投入上日完成工作量可達(dá)到500m3以上，混合料強(qiáng)度上升快，較常規(guī)土方填筑狹長(zhǎng)山區(qū)不用投入過(guò)多路基設(shè)備，施工人工和機(jī)械成本僅需15 元/m3左右。

3.施工便捷性

施工場(chǎng)地不需要占用較大的地方，通常在施工區(qū)域外架設(shè)單個(gè)水泥罐和確保水資源即可，由于采用管道泵送設(shè)備輸送可實(shí)現(xiàn)垂直和水平填筑，安全風(fēng)險(xiǎn)因素小，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低，簡(jiǎn)單培訓(xùn)后即可操作。

五、結(jié)語(yǔ)

泡沫輕質(zhì)土作為新興輕型材料，因其質(zhì)輕、耐久、環(huán)保、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)目前已用于加固軟土地基、陡峭路堤填筑、地下管道填充、地下采空區(qū)回填及搶險(xiǎn)工程等，相應(yīng)的專業(yè)施工隊(duì)伍也逐漸的完善。其工程完工效果也都在預(yù)期內(nèi)，隨著基建行業(yè)的大規(guī)模興建，相信泡沫輕質(zhì)土?xí)絹?lái)越多的應(yīng)用于土建領(lǐng)域。