泡沫輕質土在河北新元高速公路改擴建工程中的應用

史永康

（中電建路橋集團有限公司，北京 100000）

1 工程概述

新樂至元氏高速公路郭村至拐角鋪段（京石高速）于1994年建成，原設計為雙向四車道，承擔著河北省省會石家莊與京津間的交通功能，是石家莊機場最重要的集疏運通道。隨著區域社會經濟發展，京津冀協調發展、區域交通一體化的需要，該路段現狀難以滿足日益增長的交通需求，服務水平逐步降低，將成為瓶頸路段。河北省委、省政府為了解決這一難題決定于2018年5月全面對新元高速進行改造擴建。文章依托新元高速路基加寬工程，對泡沫輕質土在高等級公路加寬中的優越性進行探討。

2 泡沫輕質土的概念

泡沫輕質土是一種通過物理方法將發泡劑水溶液制備成泡沫，用機械方式充分發泡，按照一定比例與必須組分（水泥基膠凝材料、水、細粒砂或砂性土等）均勻混合并經物理、化學作用硬化形成的一種新型輕質材料[1]。

3 泡沫輕質土施工工藝流程及技術指標

3.1 工藝流程

泡沫輕質土的生成工藝流程具體如圖1所示。

圖1 泡沫輕質土的生成工藝流程

3.2 主要技術指標

泡沫輕質土路基施工濕密度及強度如表1所示。

表1 泡沫輕質土路基施工濕密度及強度

4 泡沫輕質土施工前準備

4.1 清表、臺階開挖

根據設計邊線采用全站儀測量放線。開挖范圍標識后，采用0.6m3挖機開挖臺階及進行基底粗開挖。開挖形成的臺階表面必須平整，質地要堅實，無松散，且棱角分明。清表、臺階開挖如圖2所示。

圖2 清表、臺階開挖示意圖

4.2 基底及臺階處理

基底開挖完成后，采用輕型觸探儀檢驗基底的承載力，設計要求不小于80kPa，如果達不到設計要求，采取相應措施，直至滿足設計要求。臺階開挖完成后表面利用PZ-5D噴射機噴M7.5#水泥砂漿，厚度為2cm。

4.3 泡沫輕質土護壁

泡沫輕質土護壁基礎為C25混凝土基礎，埋深0.5m，尺寸為30cm高、60cm寬。

（1）基礎開挖。采用1m3挖機按照1∶1的坡比掛線開挖，人工修整邊坡及整平基底。

（2）基礎混凝土澆筑?；A混凝土模板采用木模板，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土攪拌車運輸，插入式振搗棒振搗，頂面采用人工收面；混凝土澆筑完成后，按照設計間距及位置在混凝土內埋設L75mm×75mm×6mm角鋼。

（3）基礎回填。位于基底部位的基礎混凝土澆筑完成后，基坑內側回填級配砂礫石，外側回填素土，每層厚20cm，人工夯實，壓實度按照91%控制。

（4）保護面板的制作及安裝。保護面板尺寸為90cm×30cm的C40混凝土，在預制場集中預制，強度滿足要求后，運輸車運輸至施工部位，每一塊橫豎向通過M10砂漿砌筑，人工掛線安裝，保護面板表面平整度通過人工掛線保證平整度及垂直度，人工M10砂漿勾縫，縫寬為1cm，砂漿飽滿，勾縫密實。將面磚表面清理干凈，保證勾縫橫平豎直的美觀。施工完成后通過直尺或塞尺檢驗表面平整度和垂直度。每一塊保護面板需與L75mm×75mm×6mm支柱連接牢固。

5 泡沫輕質土施工

5.1 工藝性驗證分析

（1）施工前，將路基劃分為若干個澆筑區，每個澆筑區應劃分為若干個澆筑層，澆筑區的劃分應符合以下要求：當路基縱橫向尺寸較大時，單個澆筑區頂面面積最大不應超過400m2，以200～300m2為宜。

（2）單個澆筑區長軸方向長度不宜超過30m，澆筑層的劃分應符合以下要求：單層厚度宜為0.3～1.0m；路床部位應按2m×0.4m或1m×0.8m劃分澆筑層；設計金屬網位置于澆筑層分層界面。

5.2 泡沫輕質土澆筑

（1）對于泡沫輕質土澆筑方量大的，澆筑點密集進行立罐泵送澆筑的輻射半徑為600m，采用生產量大的設備進行澆筑施工。

（2）對于泡沫輕質土澆筑方量小的，澆筑點分散進行罐車制備漿體現場使用小型設備澆筑（施工時應注意漿體的最大延遲時間，即從漿體制備運輸到現場不超過1h，超過2h應廢棄）。

（3）單次澆筑最佳長度。根據施工現場實際情況確定單次澆筑最佳長度，具體指標應根據現場設備生產能力、澆筑段寬度、澆筑厚度、泵送距離、水泥容許施工時間來確定。

（4）單次澆筑最佳厚度。在泡沫輕質土澆筑施工中，澆筑厚度方面驗證結合公路工程標準及國家指標要求，相同材料作為路基填料時，澆筑厚度不宜小于50cm，且澆筑厚度較小時，施工時間顯著延長，澆筑厚度過大即超過1m后，泡沫輕質土自身質量大，在漿體未終凝前坍縮量大，不穩定，且體積過大，整體發熱量不容易控制，更容易開裂，適宜的澆筑厚度為60～80cm。

5.3 沉降縫設置

接縫材料應具有與泡沫輕質土壁黏結牢固、回彈性好、不溶于水、不滲水、高溫時不擠出、不流淌、抗嵌入能力強、耐老化龜裂、負溫拉升大、低溫時不脆裂、耐久性好等性能。

泡沫輕質土澆筑時，每澆筑高度達到3m位置時設置一道橫向不銹鋼格柵，以此增加側向應力，提升泡沫輕質土已澆段和未澆段的整體性。為保持泡沫輕質土整體性，其底部施工時應使用油氈、土工織物等材料，以確保泡沫輕質土澆筑的整體性，減少反射裂縫。

5.4 縱縫和橫縫設置

根據澆筑面沿行車方向，可以設置縱縫和橫縫。設置縱縫時一次鋪筑寬度應大于4.5m。

設置橫縫時應結合生產設備產量，設置橫向施工縫、橫向縮縫、橫向脹縫。每天施工完成后，截斷部分留待后續施工操作形成的縫為橫向施工縫。臨近橋梁和其他固定構造物處或與其他道路相交處，應設置橫向脹縫；為保障泡沫輕質土使用過程中各項施工的順利開展，還應在一定范圍內設置橫向縮縫，以消除其中內力作用的影響。各個縫隙在各個澆筑層之間應錯縫施工，錯縫間距應大于0.5m，以免形成貫通性裂縫，進一步反射至路面，導致路面開裂。

5.5 側擋板設置

路邊緣帶使用角鋼作為骨架，預制混凝土墻面板為主體（墻面板向內應具有預埋鋼筋，預埋鋼筋支出部分與角鋼焊接在一起），整體施工方法與加筋土擋土墻類似，即首先做好基礎施工，然后錘擊將角鋼打入設計基層且基層上最高處平齊，將預制好的墻面板使用砂漿砌筑好，并使用鋼筋通過焊接的方式將墻面板和角鋼焊接為一個整體。每安裝一個層次墻面板，澆筑一層泡沫輕質土（泡沫輕質土未形成強度時，該墻面板主要起抵抗已澆筑的泡沫輕質土側向應力作用；待泡沫輕質土終凝后起保護面層及裝飾的作用），然后持續施工至工程需要的設計標高為止。

5.6 成品養護

澆筑成型的泡沫輕質土應及時覆蓋并灑水養護，在水平方向澆筑前應間隔2m預埋鋼管，同時豎向也應預埋鋼管，平均每根豎向鋼管作用面積為10m2，用以降低內部溫度。外覆蓋薄膜養護，這是為了保持外部溫度，減少內外溫差，降低反應放熱，減少裂縫。

6 泡沫輕質土施工在高速公路改擴建工程中的優點

（1）施工便捷高效，可大幅縮短施工工期。較常規路基土填筑，泡沫輕質土施工準備期短，填筑施工通過管道泵送實現，可不修或少修施工便道。

（2）擴建路基可垂直填筑，節省永久占地或避免拆遷，實現改擴建工程修建的經濟化。

（3）泡沫輕質土進行加寬路基填筑，能有效降低拓寬部分填土的容重，減少附加荷載總成的工后沉降，消除舊路加寬新舊路基之間的差異沉降，避免縱向開裂[2]。

（4）高流動性，采用管道泵送澆筑，自流平、自硬化、施工作業面小，可避免某些地段高壓線、通信管路等的拆遷。

（5）常規復合地基工法多為隱蔽工程，施工質量難以保證。而泡沫輕質土工法屬非隱蔽工程，施工質量較易控制，可靠度高。

7 結束語

通過新元改擴建高速實際運用的經驗，證明泡沫輕質土在高速改擴建工程施工中，尤其是在軟土地基、征地拆遷困難、工期要求緊、用地費用高的路段與常規路基施工比較有明顯優勢。隨著對泡沫輕質土的理論和應用研究的進一步深入，其性價比將進一步得到提高，應用前景將更為廣闊，社會經濟效益將更為顯著。