淺談泡沫輕質土在橋梁施工中的應用

白云龍 上海交通建設總承包有限公司

現澆泡沫輕質土具有密度小、密度可調、強度可調、良好的施工性等特性，廣泛應用于管廊回填保護、路基拓寬、土方填筑、軟土地基工后沉降控制等工程領域。本工程泡沫輕質土用在新建橋臺臺背，一方面降低臺后填土對直立式橋臺的側向壓力，另一方面控制工后沉降，減小地基差異沉降，吸收路面沖擊能量，減輕橋頭跳車現象。

1.工程概況

國權北路小吉浦河橋改建工程位上海市楊浦區與寶山區交界處，對現狀小吉浦河所設置鋼便橋拆除重建。橋梁工程分為西1、西2和東1-4幅六個結構段，老橋位于東3幅結構段內。其中西1、西2、東1橋上跨地鐵18號線雙線隧道，東2、東3、東4位置為原有道路路基位置開挖新建橋臺，其中楊浦側靠近空軍地塊，受限于施工占地問題，采用直立式橋臺。工程泡沫輕質土回填位置主要布置在東2、東3、東4橋北側臺后30m內。

本工程現澆泡沫土在場地平整完成后，先行實施路基結構的碎石層，然后施工泡沫輕質土，最后施工道路基層及面層。

2.泡沫輕質土相關指標及特性

2.1 泡沫土指標

泡沫土主要設計要求指標有：抗壓強度（28d或7d）、濕密度、泡沫密度等，本項目工程采用的輕質土濕密度、28d抗壓強度指標范圍見表1。

2.2 輔助材料

輕質土回填采用的輔助材料為金屬網及高密度聚乙烯土工膜，金屬網采用網格尺寸2.5cm、直徑1.5mm的冷鍍鋅鐵絲網；土工膜采用聚乙烯土工膜，厚度大于等于0.5mm。

2.3 泡沫輕質土工程特性

（1）低密度

現澆泡沫輕質土的容重相對常規建筑材料密度要低。泡沫輕質土立方米容重在3-12KN，而普通水泥混凝土約為25KN，碎石基層約22KN,黏土約18-20KN，中粗砂與夯實黏土相當，粉煤灰為12-16KN 。

（2）容重和強度可調節性

現澆泡沫輕質土的干密度可以根據設計需要進行調整。通過調整泡沫土配比中水泥、中粗砂、發泡劑用量等，實現抗壓強度和干密度的調節。干密度調節范圍為0.3～1.6KG/m3。泡沫土無側限抗壓強度的調節范圍為0.3～5.0MPa。作為土工填筑材料，泡沫輕質土強度從0.3MPa到20MPa分不同的等級。

（3）施工操作性好

現澆泡沫輕質土出料時呈流動狀態，可以通過輸送管道輸送到較遠的距離。大量泡沫的注入，使得泡沫土可塑性好，施工占用的操作空間小。當用于非承重結構時，如地下空間填充，路基下土方換填等，現澆泡沫土澆筑即成型，不需要進行振搗、碾壓，也不需要進行特別的養護。

表1 泡沫輕質土混合物指標

表1 輕質土制備設備清單

3.施工準備

3.1 施工材料準備

施工主材包括水泥等膠凝材料、發泡劑。其中水泥等凝膠材料必須在進場檢查合格的基礎上進行取樣復試，并由檢測機構出具復檢報告。

輔助材料包括防滲土工膜，金屬網等。

（1）防滲土工膜應出具出廠合格證，供應商應提供第三方檢驗合格證書，應做進場外觀鑒定，合格標準為：土工膜完整，沒有撕裂、孔洞等缺陷。

（2）金屬網應出具出廠合格證，并做進場外觀鑒定：網格尺寸、鍍鋅鐵絲直徑應符合設計要求，沒有明顯變形、銹蝕、無斷裂。

3.2 設備的準備

現澆泡沫輕質土的施工質量與施工設備密切相關，現澆泡沫輕質土在制備過程中涉及到復雜的固態、液態、氣泡三種形態物質的混合，保持出機口泡沫土的均勻、穩定性輕質土施工質量的關鍵，輕質土制備設備清單見表2。

3.3 技術的準備

施工前，需對配合比進行試驗。在表觀密度不變的前提下，影響泡沫土性能的主要因素為水泥摻量、粉煤灰及礦渣用量，養護溫度及外加劑使用量。

實驗室試配強度采用設計強度指標的1.1倍；當試配試驗確定的出料濕密度、沉降率、消泡試驗（濕密度增加率）及抗壓強度（7d）等全滿足要求時，該配合比可作為施工配合比使用。

4.泡沫輕質土施工

本工程根據設計對泡沫土的指標要求，選用合理的配比。泡沫土施工過程如下：

（1）拌制水泥漿：先將定量的水加入工作站，再將稱量好的水泥投入工作站，在工作站內攪拌生產水泥漿。

（2）將發泡劑加入工作站，設置好稀釋倍率，發泡劑水溶液流量，空壓機送風量，使水泥漿液與氣泡充分混合，根據設置好的出料流量，安排出料。生成的泡沫土需及時使用，放置時間不宜超過2小時。

（3）立模板，考慮分縫情況，模板采用2cm竹膠板，澆筑完成后不取出。

（4）澆筑泡沫輕質土。將輕質土作業范圍內預埋件、預留孔、雨污井在澆筑輕質土前做好，嚴禁在澆筑后鑿孔打洞。

（5）原則上每分區自下而上分層澆筑，單層澆筑厚度取700mm，本工程每個分區分3至5層澆筑。

本工程采用全自動工作站，稀釋倍率，發泡倍率，凝膠材料用量，壓縮空氣泵送量等參數，在開始前設置好即可。

5.常見質量問題及防范措施

泡沫輕質土施工常見的質量問題有不均勻沉陷開裂、軟夾層、隱性裂縫、軟透鏡體等。沉陷開裂對于較厚的填筑體，施工后易導致失穩或裂縫向上反射現象；澆筑過程中濕密度波動導致各澆筑層不均勻，形成軟夾層；同一澆筑層或分區如未能在初凝時間內完成澆筑，由于收縮步調的不一致，易在泡沫土內部形成隱性裂縫。

針對泡沫輕質土施工質量通病，工程采取的防治措施包括：

（1）按照設計要求，依照規定的檢驗批數量，嚴格檢測沉降率及濕密度增加率；避免更換水泥批次和發泡劑批次，確保材料穩定，來源單一；

（2）嚴格按照設計要求進行中間質量檢查，重點檢查每一澆筑層的施工濕密度，當前澆筑分層濕密度檢查合格后，才能進行下一層的澆筑；

（3）嚴格甄選進場的施工作業隊伍和施工設備。進場施工隊伍要有一定體量的同類型施工工程業績，優中選優；輕質土生成機械盡可能選用自動化程度高，優先工作站式生成裝置。

6.結語

嚴格按照設計要求進行配比設計，凝膠材料使用時考慮綜合水化熱最低，降低水化過程中的溫度梯度，并對施工隊伍進行優中選優，在施工過程中及時對材料進行中間質量檢查，配合必要的室內土工試驗，確保施工質量可控，在泡沫土施工中尤為關鍵。泡沫土孔隙率較高，在基底處理時，必須注意采取降水措施。泡沫土孔隙率較高，達80%以上，內部若出現裂縫，吸水后裂縫發展較快，在底層澆筑時，鋪設防水土工膜也是必要的施工手段。在斷面兩側的黏土包邊，施工中也應重點關注，保證泡沫土施工場區內不透水。

現澆泡沫輕質土在本項目中的應用，緩解了橋臺與臺后路基的剛柔突變，避免了普通填土施工后的沉降，有利于縮短工期；對臨近樁基及橋臺幾乎沒有側向土壓力的作用，降低了軟土基底的附加應力，抑制路基下部的沉降和側移，可以有效解決臺后跳車的問題，并且降低了直立式橋臺的側向土壓力，提高了結構安全性。