高速公路通道橋擴建中輕質氣泡混凝土的應用

作者簡介：覃建科（1979—），男，本科，工程師，主要從事道路工程施工方面的工作。

摘要：在高速公路通道橋的擴建過程中，需要對特定路段進行關鍵的工程處理。高速公路通道橋的特殊部分需要對路基進行加強處理，提高整體的穩定性。輕質氣泡混凝土對通道橋擴建中的路基填筑具有很明顯的作用，能夠顯著提高路基的強度，并且施工簡單，價格低廉。本文對輕質氣泡混凝土的特點、施工過程進行探討，為高速公路工作提供參考。

關鍵詞：單跨通道橋? 輕質氣泡混凝土? 軟基換填? 水灰比? 質量控制

我國高速公路的車流量的不斷增大，部分已經建設完成的高速公路適應不了現有的交通量，因此高速公路通道橋必須進行擴建改造。在高速公路通道橋改擴建過程中，新老路基沉降易發生變形，降低了改擴建施工質量，并且部分通道橋橋臺填土需要進行改造，因此需要對改擴建施工技術和填筑材料進行合理優化。目前常將輕質氣泡混凝土作為改擴建路基填筑材料，因其成本低、施工簡單、強度高等優點而應用廣泛。本文著重介紹了輕質泡沫混凝土配合比的特點、類型和設計，重點介紹了泡沫混合輕質土的施工工藝，并在具體工程中進行應用。

1工程概況

沈陽—海口高速公路開平—陽江段，原本建成的四車道高速公路滿足不了現有需求，所以需要通過改造擴建到八車道高速公路。床寬從28m擴大到42m，設計速度為120km/h。舊路兩側的改建和擴建方案主要是為了保持舊路的水平和垂直路段不變，而舊橋則得到修復和加固。在通道橋的改建過程中，需要對路基進行加固，本次過程中通道橋路基中軟基段較多，需要對軟基段進行改造。在軟土地基部分，路基部分主要是含水高、強度低和土層厚度比較大的軟土。通過對通道橋的軟基路段的實時觀測，得出部分路段滿足不了設計要求，需要對其進行加固。為使招標管路在規定時間內開放通行，減小早期瀝青路面的破壞，決定用輕質泡沫混凝土對軟基路段進行工程處理，以減輕額外的壓力，使沉降降級。

2輕質氣泡混凝土的特征

對于輕質氣泡混凝土，是指將起泡劑機械配制成泡沫，然后加入鈣材料、添加劑和水的混合物，混合均勻后澆水[1]，主要由以下幾個階段的過程組成：（1）發泡過程，使用混合器將水、骨料和膠凝材料進行攪拌混合，使料漿達到發泡效果;（2）混合過程，將混合好的泡沫和漿料混合攪拌;（3）滲漏過程，把混合好的泡沫漿料運送到工程現場進行澆水處理，進行滲漏處理。輕質氣泡混凝土的主要應用領域是取代路堤。這種新材料我國多個省份已經開始使用，在工程實踐中已經形成了相當規模的應用，特別是在填充特別部分的過程中[2]。

輕質泡沫混凝土從原理上來講是一種膠凝材料，將水泥、水和氣泡按不同的比例進行攪拌混合。針對不同的地質條件還可以添加不同的添加劑，礦渣和鋼渣等材料。輕質氣泡混凝土的主要技術優勢包括可以對質量進行調整、密度和散裝強度，施工良好[3]。

2.1主要技術特點

2.1.1 良好的流動性

與普通混凝土相比，輕質氣泡混凝土流動性較好。攪拌混合后的輕質氣泡混凝土漿料呈液體狀態發展，可以通過自帶的管道系統經泵送設備進行泵送，現場可以實現垂直高度100m、水平距離500m的遠距離輸送，可流動至作業面的各個角落和縫隙。

2.1.2 輕量化

泡沫輕質混凝土材料因其材料內部均勻分布大量的獨立閉合膠質氣泡，氣泡膜是一種具有較強韌性的物質，氣泡之間互不通水，從而使建筑材料的容重最小可達150kg/m3，相當于一個普通商品混凝土的1/2～1/10。施工管理過程中，輕質復合材料設計荷載小，可以減少對工程建設其他結構層的擾動。

2.1.3 隔熱性好

輕質泡沫混凝土結構內存在較多氣孔，氣孔可以對熱量進行吸收，提高輕質泡沫混凝土的導熱性能，減小溫度的變化對其造成的破壞。

2.1.4 隔聲良好

輕質氣泡混凝土的眾多孔隙結構可以對聲音進行良好吸收，聲音在氣孔內傳遞會消耗能量，起到良好的隔音功能，因此泡沫輕質混凝土具有良好的降噪功能。

2.1.5 耐火性好

輕質氣泡混凝土的主要成分為水泥膠結料，可以起到隔熱的功能，降低混凝土的可燃性。

2.1.6 施工

可在相對狹窄的空間內進行施工，并且不需要機械使用，操作簡單，工期短。

2.1.7 整體性和直立性

輕質泡沫混凝土采用水泥為固化劑，具有與普通混凝土初凝、終凝等特性，硬化后具有良好的直立性。輕質泡沫混凝土可分層進行現場澆注施工，固化后對擋土墻等結構幾乎不存在向外的推擠力且與工程的主體相互緊密貼合，因此可以現場采用垂直分層澆筑，從而簡化施工防護、減少橋臺等設計。

2.1.8 節能環保

輕質氣泡混凝土的原料為硅酸鹽水泥、水和發泡劑。大部分材料都不含有毒有害物質，在環保方便和其他物質相比具有更好的優勢，減小了對環境造成的污染，同時可以利用工業廢料，如粉煤灰、赤泥、礦渣等可以節約資源，符合我國碳中和的發展趨勢，環保效應非常好，能夠有效減少土地開挖量，節約資源，對周圍環境影響較小。

2.1.9 安全性

輕質泡沫混凝土在安全性方面與其他建筑材料相比具有更好的效果，在施工方面很安全，輕質的特性使其在工程實踐中有更好的安全性。安全性還體現在輕質泡沫混凝土在施工后對地基的整體性更好，質量穩定，具有更好的耐久性。在各種條件下如凍土條件、降水條件、酸雨條件下等都可以穩定地使用，各項工程指標都保持穩定[4-5]。

2.1.10 強度范圍廣

通過配合比進行調整水泥等膠凝材料的種類和摻用量、發泡劑和發泡倍率、氣泡群密度，使得泡沫輕質混凝土的強度可在0.4～2.2MPa的范圍內調節，以滿足不同施工部位的施工需求和設計需求。

2.2主要指標包括

（1）濕粒密度：頂部80cm以內不超過6kN/m3，其他部分不超過5kN/m3;

（2）混合強度：80cm以上28d的強度應大于0.8MPa，其他部分28d的強度應大于0.6MPa;（3）移動性：在160～200mm范圍內。

2.3結構特點

在輕質氣泡混凝土結構中，有兩種不同的孔隙結構，包括泡沫氣孔結構和構造孔隙[6]。輕質氣泡混凝土氣孔結構的影響主要是因為吸水性能不同，吸水性對其孔隙結構有較大影響;同時，氣孔結構也對輕質泡沫混凝土的力學性能和滲透性能有較大影響。構造孔隙主要是由輕質氣泡混凝土的水化產物的不同來形成的，在孔徑大小的對比上，構造孔隙的孔徑比氣孔結構小，并且在材料中處于不連續狀態，因此構造孔隙對輕質氣泡混凝土的力學性能和滲透性能的影響比泡沫氣孔結構小。

2.4結構性能

輕質氣泡混凝土具有良好的力學性能和物理性質，在工程上有廣泛的應用[7-10]。輕質氣泡混凝土在工程實踐中施工方便，自動沉降，密實性好，同時與其他材料能同時在工程中進行應用，其質量和力學性能可根據具體條件進行調整。

3輕質氣泡混凝土應用技術方案

輕質氣泡混凝土的施工工藝流程主要包括四大步驟，施工流程見圖1。

3.1施工準備

在施工準備前，需要對輕質泡沫混凝土的比例進行設計。在試驗混合試驗期間，應該進行物理力學等試驗。當流量值達到了工程使用要求，應準備和保存樣品，對泡沫的比例和類型進行調整，對混凝土重新進行混合試驗。

工程施工前，應根據設備的生產能力和施工期要求，將設計的鑄件分為鑄件區域和層，并對鑄件施工進行相關規劃;同時，冶煉區地下室的sundries必須拆除，特別是地下室積存的水必須排水。發現低于地下水水位時，應采取降水措施，嚴禁用水發射地下室。

3.2泡沫生成

泡沫是由泡沫機器用壓縮空氣稀釋泡沫劑生產的，泡沫劑的性能直接影響泡沫。泡沫穩定性、泡沫劑生產性能應符合下列要求：（1）不得對環境造成不利影響，適當使用界面活性泡沫劑;（2）在溫度高于0℃的環境中，泡沫劑不得出現分離現象;（3）發泡劑所制作的泡沫應細密。在混合物中不得含有水、油等物質，否則會影響到泡沫的穩定性和耐久性。泡沫的制備應該由設備自動控制，使生產的泡沫達到薄而穩定的效果。

3.3水泥漿制備

工程中水泥漿可以在工程現場制備，然后進行應用，輕質氣泡混凝土對水泥漿的質量要求不高，只需要濕密度達到工程的要求進行，水泥漿的制備在工程中應連續進行，澆筑過程要連續，達到好的沉降效果，路面進行平實，達到均勻性和無沉積作用的效果，并且應該在卸貨口設置濾光片，來阻止較大的顆粒材料堵塞泵管。

3.4現場澆注

泡沫輕質土層厚度應控制在0.25～1.0m范圍內。模板安裝應牢固地安裝在截面上，溢出截面應用塑料布密封，以防止沿開口滲出輕質土。單噴面積和發泡輕質土噴流層的噴流時間應在水泥噴流的初始調整時間內控制，頂噴層只能在底噴流層的最終配置后才能噴流。應盡可能沿溢出區域軸的主軸方向從一端溢出到另一端。如果使用多根溢出管進行溢出，則可以從一端溢出到另一端，也可以沿對角線溢出。在溢料過程中，需要移動溢料管時，應沿著放置溢料管的方向前后移動，但不宜左右移動溢料管。如果真的需要左右移動溢洪道，溢洪道應在移動前盡可能地上升到目前的地表。平整表面時，溢洪道應盡可能保持平整，溢洪道應盡可能低地位于目前滲出的輕質土壤表面。盡量減少在溢出的輕質地板上來回走動，但不要著急。

3.5在橋臺臺背填土的應用

橋頭跳車問題是一個暫時無法解決的世界性難題，橋梁工程在運營階段的維修養護費用的80%使用在道路橋梁的過渡段落及橋臺臺背的回填位置，橋頭跳車的主要影響因素是臺背回填土的土質不符合要求、壓實度不足、不均勻沉降，而現有工藝是將原有路面采用銑刨后進行攤鋪一層新道路路面的施工工法，從而消除減少通車運營后的不均勻沉降導致的現有路面的坡度差;由于銑刨后加鋪路面增加了路面厚度，也增加了永久荷載，維修保養后的總沉降將進一步加大，必然會在后期的某一時間節點再次采用同樣的加鋪道路路面的施工工法進行維修，如此反復不但會導致后期維修與后期繼續產生沉降的惡性循環，還存在施工時間長、費用過高等問題。

在橋臺與道路路基之間填筑楔形輕質泡沫混凝土可使橋臺與道路路基相交部位附近沉降曲線的梯度變化減緩，甚至均勻，其優點主要體現在以下幾方面。

（1）可以在很大程度上降低施工填土荷載重量，減小填土的壓力，減少路基的附加應力，抑制路基的差異沉降和側移，提高路堤和路床的整體性和穩定性。

（2）可以對橋臺結合部達到好的緩沖效果。

（3）沉降達到好的效果，表面平整均勻，消除沉降帶來的影響。

（4）輕質泡沫混凝土硬化后具有良好的直立性，不會對橋臺結構產生側向壓力，所以幾乎不會有推擠。

（5）縮短施工建設工期。輕質氣泡混凝土應用在橋臺臺背填土的施工中，提高了回填施工的速度，保證了施工的質量，節省了施工的時間，同時又具有節能環保的作用，安全性方面得到了保障。應用輕質泡沫混凝土顯著減少了臺背填土的壓力，省去了支撐梁，減少了工程的施工費用，同時支撐梁的省去減小了通道對交通的影響，間接提高了社會效益和經濟效益。經過質量監測，橋臺臺背填土應用輕質氣泡混凝土達到了好的工程效果，橋臺與路基結構穩定，保證了工程質量，改建效果良好

3.6軟基路段路基拼寬

（1）一般路段：在與老路連接處開挖成臺階，從下往上分兩級開挖，每級臺階高度為1/2泡沫混凝土厚度，臺階按1：1坡比進行開挖，分臺階澆筑泡沫混凝土，邊坡覆蓋回填土，形成復合式泡沫混凝土路堤。

（2）用地受限路段：采用直立面板式泡沫混凝土，減少了采用擋墻類的支擋結構物及相應的軟基基底處理措施。較放坡式路基填筑，避免了大面積征地拆遷及路基施工中涵洞、通道等結構物的接長，以及由此引起的沉降差異，縮短了施工工期、節約了成本。

由于泡沫混凝土材料容重較小，在施工過程中及后期對原路基及基地產生的附加應力較小，沉降差異比較容易控制，經與老路沉降觀測表明，泡沫混凝土段落運營期間沉降幾乎為零，新老路建搭接部位未出現開裂現象。

3.7成品保護

在施工過程中，遇到暴雨天氣或者是長時間小雨時，未使用輕質泡沫混凝土處理的路面應該采取避雨措施，使路面達到相應的濕度，達到輕質泡沫混凝土的使用要求。一旦輕質泡沫混凝土硬化，就不能直接投入使用，直到輕質泡沫混凝土達到相應的使用強度再進行使用。將輕質氣泡混凝土進行實際工程應用后，需要用塑料薄膜覆蓋路面，來固化混凝土中的水分。

4 質量控制因素

發泡液、發泡設備、攪拌設備和膠凝材料，這4個要素是決定泡沫輕質混凝土生產質量的主要因素。

4.1 發泡液

發泡液就是發泡劑與水溶液在發泡設備的作用下將空氣引入，而產生大量泡沫群的一種混合物質。發泡液是影響輕質泡沫混凝土澆筑穩定性質量的第一要素，主要決定了稀釋倍率、泡沫數量（即發泡倍率）、氣泡群密度的穩定性和發泡設備一同影響泡沫的泌水率。

4.2 發泡設備

發泡設備決定了發泡劑是否可以制成一群質量合格的氣泡群，制成的氣泡群質量、氣泡群的密度和氣泡群的均勻性，也影響氣泡群的適應性及濕容重。

4.3 攪拌設備

攪拌設備是將水泥、泡沫和其他輔助材料混合的機器，攪拌設備工作的主要目的是將輕質泡沫混凝土達到好的沉降效果和均勻效果。

4.4 膠凝材料

膠凝材料決定了泡沫輕質混凝土的抗壓強度。當然，其與外加劑、發泡劑性能、氣泡群質量和氣泡群摻量、氣泡群密度等也有很重要的關系，同時也影響輕質泡沫混凝土的穩定性和流動度。

5結語

總之，泡沫輕質混凝土由于重量輕、強度可調、顆粒密度大等顯著優勢，施工性能好，包括橋頭堡防撞、擋土墻回填等，已廣泛應用于高速公路的幾個特殊路段作為一項新的技術措施，它在整個生命周期中都具有良好的技術經濟性，因此建議將其廣泛推廣，以充分發揮該技術的優勢、特性和優勢。

參考文獻

[1]陳俊平.泡沫輕質混凝土在高填方路基中的應用[J].江西建材，2021（10）：209-210，212.

[2]高珂華.氣泡混合輕質土在高速公路改擴建中的應用[J].交通世界，2021（29）：87-88.

[3]蔣漢青.高速公路改擴建工程中氣泡混合輕質土的應用[J].中國公路，2021（19）：95-96.

[4]王茜，趙翔.氣泡混合輕質土在路橋過渡段施工應用中的沉降變形分析[J].內蒙古公路與運輸，2021（4）：89-90.

[5]周松川，丁東平.輕質氣泡混凝土在高速公路通道橋擴建中的應用[J].廣東公路交通，2021（2）：115-116.

[6]王杰，寧寧，蔣姍，楊偉松.輕質混凝土性能及應用現狀研究[J].低溫建筑技術，2020，42（10）：22-25，29.

[7]姜立帥.輕質泡沫混凝土填料在路基施工中的應用[J].西部交通科技，2020（7）：59-61.

[8]胡藝.泡沫輕質混凝土在綠色生態道路工程中的應用[J].四川水泥，2021（9）：125-126.

[9]張勝利.寧波舟山港主通道（魚山石化疏港公路）工程海域橋梁總體設計[J].公路，2021，66（11）：169-173.

[10]陳啟飛，李學禮，王尚龍.利用裝配式公路鋼橋架設長大應急通道的施工方案[J].施工技術，2021，50（12）：109-111，129.