高速鐵路路基幫寬泡沫輕質混凝土主體工程施工新工藝研究

中鐵二十五局集團第五工程有限公司

摘要：現澆泡沫輕質混凝土作為一種新型土工材料，具有自重輕、流動性好、直立性好、環境影響低等優點，將該材料應用至高速鐵路路基幫寬工程時，施工過程中對既有線路路基擾動小，且可減小既有路基的工后沉降，降低增建二線的路基壓密變形。針對泡沫輕質混凝土主體結構施工，分別提出了分層跳區式施工工藝、快速分區施工支擋結構和分隔縫施工工藝，保證工程順利施工，為類似工程提供一定的借鑒和參考。

關鍵詞：高速鐵路;泡沫輕質混凝土;土體工程;施工新工藝

隨著經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，既有線的運輸能力和運行速度已不滿足要求，為緩解既有線的運輸壓力和提高運行速度，將會出現大量修建增建二線現象[1]。增建二線的建設包括樁基施工、路基填筑預壓等，均會擾動緊鄰既有線路路基，新建二線建設路基工程將面臨兩個主要的問題：一、新線施工對既有線路運行狀態和工后沉降的影響;二、既有線路運營對新建線路路基施工工藝的限制。這兩個問題相互牽制、相互制約，因此在修建增建二線時，傳統的施工工藝將受到嚴重的限制[2]，[3]。

路基新材料和新結構是路基研究領域的新方向。現澆泡沫輕質混凝土作為一種新材料[4]，具有自重輕、流動性好、直立性好、環境影響低等優點，目前已被廣泛應用于道路、地下、市政等土木工程領域[5-8]。將泡沫輕質混凝土引入高速鐵路路基領域，采用該材料澆筑路基，可充分利用該材料具有整體性能好、滲透系數可調節等優點，可減少路基病害;且該材料可泵送、無需振搗和碾壓等，施工過程中對既有線路路基擾動小;泡沫輕質混凝土質量輕，可減小既有路基的工后沉降，降低增建二線的路基壓密變形。

泡沫輕質混凝土施工工藝是保證施工質量的重要環節，操作不當時，將會出現澆筑不穩定現象，出現表面低密度層、沉陷裂縫和收縮裂縫等問題，影響施工質量[9]。結合泡輕質混凝土澆筑狀態分析和結構型式設計，泡沫輕質混凝土結構澆筑高度和寬度均具有合理范圍值，且水泥材料具有初凝時間，當單個澆筑區澆筑的施工時間超過水泥初凝時間時，會破壞初凝后泡沫輕質混凝土的結構，影響其施工質量，針對泡沫輕質混凝土主體結構施工，分別提出了分層跳區式施工工藝、快速分區施工支擋結構和分隔縫施工工藝，保證工程順利施工，為類似工程提供一定的借鑒和參考。

一、分層跳區式施工工藝

按照施工區域的面積，將該區域劃分為若干個澆筑區域，而后采用分區支擋結構進行分區，進行分層跳區式施工，如圖1。結合澆筑狀態分析，單層厚度控制為0.6m左右;單個澆筑區采用一次性澆筑完成;結合泡沫輕質混凝土結構型式設計部分，可知輕質混凝路基結構長度控制為10m時，各結構受力較合理;從一側到另一側進行編號，首先對奇數編號區從小到大進行施工，而后對偶數編號區從小到大施工。

圖1 分層跳區式施工工藝示意圖

泡沫輕質混凝土進行澆筑時，不應采用噴射方式進行澆筑，而應將管口埋入泡沫輕質混凝土漿體表面不少于10cm，減少泡沫輕質混凝土的消泡量（圖2）;澆筑時管口由中心向四周擴展或后移式多點澆筑，禁止一點式澆筑;澆筑至頂面時，采用后移式拖動管口，而后進行人工掃平;澆筑過程或澆筑完成后，減少對泡沫輕質混凝土的擾動，不應在泡沫輕質混凝土內隨意走動。

（a）噴射方式澆筑? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （b）埋入式澆筑

圖2 泡沫輕質混凝土澆筑方式

冬季、雨季和夏季進行泡沫輕質混凝土施工時，應根據不同特點制定相應的施工技術方案，并采用針對性的措施，保證施工質量。冬季施工時，可采用快硬性水泥替代普通硅酸鹽水泥或者采用加熱水加速泡沫輕質混凝土的初凝時間;雨季施工時，需加強防護措施，保證泡沫輕質混凝土澆筑完成8小時內不受到雨水沖刷;夏季施工時，澆筑前噴灑水濕潤下部接觸層，防止其吸取泡沫輕質混凝土漿體內的水分;夜晚施工應避免高溫，可采用摻加粉煤灰降低水化熱溫度等措施。

二、快速分區施工支擋結構

在泡沫輕質混凝土進行分區施工時，分區施工支擋結構主要分為結構外的混凝土面板和分區用的木模板。采用混凝土面板可保證泡沫輕質混凝土直立施工，同時在泡沫輕質混凝土服役期間起到保護作用，但對于泡沫輕質混凝土路基結構，由于該結構外部具有保護層，采用該結構存在浪費現象，該結構的應用優勢沒有得到體現;采用木模板進行支擋時，容易出現接縫處工作量大、易漏漿等問題，且造價高，不易回收，造成資源浪費。

針對上述問題，研發了一種泡沫輕質混凝土快速分區施工支擋結構（圖3和圖4），主要由鋼管柱、管帽、金屬網、薄膜為主體結構組成。該結構利用鋼管柱和金屬網作為支撐結構，支撐薄膜構成整個支擋結構，可充分利用鋼管柱、支撐網強度高、來源廣，易拆卸等優點，且薄膜與泡沫輕質混凝土之間粘結性差，可輕松割除回收，重新作為養護薄膜使用。

圖3 快速分區施工支擋結構斷面圖 圖4 快速分區施工支擋結構平視圖

三、分隔縫施工工藝

當奇數分區施工完成后，與偶數區相鄰的快速分區施工支擋結構拆除后，在奇數區與偶數區相鄰的位置噴涂2cm厚度的聚脲高分子層，該高分子層作為泡沫型低彈性模量彈性體，在泡沫輕質混凝土結構出現膨脹和收縮時，聚脲高分子層位置出現收縮和膨脹，起到應力釋放的作用，且高分子層不出現破壞現象;而采用木模板作為分割縫材料時，鑒于泡沫輕質混凝土材料與木模板之間的黏結性較高，且木性材料的彈性模量約為500-980MPa，則由于泡沫輕質混凝土材料的收縮變形不會在收縮縫位置釋放，而會導致泡沫輕質混凝土材料發生結構型裂縫或在伸縮縫位置出現裂縫，形成進水通道，影響泡沫輕質混凝土結構的使用性能和耐久性能，其施工示意圖見圖5。

圖5 分隔縫施工示意圖

四、結語：

泡沫輕質混凝土施工工藝是保證施工質量的重要環節，結合泡輕質混凝土澆筑狀態分析和結構型式設計，泡沫輕質混凝土結構澆筑高度和寬度均具有合理范圍值，且水泥材料具有初凝時間，針對泡沫輕質混凝土主體結構施工，分別提出了分層跳區式施工工藝、快速分區施工支擋結構和分隔縫施工工藝，保證工程順利施工，為類似工程提供一定的借鑒和參考。

參考文獻：

[1] 周世林. 淺談既有線擴能提速改造建設方案[J]. 鐵道工程學報， 2010 （10）： 41-44.

[2] 左珅. 新建高鐵對緊鄰運營鐵路路基服役狀態影響研究[D].長沙：中南大學，2014.

[3] 楊元明. 既有鐵路擴能改造若干問題探討[J]. 鐵道工程學報， 2011 （12）： 1-4.

[4] Yang K H， Lee K H， Song J K， et al. Properties and sustainability of alkali-activated slag foamed concrete[J]. Journal of Cleaner Production， 2014， 68： 226-233.

[5] Ramamurthy K， Nambiar E K K， Ranjani G I S. A classification of studies on properties of foam concrete[J]. Cement and Concrete Composites， 2009， 31（6）： 388-396.

[6] Hilal A A， Thom N H， Dawson A R. On void structure and strength of foamed concrete made without/with additives[J]. Construction and Building Materials， 2015， 85： 157-164.

[7] Jiang J， Lu Z， Niu Y， et al. Study on the preparation and properties of high-porosity foamed concretes based on ordinary Portland cement[J]. Materials & Design， 2016， 92： 949-959.

[8] Amran Y H M， Farzadnia N， Ali A A A. Properties and applications of foamed concrete; a review[J]. Construction and Building Materials， 2015， 101： 990-1005.

[9] W.H. Zhao， Q. Su， W.B. Wang et al. Experimental study on the effect of water on the properties of foamed concrete[J]. Advances in Materials Science and Engineering， 2018， 2018： 11 pages （Article ID 7130465）.

作者簡介：張伍星（1981.04-），男，漢，工程師，鐵路工程施工。