輕質(zhì)泡沫混凝土在高速公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

陳漢霖，陳海榮，朱傳新

(廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司沿海高速公路分公司，廣西 南寧 535009)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速高質(zhì)量發(fā)展，道路交通運(yùn)輸更彰顯其難以替代的作用。高速公路作為連接各地經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸動(dòng)脈，其建設(shè)長期以來得到國家高度重視。在既有道路兩側(cè)路基拼寬形成整體新路面結(jié)構(gòu)是目前常用的高速公路改擴(kuò)建方式，但由于新舊路基的填料不同、施工質(zhì)量和自然固結(jié)時(shí)間不相同，在相同車輛荷載的作用下，路基容易發(fā)生不同程度沉降，將給后期運(yùn)營帶來一定的安全質(zhì)量隱患。改擴(kuò)建路基施工需增加征地，特別是放坡填筑，將會(huì)占用大量的土地資源，與國家倡導(dǎo)的環(huán)境資源保護(hù)相互沖突。輕質(zhì)泡沫混凝土作為一種具有輕質(zhì)性、高流動(dòng)性、自立性、耐久性的新型材料，逐漸應(yīng)用在路基回填、橋隧建設(shè)等領(lǐng)域，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效果[1]?，F(xiàn)以欽北高速公路改擴(kuò)建工程中輕質(zhì)泡沫混凝土的應(yīng)用作為研究對(duì)象，探討該材料在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的可靠性。

1 工程概況

欽北高速公路由主線欽州至山口段和北海支線組成，全長139.5 km。主線采用兩側(cè)拼寬的方式，由原雙向四車道高速公路改擴(kuò)建為八車道高速公路，設(shè)計(jì)速度采用120 km/h。項(xiàng)目位于廣西沿海地區(qū)，沿線所經(jīng)的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、土地資源短缺，高速公路兩側(cè)大多為耕地和村鎮(zhèn)。部分路段征地范圍涉及永久耕地農(nóng)田、居民住房等，征地較為困難。為響應(yīng)國家環(huán)保政策，同時(shí)降低改擴(kuò)建工程對(duì)附近居民的影響，改擴(kuò)建工程大量使用輕質(zhì)泡沫混凝土作為回填材料，便于工程開展。本文主要以欽北高速公路改擴(kuò)建工程K2167+475～K2168+254段左右幅的路基回填工程作為實(shí)例，對(duì)輕質(zhì)泡沫混凝土的特點(diǎn)及施工進(jìn)行研究。

2 輕質(zhì)泡沫混凝土特性

輕質(zhì)泡沫混凝土是一種具有泡沫形態(tài)且相對(duì)于其他土體容重更輕的土體，其通過發(fā)泡工藝將發(fā)泡劑、水溶液加工成泡沫，并與使用水泥和其他添加劑制備成的砂漿相混合制成的一種輕質(zhì)微孔材料，在工程領(lǐng)域中，這種材料也被稱為輕質(zhì)泡沫混凝土、氣泡混合輕質(zhì)泡沫混凝土等。其具有四大優(yōu)點(diǎn)：

(1)質(zhì)量輕。輕質(zhì)泡沫混凝土內(nèi)均勻布滿了通過發(fā)泡工藝形成的膠質(zhì)泡沫孔隙，降低了質(zhì)量體積比重，容重范圍為4～13 kN/m3，與在工程中普遍使用的土石回填材料相比質(zhì)量更輕。

(2)流動(dòng)性好。輕質(zhì)泡沫混凝土的組成材料里沒有粗集料，其流動(dòng)性能遠(yuǎn)高于普通混凝土，具有良好的流動(dòng)性。在施工應(yīng)用中可直接使用軟管泵送，最大泵送距離可達(dá)到800 m。同時(shí)，因?yàn)榫哂辛己玫牧鲃?dòng)性，輕質(zhì)泡沫混凝土可實(shí)現(xiàn)自流平并自密實(shí)，無須再次振搗。

(3)強(qiáng)大的自立性。輕質(zhì)泡沫混凝土作為水泥拌和料，具有普通混凝土的初凝固化特征，在達(dá)到初凝(5 h)節(jié)點(diǎn)后便可形成固結(jié)狀態(tài)。固結(jié)后的輕質(zhì)泡沫混凝土對(duì)側(cè)面結(jié)構(gòu)物無側(cè)壓力，可大面積、大體積地垂直澆筑。

(4)良好的耐久性。輕質(zhì)泡沫混凝土作為水泥類材料，其使用壽命等性能與普通混凝土相當(dāng)，具備較好的耐久性[2]。

2.1 工藝流程

輕質(zhì)泡沫混凝土施工流程較為簡單，如圖1所示。原材料分為主要材料和輔助材料，其中，主要材料為水泥、高爐礦渣粉、粉煤灰和發(fā)泡劑，輔助材料為角鋼、金屬網(wǎng)、土工格柵和導(dǎo)水管等。本項(xiàng)目采用華潤42.5級(jí)散裝水泥，粉煤灰為廣西玉林市銀隆建材有限公司經(jīng)銷。各種材料均須進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)，并提供合格證和檢查報(bào)告。

圖1 輕質(zhì)泡沫混凝土施工工藝流程圖

2.2 配合比及指標(biāo)

輕質(zhì)泡沫混凝土的配合比是質(zhì)量管控的關(guān)鍵，也是成本管理的重點(diǎn)。綜合考慮本項(xiàng)目路基填筑高度、整體受力效果和成本，分為0.8 MPa和1.0 MPa兩個(gè)不同強(qiáng)度的配合比，如表1所示。

表1 輕質(zhì)泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)表

輕質(zhì)泡沫混凝土技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合《現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土技術(shù)規(guī)范》(CECS249-2008)要求，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，K2167+475～K2168+254路段各指標(biāo)執(zhí)行情況如表2所示，滿足規(guī)范要求。

表2 輕質(zhì)泡沫混凝土技術(shù)指標(biāo)表

3 施工管理

3.1 施工準(zhǔn)備

(1)在澆筑前，應(yīng)提前對(duì)即將使用的輕質(zhì)泡沫混凝土攪拌機(jī)、發(fā)泡裝置、空壓機(jī)、發(fā)電機(jī)、泵送系統(tǒng)、測(cè)量及質(zhì)檢等儀器進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)試，試運(yùn)行正常后方可進(jìn)行澆筑。

(2)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)明的坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場(chǎng)放樣出各個(gè)控制樁，并進(jìn)行首件試驗(yàn)段施工。

3.2 開挖臺(tái)階

施工前應(yīng)按照要求，將原路堤邊坡表面的護(hù)欄結(jié)構(gòu)物拆除，同時(shí)清除原路基表層的植皮和表面浮土30 cm，然后對(duì)原路堤邊坡按1∶1進(jìn)行削坡開挖出臺(tái)階，要求開挖出的臺(tái)階寬度≥1.0 m，并做成向內(nèi)傾斜2%坡度的反坡。臺(tái)階必須密實(shí)、無松散物。每級(jí)臺(tái)階均應(yīng)每間隔5 m設(shè)置級(jí)配碎石盲溝，外包透水土工布，同時(shí)橫向間距5～15 m布置φ15 cm軟式透水管。見圖2。

圖2 拼寬路基銜接示意圖(cm)

3.3 基底處理和基礎(chǔ)澆筑

輕質(zhì)泡沫混凝土澆筑前，必須保證基坑平整無積水，如有水必須采取排水或降水措施將基坑內(nèi)積水排盡?；讘?yīng)進(jìn)行碾壓，保證基底承載力≥100 kPa?；A(chǔ)上應(yīng)預(yù)留最下一級(jí)擋板的安裝槽口，擋板安裝時(shí)，在安裝槽口抹M15砂漿，以堵塞擋板和槽口間的空隙。直接在原地面上澆筑的輕質(zhì)泡沫混凝土，基底應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求設(shè)置透水管或級(jí)配碎石盲溝。

3.4 擋板預(yù)制安裝

按各個(gè)斷面上保護(hù)擋板為整數(shù)的要求確定各個(gè)斷面的保護(hù)擋板基礎(chǔ)頂面標(biāo)高。根據(jù)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，擋板采用預(yù)制的方式，采用C30細(xì)石混凝土，單塊擋板的尺寸為90 cm×30 cm，厚度為4 cm。在基礎(chǔ)上每隔90 cm預(yù)埋75 mm×75 mm×6 mm的角鋼，在角鋼上焊接連接鋼筋，用以固定保護(hù)擋板。擋板通過拉桿與角鋼焊接固定。擋板的拉桿、連接鋼筋及支柱均需進(jìn)行防銹、防腐處理。在預(yù)留沉降縫和伸縮縫處，擋板及其基礎(chǔ)亦應(yīng)斷開，同時(shí)需注意擋板的寬度和拉桿位置。在邊部和角隅位置存在異型擋板，預(yù)制時(shí)須注意，此時(shí)宜適當(dāng)調(diào)整預(yù)埋筋的位置，同時(shí)需采取措施注意固定好異型擋板。在擋板之間勾凹縫，也可勾平縫。勾縫需光滑、圓順、美觀。在澆筑擋板基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)預(yù)留出滲水盲溝的出水空間。

3.5 輕質(zhì)泡沫混凝土填筑及養(yǎng)護(hù)

輕質(zhì)泡沫混凝土施工前，應(yīng)將路基劃分為面積≤400 m2、長軸≤30 m的澆筑區(qū)，每個(gè)澆筑區(qū)單層澆筑厚度宜為0.3～1.0 m。輕質(zhì)泡沫混凝土路堤每隔10～15 m應(yīng)設(shè)置一道變形縫。泡沫宜采用壓縮空氣與發(fā)泡劑水溶液混合的方式生產(chǎn)，不得采用攪拌發(fā)泡法。施工用的原材料配合比要采用電子計(jì)量，計(jì)量精度均為±2%，且用于制備輕質(zhì)泡沫混凝土的料漿在儲(chǔ)料裝置中的停滯時(shí)間宜≤1.5 h。泡沫土通過軟管澆筑，出料軟管前端出料口可直接埋入已澆筑的輕質(zhì)泡沫混凝土中。單個(gè)澆筑區(qū)澆筑層的澆筑時(shí)間不得超過水泥漿的初凝時(shí)間。上下相鄰兩層的澆筑間隔時(shí)間宜≥8 h。輕質(zhì)泡沫混凝土路基頂部為水平，澆筑完畢后，輕質(zhì)泡沫混凝土頂面做臺(tái)階型水平打造，同時(shí)通過級(jí)配碎石墊層調(diào)整縱、橫斷面坡度。輕質(zhì)泡沫混凝土頂面需布設(shè)一層HDPE防滲土工膜，防滲土工膜應(yīng)采用GH-1型聚乙烯土工膜，厚度為0.5 mm，搭接寬度應(yīng)≥5 cm。輕質(zhì)泡沫混凝土縱向每隔10～15 m設(shè)置一道變形縫，變形縫寬1～2 cm，全斷面填塞聚苯乙烯板，聚苯乙烯板的表觀密度宜≥15 kg/m3。變形縫附近橫向鋪設(shè)φ15 cm軟式透水管[3]。

輕質(zhì)泡沫混凝土不得在雨天施工。已施工完成但尚未硬化的輕質(zhì)泡沫混凝土，如遇到雨天需采取遮雨措施。輕質(zhì)泡沫混凝土澆筑至設(shè)計(jì)厚度后，需覆蓋塑料膜或無紡?fù)凉げ歼M(jìn)行保濕養(yǎng)生，養(yǎng)生時(shí)間宜≥7 d。同時(shí)宜在氣溫≥5 ℃時(shí)澆筑，否則應(yīng)采取保溫措施。另外，只有路基頂部澆筑的輕質(zhì)泡沫混凝土強(qiáng)度達(dá)到≥0.5 MPa時(shí)，才可以進(jìn)行后續(xù)施工。

輕質(zhì)泡沫混凝土頂部以下1.0 m高度范圍內(nèi)設(shè)置兩層鋼塑土工格柵；填筑高度5 m≤H≤8 m時(shí)，在輕質(zhì)泡沫混凝土路基頂、底部1.0 m以內(nèi)分別設(shè)置兩層鋼塑土工格柵；填筑高度>8 m時(shí)，除在輕質(zhì)泡沫混凝土路基頂、底部1.0 m以內(nèi)分別設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)外，每隔4 m再設(shè)置兩層鋼塑土工格柵。鋼塑土工格柵采用GSGSS0-80型，鋪設(shè)時(shí)應(yīng)采用φ8 mm鋼筋錨固，錨固點(diǎn)按1.5 m×1.5 m間距設(shè)置。

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

K2167+475～K2168+254路段作為輕質(zhì)泡沫混凝土拼寬路基的試驗(yàn)段，以縱長度50 m或400 m2為一個(gè)單位澆筑區(qū)。每一澆筑區(qū)、澆筑層都要進(jìn)行嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制和中間檢驗(yàn)，確保驗(yàn)收合格，保證澆筑質(zhì)量。輕質(zhì)泡沫混凝土澆筑前后，由監(jiān)理和檢測(cè)單位對(duì)施工區(qū)進(jìn)行階段性質(zhì)量檢查，如表3、表4所示。數(shù)據(jù)顯示質(zhì)量控制和中間檢驗(yàn)均符合規(guī)范要求。

表3 輕質(zhì)泡沫混凝土澆筑層中間質(zhì)量檢驗(yàn)表

表4 輕質(zhì)泡沫混凝土路基工程質(zhì)量檢驗(yàn)實(shí)測(cè)項(xiàng)目表

5 應(yīng)用效果

為了檢驗(yàn)K2167+475～K2168+254路段澆筑輕質(zhì)泡沫混凝土的沉降情況，項(xiàng)目選取了相同地質(zhì)、相同環(huán)境和工程條件下，采用填土夯實(shí)拼寬的K2172+000～K2172+500段進(jìn)行連續(xù)跟蹤對(duì)比。路基采集的沉降數(shù)據(jù)如圖3所示，由圖可知，輕質(zhì)泡沫混凝土沉降量比傳統(tǒng)填土路基沉降更小，工程效益更好[4]。

圖3 不同回填材質(zhì)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比圖(m)

K2167+475～K2168+254段采用澆筑輕質(zhì)泡沫混凝土拼寬路基施工后，路基邊線平順、整體外觀良好，頂面無不合格沉陷和不合格裂縫，達(dá)到工程預(yù)期效果。為了減少路基征地和對(duì)周邊土地資源的影響，同時(shí)加快施工進(jìn)度，欽北改擴(kuò)建工程對(duì)耕地紅線保護(hù)區(qū)內(nèi)3.397 km路基拼寬實(shí)施澆筑輕質(zhì)泡沫混凝土施工，節(jié)約了17 000 m2耕地和141 054 m3土石方，有效保護(hù)了資源。

6 結(jié)語

輕質(zhì)泡沫混凝土作為工程領(lǐng)域的一種新材料，其具有輕質(zhì)性、高流動(dòng)性、自立性、耐久性等特性，特別適用于改擴(kuò)建工程的路基填筑。欽北高速公路改擴(kuò)建工程大量應(yīng)用輕質(zhì)泡沫混凝土，加快了現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，減少了對(duì)周邊基本農(nóng)田的征收，填筑后強(qiáng)度較好、整體沉降較少，具有更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。輕質(zhì)泡沫混凝土施工方便，材料要求制約性少，工序相對(duì)簡單，能在一定程度上縮短工期，值得在同類工程中進(jìn)行推廣。