泡沫輕質土在城市道路快速化改造中的應用

閔 杰，鄒炎君

（南昌市政公用工程項目管理有限公司，江西 南昌 330029）

0 引言

城市道路快速化改造為原有道路改擴建項目，項目實施中，經常遇到道路拓寬、路橋銜接、高路堤下穿高鐵等各種工程節點，這些節點是工程處理的重點，也是難點，處理不好易產生反復病害，影響行車舒適性，甚至影響行車安全性。泡沫輕質土的出現為這些場景提供了較好的解決方案[1-3]。

1 泡沫輕質土的性能

泡沫輕質土是用物理方法將發泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經物理化學作用硬化形成的一種含有大量封閉氣孔的輕質微孔材料[4]。

泡沫輕質土具有優越的工程性能，主要特點如下：（1）容重小：泡沫輕質土在膠凝材料內部生成具有封閉特性的泡沫孔，其重度隨著內部泡沫孔隙的增加而不斷減小，一般低于細顆粒土20%以上。（2）強度高：泡沫輕質土可以通過調整氣泡和水泥漿的配合比來改變其重度和強度，可調節其重度在5～13 kN/m3范圍內，其強度在0.3 MPa以上。（3）耐久性好：泡沫輕質土，耐酸、耐堿性能與普通混凝土類似，可以滿足沒有特殊要求的建設工程使用年限。（4）抗變形能力強：泡沫輕質土的在試驗中的壓縮變形曲線與混凝土的壓縮曲線基本相同，表現出典型的脆性破壞模式。試件的極限應變約為0.4%，約為普通混凝土極限應變的一倍左右，約為路基普通填土的10～20倍，彈性模量、泊松比與軟巖相當。（5）流動性好：泡沫輕質土具有良好的流動性和自硬性，不需震搗與碾壓作業，因此具有良好施工性。（6）環保性能好：泡沫輕質土中可以摻入一定比例的工業廢渣粉煤灰，變廢為寶，提高泡沫輕質土的強度、減少吸水率、減少水泥的用量，節約成本；同時施工在攪拌站完成攪拌后運輸至現場進行現澆，基本不會對環境產生負面影響。

2 泡沫輕質土的應用

2.1 道路改擴建路基處理

道路拓寬路基若采用常規土，在新舊路基結合部位形成裂縫，原因為新老路基產生差異沉降。

舊路基由于多年的車輛運行及自身的荷載作用，沉降已經趨于穩定；新建路基由于路基自身的壓縮變形及對其下的原狀土產生附加應力，會產生較大的工后沉降。沉降差異導致新舊路面在結合部位會產生裂縫。

泡沫輕質土的應用可以顯著改善新老路基的裂縫病害。主要原理是利用了泡沫輕質土容重低、強度高、彈性模量大。

泡沫輕質土容重較小，對地基的附加壓力小；強度高，硬化后連成整體，分散路面荷載，減小土基的變形；自身彈性模量大，自身工后沉降可以忽略。

泡沫輕質土在城市道路快速化改造的加寬擴建工程中的應用優勢還體現在：

（1）強度高，可自立，擴建路基可垂直填筑，節省土地資源，減少建筑物的拆遷。

（2）施工便捷，施工工期短。

典型設計見圖1。

圖1 道路拓寬示意圖（單位：m）

2.2 路橋銜接處理

城市道路快速化改造中，主線高架橋或者匝道橋接地，橋頭路基通常采用碎石土或石渣土等填料進行臺背回填。由于填土自身固結沉降以及臺后填土對原狀產生的附加應力的影響，臺后土會產生較大沉降量，而橋臺往往采用樁基礎，沉降量很小，因此橋臺構造物與臺后路堤會出現較大的沉降差，在臺背附近陡坡或錯臺。車輛快速通行時產生橋頭跳車，影響行車舒適性，甚至影響行車安全。軟土地區橋臺及高填土橋臺，橋頭跳車很難避免，也是道路最常見的路面病害。采用泡沫輕質土進行臺背回填，可大幅改善橋頭跳車，機理如下：

（1）泡沫輕質土與一般填土相比，強度高、彈性模量大；作為填料，自身幾乎沒有工后固結沉降。

胼胝體梗死往往累及高級神經功能，而導致高級神經功能損害。胼胝體梗死會損害連接雙側大腦半球的完整性聯絡纖維，進一步會出現雙側大腦半球失聯系現象進而導致一系列臨床癥狀[19]。Giroud等[6]研究了282例缺血性腦卒中患者并報道了胼胝體梗死后2個經典的臨床癥狀：(1)胼胝體離斷癥狀，包括失用、失寫、左手觸覺性命名不能和異己手綜合癥(alien hand syndrome，AHS)。(2)額葉性共濟失調，包括因胼胝體前部小梗死灶導致的走路基步寬、小碎步以及手臂失去擺動等癥狀。

（2）泡沫輕質土與一般填土相比，容重可以做到減半，甚至更低；采用泡沫輕質土回填可以大幅降低原狀土的附加應力，進而減少原狀土的沉降。

典型構造設計見圖2。

圖2 臺后路橋銜接示意圖（單位：cm）

另外由于泡沫輕質土固化后的自立性，泡沫輕質土可以極大減少填土的土壓力，橋臺結構及臺后的擋墻也可以進行大幅優化。從臺后擋墻作為泡沫輕質土的保護壁的角度考慮，擋墻結構尺寸可以做的很小；但要注意的是，在城市道路條件下，擋墻頂部往往作為道路擋墻的基礎，在汽車撞擊工況下，擋墻應具有一定的結構強度和剛度。在擋墻上部設置錨拉桿可以有效減少擋墻結構尺寸，同時滿足防撞護欄被汽車撞擊時對位移控制的要求。結構處理示意見圖3。

圖3 擋墻及錨拉桿示意圖

2.3 高路堤下穿鐵路橋

城市道路快速化改造中，快速路一般以下穿的形式穿過鐵路橋梁，見圖4。由于凈空限制，快速路無法以橋梁的形式下穿；結合縱斷面線形設計要求，快速路往往需采用高路堤的形式。

圖4 城市道路下穿高速鐵路橋示意

為避免道路填土及車輛荷載對鐵路橋梁承臺及樁基產生附加荷載，滿足鐵路橋梁安全管理規定，可采用U型槽結合樁基礎，降低對鐵路橋的影響，總體方案見圖5。

圖5 快速路下穿高速鐵路橋處理示意

U型槽中填筑泡沫輕質土，利用泡沫輕質土容重低及基本不產生側向土壓力的特性，減少U型槽及下部樁基礎的荷載，形成良好的綜合效益。

3 施工及檢測

3.1 性能指標

泡沫輕質土路基材料性能指標滿足表1要求。

表1 泡沫輕質土路基施工濕密度及強度

3.2 施工要點

（1）泡沫輕質土應采用壓縮空氣制泡。壓縮空氣制泡具有生產連續、產量大、施工便利等優勢，而且穩定性好，消泡率遠小于機械攪拌發泡。

（2）泡沫輕質土制作應采用專用設備，具備自動控制原材料配比、產能高、成品質量穩定等特點。

（3）泡沫輕質土施作前需要進行必要的清表及壓實，并在底部鋪設粗骨料墊層作為排水通道；嚴禁在基底有水的情況下澆筑施工。

（4）為保證泡沫輕質土氣泡的穩定性，單層澆筑厚度控制在0.3～0.8m之間，且施工過程中應避免過度振動；上一層澆筑作業應在下一層澆筑終凝后進行。

（5）當泡沫輕質土強度不低于0.5 MPa時，方能進行后續路面結構層的施工；施工過程中應嚴格禁止大型機械在輕質土頂面行駛。

（6）為避免泡沫輕質土表面水分蒸發，快速干燥而產生裂縫，澆筑到設計標高后，應在表面覆蓋塑料薄膜或無紡土工布進行保濕養護。

3.3 施工注意事項

（1）如遇到大雨或者持續小雨天氣時，應對未硬化的泡沫土表層進行覆蓋遮雨。

（2）分塊分層澆注泡沫輕質土。模板分區、分層安裝，分區模板安裝牢固，采用塑料布進行密封,防止泡沫輕質土沿縫滲漏。

（3）為保證施工質量，泡沫輕質土的在每個區塊的澆筑時間應控制在初凝時間以內，并保證一定的時間冗余。另外，泡沫輕質土不宜在設備及管道中停滯超過1 h。

（4）夏季施工時，應避開高溫時段,盡量安排在早晚和夜間施工；冬期施工時，應對設備、澆筑區采取保溫防凍措施。

（5）在泡沫輕質土達到設計抗壓強度后，才可在泡沫輕質土頂面進行機械或者車輛作業。

3.4 檢測

泡沫輕質土質量檢測與控制包括原材料檢驗、過程質量控制、固化后檢測等。

（1）開工前，應對泡沫輕質土所采用水泥基膠凝材料進行強度及其他性能指標進行復驗，并采用消泡試驗檢驗泡沫與膠凝材料的適應性。

（2）過程質量控制，主要對濕密度和泡沫密度進行檢驗，合格的標準為與設計值的偏差分別不超10%、20%。

（3）硬化后的質量檢驗，主控檢測指標為抗壓強度。抗壓強度齡期取28d，抗壓強度試件應在密封朔料袋中養護，養護環境溫度為20℃～25℃。試件應在澆筑點出料口制取。

4 結語

泡沫輕質土具有輕質、高強、便于施工、環保等工程特性，是一種性能優良的填筑材料，在城市道路快速化改造過程中關鍵節點具有良好的適應性。本文介紹了泡沫輕質土在路基拓寬、路橋銜接、高路堤下穿鐵路橋等典型場景下的應用,以及泡沫輕質土的施工及檢測要點。可以預見，隨著工程實踐的發展，泡沫輕質土的應用場景將越來越廣闊。