板樁碼頭應用泡沫輕質土施工質量控制技術的探討

◎ 鄭楚龍 中交第四航務工程局有限公司

1.前言

泡沫輕質土是一種以水泥為原料的輕質土，是將泡沫與水泥膠凝材料、水、外加劑等按一定比例混合攪拌而成的輕質材料。上世紀初國外就開始致力于泡沫輕質土的技術開發，特別是日本在1979年將其成功用于巖土工程的回填，期間已有數十年的應用研究歷史。在建筑工程和巖土工程回填方面，中國從上世紀90年代開始引入泡沫輕質土現澆技術，成為第三大應用領域。由于它具有流動性高、自重低、抗壓強度高、凝結自立性好、整體性好等優點，可有效治理不均勻沉降等質量通病，廣泛應用于橋臺臺背填筑施工、高速公路路基及軟土基礎處理施工等領域。國內目前在碼頭工程中，泡沫輕質土作為回填料的應用還比較少，特別是板樁碼頭，常見的碎石土、砂土等材料在后方回填時，其荷重對碼頭前壁產生較大的土壓力，使碼頭受力和位移明顯增加，此時利用泡沫輕質土自重低，抗壓強度高，凝結自立性強等優點，在碼頭后方回填，可使土壓力大大降低，從而大大提高碼頭的安全性。泡沫輕質土做為首次應用于南沙港板樁碼頭后方回填的新材料、新工藝，在具體的工藝實施階段，控制好施工質量，整理出相應技術以便于將其應用于同類型的工程中。

2.工程概況

工程建設2個10萬噸級通用泊位和1個4萬噸級件雜貨泊位，均按年通過能力751萬噸、泊位長度800米的靠泊10萬噸級船舶設計建設水工結構；向東順岸建設5個5000噸級通用駁船泊位，其中泊位西端58米岸線水工結構按靠泊10萬噸級船舶設計建設，其余按靠泊1萬噸級船舶設計建設，泊位長度493.7米。泊位岸線總長1293.7m。碼頭前沿22m范圍內均布載荷按30kPa考慮，22～72m范圍內整體穩定計算按60kPa考慮。碼頭后方回填泡沫輕質土寬度約40m，長度約1100m，填筑標高為1.5m～4.8m，部分為1.5m～3.0m，填筑厚度為3.3m（1.5m），總工程量約11.6萬m3。碼頭泡沫輕質土回填典型斷面圖見圖1。

圖1 碼頭泡沫輕質土回填典型斷面圖

3.性能與制作

泡沫輕質土，其主要特點就是質輕，密度一般為0.3～1.5噸/立方米，與傳統回填料相比，自重約相當于砂的60%、碎石土的50%，可明顯減小土壓力對碼頭結構的作用及后方的工后沉降；另一特點是抗壓性好，泡沫輕質土與碼頭其它填料相比強度更高，可在1.2MPa左右制作，壓縮性低，可緩解軌道梁結構與前沿碼頭回填料的剛柔突變，減小兩側不均勻沉降[1]；其它特點還包括良好的整體性，可現場澆筑施工，快速施工，良好的耐水性與耐久性，可降低綜合成本等。

制作密度均勻穩定的泡沫輕質土取決多方面因素，如選擇的發泡劑、泡沫制備和添加方法、材料截面和配合比設計、制作后的泡沫輕質土在新鮮和硬化狀態下的性能等。在原材料檢驗合格的基礎上進行配合比試配試驗，泡沫輕質土料漿沉降率不超過5%，試配后的泡沫輕質土達到濕密度、抗壓強度等要求，試配的濕密度和強度應滿足下式要求：

式中：qu為試配泡沫輕質土抗壓強度；qc為設計泡沫輕質土抗壓強度。

試配試驗時應進行濕密度、流值和消泡試驗，同時制取試件養護及進行抗壓強度試驗。試驗過程中調整發泡劑的稀釋倍率或種類，調整配合比組成材料的種類和用量，調整膠凝材料的用量或標號等，直至達到設計要求。

4.施工工藝

泡沫輕質土的施工工藝流程圖如圖2所示。

圖2 泡沫輕質土施工工藝流程圖

現場澆筑泡沫輕質土施工工藝概括為“三點制作、兩步輸送、流動澆注”?！叭c制作”即泡沫制作、水泥漿制作和泡沫輕質土制作；“兩步輸送”指水泥漿自攪拌站管道輸送至泡沫輕質土制備站，以及泡沫輕質土輸送至澆注現場；“流動澆注”通過其自流特性來實現，從而保證澆注區所有空間均能澆注到位，不存在死角或狹小空間無法澆注飽滿的問題。

5.關鍵技術控制

5.1 原材料

原材料的選擇應符合設計及規范性能指標要求，水泥應采用42.5級硅酸鹽水泥，并檢驗其水泥比表面積，應在300～350平方米/千克范圍內，過低水化反應活性低，過高造成用水量增加，影響輕質土的結構性能；泡沫劑、粉煤灰等材料按設計要求選用，不得采用除水泥、粉煤灰以外的其它原材料。

5.2 施工準備

泡沫輕質土澆筑工作面一般比較大，澆筑區域需提前劃分，單個澆筑區面積不大于400m2，長度不超過15m，厚度不超過0.8m，并根據現場條件合理布置攪拌站，分區澆筑區域[2]。

5.3 試驗段試驗

大面積泡沫輕質土施工前，應先根據試配配合比選取水泥、泡沫劑、水、集料等按比例拌制進行試驗段施工，根據設計抗壓強度、工后沉降控制標準等要求確定相應施工配合比，確保選用的配合比參數：濕密度、料漿沉降率及抗壓強度等滿足設計施工要求。試驗段試驗還可確定泡沫輕質土的澆筑性能、最佳澆筑長度、澆筑時間間隔和單層澆筑厚度等施工參數。

5.4 拌制及澆筑

按照施工配合比進行水泥漿與泡沫制作并進行拌制，發泡裝置應能穩定發泡倍率，生成標準密度的泡沫，嚴禁攪拌發泡生成泡沫。拌制采用自動化程度高、材料自動化計量、各環節全自動控制設備，拌制過程時間應確保各組分混合均勻，停滯時間不超過2小時，保證制備的泡沫輕質土密度和流量均勻與穩定。

澆筑按分區施工，采用直接泵送方式，泵送最遠距離為350m。單層澆筑面積按400m2、厚度按0.8m控制，完成單個澆筑區澆筑層的施工時間控制在水泥漿初凝時間內，一般為2小時，當該層終凝后才能進行下一層的澆筑，一般間隔10小時。澆筑前對基底檢查，確?；谉o雜物、無積水。澆注管出料口不宜懸空，宜埋入泡沫輕質土內澆筑，需移管時應沿澆注管前后移動，不得左右移動。雨季施工應做好臨時防排措施，避免坡面沖刷，特別要重點防止大量水土流向低處輕質土澆筑面上，對輕質土造成污染，應采取覆蓋薄膜、設置臨時排水溝等相關措施。禁止在雨天進行泡沫輕質土澆筑，以保證泡沫輕質土的施工質量。

5.5 設置分隔支模

由于大面積泡沫輕質土需分區澆筑施工，為保證澆筑質量，設置分隔支模澆筑。根據分區尺寸設置連續分隔木模，設定奇偶區，先澆筑奇數區，待奇數區終凝后達到一定的強度拆除支模，再進行偶數區澆筑，可實現連續澆筑，節約工期。

5.6 養護

澆筑到設計標高后，采用塑料薄膜覆蓋方式進行養護，使泡沫輕質土與空氣分離，水分不被蒸發，靠輕質土中的水分使水泥完成水化反應，達到凝結硬化的目的。養護期間禁止施工機械在上面作業，待達到一定強度之后方可進行下一步頂面施工。

6.質量檢驗效果

6.1 澆筑前檢查

澆筑施工前應檢查基底是否有積水和雜物并清除，檢查基底高程與邊界寬度、長度是否超出允許偏差。

6.2 中間檢驗

各澆筑區澆筑層要進行現場質量檢驗，嚴格檢查濕密度6次，一旦發現濕密度達不到要求，立即停工查找原因，如半小時內不能解決問題，當次澆筑層停止澆注，未澆注部分留待下一次澆注，并做好施工記錄。每一澆筑層澆注完畢后的次日，現場檢查澆筑層表面，以表面總體平整、沒有明顯缺陷、無明顯開裂為合格標準[3]。一旦發現當次澆筑層出現超過2cm的沉陷或開口大于3mm的裂縫時，應清除沉陷或開裂周邊1m范圍內的輕質土，在澆注下一層澆筑層時補充澆注?，F場質量控制標準見表1～表2。

表1 澆筑的質量檢驗

表2 填筑體的主控項目檢查

6.3 施工完成后質量檢驗

泡沫輕質土完成澆筑達到設計強度后，參照鉆芯法對泡沫輕質土進行鉆芯檢測重度和抗壓強度。對碼頭后方約1100m泡沫輕質土進行了100點鉆芯法檢測，取出的芯樣情況基本為堅硬，澆筑均勻，呈柱狀，局部呈塊狀（機械破碎），部分芯樣如圖3所示。

圖3 部分泡沫輕質土芯樣圖

芯樣厚度滿足設計要求，均勻性良好；芯樣抗壓強度代表值在1.22MPa～4.33MPa之間，滿足設計要求；芯樣表干容重平均值在7.7kN/m3～10.5 kN/m3之間，滿足規范規定的每組表干容重平均值不大于濕容重標準值，每塊最大值不大于濕容重允許偏差上限值。

7.結論

泡沫輕質土由于其自身特性，在板樁碼頭工程施工質量要控制好，需保證配合比設計，試驗段施工確定參數，采取支模分隔分區澆筑施工等各個環節的技術質量，并通過施工過程質量檢驗反饋施工情況。試驗檢驗效果反映本工程施工質量良好，泡沫輕質土成功應用于板樁碼頭后方回填施工，形成了港口工程泡沫輕質土施工技術，該工藝確保了施工的質量，又大大提高了施工效率，為類似工程提供借鑒。