高速公路改擴建工程泡沫輕質土路基施工技術

張海華

摘要 高速公路項目改擴建形式主要包括單側拓寬、兩側拓寬、縱坡抬升等，方案設計時應綜合考慮實施方便、少占土地、不影響交通等各方面因素。若在局部高填方區域、放坡困難地段及軟弱路基段，采用泡沫輕質土進行路基填筑，能有效減輕結構自重，防止產生工后沉降。鑒于此，文章依托某高速公路改擴建項目施工實踐，針對泡沫輕質土路基施工技術展開綜合探究，闡述了泡沫輕質土填筑路基技術原理、工藝流程、材料要求，分析總結了泡沫輕質土路基施工技術要點，主要內容包括方案設計、施工準備、水泥漿制備、泡沫輕質土制備、澆筑、養護等。通過實際工程應用，充分驗證了該技術的經濟性、合理性、可行性，具有重要的推廣價值。

關鍵詞 公路改擴建；路基拼寬；縱坡抬高；工后沉降

中圖分類號 U418.8文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）16-0084-03

0 引言

近年來，隨著經濟的高速發展，公路交通壓力越來越大，部分現役高速公路難以滿足當前繁重的交通運輸需求，交通擁堵現象日益加劇，嚴重影響人們的正常生產生活秩序，急需實施改擴建處理。但由于道路改擴建工程對道路線形、地形、交通、技術等各方面要求較高，顯著增大工程建設難度。為有效降低工程建設風險，保證道路建設質量、安全和進度，應科學選擇路基填筑材料。泡沫輕質土作為一種新型材料，具有重量輕、自立性強、承載性能優良、施工簡便等優點，能有效取代普通路基填料，實現拓寬及抬升路基、增強邊坡穩定、控制工后沉降的目標。為此，該文結合實際工程案例，系統分析了泡沫輕質土路基施工技術，以期能有效提升施工技術水平，保證工程建設質量。

1 工程概況

某高速公路項目采用雙向四車道標準設計，隨著交通壓力的不斷增大，交通擁堵現象日益嚴重，現拓寬至雙向八車道。標段道路總里程18.8 km，路基填筑施工共計18處采用泡沫輕質土，左右兩幅填筑總長度約2.1 km，泡沫輕質土填筑方量約245 000 m3。

2 泡沫輕質土填筑路基技術原理

（1）泡沫輕質土由拌和站統一生產，采用間歇式拌和機，按照預先確定水灰比先制備水泥漿，然后利用輸漿泵將漿液輸送至儲漿罐備用。

（2）先對發泡劑進行稀釋處理，并通入壓縮氣體形成泡沫群，然后利用輕質土拌制設備將泡沫群按照特定比例通入儲漿罐，與罐中水泥漿充分混合均勻形成泡沫輕質土材料[1]。

（3）利用儲漿罐、輸漿泵將輕質土材料泵送至澆筑區域，嚴格按照分段、分層澆筑的方式自流澆筑成型，固化后形成疏松多孔、重量較強的填筑材料，代替普通路基填料。

（4）泡沫輕質土具有重量輕、自立性強、流動性好、強度高、節能環保等優點，能有效減輕填土自重，增強路基邊坡穩定性和可靠性，緩解工后差異性沉降，科學避免臺背填土壓實困難的難題[2]。

3 施工工藝流程

泡沫輕質土施工工藝流程如圖1所示。

4 施工材料要求

施工所需材料如表1所示。

泡沫輕質土配合比設計如表2所示。

泡沫輕質土主要技術指標如表3所示。

5 施工技術要點分析

5.1 設計要點

在路床底部填筑泡沫輕質土，頂部鋪設HDPE防滲土工膜，頂面下方1.0 m區域內鋪設兩層鍍鋅鋼絲網，其規格為φ1.5 mm2.5 cm*2.5 cm。

（1）當填筑高度超過8.0 m時，在中間位置增加一層鋼絲網，規格為φ3.2 mm10 cm*10 cm。

（2）當路基填筑高度較大時，防護面板立于邊坡表面，合理調節基礎埋置深度，使其上方面板數量為整數，確保基礎外緣襟邊寬度不得低于2 m，外部采用強度為C20混凝土澆筑。

（3）當路基較低時，輕質土基礎處于地表位置，外部修建寬度為1.0 m護道及排水溝，護道采用強度為C20的混凝土澆筑[3]。

5.2 澆筑區準備

（1）邊坡開挖。該工程采用拓寬拼接改造方案，拼接前應對原始路基邊坡實施削坡處理，并設置成階梯形，臺階高度、寬度均為1.0 m，階面按照2%坡度向道路內側放坡，確保輕質土呈倒梯形澆筑；邊坡開挖以機械為主、人工輔助修坡，嚴禁超挖，保證土體密實，無浮土[4-5]。

（2）基底處理。當路基填筑高度較大時，防護面板立于邊坡表面，實際施工時科學調節基礎埋置深度，使其上方面板數量為整數，確?；A底部及外緣襟邊寬度分別不低于3.0 m和2.0 m，并嚴格按照規范要求整平和壓實。HDPE防滲土工膜鋪設前，應對基底進行檢查，清除表面尖銳異物，防止破壞土工膜[6]。

（3）面板施工。面板基礎采用強度為C25的水泥混凝土澆筑，嚴格按照隨澆隨砌的方式進行砌筑，嚴格控制砌筑高度，確保高于輕質土分層厚度的20～30 cm。

（4）澆筑區劃分。根據拌和站生產能力，科學劃分澆筑區，保證在水泥初凝前完成各區混凝土澆筑，防止后續澆筑輕質土對前期輕質土強度造成破壞。

5.3 水泥漿及泡沫制備

水泥漿由拌和站統一制備，各種材料利用電子計量設備進行稱量，并自動完成投料和拌和。計量設備使用前，應進行標定，搬移后應再次實施標定。水泥漿制備時，拌和水計量應選用流量計量，以有效提升水泥漿制備速率[7]。

泡沫主要是通過對發泡劑實施稀釋處理，并通入壓縮氣體，經發泡槍處理后形成。發泡劑性能對泡沫穩定性具有重要影響。制備泡沫輕質土的發泡劑其主要性能如下：①降低對環境的影響，宜選用界面活性發泡劑；②溫度超過0 ℃時，發泡劑不得產生離析；③稀釋倍率應為40～60；④標準密度為30～50 kg/m3。

5.4 泡沫輕質土制備

泡沫輕質土由拌和站統一制備。先采用物理方式對發泡劑進行稀釋處理，并通入壓縮氣體，形成泡沫群，然后利用輕質土拌制設備將泡沫群按照特定比例通入儲漿罐，與罐中水泥漿充分混合均勻形成泡沫輕質土材料，實際制備時應根據實際施工要求對相關指標實施調整，確保其濕密度、重度等指標性能滿足要求[8]。

（1）嚴格預先確定的配合比，科學設置輕質土泡沫含量，并保證泡沫立即與儲漿罐內水泥漿材料充分混合。該工程通過試驗段得到的配合比如表4所示。

（2）輕質土生產設備需具備自動計量功能，輕質土制備時，可自動調節水泥漿及泡沫含量；特定配比的水泥漿及泡沫材料通過儲漿罐內部攪拌裝置充分拌和，形成滿足設計要求的輕質土；水泥漿、輕質土制備完成后，在卸料裝置內儲存時間不得大于2 h。

5.5 泡沫輕質土澆筑

泡沫輕質土澆筑前，應對基底實施全面清理，確保表面無雜物、無積水，保證輕質土澆筑質量。同時，應根據拌和站拌和能力、工期要求，合理劃分施工段、澆筑層，并嚴格控制以下幾個方面：

（1）鍍鋅鋼絲網鋪設。HDPE防滲土工膜及鍍鋅鋼絲網應橫向設置，鋪設鋼絲網時，利用U型釘實施固定，接頭部位采用扎絲扎牢并用U型釘固定。

（2）泡沫輕質土澆筑時頂面為自流平，難以滿足道路橫坡要求，因此該工程輕質土僅用于路床底部填筑，橫坡采用路床材料實施填筑。同時，澆筑前應對基底實施壓實處理，確保壓實度滿足要求。

（3）輕質土采用泵送方式進行澆筑，澆筑前應對泵管進行全面檢查，確保泵管及接頭完整、嚴密。澆筑時，嚴密監視泵管及接頭工作狀態，發現異常應立即停止澆筑，并查找原因，恢復正常后方可進行繼續澆筑。對于地形條件較為復雜的部位，應結合現場實際情況科學配置施工機械，并借助中繼站完成遠距離澆筑[9]。

（4）泡沫輕質土澆筑采用分層分段澆筑，分層厚度控制在50 cm范圍內。相同施工段內上、下層輕質土澆筑，當溫度超過150 ℃時，時間間隔以8～12 h為宜；否則，時間間隔應大于2 d。

（5）實際澆筑時，應沿長邊方向由一端向另一端逐步推進，當采用多條泵管澆筑時，可沿一端同步澆筑，也可采用對角方式進行澆筑。泡沫輕質土澆筑時，應使泵管與澆筑面保持一定角度，并保證泵管口埋入液面深度至少為200 mm，最大限度地降低泡沫消泡量。輕質土澆筑方式如圖2所示。

（a）錯誤的澆筑方式

（b）正確的澆筑方式

（6）輕質土澆筑時，應盡量降低對已澆筑輕質土的擾動，并嚴密監視質量變化情況，當需移動泵管時，應前后緩慢移動，嚴禁左右移動；當必須左右移動時，應將泵管提出澆筑面后再進行移動，并盡可能避免在澆筑完成且未完全凝固的輕質土中移動。

5.6 養護

泡沫輕質土采用分層澆筑，各層澆筑完成后，應及時進行灑水養護，保持表面始終處于濕潤狀態，通常養護時間不少于72 h，最大限度地保證輕質土強度滿足要求。輕質土澆筑完成后，當強度未達到設計值時，嚴禁在其表面加載，以免影響輕質土成型效果。分層澆筑時，待下層輕質土強度達到設計標準后，方能進行上層輕質土澆筑，以有效降低對已澆筑輕質土的干擾，保證澆筑質量。

養護過程中，禁止人員在其表面通行，并嚴禁堆放任何材料，防止對輕質土內部氣泡造成破壞，影響成型效果。夏季氣溫較高時，由于水泥固結速率較快，應嚴格控制水泥漿拌制時間，并在規定時間內用完，避免等待時間過長對漿液性能造成影響。同時，由于夏季氣溫較高，輕質土結構內部水化熱較大，且水分散失速率較快，極易引發溫度干縮裂縫，嚴重降低結構強度，影響承載性能。因此，為有效防止水分蒸發過快，各層輕質土澆筑完成后應覆蓋塑料薄膜實施保濕養護。

6 結論

綜上所述，泡沫輕質土作為一種新型材料，具有優良的工程特性，用于路基填筑時，應嚴格按照路基填筑施工工藝流程開展施工作業，并合理選用施工材料，科學做好輕質土制備、澆筑、養護工作，嚴格控制各環節施工質量，顯著提升路基整體填筑質量。通過實際工程應用，充分驗證了泡沫輕質土路基施工技術的可行性，取得了顯著成效。該技術具有如下優勢：

（1）相較于普通路基填料，輕質土容重較小，可根據實際需要科學控制輕質土容重，以5～12 kN/m3為宜。

（2）輕質土生產過程由電腦控制，可實現自動化生產，采用水泥作固化材料，澆筑完成后4～8 h可固結成型，具有較強的自立性，顯著降低對路基結構側向壓力。

（3）輕質土對地基要求較低，能有效減輕結構自重，防止產生工后沉降。

總之，普通復合地基施工具有較強的隱蔽性，施工質量控制難度較大，而泡沫輕質土施工較為簡便，施工過程易于把控，能有效保證路基填筑質量。

參考文獻

[1]郭秀慧. 高速公路特殊工況下泡沫輕質土路基加寬的應用研究[J]. 交通世界， 2023（10）： 71-73.

[2]趙軍， 林軍志， 龔華鳳， 等. 海綿城市中生物滯留溝對路基水分場分布的影響[J]. 科學技術與工程， 2018（7）： 239-245.

[3]楊波. 泡沫輕質土在江廣高速公路改擴建工程中的應用[C]//江蘇省公路學會， 《現代交通技術》編輯部. 江蘇省公路學會學術論文集（2017年）， 2018： 146-150.

[4]張大偉， 李國春， 趙慶遠， 等. 保通條件下的高速公路改擴建巖質邊坡開挖技術研究[J]. 中外公路， 2018（4）： 14-18.

[5]高強， 高永明， 賀攀， 等. 基于灰色關聯度的高速公路改擴建工程造價影響因素分析[J]. 佳木斯大學學報（自然科學版）， 2016（6）： 887-891.

[6]秦攀. 基于高速公路改擴建的橋梁檢測技術的研究[J]. 建筑安全， 2017（2）： 62-64.

[7]董銳. 高速公路改擴建方式與交通組織原則[J]. 中國新技術新產品， 2017（7）： 82-83.

[8]杜良強. 淺析路基結構層壓實度的影響因素及控制措施[J]. 黑龍江交通科技， 2014（6）： 34.

[9]賀素芳. 路基結構層壓實度的影響因素及控制措施[J]. 交通世界， 2017（29）： 73-74.