淤泥質土層大基礎泡沫混凝土墊層施工技術

劉政 黃志煒 丁國龍

1.中國建筑第五工程局有限公司昭通分公司 云南 昭通 657000

2.云南維普建設項目管理有限公司 云南 昆明 650000

墊層是建筑工程中的常見結構層，用于隔水、排水、防凍、改善基層與土基的工作條件，其傳統的施工工藝為混凝土澆筑，施工材料為普通的C15或者C20混凝土，多應用在基層與土基承載力較好的工作條件下，僅僅用于對原土層承載力進行改善。但是對于淤泥質土層，由于其承載力較差，為改善土層的工作條件，通常采取換填土方式將工區淤泥質土加以更換，并在更換運輸的道路上提前做好鋪設工作，以防換填土過程中出現地基塌陷等問題[1]。當前國內對淤泥質土層的基礎墊層澆筑與施工工藝成熟度不高，性價比較低，有必要探索新的施工工藝提高淤泥質土層混凝土墊層施工的實用性與經濟性，提高墊層之上建筑工程的施工質量，以免出現地坪沉降或開裂現象。本研究以魯甸縣2022年茨院商旅物流園項目為例，引入泡沫混凝土新型建筑材料作為墊層澆筑的施工材料，提高墊層澆筑的實用性，減少淤泥質土層對項目土層承載力的制約。

1 工程概況

魯甸縣2022年茨院商旅物流園項目位于云南昭通魯甸茨院鄉，為10棟鋼結構標準廠房、4棟混凝土框架結構研發樓，單棟廠房占地面積1600～2800m2，項目用地5.47萬m2。項目場地原地貌為魚塘、農田，基礎施工階段存在0.5m～3m厚淤泥質土處理，處理前需做好魚塘、農田的排水工作，淤泥質土施工處理影響著地坪成形質量。項目地勘報告揭示，白云巖持力層剖面的連續高差大，在相鄰鉆孔15.85m范圍內最大的持力層高差有17.8m，最高高程為-9.7m，最低高程為-28.5m，地下條件不穩定影響著施工建造過程中樁基持力層判別，且持力層剖面高低不連續易產生基礎的不均勻沉降。

項目的廠房結構設計本身為標準化結構類型，較為簡單、常見，但地坪的沉降與開裂是廠房類項目常見的質量問題，結合本項目地質情況，原地貌位于魚塘、農田，地表淤泥質土厚度最深達3m；柱間距設計值為9m，地勘鉆孔15.85m內地下持力層高差17.8m?；A的不均勻沉降控制以及回填土、混凝土施工質量影響地坪成形質量，做好本項目的地坪施工是廠房建造質量管控的關鍵。

2 泡沫混凝土技術分析

2.1 可行性分析

2.1.1 泡沫混凝土的優點

在本項目中引入泡沫混凝土這一新型的建筑材料替代傳統的C15等普通混凝土，泡沫混凝土具有輕質、自流平等特點，可浮于淤泥質土層之上并與淤泥質土層有機結合，待泡沫混凝土澆筑且固結成型后，面層的平整度與光滑度均較高，可以有效解決在淤泥質土層上施工的各類問題，減少淤泥質土層的地坪出現沉降或開裂現象[2]，因此從施工材料的優點來看，將泡沫混凝土應用于淤泥質土層墊層澆筑具有良好的可行性。

2.1.2 泡沫混凝土的選型

本項目的土層為淤泥質土，顏色為深灰色，具有一定的流變性，利用泡沫混凝土在淤泥質土層上進行澆筑，消除淤泥質土層對建筑工程的負面影響。在泡沫混凝土施工之前，需對水泥、粉煤灰、水、發泡劑等按照一定比例進行配比與拌合，其中原材料的配合比應根據工程現場的實際情況予以微調[3]。本項目中，考慮淤泥質土層的土質類型、土質性能、厚度與層底深度，設計兩種泡沫混凝土配合比，分別為A06-C1與A08-C2，其中，前者水泥、粉煤灰、水、發泡劑的配合比為495、36、220、0.41，后者水泥、粉煤灰、水、發泡劑的配合比為667/50/322/0.55。對不同配合比的泡沫混凝土特性進行分析，其中，A06-C1的導熱系數為0.14W/(m·K)，抗壓強度為1MPa，抗壓強度遠遠高于混凝土底板壓力，可保證基礎墊層的完整性。同時，A06-C1泡沫混凝土具有輕質的特點，澆筑后可浮在淤泥質土層之上，固結成型后，面層的平整度與光滑度均較高，后續可方便進行各類地面材料的鋪設。此外，A06-C1的彈性模量較低，可以較好的吸收與分散施加在基礎墊層上的沖擊力，從而提高整個墊層的抗震性能。A08-C2的導熱系數為0.21W/(m·K)，抗壓強度為4MPa，遠遠大于A06-C1泡沫混凝土，相較于A06-C1需在晴天澆筑的局限性，A08-C2澆筑對施工條件的約束與制約較小。A08-C2泡沫混凝土澆筑固結后可與下層的淤泥質土層形成有機整體，在沖擊荷載作用下多表現為軟墊性，可較好的達到墊層施工的標準與要求。通過將A08-C2泡沫混凝土應用在本項目實地現場進行試驗，在多種天氣與工況條件下，A08-C2泡沫混凝土均能在3小時內達到初凝，在6小時后固結且達到防水效果，無論在施工進度時效性，還是在淤泥質土墊層實用性方面均具有較好的優勢，可行性較佳。

2.2 施工進度分析

對墊層采用傳統C15或者C20混凝土進行澆筑需要四個環節，其一是將碎石回填到淤泥質土層所在處，其二是對承臺墊層利用普通混凝土進行澆筑，其三為側模砌筑與抹灰，其四為混凝土墊層澆筑。對于一個單位板塊（1600m2），傳統混凝土澆筑的墊層施工工期約10天。相較于傳統混凝土澆筑工藝，采用泡沫混凝土澆筑施工過程較為簡單，包括承臺墊層澆筑、側模支設、泡沫混凝土澆筑（澆筑厚度為300mm），對于一個單位板塊（1600m2），泡沫混凝土澆筑的墊層施工工期為2天，比傳統混凝土澆筑施工工期整整縮短8天，可以較大幅度的提高墊層施工進度。因此，將泡沫混凝土澆筑工藝應用于本項目中，可以極大地縮短本項目墊層施工周期，為后續廠房澆筑與施工節約時間。

2.3 效益分析

對比普通混凝土澆筑與泡沫混凝土澆筑下的墊層施工效益，以10000m2為基本單位，若是采用普通混凝土（C15或C20）澆筑墊層，首先需進行碎石換填，深度將達1m左右，其中土方開挖與換填碎石的費用約200萬元；其次在對承臺墊層利用普通混凝土進行澆筑以及側模砌筑時，砌筑承臺側模將達到1000個，承臺砌筑費用約11萬元；最后再利用普通混凝土進行墊層澆筑，厚度達100mm，澆筑費用約71萬元，整個普通混凝土澆筑的墊層施工費用總計為282萬元。若是采用泡沫混凝土澆筑墊層，首先需要進行承臺墊層澆筑與支設模板，施工費用約為5.7萬元，其次進行泡沫混凝土澆筑（澆筑厚度為300mm），施工費用約為176.7萬元，整個泡沫混凝土澆筑的墊層施工費用總計182.4萬元。通過對比普通混凝土澆筑與泡沫混凝土澆筑下的墊層施工費用可知，泡沫混凝土澆筑墊層的施工經濟性更好，在淤泥質土層大基礎墊層施工中經濟效益明顯優于普通混凝土澆筑墊層施工技術。

3 泡沫混凝土制備與施工

3.1 泡沫混凝土制備

泡沫混凝土制備是泡沫混凝土澆筑墊層施工的首要條件，需根據項目施工的現實情況優化泡沫混凝土各原材料的配合比，再按照一定的拌合方法對各類原料加以拌合[4]。在配合比設計時，根據對泡沫混凝土配合比的分析與現場試驗，最終設計兩種泡沫混凝土配合比，分別為A06-C1與A08-C2，其中，前者水泥、粉煤灰、水、發泡劑的配合比為495、36、220、0.41，后者水泥、粉煤灰、水、發泡劑的配合比為667/50/322/0.55。在上述原材料配合比的基礎上，最終配合攪拌形成的泡沫混凝土可以達到0.6-3.5MPa，抗壓強度較高且具有輕質特點。在現場施工時，需要根據項目施工現場的天氣狀況、淤泥質土層的屬性特性等進一步微調各原材料的配合比，且在現場引入輕質混凝土一體機對泡沫混凝土的原材料進行攪拌，一體機的生產量為30-60m3·h-1，上下攪拌功率為6kW，下攪拌容積為1.2m3。

3.2 泡沫混凝土施工

3.2.1 基礎墊層與承臺側壁一體成型技術

基礎墊層與承臺側壁一體成型技術是泡沫混凝土澆筑墊層施工的重要技術，泡沫混凝土施工工序包括承臺墊層澆筑、側模支設、泡沫混凝土澆筑三部分，將基礎墊層與承臺側壁一體成型技術應用在承臺側模與底板墊層澆筑施工中，其具體實現流程為，首先進行土方開挖，通過測量放線，將土方開挖的深度等同于承臺墊層的標高，承臺側壁的土方開挖需要保留一定的坡度，承臺底部的土方開挖深度等同于外底板墊層底標高。其次對承臺進行回填，回填材料為泡沫混凝土，材料厚度為200mm，回填深度等同于承臺底標高。接著，待承臺底部的泡沫混凝土初凝、固結后，再通過測量放線重新確定承臺位置，根據施工標準與規格要求支設模板，模板材料為膠合模板，材料厚度為18mm。最后，再在其上澆筑泡沫混凝土，澆筑厚度等同于設計的標高，等澆筑的泡沫混凝土初凝滯后再拆除上一步支設的模板，實現基礎墊層與承臺側壁的一體成型[5]。如圖1所示為基礎墊層與承臺側壁一體化。

圖1 基礎墊層與承臺側壁一體化

3.2.2 大基礎長距離軟管輸送技術

本項目存在0.5m～3m厚淤泥質土處理，且施工基礎面積較大，因此引入長距離軟管輸送技術實現泡沫混凝土的大基礎澆筑墊層。在本項目中采用泡沫混凝土澆筑一體機（如圖2）對泡沫混凝土進行輸送與澆筑，其中一體機的澆筑管徑可根據淤泥質土的處理情況有機調節[6]。施工人員在操作泡沫混凝土澆筑一體機時，可以采用分層澆筑法，根據澆筑范圍以及泡沫混凝土的凝結時間科學澆筑。

圖2 泡沫混凝土澆筑一體機

3.2.3 泡沫混凝土養護技術

泡沫混凝土自然養護可以分為覆蓋澆水養護和塑料薄膜養護兩種。覆蓋澆水養護是根據外界氣溫一般應在泡沫混凝土澆筑完畢后3—12h內用草簾、蘆席、麻袋、鋸末、濕土和濕砂等適當的材料將混凝土覆蓋，并經常澆水保持濕潤。對于本項目，由于基礎面積較大，應采用“蓄水養護”方法，可在拆除模板、混凝土達到一定強度后澆水養護[7]。塑料薄膜養護是指以塑料薄膜為覆蓋物使混凝土與空氣相隔，水分不再被蒸發，水泥靠混凝土中的水分完成水化作用已達到凝結硬化[8]。在本項目中可以直接將塑料薄膜覆蓋在混凝土的表面上，或是將塑料乳液噴灑在混凝土構件的表面上，等到乳液揮發后，在混凝土表面結合成一層塑料薄膜，以使混凝土構件與空氣隔絕，使之混凝土中的水分不再蒸發而完成水化作用。

4 結語

泡沫混凝土澆筑在厚流塑淤泥質土上，與淤泥質土有效結合形成良好的整體，滿足在淤泥質土墊層上的工作性能，泡沫混凝土工序簡單，且對現場施工條件要求不高，在保證工程質量的基礎上，大幅縮短工期。流塑狀淤泥質土層泡沫混凝土基礎墊層施工技術，可以有效解決國內淤泥質土墊層澆筑難題，在工程進度和經濟效益上有明顯的競爭優勢。以魯甸縣2022年茨院商旅物流園項目為例，引入泡沫混凝土新型建筑材料作為墊層澆筑的施工材料，采用泡沫混凝土墊層施工技術，利用泡沫混凝土密度小、成型快、操作便捷、與淤泥有效結合等優點，通過泡沫混凝土配合比調節，基礎墊層與承臺側壁一體成型和長距離軟管澆筑等技術，在保證墊層作業強度的情況下，解決普通混凝土墊層無法在流塑狀淤泥質土層上澆筑的難題，消除淤泥質土層對工程的影響，解決淤泥質土層上施工墊層的難題，并明顯縮短工期、加快工程進度、提高經濟效益。