基于體積參數的市政道路橋涵臺背回填泡沫輕質土施工技術研究

陳智勇

（秦皇島市海港區市政設施管護中心，河北 秦皇島 066000）

近年來，我國的道路交通事業，特別是高級別的道路交通事業有了很大的發展[1]。目前，我國對高級別道路的投資與日俱增，道路行駛里程也在不斷增加。在已經開通的高速公路上，特別是在高級別的高速公路上，仍然存在著很多的問題，比如，跳車的情況比較常見[2]。這種現象在一些軟基路堤中特別嚴重，是公路建設中的常見質量病害[3]。因此，公路橋梁的損壞部分需要及時進行維修和保養，頻繁地進行維修需要耗費大量的財力、人力和物力，在維修的時候，需要將整條交通線封閉起來，從而增加了整體的交通壓力[4]。因此，本文基于體積參數，對市政道路橋涵臺背回填泡沫輕質土施工技術進行了研究。

1 工程概況

本工程為某市政道路改擴建工程，起止樁號為K721+266-K729+811，整個道路的長度為10.35km，路基寬度為28.75m，原本的市政道路是一個雙向四車道，它的設計時速是120km/h，按照原來道路兩邊的直接拼接方案，將其改造成了一個雙向六車道，行駛速度保持不變。按照設計需要，對本標段34#橋墩、大橋兩端橋墩、互通橋2#橋墩、環線跨線橋3#橋墩采用泡沫輕質土進行回填。

2 橋梁臺背回填泡沫輕質土施工技術

2.1 地基處理與輕質土路堤、路面結構設計概況

在橋頭路段的地基基礎上，由于有很深的軟土地基，所以可以通過水泥攪拌樁來對其進行強化，在逐漸變化的基礎上，通過變樁間距來實現過渡，將所有的攪拌樁都滲透到了淤泥質土層中，并將其強化到10.72m，設置水泥基攪拌樁之間的距離為1.32～1.51m，樁的直徑為50.5cm。

圖1 所示為樁-土組合基礎上，水平方向和垂直方向的水泥土混合樁的分布情況。

圖1 水平方向和垂直方向的水泥土混合樁的分布情況

K725+450 蓄洪區的主排溝，在橋墩背面采用了發泡輕質土，其他部分采用了普通土，如圖2 所示，在橋墩背面采用了輕質粘土的搭板、結構和路面設計。

圖2 橋墩背面輕質粘土的搭板、結構及路面設計

在橋梁底部與泡沫輕質土體的連接處設置了一個緩沖區。橋頭路堤路面結構設計包括路基、路面結構層、設計荷載。

2.1.1 路基

路基寬為28.75m，道路設計方案為：土路肩0.75m+硬路肩2.25m+行車道2.125m*3+路緣帶0.5m+中央分隔帶2.0m+路緣帶0.5m+行車道2.125m*3+硬路肩2.25m+0.75m 土路肩。

2.1.2 路面結構層

道路的構造層從上到下為：最上層為4.0cm 的細粒式改性瀝青混凝土，第二層為8.2cm 的粗粒式瀝青混凝土，第三層為16.5cm3.5MPa 的水泥穩定碎石，第四層為16.5cm3.0MPa 的水泥穩定碎石，最底層為20.5 cm12.5%的石灰土。

2.1.3 設計荷載

在設計荷載時，荷載土柱高度為0.85m，常規土的容重為19.5kN/m3。

2.2 發泡輕質土的現場制作和填筑

2.2.1 原料及原料控制

粉煤灰、水泥、發泡劑、水、原料土等是在現場生產制作發泡輕質土過程中使用的主要原料。其中水泥選用河南省豫鶴同力水泥有限公司生產的P.O42.5硅酸鹽水泥；從橋下游的河中就近進行泵取水；發泡劑選用寧波艾克姆新材料股份有限公司的穩定性好、環保型發泡劑；就近取土點篩取原料土，粒徑分布在5.1mm以內，含砂量大于82.5%。泡沫濃度為51kg/m3±5.5kg/m3的發泡劑，在將標準泡沫柱放置1 小時后，泡沫群沉降小于5.5mm，其泌水量不能超過25mL。發泡劑泡沫細密，輕質混凝土沉降率在3.1%內，消泡試驗濕密度增大率在9.5%內。當溫度高于0 攝氏度時，泡沫劑不會發生物質的分離。表1 列出了輕質混凝土發泡劑材料的各項技術參數。

表1 輕質混凝土發泡劑材料性能指標

該項目中，泡沫輕質土選擇硅酸鹽水泥，對其物質性質進行檢測，按照每50t檢測一次的頻率對其檢測，如表2 所示。

表2 水泥性能指標

該項目所采用一階飛灰，其性質應滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）相關規定。表3 為F 類Ⅰ級粉煤灰的具體性能指標。

表3 F 類Ⅰ級粉煤灰的具體性能指標

本橋梁臺背回填項目泡沫輕質混凝土的特性是：在路基頂及路堤回填位置，與其之間的距離應該不超過80.5cm，抗壓強度應該不低于0.65，材料濕密度為522～565kg/m2，流值應該是152～185mm。路床回填處和路基頂部之間的距離為0～80.5cm，流值為150～180mm，抗壓強度應≥0.8MPa，材料濕密度為562～605kg/m3。

2.2.2 設備

本項目使用設備主要有水泥發泡機、潛水泵。潛水泵泰安市宇成礦用設備有限公司生產的無堵塞潛水泵，65WQ30-30-7.5，機械設備為河南永泰建筑機械有限公司生產的HKF-20 水泥發泡機，表4 為HKF-20 水泥發泡機參數。

表4 HKF-20 水泥發泡機參數

2.2.3 發泡輕質土現場生產制作流程

圖3 是一種發泡輕質土的生產過程，將經過篩選過的土輸入到攪拌機中，再將硬化劑，也就是混凝土，按一定比例添加，再加上水，混合均勻，最后輸入輸送水泵中；將發泡劑和水以1:42～1:58 的比例進行充分混合，通過混合液將其吸入發泡機發泡，再將其送入輸出泵出口管中，在泵出口管中，將水泥原材料、土漿液和氣泡進行充分的混合，并將其均勻的泵出，在現場澆筑硬化成型，得到發泡輕質土。

圖3 發泡輕質土現場生產制作流程

2.3 施工準備

圖4 為泡沫輕質土施工流程圖，在橋梁臺背回填施工前，按照實際情況、工期要求、生產能力等劃分澆筑層、澆筑區域。按照設計對市政道路橋臺后的回填路堤進行挖掘，對施工區地基底部的雜質進行完全清理，并將所述的起泡劑加入水中進行沖淡，并將其加入所述的水沖淡中，再加入所述的壓縮空氣，經所述的起泡器進行沖淡處理。攪拌站負責對水泥漿進行集中供應，按照流量標準來稱水。水泥漿液的配制要持續進行，要避免局部消泡、初凝，配制好后要將其泵到施工場地，并進行充分的攪拌，保證不產生顆粒，并且要在出料口安裝過濾器。在氣泡增壓后與水泥漿液充分攪拌，從而獲得泡沫輕質土。

圖4 泡沫輕質土施工流程圖

2.4 基坑清理及模板安裝

待建設涵臺，在其周邊整理平整場地，并將現場的防排水工作做好，防止積水對材料、機械造成不利影響。場所尺寸可滿足一套設備及發泡劑、水泥貯存的要求，按臺后所需的物料數量來決定。做好施工用水，用電，鋪路的準備工作。在泡沫混凝土進行施工之前，要將基礎防水工作和排水工作做好，在挖掘好了坑槽之后，在最小的地方，在挖掘出來的排水口的寬度應該是大于或小于1m，這樣可以防止槽中出現積水。對施工現場基坑底部的雜物和積水進行清除，保證在澆筑混凝土時沒有積水和雜物。將基層清潔做好，確保澆筑施工無障礙。在地下水位之下進行混凝土的混凝土，必須采取降雨措施，不能在地基中出現積水的情況下進行。施工前墨線控制水平進行。在輕質泡沫混凝土澆筑時，要采取防滲措施，不能出現穿刺現象。

2.5 泡沫輕質土的澆筑成型

將泡沫輕質土按一定的厚度進行分層澆筑，待上填筑層完成后，再開始澆筑。一般情況下，分層的厚度應該在31.5cm 到81.0cm 之間。每工作面的間隔時間為14.5h，在填筑澆筑一層泡沫輕質土時，適當控制豎向填筑速度。根據裝置供料能力、泡沫輕質土初凝時間、分層厚度等因素來決定，縱向填充的塊數為5.5～15.5m，當橫向填充的寬度超過15.5m 時，應分塊。每一次澆筑面積的混凝土層板厚度都要控制在0.3～1.1m 之間，保證混凝土層板的初凝能按時完工。當周圍氣溫大于15.5 攝氏度時，應將兩個澆筑層之間的澆筑期控制在8.5 小時至12.5 小時之間。在進行澆筑施工時，現場澆筑施工方案具體步驟見圖5 所示。

圖5 施工方案與步驟

2.6 泡沫輕質土的養護

在完成泡沫輕質土的每層澆筑終凝后，對土工布噴灑水分進行濕潤、養護或用塑料薄膜進行覆蓋，防止水分擴散過快，導致出現收縮開裂[5]。經常噴灑，使輕質泡沫土壤處于潮濕的條件下，防止過量水分的浸入，脫水。在冬天，不要用噴頭來進行混凝土澆筑，用泡沫輕質土澆筑的混凝土澆筑的混凝土，保持7 天保溫期。在澆筑泡沫輕質土完成并硬化成型后，在沒有達到設計的強度前，要強化對成品的防護，每組試件準干密度平均值要不高于濕密度標準值，每400m3檢測一次，單一構筑單元測試時，至少進行兩組試件的抽取。當泡沫輕質土澆筑至設計標高時，用塑料薄膜覆蓋并灑水進行養護，澆筑完畢后，用7 日時間進行養護。在完成泡沫輕質土橋梁臺背回填施工后，在最后一層澆筑層養護強度等于或高于0.42MPa 后，對路面結構層進行施工。

3 結語

1.使用泡沫輕質土回填公路橋梁臺背，其容重為普通土1/3～1/2，可使臺背回填土荷載得以減輕，從而使地基附加應力減少，改善了地基的穩定性。

2.制備水泥漿液的過程須連續，局部消泡、初凝要避免；新拌的泡沫輕質土泵送水平距離不能超過505m，垂直高度小于或等于31m。

3.在完成了泡沫輕質土的每層澆筑終凝之后，要馬上對土工布噴灑水分進行濕潤、養護或用塑料薄膜進行覆蓋。在泡沫輕質土橋梁臺背回填施工完成后，最后一層澆筑層養護強度等于或高于0.42MPa 后進行路面結構層施工。