泡沫輕質土擋墻在公路工程中的應用

0 引言

隨著我國公路網絡向復雜地形區域延伸，傳統重力式擋墻在山區、軟基路段的應用面臨著嚴峻挑戰：一方面，常規混凝土擋墻自重大、地基承載力要求高，易引發地基沉降或邊坡滑移；另一方面，復雜工況下施工周期長、材料運輸成本高，難以滿足現代公路工程綠色化、高效化的發展需求。在此背景下，泡沫輕質土作為一種新型輕質填筑材料，憑借其密度可調、自立性強、施工便捷等特點，逐漸成為巖土工程領域的研究熱點[1-2]。

目前大量學者對泡沫輕質土擋墻展開了研究。曹越[3]依托皖北平原地區某新建高速公路，研究了泡沫輕質土擋墻，通過分析濕密度、流動度、抗壓強度，優化了泡沫輕質土配合比設計。研究表明，泡沫輕質土自重輕、穩定性好，能節約土方、降低成本、縮短工期，具有廣泛應用前景。馬金宇[4依托京滬高速新沂至江都改擴建工程，采用泡沫輕質土拓寬路基，結合數值模擬，探究泡沫輕質土在幫寬路基與軟土地基處理后的沉降變形，驗證其作為填料的適用性。拓晶[5]以四川某高速公路安檢站改造項目為實例，分析泡沫輕質土材料在減輕地基荷載、提升路基穩定性方面的卓越性能，并深入剖析了其在高速公路路基拓寬施工中的關鍵要點。

本文依托災后恢復重建工程項目，通過綜合運用室內試驗與現場監測，全面且深入地探究了泡沫輕質土擋墻的力學性能及其沉降特性。研究成果不僅詳細揭示了泡沫輕質土擋墻在實際工程應用中的表現，還為同類工程的設計與實施提供了極具價值的參考范例與借鑒依據，對于推動相關技術的進步與發展具有重要意義。

1工程概況

某公路工程本次改造終點樁號 K23+373.689 ，路線全長為 23.216km 。本項目道路等級為三級公路，設計速度為 30km/h ，多數路基寬度為8.5m（局部困難路段降低路基寬度為 6.5m ，適當降低平縱面技術指標）。沿老路災后恢復重建，其中新建路段 K10+045～K10+275 （農鄉村路段）、 K15+340～K16+535 （安全村路段）、 K22+860～ K23+373.689 （終點接線場鎮路段）共計長度 1.941km 占路線總長8. 3% 。新建中橋 307m/6 座、完全利用大橋127m/1 座，涵洞54道，平面交叉38處，并設置完善的交安設施。

2試驗材料及方法

2.1 試驗材料

泡沫輕質土是通過將發泡劑溶于水形成泡沫，并與以水泥為主導的膠凝材料、水、集料（具體為石屑）、摻合材料（主要為粉煤灰）以及添加劑（包括早強劑和防凍劑等）依照一定比例混合、攪拌并最終硬化而制得。

在制備過程中，所采用的水泥需為等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥或硫鋁酸鹽水泥，且需嚴格遵守相關的國家標準規定。施工用水需滿足《混凝土用水標準》。外加劑應符合《混凝土外加劑》規定。

發泡劑需具備環保特性，建議優先選用界面活性劑類別，嚴禁使用動物蛋白類成分。在溫度高于 0^°C 的條件下，發泡劑應不發生離析現象，其稀釋能力需達到或超過30倍，生成的泡沫需均勻細膩，以避免大氣泡產生。密度范圍應控制在 48～52kg/m³ ，同時要求泡沫結構細密，且濕密度增長幅度不超過 10% 。上述指標均需滿足《泡沫混凝土用發泡劑》標準中的一等品要求。

2.2 試驗方法

試驗采取正交試驗法，水灰比設為0.2、0.4、0.6;粉煤灰含量設為 10% ， 20% ， 30% ，發泡劑濃度設為 0.4% /0.8% 、 1.2% ，水泥含量設為 60% 、 70% 、 80% ，通過正交試驗找到最佳的泡沫輕質土的配比，然后計算并分析濕密度為 600kg/m³. ， 550kg/m³ 時，泡沫輕質土的無側限抗壓強度及彈性模量。正交試驗方案見表1。

表1正交試驗方案

試樣按照配比制備好，將其倒入內壁涂好潤滑油的100mm×100mm×100mm 正方體模具中。在操作過程中，應確保漿體稍微溢出模具邊緣，同時持續進行振搗作業，以確保漿體能夠均勻散布且避免離析現象的發生。隨后用保鮮膜緊密覆蓋模具表面，并將其置于常溫養護室內進行養護。

養護24h后脫模，用保鮮膜密封放入標準養護箱中養護直試驗需要齡期。試驗儀器采用路面材料強度試驗儀，加載速度為1mm/min，出現最大值后停止加載，通過計算得到泡沫輕質土的無側限抗壓強度值與彈性模量。

表228d下不同配比下泡沫輕質土的抗壓強度結果

表3泡沫輕質土各因素下的無側限抗壓強度極差

分析認為，水灰比作為直接影響材料孔隙結構和強度的關鍵因素，其微小的變化都能導致材料性能的顯著波動，因此水灰比的影響最為顯著；相比之下，粉煤灰摻量雖然也對材料的物理力學性能有一定影響，但其影響程度略遜于水灰比；而發泡劑濃度雖然在一定范圍內能調節泡沫的穩定性和數量，但在此實驗條件下，其濃度變化對最終產品性能的直接影響相對較小，極差最小，說明影響因素中水灰比 gt; 粉煤灰摻量 gt; 發泡劑濃度。

在泡沫輕質土最優配比的條件下，不同養護齡期濕密度為 600kg/m³ 、 550kg/m³ 時，泡沫輕質土的無側限抗壓強度結果見圖1。從圖1可以看到：養護齡期增加，泡沫輕質土的抗壓強度增加強度；濕密度增加，泡沫輕質土的抗壓強度增加。主要是因為濕密度增加，水分含量的適度減少和固體顆粒間排列的更加緊密，這使得泡沫輕質土的抗壓強度得以增加。當養護7d后，輕質土的濕密度為 600kg/m³ ，無側限抗壓強度為1.151MPa（不低于 ）；泡沫輕質土的濕密度為 550kg/m³ ，無側限抗壓強度為 0.864MPa （不低于 ，滿足工程要求。

3.2彈性模量結果

在泡沫輕質土最優配比的條件下，進行不同養護齡期下泡沫輕質土的彈性模量試驗，不同養護齡期下泡沫輕質土的彈性模量見圖2。從圖2可以看到：隨著養護齡期的增加，泡沫輕質土的彈性模量逐漸增加（不過這種變化相對較小）。

分析認為，由于養護齡期的延長使得泡沫輕質土中的水分逐漸蒸發，孔隙結構趨于穩定，同時水化反應進一步進行，使得土體內的膠結物質增多，從而增強了材料的整體剛度，導致彈性模量有所上升。然而，由于泡沫輕質土本身具有多孔、輕質的特點，其內部結構相對松散，因此即使養護齡期增加，彈性模量的提升幅度也有限，變化相對較小。泡沫輕質土的濕密度增加，彈性模量明顯增加，主要是因為其內部孔隙結構得到了優化，水分含量適度減少，同時固體顆粒間的排列更加緊密，這種結構上的改善導致了其彈性模量明顯增加。

3試驗結果分析

3.1無側限抗壓強度試驗結果

通過正交試驗得到28d下不同配比下泡沫輕質土的抗壓強度結果見表2。通過表2得到泡沫輕質土各因素下的無側限抗壓強度極差，具體見表3。從表3中可以看到：泡沫輕質土的水灰比極差最大，發泡劑濃度極差最小，這一結果揭示了各因素對泡沫輕質土性能影響的相對重要性。

圖1不同養護齡期、濕密度時泡沫輕質土的無側限抗壓強度

圖2不同養護齡期下泡沫輕質土彈性模量

5應用效果分析

為了全面監測泡沫輕質土擋墻在施工階段及工程完成后的整體穩定性，確保其能夠滿足設計與安全要求，對泡沫輕質土擋墻的沉降情況進行了監測。監測旨在及時發現并處理任何可能影響路堤墻穩定性的異常情況，從而保障工程質量和安全。

采用剖面管沉降法[進行監測，選擇斷面為 K22+ 860進行監測。監測得到的結果如圖4所示。分析圖4可知：在施工階段，路面的沉降量之所以較小（最大沉降量為3.3cm），主要是由于施工過程中的嚴格控制和優質材料的使用，使得地基得到了有效加固。隨著施工時間的不斷增加，泡沫輕質土擋墻的沉降量之所以在逐漸增加并最終趨于穩定，是因為土體在持續壓實的過程中逐漸達到了新的力學平衡狀態。此外，沉降測點越靠近原有路基，沉降量越小的原因，在于原有路基已經經過長期荷載作用，其下的地基土較為密實，因此對新增荷載的響應相對較小。

圖4泡沫輕質土擋墻沉降監測結果

4施工工藝流程

泡沫輕質土擋墻的施工工藝流程圖如圖3所示。該流程主要包括以下幾個關鍵步驟：首先，根據工程需求和設計要求，進行基礎的施工準備，如場地清理、測量放樣等。其次，進行泡沫輕質土的制備，包括材料的選取、配比與混合。再次，進行擋墻的澆筑與成型。最后，進行后期的養護與質量檢測，確保擋墻的穩定性和耐久性。

圖3泡沫輕質土擋墻施工工藝流程

6結論

本文依托災后恢復重建工程項目，通過無側抗壓強度試驗、彈性模量試驗與現場監測，系統探究泡沫輕質土的抗壓強度與彈性模量，并且對泡沫輕質土擋墻進行了沉降特性分析。得到結論如下：

1）泡沫輕質土的水灰比極差最大，發泡劑濃度極差最小，說明影響因素水灰比 gt; 粉煤灰摻量 gt; 發泡劑濃度。當水灰比為0.6、發泡劑濃度為 0.8% 、粉煤灰摻量為 20% 、水泥摻量為 70% 時泡沫輕質土的效果最好。當養護7d后，泡沫輕質土的濕密度為 600kg/m³ 、 550kg/m³ 時無側限抗壓強度分別為 1.151MPa ， 0.864MPa ，滿足工程要求。

2）在泡沫輕質土最佳配比時，隨著養護齡期的增加，泡沫輕質土的彈性模量逐漸增加，不過這種變化相對較小。泡沫輕質土的濕密度增加，彈性模量明顯增加。3）在施工階段路面的沉降量較小，最大沉降量為3.3cm 。隨著施工時間的增加，泡沫輕質土擋墻的沉降量在逐漸增加，最后趨于穩定。沉降測點越靠近原有路基沉降量越小。

參考文獻

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[2]李.泡沫輕質土在道路工程加高擋墻施工中的應用[J].運輸經理世界，2023（28）：145-147.

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