摘要：轻质泡沫土是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与水泥胶凝材料、水等材料经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。该材料具有轻质、密度与强度可调、良好的施工性和环保性等特点，其性能偏重于替代常规填土帮宽路基和过渡段填土，减小工后沉降。
关键词：泡沫；轻质；填土；沉降
1 工程概况
大西客专原平至太原段预计2018年8月开通运营，原设计未考虑雄安至忻州铁路引入。随铁路建设规划的调整，雄安至忻州铁路忻州西站接轨，近期与大西客专共线引入太原枢纽。因大西客专铺设无砟轨道，为避免大西开通运营后，雄安至忻州铁路引入工程实施困难，需要将涉及引入大西客专忻州西站相关工程提前实施。
2015年8月既有大西客专忻州西站通车，做为综合试验段运营2年时间，现已完成试验任务，准备正式开通运营。既有大西客专在忻州西站已铺设相关无砟轨道，而引入雄忻铁路需要对既有铁路路基进行帮宽，为避免对既有线路造成影响，本设计采用浇筑泡沫轻质土的方式进行既有路基帮填。泡沫轻质土帮填范围为DIIK199+792.16~DK200+240左侧，DIIK199+794.14~DK200+240右侧。泡沫轻质土典型路基帮宽示意图如图1所示。
图1
2 泡沫轻质土的组成分析
泡沫轻质土的基本构成包括发泡剂、胶结材料以及细骨料。其中，发泡剂为表面活性成分，发泡剂的水溶液与空气反应，可生成大量的泡沫。发泡剂可使液体表面张力降低，同时在液膜表面以电子层排列的形态呈现，将空气包围其中形成气泡，大量的气泡聚集在一起就成了泡沫。胶结材料主要包括主剂和辅剂：主剂主要包括水泥类，具有固结、强化土体骨架的作用；辅剂主要包括硅粉、石灰石粉以及粉煤灰等辅助材料，主要起催化以及早凝的作用，并且辅剂的添加也可以节约主剂的使用，降低施工的成本。细骨料一般采用优质砂，但是成本较高。因此更提倡采用施工废弃土，包括河沙、碎石粉以及石灰石粉等。在进行细骨料的制作时，需要进行相关试验，确保废弃土材料作为细骨料时的扩散度以及单轴抗压强度。
3 泡沫轻质土施工特点
3.1施工准备期短
设备安装快，占地面积小，泡沫轻质土通过泵送运输，受周围管线地上附属物影响小，避免了地上附属物和地下管线的拆迁，无需长距离修筑临时便道，既缩短了临建的施工工期也有效降低了临建施工成本。
3.2泡沫轻质土轻质密度小，有效控制工后沉降
泡沫轻质土中的微小气泡群数目较多，其容重相比于一般的土体明显更小，并且泡沫轻质土的容重可通过土体中胶凝材料及气泡含量的调整而变化，能够在5-16 范围内变化。泡沫量的增加可使泡沫轻质土的容重减小。使地基附加应力减轻。软基沉降变形实际上与效应力原理有关。而泡沫轻质土的容重相比于普通填土更小，泡沫轻质土在台背过渡段回填的应用，可使地基附加应力相比于采用普通填土回填的附加应力更小，使工后的沉降量有效减小。
3.3具有良好的流动性，大大加快了施工进度
泡沫轻质土流动性好，可采用泵压进行一定距离的输送，在施工过程中比较方便，施工速度快。施工用水量对泡沫轻质土流动性的影响最大，在施工过程中，可通过水灰比的改变实现泡沫轻质土流动性的调整。能分区隔段连续施工，无需因碾压问题而间断路基填筑。填筑厚度大，一次最厚可达一米。
3.4可垂直填筑，节省永久用地。
可以挡墙内快速填筑，减少永久性用地，节约土地资源，同时减少了征地拆迁费用。
3.5使过渡填筑更加平缓。
相比于其他台背填料，泡沫轻质土在强度、压缩性以及刚度方面均占有优势，采用泡沫轻质土进行台背的回填，可使桥台结构和台背回填土的刚柔突变得到有效缓解，能够有效解除桥头跳车的问题。
3.6适用范围
高铁过渡段、一般软基路段、施工作业高度受限软基路段、征地拆迁困难路段，抢工期软基路段底线管线无法改移路段。
4 轻质泡沫土施工技术要求
（1）轻质土的浇筑湿密度、流值应满足设计要求。
（2）施工前按设计提供的配比进行室内试验，确定施工配合比。轻质土的配合比应保证轻质土的无侧限抗压强度能达到设计要求。
（3）在大面积填筑时，单个浇筑区域面积不应超过400㎡；单个浇筑长轴方向长度不宜超过20m；单层浇筑厚度应控制在0.3～1m以内。
（4）工艺流程及施工要点：泡沫轻质土的施工工艺特点可概括为“三点制作、两步输送、流动浇注”。所谓“三点制作”，系指水泥浆制作、泡沫制作和泡沫轻质土制作；所谓“两步输送”，系指水泥浆自搅拌站管道输送至泡沫轻质土制备站及泡沫轻质土输送至浇注现场；所谓“流动浇注”，系指泡沫轻质土的浇注是通过其自身的自流特性来实现，该特性确保了浇注区所有空间均能浇注到位，不存在死角或狭小空间无法浇注饱满的问题。
泡沫轻质土总体施工工艺可描述如下：远端搅拌站制作水泥浆→水泥浆输送至泡沫轻质土制备站→泡沫轻质土制备站制作泡沫、制作泡沫轻质土→泡沫轻质土输送至浇注区→浇注区分层浇注，如图2所示。
图2
5 人员组织
6 浇筑前附属设施施工
6.1搅拌站的布置
结合现场场地特点，为确保水泥浆的质量，考虑材料分离、泵管压力等损耗的最大距离为管道输送500米。因此，为保证水泥浆质量的正常输送，施工场所的距离设在500 米以内。如果输送距离超过标准，必须采用中转站。具体布置情况见图3：
图3
6.2交接面防水与混凝土浇筑
填料交接面台阶位置及填料交接范围既有台阶位置铺设C30混凝土中间夹一层镀锌钢丝网，以下设置聚脲高分子防水层（5mm厚）+HDPE防渗土工膜，HDPE防渗土工膜采用GB-1型聚乙烯土工膜，厚度为0.5mm。镀锌钢丝网采用φ1.5mm@2.5×2.5cm冷镀锌钢丝网。
在交界面基底台阶处理完成后首先用聚脲专用喷涂设备在台阶处均匀的喷涂5mm厚的高分子防水层，然后在上部均匀的铺设土工防水膜，铺设时注意边角与搭接区域，保证覆盖均匀，无遗漏。
镀锌钢丝网铺设：应根据交界面处台阶的尺寸进行镀锌钢丝网的裁剪，然后采用φ6mm的U型钢筋固定，保证钢丝网的平整。
浇筑C30混凝土：C30混凝土采用商品混凝土，泵车泵送方式，人工处理表面，保证外观质量，如图4、图5所示。
图4
图5
6.3泡沫轻质土的制备
泡沫轻质土在施工前应进行工艺性试验，根据地质条件、承载力要求、沉降控制标准确定相应的配合比，确保选用的技术参数满足湿密度检测、流值检测、消泡试验及抗压强度等试验要求，试验方式为现场取样，室内试验。
按照施工配合比，将拌和好的水泥浆与泡沫在泡沫轻质土自动化一体设备中充分混合，并实现精细化各种参数自动控制，形成泡沫轻质土通过输送管输送至填筑现场。如图6、图7所示。
6.4浇筑施工
6.4.1浇筑区、浇筑层放样
原则：单个浇筑区顶面面积最大不应超过400m2；单个浇筑区长轴方向长度为20m，最大不能超过50m；单层浇筑厚度为0.8m，最大不能超过1.0m。轻质土路基顶部0.8m厚度必须作为一个独立的单层浇筑层。
DIIK199+792.16~DK200+240.00左侧、DIIK199+794.14~DK200+240.00右侧每10m开始划分浇筑区，泡沫轻质土伸缩缝位置与挡土墙伸缩缝保持一致。
每一层浇筑前应先对前一层基底进行清理杂物，保证表面整洁，确保浇筑质量。
6.4.2相邻浇筑区间隔模板设置
按浇筑区划分沿线路纵向每隔10m设置一道横向伸缩缝，缝宽2cm，采用高密度泡沫板填充伸缩缝，泡沫轻质土伸缩缝位置与挡土墙伸缩缝保持一致。用木模进行隔离，底部采用铁丝拉结加固，保证浇筑过程中不漏浆，不漏模。
6.4.3基底检查
对基底进行检查，确保基底无杂物、无积水；基底为土的地方需夯实，或把松散土清除。
6.4.4分区分层浇筑
同一区段上下相邻浇筑层，当施工期气温不低于15℃，浇筑时间间隔根据浇筑后的泡沫轻质土凝结时间确定，当轻质混凝土达到终凝后方可进行下一层的浇筑工作。泡沫轻质土单个浇筑区的浇筑施工时间不宜超过2小时。
图6
图7
浇筑采用两条浇筑管进行浇筑，采用对角方式，两侧向中间移动，每隔10分钟移动一次浇筑管道，管道的移动有专人指导，一般为浇筑方向上前后移动，以保证浇筑质量。浇筑过程中，泵头埋至液面以下，浇筑区域内设置人工搅动装置，保证整体的浇筑均匀度。浇筑完成后清洗管道产生的废水不得浇入新浇筑区域内。
6.4.5镀锌钢丝网安装
DIIK199+784.80~DK200+235.00左侧泡沫轻质土内第1级台阶高程处夹铺镀锌钢丝网。镀锌钢丝网采用φ1.5mm@2.5×2.5cm冷镀锌钢丝网。钢丝网应根据台阶的尺寸提前裁剪完成，现场铺设时用U型钢筋固定，保证钢丝网的平整铺设。
7 浇筑后附属设施施工
7.1顶部处理
防水施工：在轻质混凝土浇筑完成后，应先在表面采用专用喷涂设备进行高分子防水材料的喷涂施工，保证喷涂均匀，确保防水质量；然后在表面铺设土工防水布。
C30混凝土：在防水土工布上应铺设一次镀锌钢丝网，采用专用垫块垫高约5cm，然后浇筑C30混凝土。混凝土浇筑完成后，对其进行拉毛处理。
7.2边坡台阶及墙顶处理
墙顶以上的泡沫轻质土分台阶填筑，台阶高度0.8m，台阶侧面及墙顶平台泡沫轻质土顶面设10cm厚的C30钢筋网片混凝土现浇板，沿线路纵向10m设置一道伸缩缝，侧面台阶伸缩缝位置与挡土墙伸缩缝保持一致，采用沥青木板填塞，钢筋网片混凝土现浇板中部设置钢筋网片，钢筋型号为HPB300，直径8mm，网口为正方形，尺寸为10cm×10cm。
C30钢筋网片混凝土：钢筋网片采用专用垫块垫高，C30混凝土采用商混泵送浇筑，伸缩缝处木板需在浇筑混凝土之间安装。
7.3止水带施工
帮填泡沫轻质土路基沿线路纵向每隔10m设置一道横向伸缩缝，伸缩缝位置与挡土墙伸缩缝保持一致，缝宽2cm，伸缩缝外表面铺设一层横向背贴式止水带。
结束语：雄忻引入忻州西站工程经过紧张有序的施工，圆满按期保证大西铁路的开通运营，泡沫轻质土路基帮宽起到了不可替代的作用，既节省了工期也减少了软弱地基工后沉降，经后期沉降观测，未发现有沉降，完全满足高铁施工路基帮宽和过渡段施工要求。
论文作者:张志华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/3
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