佛山市顺德区新景建筑工程有限公司 广东佛山 528300
摘要：本文通过对泡沫轻质土的结构组成、物理特性和力学特性的分析可知泡沫轻质土具有质量轻、流动性强、稳定度高、耐久性好、施工工期短、造价相对较低等优点。结合佛山地区城市快速路改造工程实例，介绍了泡沫轻质土应用于桥头路基时的施工工艺及要点，对往后类似工程施工具有一定的借鉴意义。
关键词：桥头路基；泡沫轻质土；特性；施工；不均匀沉降
0 引言
随着我国社会经济的快速发展，道路交通量迅猛增加。为缓解交通压力，常用的一种解决方式便是对既有道路进行拓宽。在道路拓宽工程中普遍存在新筑路堤工后沉降较大，而桥台、既有路堤的沉降小或沉降早已完成，从而在拼接处存在出现差异沉降问题。为有效解决差异沉降，同时节约工程造价，经理论研究和实践应用证明，泡沫轻质土是一种较为理想的填筑材料。
1 泡沫轻质土结构组成
泡沫轻质土是用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分（水泥基胶凝材料、水）及可选组分（集料、掺和料、外加剂）按照一定的比例混合搅拌，经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料。[1]
泡沫轻质土结构组成如图1所示，主要组成成分包括基质土、发泡剂、胶凝材料等。[2]
图1 泡沫轻质土结构组成
（1）基质土
基质土也即原料土，可选用粉煤灰、石屑、沙土或者工程废弃土等。其颗粒直径宜小于 5mm，以便与胶凝材料、气泡均匀混合后具有良好的流动性。
（2）发泡剂
发泡剂是一种表面活性剂，用水将其稀释后，压入空气即可产生大量泡沫。制备泡沫轻质土时，应选择优质发泡剂，使生成的泡沫细小、稳定、均匀。
（3）胶凝材料
胶凝材料分为主剂和辅剂。主剂主要起固结、加强土体骨架的作用，辅剂主要起催化、早凝、减少主剂的用量、降低造价的作用。主剂以水泥类为主，辅剂可采用石膏粉、硅粉等。
2 泡沫轻质土物理特性[3] [4]
2.1 容重
泡沫轻质土容重较低，可根据需要在5~15KN/m3内调整，是一般土建材料的1/5~3/5。容重大少受气泡含量、固化过程、环境湿度和单层浇筑高度等因素的影响：气泡含量越高，容重越小；固化前因消泡、缩泡现象容重增加；固化时因轻质土收缩容重亦会增加；固化后若处于干燥环境，容重会降低，若处于潮湿环境，则容重会增加；单层浇筑高度越大，底部容重越大，泡沫轻质土整体从上到下的容重变化率也越大。为保证其低容重的有效性，应合理控制其单层浇筑高度，一般控制在0.5m~1m为宜。
2.2 流动性
泡沫轻质土流动性高，可采用管道泵送，浇筑后自流平、自硬化、自密实，施工便捷。施工时用水量和气泡含量是影响泡沫轻质土流动性的两个重要因素。水灰比越大，流动性越强，但强度降低，故需适当控制水灰比。泡沫含量越大，泡沫轻质土的粘滞性越强，流动性减弱，故对泡沫含量也需适当控制。在实际施工过程中，主要是通过调整水灰比的大小来控制泡沫轻质土的流动性。
2.3 渗透性
渗透性也叫透水性。泡沫轻质土渗透性较低，透水系数一般在10-5~10-6cm/s之间，这是因为透水性较大的基质土中掺入大量的胶凝材料后，形成的混合物（泡沫轻质土）内部孔隙与外部的连通程度大大降低。随着泡沫轻质土养护龄期的增加，其渗透系数逐渐降低。
2.4 吸水性
泡沫轻质土固化后吸水性较大，若将泡沫轻质土淹没于水中，直至吸水饱和，容重将增加8%左右，且容重增加速率与没入水中深度成正比。故当泡沫混凝土应用于水浸环境时，需做好防水措施。
3 泡沫轻质土的力学特性[5]
3.1 单轴抗压强度
单轴抗压强度是泡沫轻质土最常用的力学性能指标，其大小与泡沫含量成反比，与胶凝材料含量成正比，且受基质土种类、胶凝材料种类、水泥标号、养生龄期、养生环境等因素影响。采用控制单一变量法实验表明，宜采用细砂作为基质土；胶凝材料选用高炉矿渣水泥效果显著；水泥标号越高，单轴抗压强度越高；养生条件越适宜，随着温度和龄期的增加，其单轴抗压强度也增加。在工程应用上，泡沫轻质土单轴抗压强度可在0.5~1.5MPa范围内调整。
3.2 压缩模量及抗剪强度
根据泡沫轻质土室内完全侧限压缩试验结果，其压缩系数不大于0.1MPa-1，压缩模量高，近 40MPa，可见泡沫轻质土具有低压缩性，因自重及外荷载作用引起的压缩变形很小，自身稳定性高。
对泡沫轻质土进行多组不同围压下的不固结不排水三轴剪切试验，可绘出泡沫轻质土的抗剪强度包络线，据此通过计算可知其抗剪强度较高。而通过多组不同竖向应力作用下的直接剪切试验结果表明，泡沫轻质土即便已出现裂缝，也不会发生急剧变形。
3.3 耐久性
为研究泡沫轻质土的耐久性，对其进行冻融循环、干湿循环及循环荷载试验，实验结果表明，泡沫轻质土强度受冻融循环、干湿循环的影响很小；在车辆循环荷载下，其疲劳寿命远大于公路的使用年限。
4 泡沫轻质土施工
4.1 工程概况
佛山市有一条城市快速路改造工程，道路长度约4.89 km，南北走向，是我市两相邻区（顺德区—南海区）的分界线，沿线相交道路众多，均采用互通立交方式连通。该工程属于道路拓宽改造工程，桥头路基填土高度在 6 m 左右，鉴于使用通常填筑材料容易引起新填筑路段与原有路堤及桥台位置出现不均匀沉降，造成路基失稳和桥头跳车现象，而采用薄壁管桩、预制混凝土桩又造价太高，通过上述泡沫轻质土物理力学特性分析可知，泡沫轻质土轻质、稳定、耐久，能有效降低地基附加应力，实现桥台与路基刚柔平缓过渡，完美解决不均匀沉降问题，且造价相对低廉，故本工程桥头路基填土采用泡沫轻质土材料。
采用泡沫轻质土填筑桥头路基示意图如图2所示。
图3 泡沫轻质土施工工艺流程图
4.2.1 准备阶段
浇筑泡沫轻质土前需做好准备工作，完成基底开挖，清除基底杂物，基底碾压至压实度不低于80%。在新旧路基交界面按设计图纸设置台阶，并设置一层HDPE防渗土工膜，如图2所示。
4.2.2 泡沫轻质土制备
（1）发泡
泡沫制备前需将发泡剂用水按一定比例稀释，稀释倍数根据实地条件由实验决定。在一定范围内，稀释倍数越高，泡沫生成量越大。
（2）水泥浆液制备
泡沫轻质土不特别强调水泥浆中水泥强度，重视的是其湿密度增加率须满足施工要求，故对所用水泥都均须进行消泡试验。水泥浆需连续制备，以保证轻质土在浇筑过程中不出现局部消泡、初凝现象。
（3）泡沫轻质土制备
泡沫轻质土制备即将泡沫与水泥浆液通过拌和设备充分混合，混合料浆液需保证均匀，流动性满足施工要求。
4.2.3 泡沫轻质土浇筑
（1）泡沫轻质土浇筑一般采用配管泵送方式，管道输送的距离通常控制在300米以下。
（2）出料口距浇筑点的竖向距离不得超过1m，出料口在浇筑一定高度后宜埋入泡沫轻质土内。
（3）浇筑过程中，若需移动浇筑管，应沿浇筑管放置的方向前后移动，而不宜左右移动。
（4）泡沫轻质土单层浇筑厚度控制在0.5m~1m之间，本工程单层浇筑厚度采用0.5m；当施工气温高于15 ℃（含）时，同一区段上下相邻浇筑层，最短浇筑时间间隔为8h~12h；气温不高于15 ℃时，浇筑时间间隔应大于 2 d（含）。
（5）若浇筑时碰到下雨，为避免泡沫消解，需采用挡雨设施对未固化的泡沫轻质土进行遮盖。
4.2.4 养护
（1）对于路床部位的泡沫轻质土，每层浇筑完毕后应采用塑料薄膜进行覆盖保湿养护；最后一层浇筑完后，养护龄期不少于7 天。
（2）泡沫轻质土路基施工完毕后，仅当最后一层浇注层同条件养护强度≥0.4MPa，方能进行路面结构层施工。在路面结构层施工时，应避免大型机械直接在泡沫轻质土顶部行走，应采取边推平、边卸料的前进方式进行摊铺和碾压。
5 结语
泡沫轻质土在本工程桥头路基中的应用效果良好，解决了不均匀沉降问题，而且缩短了工期，降低了造价。通过本实例可知，泡沫轻质土以其质量轻、稳定性高、耐久性好、工期短、造价相对较低等优点具有广阔的应用前景。除应用于桥梁台背回填外，还可运用于道路拓宽、软基换填、管道回填、地下工程减荷、机场路面垫层及施工条件苛刻地区（如严寒、沙化、陡峭山区等）。但是在看到其优点的同时也需看到其不足之处，泡沫轻质土在浸水环境下，其容重增幅较大，故其在应用时需做好防排水措施。
参考文献：
[1] 中国工程建设协会标准．CECS249:2008[S]，2009，现浇泡沫轻质土技术规程．北京：中国计划出版社，2008.
[2]陈忠平．气泡混合轻质填土新技术[M]．北京：人民交通出版社，2004.
[3]牛昴懿. 泡沫轻质土用于软基上高速公路扩建工程的受力与变形特性分析[D].河北工业大学.2014.
[4]陈忠平，孙仲均，等. 泡沫轻质土充填技术及应用[J].施工技术.2011.40(341):74-76.
[5]刘元炜，梁小光，等. 公路桥梁台背回填泡沫轻质土施工工艺[J].公路.2013.09:126-128.
论文作者:吴伟桐
论文发表刊物:《防护工程》2017年第17期
论文发表时间:2017/12/1
标签：泡沫论文; 轻质论文; 容重论文; 发泡剂论文; 路基论文; 材料论文; 桥头论文; 《防护工程》2017年第17期论文;