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摘要：泡沫轻质土是一种新型的人造轻质水泥材料，它是首先通过物理方法将一定量的发泡剂制备成泡沫，然后将一定比例的泡沫与事先已搅拌均匀的水泥浆进行混合，最终经过物理力学作用硬化而成的。泡沫轻质土密度通常在300～1300kg/m3，仅为路基土质填料的1/5～1/3，具有轻质性、密度可调性，取材容易、施工简单。泡沫轻质土密度小、强度高、刚度大的特性对工后沉降的控制较传统填料更有优势，可显著降低基底应力，达到有效控制沉降、变形的目的。与高分子材料相比，泡沫轻质土耐久性更强，具有与水泥材料相等的耐久性。泡沫轻质土固化后具有自立性，可垂直填筑，使得施工作业面小，可有效解决过渡段施工困难。本文就重载铁路泡沫轻质土路基结构变形试验展开探讨。
关键词：重载铁路；路基结构；试验研究
引言
泡沫轻质土，为新型施工材料、新型工艺，存在强度高、施工简便、施工时间短等特点，建议在软土质多、气候多雨，以及土源稀缺等区域应用。泡沫轻质土施工成本，明显高于正常灰土路基成本，故此需合理使用泡沫轻质土，以便维护企业经济效益、降低成本的同时，提高施工的整体效率。
1泡沫轻质土组分结构的特性
现浇泡沫轻质土具有如下组分及结构特性:(1)由多相介质组成:包括了气体、液体和固体；(2)属多孔介质材料:轻质土的轻质性是由其中大量的泡沫空隙形成的，故多孔性是泡沫轻质土最主要的结构特性；(3)凝结特性:泡沫轻质土属水泥类材料，故其制备到使用的过程中，具有所有水泥类材料的共性即凝结特性。所谓凝结特性，系指该材料具有初凝、终凝时间，属水硬性材料，其强度随龄期的增长而增长。
2泡沫轻质土路基结构形式
相比一般轴重列车，开行重载列车的路基将面临2个方面的技术问题:①轴重增加引起路基荷载增加，路基内部动应力叠加效应明显，影响深度增大;②长大编组列车会使得路基荷载连续作用次数增加，导致路基土体中累积孔压难以及时消散、有效应力减小和基床强度降低。此外，我国路基设计使用年限一般是100年，对路基填料耐久性、结构形式的合理性要求严格。根据重载铁路路基现场测试结果，结合理论计算，得到轴重30t列车荷载作用下，距离轨枕底面0.5m深度下路基面应力最大值为123kPa，平均值为57.5kPa;距离轨枕底面1.2m深度下基床底层表面应力在60～80kPa。在考虑水对泡沫轻质土抗压强度的影响下，当泡沫轻质土配合比密度达到700kg/m3后，其动强度达到350kPa，已远大于路基内应力，说明泡沫轻质土层骨架不会产生破坏。泡沫轻质土密度小，可大幅度地减轻施加于地下结构物上的土压力;刚度大，可以使路基内应力更大范围均匀扩散，减小作用于地下结构物上的附加应力。使用泡沫轻质土代替普通路基填料作为基床底层填料可以有效地解决难以获取优质填料、过渡段差异沉降大、受条件限制施工困难、地基条件不满足规范要求等问题。根据泡沫轻质土材料物理力学性质和TB10625—2017《重载铁路设计规范》提出适用于重载铁路的泡沫轻质土路基结构。特设置0.2m厚两布一膜砂垫层，增强整体结构防排水性能，保证泡沫轻质土基床防水性能。
3泡沫轻质土的隔热性能
（1）导热性能试验。泡沫轻质土导热系数较小，因而具有良好的隔热性能；且不同配比下其导热系数相差较大，可以通过调整配合比提高其隔热性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（2）隔热性能比较。根据导热性能试验可知，泡沫轻质土具有较好的隔热性能，下面与常用建筑材料进行对比，进一步明确泡沫轻质土的隔热性能。泡沫轻质土的导热系数比常用建筑材料低５６％以上，说明与常用建筑材料相比，泡沫轻质土具有优异的隔热性能，将有助于减少路基的冻融破坏，延长道路的使用寿命。
4室内实尺模型试验
实尺模型试验着重测试自然干燥和完全浸水2种状态下泡沫轻质土路基结构在动力荷载作用下的动变形和累积变形。（一）试验方案。试验仪器为中国铁道科学研究院集团有限公司轨道结构国家重点实验室MTS四通道脉冲疲劳试验机(最大轴向负荷为500kN，频率1～20Hz)，配备自动控制与数据采集系统。采用500kN加载梁搭设在钢轨上，对加载梁施加正弦波荷载，模拟列车单轴荷载。先对试验模型施加轴重20t、频率5Hz共200万次稳定道砟。之后逐级施加轴重35，40t，频率5Hz，整体结构变形稳定后进行下一级加载。为测试泡沫轻质土路基结构的抗变形性能以及防排水性能。（二）实尺模型试验结果分析（1）动变形。在轴重35，40t动力加载条件下泡沫轻质土路基结构的动变形情况见表5。泡沫轻质土结构层厚度1.0m，其动变形在0.06mm以下，动应变小于0.006%，随荷载增加变形增加比例约为20%，在整个试验过程中动变形稳定在0.05mm左右，说明泡沫轻质土刚度较大抵抗动变形能力较强。路基面动变形在0.32mm以下，随荷载增加变形增加比例约为10%，不会影响到道床状态。路基结构整体变形较小，形式合理。（2）路基结构防水性能。湿密度800kg/m3泡沫轻质土吸水率约为0.3。可知，浸水后泡沫轻质土内含水率从4.4%增加到5.5%，变化较小。表明泡沫轻质土整体结构防排水性能优良，含水率稍有增加是因为路基结构内设计有沉降标，沉降标部位防水较为困难造成水分渗入。浸水后经过413万次疲劳荷载作用并未产生任何不良现象，说明结构形式合理。
5泡沫轻质土质量控制关键环节分析
泡沫轻质土的组分结构特性、制备工艺的关键环节决定了泡沫轻质土质量控制的关键环节为:如何实现轻质土密度的稳定性和均匀性。材料组分结构特性的形成、质量控制目标的实现与关键工艺(关键设备)过程控制有着非常紧密的关系:材料组分结构特性要求轻质土密度实现均匀性和稳定性，而发泡技术、混合技术及发泡剂技术则在技术实现上对轻质土密度的均匀性和稳定性起决定作用。在一些实例中，因泡沫轻质土施工密度控制不均匀，出现了粉状夹芯层，严重影响了路基质量。出现该种现象的原因主要在于:施工设备的发泡技术、混合技术不过关。当发泡剂技术不过关时，已经浇注的泡沫轻质土，很容易在终凝前出现消泡沉陷。泡沫轻质土的凝结特性在很多场合也会显著影响质量均匀性，最主要的体现是，当设备产能不够时，同一浇注区浇注层，因设备产能制约，未能在初凝时间内完成浇注，导致已经初凝的泡沫轻质土受后续浇注泡沫轻质土流动和挤压的影响而形成剪切裂缝及内部结构破坏。故泡沫轻质土的凝结特性，对装备技术提出了高产能化的要求。各类工程实践表明，实现泡沫轻质土施工质量的稳定性和均匀性，关键在于包含发泡技术和混合技术在内的先进装备技术及拥有良好性能的发泡剂。
结语
泡沫轻质土填料适合作为施工困难、优质填料难以获取、严格控制变形等特殊铁路路基区段的基床泡沫轻质土路基结构中的砂垫层可以有效地防止泡沫轻质土层浸水，避免泡沫轻质土层受水分影响产生路基病害。底层填料。
参考文献
［1］赵新宇．气泡轻质土在既有高速铁路路基加宽工程中的应用［J］．铁道建筑，2016，56(6):96-98．
［2］陈忠平，王树林，邓江．气泡混合轻质填土新技术［M］．北京:人民交通出版社，2015．
［3］陈忠平，王树林．气泡混合轻质土及其应用综述［J］．中外公路，2015，23(5):117-120．
论文作者:张俊豪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年9期
论文发表时间:2019/8/28
标签：轻质论文; 泡沫论文; 路基论文; 结构论文; 荷载论文; 性能论文; 土路论文; 《建筑学研究前沿》2019年9期论文;