輕質(zhì)泡沫混凝土在改擴(kuò)建工程路基填筑中的應(yīng)用

趙運(yùn)姣

摘要：文章以廣西蘭州至海口高速公路南寧經(jīng)欽州至防城港段改擴(kuò)建施工為例，介紹了輕質(zhì)泡沫混凝土的結(jié)構(gòu)組成與工程特性，闡述了其施工工藝，并通過混凝土材料填筑前后路基沉降比例的對(duì)比試驗(yàn)，證明了輕質(zhì)泡沫混凝土材料的優(yōu)良特性，其對(duì)于公路工程改擴(kuò)建施工引起的路基沉降具有一定的抑制作用。

關(guān)鍵詞：輕質(zhì)泡沫;混凝土;改擴(kuò)建;路基;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U418.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.019

文章編號(hào)：1673-4874（2019）09-0066-02

0引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，每年都興建大量的交通基礎(chǔ)工程，為地區(qū)間的客貨運(yùn)輸提供了重要保障。以公路工程的建設(shè)為例，通過工程技術(shù)人員長(zhǎng)期的探索與實(shí)踐，在公路工程的施工技術(shù)和施工設(shè)備方面取得了較大的進(jìn)步。對(duì)于路況較為繁忙、車流量較大、運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)的路段，容易發(fā)生各類公路病害，且路面寬度也無法滿足日益增長(zhǎng)的車流量需要，為此，對(duì)這類公路進(jìn)行改擴(kuò)建施工顯得尤為必要。在改擴(kuò)建施工中，公路拓寬的方式較為常見，這是提高公路運(yùn)輸能力的主要手段，但多數(shù)的拓寬施工中都會(huì)引起路基不同程度的沉降，給公路的安全運(yùn)營(yíng)帶來一定隱患。輕質(zhì)泡沫混凝土屬于一種新型的施工材料，具有多孔、輕質(zhì)、耐久等諸多優(yōu)良特性，且其密度和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)，對(duì)于解決公路拓寬改擴(kuò)建施工中產(chǎn)生的路基不均勻沉降問題具有一定作用，工程應(yīng)用前景廣闊。

1.輕質(zhì)材料分類

通常情況下將重度低于細(xì)粒土的材料統(tǒng)稱為輕質(zhì)材料。在常規(guī)公路工程的施工過程中，輕質(zhì)材料一般分為三類，即粉煤灰、工工泡沫（EPS）和輕質(zhì)泡沫混凝土。

1.1 粉煤灰

粉煤灰在近些年的工程施工中應(yīng)用比較廣泛，常見于發(fā)電廠生產(chǎn)廢料中，屬于人工火山灰材料的一種，其容重介于12-16kN/m，相比于土工泡沫和輕質(zhì)泡沫混凝土，粉煤灰材料的應(yīng)用較早，但隨著公路工程施工標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，能用于公路工程施工的粉煤灰材料變得越來越少，且粉煤灰輕質(zhì)特性相比于土工泡沫和輕質(zhì)泡沫混凝土而言較差，因此，粉煤灰材料的應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)向樓字建筑施工領(lǐng)域，而在公路工程施工中的應(yīng)用變得較少。

1.2 土工泡沫

土工泡沫為一種高分子聚合物，具有輕質(zhì)、耐壓、防水、抗老化、抗疲勞等諸多特性，壓縮后不易發(fā)生形變.土工泡沫最開始用于路基工的換填，解決路基不均勻沉降等問題.工工泡沫多為塊體狀，制作工藝簡(jiǎn)單，通過聚合過程得到相應(yīng)的固體原型，再經(jīng)過發(fā)泡、成型、養(yǎng)護(hù)等過程最終制作成塊體。一般來講土工泡沫塊體密度介于20-30kg/m，其回填過程中的減載效果非常顯著，塊體狀的結(jié)構(gòu)為運(yùn)輸、安裝和施工帶來了極大便利。土工泡沫在解決路基和結(jié)構(gòu)物差異沉降、殘余沉降、公路改擴(kuò)建施工新舊路基差異沉降問題上具有一定優(yōu)勢(shì)。

1.3輕質(zhì)泡沫混凝土

輕質(zhì)泡沫混凝土的應(yīng)用技術(shù)在近些年來有了比較成熟的發(fā)展，在公路工程的應(yīng)用中占據(jù)一定比重。輕質(zhì)泡沫混凝土由水泥砂漿和微小氣泡群按特定的比例混合而成，硬化后可得到多孔狀材料。具有輕質(zhì)、穩(wěn)定、隔熱性好、受環(huán)境因素影響小等特性，在路基填筑過程中能夠降低載荷壓力，進(jìn)而提高了施工質(zhì)量、縮短了施工工期、節(jié)約了土地資源。在公路工程改擴(kuò)建拓寬施工中，對(duì)于路基填筑、基礎(chǔ)處理等方面具有一定的作用。

輕質(zhì)材料分類如表、所示。

2 輕質(zhì)泡沫混凝土結(jié)構(gòu)特性分析

2.1輕質(zhì)泡沫混凝土結(jié)構(gòu)組成

輕質(zhì)泡沫混凝土主要是通過物理方法使發(fā)泡劑溶液形成泡沫，與水、水泥基膠凝材料、集料、外加劑等按照特定比例進(jìn)行混合并攪拌，經(jīng)過一定的物化作用后形成的輕質(zhì)材料。在實(shí)際工程應(yīng)用中，除有特殊要求外，其材料主要由水泥、水以及泡沫構(gòu)成，集料、外加劑等可根據(jù)具體性能和經(jīng)濟(jì)性需求進(jìn)行適當(dāng)配比。

2.2 輕質(zhì)泡沫混凝土工程特性

2.2.1輕質(zhì)性

輕質(zhì)泡沫混凝土具有多孔特性。多孔性主要是由于泡沫的原因.輕質(zhì)泡沫混凝土內(nèi)部大量微小的氣泡群使得其重度低于一般工體，氣泡率在70%左右，輕質(zhì)性是其顯著的工程特性.

2.2.2 密度和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性

在工程具體應(yīng)用中，依據(jù)工程實(shí)際需求，通過改變水泥含量以及水灰比、外加劑用量等，可使輕質(zhì)泡沫混凝土的密度和強(qiáng)度具有一定的可調(diào)節(jié)性，容重調(diào)節(jié)范圍約為5-20kN/m，強(qiáng)度調(diào)節(jié)范圍介于0.5-20MPa之間，以達(dá)到不同施工標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2.3 自立性

因采用水泥來作為固化劑，通常情況下在澆筑5h之后，輕質(zhì)泡沫混凝土便開始固化，固化后具有抗壓自立特性。在輕型擋土墻或掛板上方可進(jìn)行垂直方向的澆筑，成型后對(duì)擋土結(jié)構(gòu)的影響較小。

2.2.4 耐久性

因輕質(zhì)泡沫混凝土屬于水泥類施工材料，因此具有和水泥混凝土同樣的耐久性。

輕質(zhì)泡沫混凝土工程特性如表2所示。

2.3輕質(zhì)泡沫混凝土物理特性

2.3.1容重

輕質(zhì)泡沫混凝土容重比較低，范圍一般在300-1200kN/m之間，僅為常規(guī)建筑施工材料的1/3左右。輕質(zhì)泡沫混凝土具體容重與固化形式、泡沫的含量、配比參數(shù)和施工環(huán)境有關(guān)。衡量容重的指標(biāo)一般有干密度和濕密度兩種，干密度指輕質(zhì)泡沫混凝土固化后在自然干燥條件下的密度;濕密度為輕質(zhì)泡沫混凝工固化前流動(dòng)狀態(tài)下的密度.由于成型過程中內(nèi)部水分變化引起密度的改變，因此，干密度與濕密度大小一般不同，且通常來講，干密度值小于濕密度值。

2.3.2干縮性

輕質(zhì)泡沫混凝土固化后體積變小，具有一定的干縮性。與常規(guī)混凝土施工材料相比，其干縮程度為后者的5倍左右，而隨著砂泥比進(jìn)一步增大，其干縮系數(shù)呈線性遞減趨勢(shì)。因此，在水泥用量恒定的情況下，增加砂量可達(dá)到減小于縮系數(shù)的目的。

2.3.3流動(dòng)性

輕質(zhì)泡沫混凝土具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)自流平和自硬化過程，無需振搗或碾壓便可自密實(shí)。其流動(dòng)性可通過牛頓流體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行控制，也可用圓筒法對(duì)表征流值進(jìn)行測(cè)定。為符合常規(guī)條件下的各類施工需要，其流值應(yīng)控制在150±10mm左右。

2.3.4 隔熱性

輕質(zhì)泡沫混凝土多孔特性使其具有良好的隔熱性能.經(jīng)過研究可發(fā)現(xiàn)，其中的氣泡數(shù)量越多，隔熱性能越好。對(duì)于小體積澆筑而言，通常弱化隔熱性能對(duì)本體結(jié)構(gòu)帶來的影響，但在公路工程施工過程中，輕質(zhì)泡沫混凝土一般使用現(xiàn)澆工藝。因此，應(yīng)忽略其隔熱性能，其中最主要的原因是水泥所具有的水熱化特性。

3 輕質(zhì)泡沫混凝土在改擴(kuò)建工程路基填筑中的應(yīng)用

3.1工程概況

蘭州至海口高速公路南寧經(jīng)欽州至防城港段改擴(kuò)建工程，全長(zhǎng)30.862km，于2017年進(jìn)行改擴(kuò)建施工，工程預(yù)算15.53億元，計(jì)劃工期2年，預(yù)計(jì)2019年9月完工。其中，以南寧經(jīng)欽州至防城港段高速公路的KT4+000-K14+300右幅的改擴(kuò)建路基拓寬施工為例，對(duì)輕質(zhì)泡沫混凝土在路基填筑中的應(yīng)用效果進(jìn)行綜合論證。

該段右側(cè)道路外側(cè)有居民住房，房屋無法進(jìn)行拆遷。路基拼接加寬將占用該段既有村路，致使當(dāng)?shù)卮迕駸o法耕種及出行。為了減少路基填方施工對(duì)周邊房屋造成的影響，在該段采用輕質(zhì)泡沫工進(jìn)行填筑將填方坡腳線往路基中線收縮，不占用村路;泡沫輕質(zhì)土施工不需機(jī)械碾壓震動(dòng)，減少施工時(shí)對(duì)房屋造成開裂或坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2施工工藝要點(diǎn)

（1）該輕質(zhì)泡沫混凝土使用段落長(zhǎng)度約為300m，頂面寬度約為6-7m，底面寬度約為4m，高度約為2.5-4.5m。（2）在最底處開挖好臺(tái)階后鋪筑一層0.4m厚的碎石，寬度約為3.5m;在碎石頂面鋪設(shè)一層防滲土工膜，寬度約為3.5m。（3）泡沫輕質(zhì)混凝土長(zhǎng)度>10m時(shí)，按10m間距分節(jié)并設(shè)置沉降縫，縫寬2cm，縫內(nèi)填筑聚苯乙烯板。（4）泡沫輕質(zhì)混凝土澆筑體距底部1m及距離頂部1m處各設(shè)置一層φ2.5mm@2.5×2.5cm鍍鋅鐵絲網(wǎng)。當(dāng)填筑高度>5m時(shí)，在中部增設(shè)一層φ2.5mm@2.5×2.5cm鍍鋅鐵絲網(wǎng)。（5）泡沫輕質(zhì)混凝土澆筑時(shí)采用分層分塊施工，單層澆筑厚度為0.5-1.0m.泡沫輕質(zhì)混凝土約6452m，碎石為280m，防滲工工膜為1575m。

3.3輕質(zhì)泡沫混凝土技術(shù)指標(biāo)（見表3）

4 輕質(zhì)泡沫混凝土材料填筑前后路基沉降對(duì)比試驗(yàn)

本試驗(yàn)中，通過對(duì)比普通混凝土材料與輕質(zhì)泡沫混凝土材料填筑前后路基沉降比例，來證明輕質(zhì)泡沫混凝土在改擴(kuò)建工程路基填筑中的優(yōu)勢(shì)。采集該段高速公路改擴(kuò)建施工中用到的普通混凝土與輕質(zhì)泡沫混凝土材料樣本，加載到該試驗(yàn)儀中，通過調(diào)節(jié)試驗(yàn)儀施加的壓力來真實(shí)模擬土方重力所引起的路基沉降。填筑普通混凝土和輕質(zhì)泡沫混凝土前后路基沉降對(duì)比分析如表4所示。

5 結(jié)果分析

由表4試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，路基在混凝土材料填筑之前的沉降比例為20%，在使用普通混凝土填筑后其沉降比例為15%，而使用輕質(zhì)泡沫混凝土材料填筑后的路基沉降比例為10%?？梢?，使用普通混凝土材料和輕質(zhì)泡沫混凝土材料對(duì)于減緩公路改擴(kuò)建施工中路基的沉降都能起到一定作用，且輕質(zhì)泡沫混凝工材料在抑制路基沉降方面的效果更為顯著。后頁(yè)圖1比較直觀地反映了輕質(zhì)泡沫混凝土材料在控制公路改擴(kuò)建施工中路基沉降方面的優(yōu)勢(shì)。

6結(jié)語

公路工程改擴(kuò)建施工中的路基沉降問題一直以來都是技術(shù)人員所研究的重點(diǎn)，長(zhǎng)期以來，通過該領(lǐng)域相關(guān)專家及學(xué)者們的不斷探索，在控制改擴(kuò)建施工路基沉降方面取得了較大的進(jìn)展。輕質(zhì)泡沫混凝土材料具有諸多優(yōu)良的工程特性，在工程施工領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛。本文以蘭州至海口高速公路南寧經(jīng)欽州至防城港段的改擴(kuò)建施工為例，對(duì)輕質(zhì)泡沫混凝土在控制路基沉降方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了論證。試驗(yàn)結(jié)果表明：輕質(zhì)泡沫混凝土相對(duì)于普通混凝土材料而言，在控制公路改擴(kuò)建施工路基沉降方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，工程推廣意義顯著。