泡沫輕質(zhì)土材料在高等級公路擴建施工中的應(yīng)用

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

一、泡沫輕質(zhì)土材料概述

（一）泡沫輕質(zhì)土材料制備

以黏土或者沙性土為基礎(chǔ)材料，添加一定比重的固化劑、發(fā)泡劑及水，充分?jǐn)嚢韬笊膳菽p質(zhì)土材料。為滿足發(fā)泡條件，基礎(chǔ)材料粒徑應(yīng)不大于5mm。固化劑常用材料為熟石灰，由硅酸鹽水泥、爐渣水泥等水泥材料與水混合后生成。熟石灰能與基礎(chǔ)材料通過離子交換生成固化物，固化物可以發(fā)揮骨架支持的作用。為加快固化劑的反應(yīng)速率，需適量添加硅粉、石膏等速凝材料。發(fā)泡劑是泡沫輕質(zhì)土制備的關(guān)鍵，將起泡劑與水充分混合后，與空壓機中的空氣同時泵入發(fā)泡設(shè)備中，發(fā)泡裝置內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生大量的泡沫群，泡沫與固化后的基礎(chǔ)材料充分混合后制備出泡沫輕質(zhì)土。泡沫輕質(zhì)土制備工藝流程簡圖，如圖1所示。

圖1 泡沫輕質(zhì)土制備工藝流程簡圖

（二）泡沫輕質(zhì)土材料特性及路基拓寬形式

泡沫輕質(zhì)土路基填筑材料的制備過程涉及一系列理化反應(yīng)。首先，將固化的基料充分發(fā)泡，凝結(jié)硬化后得到具有力學(xué)強度的填方路基填筑材料。與傳統(tǒng)填筑材料相比，其具有容重小、質(zhì)量輕、施工和易性好、強度范圍廣及耐久性高等特點。由于容量小，材料內(nèi)部被大量的膠質(zhì)泡沫填充，而泡沫本身的抗拉壓性能強，在混合和澆筑過程中一方面空間填充性能更好，另一方面泡沫可以阻擋游離水，使其容重顯著低于其他填筑材料。此外，泡沫輕質(zhì)土通過微調(diào)各個組分比重，能夠在一定限度內(nèi)調(diào)整土體容重值，增強工程適應(yīng)性。常見路基填方材料容重范圍，如圖2所示。

圖2 常見路基填方材料容重范圍

泡沫輕質(zhì)土強度可調(diào)范圍廣。通過調(diào)整不同組分比重，泡沫輕質(zhì)土抗壓強度能夠覆蓋0.5MPa～5MPa，具有工程適用性高、施工和易性好等特點。由于泡沫輕質(zhì)土基礎(chǔ)材料粒徑低于5mm，可以借助泵送系統(tǒng)滿足長距離施工，且不會在泵送過程中出現(xiàn)泌水或者離析病害；材料流動性良好，現(xiàn)場澆筑階段對振搗夯實要求較低，且能夠在狹小空間內(nèi)完成一次性澆筑，澆筑施工效率較高。泡沫輕質(zhì)土通常采用水泥實現(xiàn)固化，因此泡沫輕質(zhì)土具有水泥材料耐久性強的特點，材料中泡沫占比超過50%，熱傳遞系數(shù)較低，具體表現(xiàn)為抗高溫、抗凍融能力較高。

目前，泡沫輕質(zhì)土材料廣泛應(yīng)用于填方路基拓寬改造施工中，新舊路基銜接位置采用臺階型，以增加原有路基與泡沫輕質(zhì)土填筑路基之間的摩阻力?？紤]到泡沫輕質(zhì)土的穩(wěn)定性較高，為節(jié)省拓寬改造施工占地面積，背向原路基一側(cè)應(yīng)與基礎(chǔ)垂直。填方路基泡沫輕質(zhì)土拓寬改造截面示意圖，如圖3所示。

圖3 填方路基泡沫輕質(zhì)土拓寬改造截面示意圖

二、泡沫輕質(zhì)土在高等級公路拓寬施工中的方案分析

（一）泡沫輕質(zhì)土拓寬填方路基原理分析

由傳統(tǒng)施工技術(shù)拓寬的填方路基，在軟土或者路基承載力不足的位置容易發(fā)生不均勻沉陷、縱向開裂等病害。除車輛荷載影響外，新路基填料對地基附加應(yīng)力大、填方不密實、固結(jié)性能弱等問題，也容易引發(fā)上述病害。采用泡沫輕質(zhì)土作為拓寬路基填料，既可以借助材料輕質(zhì)特點降低路基填料對地基的附加應(yīng)力水平，又可以借助其固結(jié)性能提高拓寬路基結(jié)構(gòu)的整體剛度。泡沫輕質(zhì)土在初凝前的施工和易性好，借助外部振搗能充分密實拓寬路段，避免了傳統(tǒng)路基填筑過程中出現(xiàn)的脫空、空洞等問題，提高了拓寬路基部分的密實性。此外，完全凝固后的泡沫輕質(zhì)土材料處于超固結(jié)狀態(tài)，路基在沖擊荷載作用下的抗變形剛度、抗壓縮性較高。

（二）泡沫輕質(zhì)土拓寬填方路基施工方案分析

泡沫輕質(zhì)土拓寬填方路基施工方案核心環(huán)節(jié)包括：原有路基邊坡開挖、路基底處理、泡沫輕質(zhì)土澆筑及養(yǎng)生等。

首先，為保證新舊路基交界位置的可靠連接性、增加摩阻力作用面積，應(yīng)將原路基邊坡修整為階梯型。通過階梯搭接增加泡沫輕質(zhì)土與原路基表面的接觸面積，舊路基開挖臺階高寬比為1：1，臺階面向路基中線傾斜2%～2.5%，提高新舊路基面的相互嵌鎖能力。此外，臺階開挖應(yīng)以機械作業(yè)方式為主，并配合人工修整，保證每個臺階面壓實度滿足設(shè)計要求。

其次，拓寬部分的路基底部應(yīng)先完成整平壓實處理。選用厚度介于200mm～300mm的連續(xù)級配碎石作為基底層，并覆蓋防滲土工膜，防止地下水產(chǎn)生的消極影響。同時，土工膜需重疊、壓緊，且有效長度不小于50mm。此外，在泡沫輕質(zhì)土垂向澆筑面（非階梯面）布置擋板，擋板砌筑作業(yè)與泡沫輕質(zhì)土澆筑作業(yè)同步進行，且擋板標(biāo)高應(yīng)高于對應(yīng)層輕質(zhì)土澆筑標(biāo)高，擋板基礎(chǔ)位置應(yīng)布設(shè)沉降縫，并應(yīng)與泡沫輕質(zhì)土沉降縫位置相同。

最后，泡沫輕質(zhì)土澆筑宜選用泵送方式。根據(jù)現(xiàn)場澆筑情況確定泵送壓力，在正式澆筑前適當(dāng)浸潤基底，但不宜拋灑過量水分，防止過量水分影響泡沫輕質(zhì)土配合比。為最大程度避免泡沫輕質(zhì)土澆筑過程中引起的“消泡”問題，泵送管與澆筑面應(yīng)保持較小角度，并將泵送管插入泡沫輕質(zhì)土內(nèi)。當(dāng)澆筑近尾聲時，通過人工整平澆筑面，待該澆筑層達到終凝狀態(tài)后，方可開始下一層澆筑施工。在泡沫輕質(zhì)土澆筑面尚未完全凝結(jié)硬化前，禁止在澆筑面上開始其他作業(yè)，應(yīng)在澆筑面覆蓋塑料薄膜并灑水養(yǎng)生，且單層養(yǎng)護時間不能少于3天。

三、結(jié)語

經(jīng)過大量的工程實踐驗證，將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于拓寬路基施工中，能顯著提升工程的承載能力、抗變形剛度及耐久性能。