淺談泡沫輕質(zhì)土在橋梁施工中的應(yīng)用

白云龍 上海交通建設(shè)總承包有限公司

現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土具有密度小、密度可調(diào)、強(qiáng)度可調(diào)、良好的施工性等特性，廣泛應(yīng)用于管廊回填保護(hù)、路基拓寬、土方填筑、軟土地基工后沉降控制等工程領(lǐng)域。本工程泡沫輕質(zhì)土用在新建橋臺(tái)臺(tái)背，一方面降低臺(tái)后填土對(duì)直立式橋臺(tái)的側(cè)向壓力，另一方面控制工后沉降，減小地基差異沉降，吸收路面沖擊能量，減輕橋頭跳車現(xiàn)象。

1.工程概況

國(guó)權(quán)北路小吉浦河橋改建工程位上海市楊浦區(qū)與寶山區(qū)交界處，對(duì)現(xiàn)狀小吉浦河所設(shè)置鋼便橋拆除重建。橋梁工程分為西1、西2和東1-4幅六個(gè)結(jié)構(gòu)段，老橋位于東3幅結(jié)構(gòu)段內(nèi)。其中西1、西2、東1橋上跨地鐵18號(hào)線雙線隧道，東2、東3、東4位置為原有道路路基位置開挖新建橋臺(tái)，其中楊浦側(cè)靠近空軍地塊，受限于施工占地問(wèn)題，采用直立式橋臺(tái)。工程泡沫輕質(zhì)土回填位置主要布置在東2、東3、東4橋北側(cè)臺(tái)后30m內(nèi)。

本工程現(xiàn)澆泡沫土在場(chǎng)地平整完成后，先行實(shí)施路基結(jié)構(gòu)的碎石層，然后施工泡沫輕質(zhì)土，最后施工道路基層及面層。

2.泡沫輕質(zhì)土相關(guān)指標(biāo)及特性

2.1 泡沫土指標(biāo)

泡沫土主要設(shè)計(jì)要求指標(biāo)有：抗壓強(qiáng)度（28d或7d）、濕密度、泡沫密度等，本項(xiàng)目工程采用的輕質(zhì)土濕密度、28d抗壓強(qiáng)度指標(biāo)范圍見(jiàn)表1。

2.2 輔助材料

輕質(zhì)土回填采用的輔助材料為金屬網(wǎng)及高密度聚乙烯土工膜，金屬網(wǎng)采用網(wǎng)格尺寸2.5cm、直徑1.5mm的冷鍍鋅鐵絲網(wǎng)；土工膜采用聚乙烯土工膜，厚度大于等于0.5mm。

2.3 泡沫輕質(zhì)土工程特性

（1）低密度

現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的容重相對(duì)常規(guī)建筑材料密度要低。泡沫輕質(zhì)土立方米容重在3-12KN，而普通水泥混凝土約為25KN，碎石基層約22KN,黏土約18-20KN，中粗砂與夯實(shí)黏土相當(dāng)，粉煤灰為12-16KN 。

（2）容重和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性

現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的干密度可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)調(diào)整泡沫土配比中水泥、中粗砂、發(fā)泡劑用量等，實(shí)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度和干密度的調(diào)節(jié)。干密度調(diào)節(jié)范圍為0.3～1.6KG/m3。泡沫土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的調(diào)節(jié)范圍為0.3～5.0MPa。作為土工填筑材料，泡沫輕質(zhì)土強(qiáng)度從0.3MPa到20MPa分不同的等級(jí)。

（3）施工操作性好

現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土出料時(shí)呈流動(dòng)狀態(tài)，可以通過(guò)輸送管道輸送到較遠(yuǎn)的距離。大量泡沫的注入，使得泡沫土可塑性好，施工占用的操作空間小。當(dāng)用于非承重結(jié)構(gòu)時(shí)，如地下空間填充，路基下土方換填等，現(xiàn)澆泡沫土澆筑即成型，不需要進(jìn)行振搗、碾壓，也不需要進(jìn)行特別的養(yǎng)護(hù)。

表1 泡沫輕質(zhì)土混合物指標(biāo)

表1 輕質(zhì)土制備設(shè)備清單

3.施工準(zhǔn)備

3.1 施工材料準(zhǔn)備

施工主材包括水泥等膠凝材料、發(fā)泡劑。其中水泥等凝膠材料必須在進(jìn)場(chǎng)檢查合格的基礎(chǔ)上進(jìn)行取樣復(fù)試，并由檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具復(fù)檢報(bào)告。

輔助材料包括防滲土工膜，金屬網(wǎng)等。

（1）防滲土工膜應(yīng)出具出廠合格證，供應(yīng)商應(yīng)提供第三方檢驗(yàn)合格證書，應(yīng)做進(jìn)場(chǎng)外觀鑒定，合格標(biāo)準(zhǔn)為：土工膜完整，沒(méi)有撕裂、孔洞等缺陷。

（2）金屬網(wǎng)應(yīng)出具出廠合格證，并做進(jìn)場(chǎng)外觀鑒定：網(wǎng)格尺寸、鍍鋅鐵絲直徑應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，沒(méi)有明顯變形、銹蝕、無(wú)斷裂。

3.2 設(shè)備的準(zhǔn)備

現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的施工質(zhì)量與施工設(shè)備密切相關(guān)，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土在制備過(guò)程中涉及到復(fù)雜的固態(tài)、液態(tài)、氣泡三種形態(tài)物質(zhì)的混合，保持出機(jī)口泡沫土的均勻、穩(wěn)定性輕質(zhì)土施工質(zhì)量的關(guān)鍵，輕質(zhì)土制備設(shè)備清單見(jiàn)表2。

3.3 技術(shù)的準(zhǔn)備

施工前，需對(duì)配合比進(jìn)行試驗(yàn)。在表觀密度不變的前提下，影響泡沫土性能的主要因素為水泥摻量、粉煤灰及礦渣用量，養(yǎng)護(hù)溫度及外加劑使用量。

實(shí)驗(yàn)室試配強(qiáng)度采用設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)的1.1倍；當(dāng)試配試驗(yàn)確定的出料濕密度、沉降率、消泡試驗(yàn)（濕密度增加率）及抗壓強(qiáng)度（7d）等全滿足要求時(shí)，該配合比可作為施工配合比使用。

4.泡沫輕質(zhì)土施工

本工程根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)泡沫土的指標(biāo)要求，選用合理的配比。泡沫土施工過(guò)程如下：

（1）拌制水泥漿：先將定量的水加入工作站，再將稱量好的水泥投入工作站，在工作站內(nèi)攪拌生產(chǎn)水泥漿。

（2）將發(fā)泡劑加入工作站，設(shè)置好稀釋倍率，發(fā)泡劑水溶液流量，空壓機(jī)送風(fēng)量，使水泥漿液與氣泡充分混合，根據(jù)設(shè)置好的出料流量，安排出料。生成的泡沫土需及時(shí)使用，放置時(shí)間不宜超過(guò)2小時(shí)。

（3）立模板，考慮分縫情況，模板采用2cm竹膠板，澆筑完成后不取出。

（4）澆筑泡沫輕質(zhì)土。將輕質(zhì)土作業(yè)范圍內(nèi)預(yù)埋件、預(yù)留孔、雨污井在澆筑輕質(zhì)土前做好，嚴(yán)禁在澆筑后鑿孔打洞。

（5）原則上每分區(qū)自下而上分層澆筑，單層澆筑厚度取700mm，本工程每個(gè)分區(qū)分3至5層澆筑。

本工程采用全自動(dòng)工作站，稀釋倍率，發(fā)泡倍率，凝膠材料用量，壓縮空氣泵送量等參數(shù)，在開始前設(shè)置好即可。

5.常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及防范措施

泡沫輕質(zhì)土施工常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題有不均勻沉陷開裂、軟夾層、隱性裂縫、軟透鏡體等。沉陷開裂對(duì)于較厚的填筑體，施工后易導(dǎo)致失穩(wěn)或裂縫向上反射現(xiàn)象；澆筑過(guò)程中濕密度波動(dòng)導(dǎo)致各澆筑層不均勻，形成軟夾層；同一澆筑層或分區(qū)如未能在初凝時(shí)間內(nèi)完成澆筑，由于收縮步調(diào)的不一致，易在泡沫土內(nèi)部形成隱性裂縫。

針對(duì)泡沫輕質(zhì)土施工質(zhì)量通病，工程采取的防治措施包括：

（1）按照設(shè)計(jì)要求，依照規(guī)定的檢驗(yàn)批數(shù)量，嚴(yán)格檢測(cè)沉降率及濕密度增加率；避免更換水泥批次和發(fā)泡劑批次，確保材料穩(wěn)定，來(lái)源單一；

（2）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行中間質(zhì)量檢查，重點(diǎn)檢查每一澆筑層的施工濕密度，當(dāng)前澆筑分層濕密度檢查合格后，才能進(jìn)行下一層的澆筑；

（3）嚴(yán)格甄選進(jìn)場(chǎng)的施工作業(yè)隊(duì)伍和施工設(shè)備。進(jìn)場(chǎng)施工隊(duì)伍要有一定體量的同類型施工工程業(yè)績(jī)，優(yōu)中選優(yōu)；輕質(zhì)土生成機(jī)械盡可能選用自動(dòng)化程度高，優(yōu)先工作站式生成裝置。

6.結(jié)語(yǔ)

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，凝膠材料使用時(shí)考慮綜合水化熱最低，降低水化過(guò)程中的溫度梯度，并對(duì)施工隊(duì)伍進(jìn)行優(yōu)中選優(yōu)，在施工過(guò)程中及時(shí)對(duì)材料進(jìn)行中間質(zhì)量檢查，配合必要的室內(nèi)土工試驗(yàn)，確保施工質(zhì)量可控，在泡沫土施工中尤為關(guān)鍵。泡沫土孔隙率較高，在基底處理時(shí)，必須注意采取降水措施。泡沫土孔隙率較高，達(dá)80%以上，內(nèi)部若出現(xiàn)裂縫，吸水后裂縫發(fā)展較快，在底層澆筑時(shí)，鋪設(shè)防水土工膜也是必要的施工手段。在斷面兩側(cè)的黏土包邊，施工中也應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，保證泡沫土施工場(chǎng)區(qū)內(nèi)不透水。

現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土在本項(xiàng)目中的應(yīng)用，緩解了橋臺(tái)與臺(tái)后路基的剛?cè)嵬蛔?，避免了普通填土施工后的沉降，有利于縮短工期；對(duì)臨近樁基及橋臺(tái)幾乎沒(méi)有側(cè)向土壓力的作用，降低了軟土基底的附加應(yīng)力，抑制路基下部的沉降和側(cè)移，可以有效解決臺(tái)后跳車的問(wèn)題，并且降低了直立式橋臺(tái)的側(cè)向土壓力，提高了結(jié)構(gòu)安全性。