淤泥質(zhì)土層大基礎(chǔ)泡沫混凝土墊層施工技術(shù)

劉政 黃志煒 丁國龍

1.中國建筑第五工程局有限公司昭通分公司 云南 昭通 657000

2.云南維普建設(shè)項目管理有限公司 云南 昆明 650000

墊層是建筑工程中的常見結(jié)構(gòu)層，用于隔水、排水、防凍、改善基層與土基的工作條件，其傳統(tǒng)的施工工藝為混凝土澆筑，施工材料為普通的C15或者C20混凝土，多應(yīng)用在基層與土基承載力較好的工作條件下，僅僅用于對原土層承載力進行改善。但是對于淤泥質(zhì)土層，由于其承載力較差，為改善土層的工作條件，通常采取換填土方式將工區(qū)淤泥質(zhì)土加以更換，并在更換運輸?shù)牡缆飞咸崆白龊娩佋O(shè)工作，以防換填土過程中出現(xiàn)地基塌陷等問題[1]。當(dāng)前國內(nèi)對淤泥質(zhì)土層的基礎(chǔ)墊層澆筑與施工工藝成熟度不高，性價比較低，有必要探索新的施工工藝提高淤泥質(zhì)土層混凝土墊層施工的實用性與經(jīng)濟性，提高墊層之上建筑工程的施工質(zhì)量，以免出現(xiàn)地坪沉降或開裂現(xiàn)象。本研究以魯?shù)榭h2022年茨院商旅物流園項目為例，引入泡沫混凝土新型建筑材料作為墊層澆筑的施工材料，提高墊層澆筑的實用性，減少淤泥質(zhì)土層對項目土層承載力的制約。

1 工程概況

魯?shù)榭h2022年茨院商旅物流園項目位于云南昭通魯?shù)榇脑亨l(xiāng)，為10棟鋼結(jié)構(gòu)標準廠房、4棟混凝土框架結(jié)構(gòu)研發(fā)樓，單棟廠房占地面積1600～2800m2，項目用地5.47萬m2。項目場地原地貌為魚塘、農(nóng)田，基礎(chǔ)施工階段存在0.5m～3m厚淤泥質(zhì)土處理，處理前需做好魚塘、農(nóng)田的排水工作，淤泥質(zhì)土施工處理影響著地坪成形質(zhì)量。項目地勘報告揭示，白云巖持力層剖面的連續(xù)高差大，在相鄰鉆孔15.85m范圍內(nèi)最大的持力層高差有17.8m，最高高程為-9.7m，最低高程為-28.5m，地下條件不穩(wěn)定影響著施工建造過程中樁基持力層判別，且持力層剖面高低不連續(xù)易產(chǎn)生基礎(chǔ)的不均勻沉降。

項目的廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計本身為標準化結(jié)構(gòu)類型，較為簡單、常見，但地坪的沉降與開裂是廠房類項目常見的質(zhì)量問題，結(jié)合本項目地質(zhì)情況，原地貌位于魚塘、農(nóng)田，地表淤泥質(zhì)土厚度最深達3m；柱間距設(shè)計值為9m，地勘鉆孔15.85m內(nèi)地下持力層高差17.8m?；A(chǔ)的不均勻沉降控制以及回填土、混凝土施工質(zhì)量影響地坪成形質(zhì)量，做好本項目的地坪施工是廠房建造質(zhì)量管控的關(guān)鍵。

2 泡沫混凝土技術(shù)分析

2.1 可行性分析

2.1.1 泡沫混凝土的優(yōu)點

在本項目中引入泡沫混凝土這一新型的建筑材料替代傳統(tǒng)的C15等普通混凝土，泡沫混凝土具有輕質(zhì)、自流平等特點，可浮于淤泥質(zhì)土層之上并與淤泥質(zhì)土層有機結(jié)合，待泡沫混凝土澆筑且固結(jié)成型后，面層的平整度與光滑度均較高，可以有效解決在淤泥質(zhì)土層上施工的各類問題，減少淤泥質(zhì)土層的地坪出現(xiàn)沉降或開裂現(xiàn)象[2]，因此從施工材料的優(yōu)點來看，將泡沫混凝土應(yīng)用于淤泥質(zhì)土層墊層澆筑具有良好的可行性。

2.1.2 泡沫混凝土的選型

本項目的土層為淤泥質(zhì)土，顏色為深灰色，具有一定的流變性，利用泡沫混凝土在淤泥質(zhì)土層上進行澆筑，消除淤泥質(zhì)土層對建筑工程的負面影響。在泡沫混凝土施工之前，需對水泥、粉煤灰、水、發(fā)泡劑等按照一定比例進行配比與拌合，其中原材料的配合比應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場的實際情況予以微調(diào)[3]。本項目中，考慮淤泥質(zhì)土層的土質(zhì)類型、土質(zhì)性能、厚度與層底深度，設(shè)計兩種泡沫混凝土配合比，分別為A06-C1與A08-C2，其中，前者水泥、粉煤灰、水、發(fā)泡劑的配合比為495、36、220、0.41，后者水泥、粉煤灰、水、發(fā)泡劑的配合比為667/50/322/0.55。對不同配合比的泡沫混凝土特性進行分析，其中，A06-C1的導(dǎo)熱系數(shù)為0.14W/(m·K)，抗壓強度為1MPa，抗壓強度遠遠高于混凝土底板壓力，可保證基礎(chǔ)墊層的完整性。同時，A06-C1泡沫混凝土具有輕質(zhì)的特點，澆筑后可浮在淤泥質(zhì)土層之上，固結(jié)成型后，面層的平整度與光滑度均較高，后續(xù)可方便進行各類地面材料的鋪設(shè)。此外，A06-C1的彈性模量較低，可以較好的吸收與分散施加在基礎(chǔ)墊層上的沖擊力，從而提高整個墊層的抗震性能。A08-C2的導(dǎo)熱系數(shù)為0.21W/(m·K)，抗壓強度為4MPa，遠遠大于A06-C1泡沫混凝土，相較于A06-C1需在晴天澆筑的局限性，A08-C2澆筑對施工條件的約束與制約較小。A08-C2泡沫混凝土澆筑固結(jié)后可與下層的淤泥質(zhì)土層形成有機整體，在沖擊荷載作用下多表現(xiàn)為軟墊性，可較好的達到墊層施工的標準與要求。通過將A08-C2泡沫混凝土應(yīng)用在本項目實地現(xiàn)場進行試驗，在多種天氣與工況條件下，A08-C2泡沫混凝土均能在3小時內(nèi)達到初凝，在6小時后固結(jié)且達到防水效果，無論在施工進度時效性，還是在淤泥質(zhì)土墊層實用性方面均具有較好的優(yōu)勢，可行性較佳。

2.2 施工進度分析

對墊層采用傳統(tǒng)C15或者C20混凝土進行澆筑需要四個環(huán)節(jié)，其一是將碎石回填到淤泥質(zhì)土層所在處，其二是對承臺墊層利用普通混凝土進行澆筑，其三為側(cè)模砌筑與抹灰，其四為混凝土墊層澆筑。對于一個單位板塊（1600m2），傳統(tǒng)混凝土澆筑的墊層施工工期約10天。相較于傳統(tǒng)混凝土澆筑工藝，采用泡沫混凝土澆筑施工過程較為簡單，包括承臺墊層澆筑、側(cè)模支設(shè)、泡沫混凝土澆筑（澆筑厚度為300mm），對于一個單位板塊（1600m2），泡沫混凝土澆筑的墊層施工工期為2天，比傳統(tǒng)混凝土澆筑施工工期整整縮短8天，可以較大幅度的提高墊層施工進度。因此，將泡沫混凝土澆筑工藝應(yīng)用于本項目中，可以極大地縮短本項目墊層施工周期，為后續(xù)廠房澆筑與施工節(jié)約時間。

2.3 效益分析

對比普通混凝土澆筑與泡沫混凝土澆筑下的墊層施工效益，以10000m2為基本單位，若是采用普通混凝土（C15或C20）澆筑墊層，首先需進行碎石換填，深度將達1m左右，其中土方開挖與換填碎石的費用約200萬元；其次在對承臺墊層利用普通混凝土進行澆筑以及側(cè)模砌筑時，砌筑承臺側(cè)模將達到1000個，承臺砌筑費用約11萬元；最后再利用普通混凝土進行墊層澆筑，厚度達100mm，澆筑費用約71萬元，整個普通混凝土澆筑的墊層施工費用總計為282萬元。若是采用泡沫混凝土澆筑墊層，首先需要進行承臺墊層澆筑與支設(shè)模板，施工費用約為5.7萬元，其次進行泡沫混凝土澆筑（澆筑厚度為300mm），施工費用約為176.7萬元，整個泡沫混凝土澆筑的墊層施工費用總計182.4萬元。通過對比普通混凝土澆筑與泡沫混凝土澆筑下的墊層施工費用可知，泡沫混凝土澆筑墊層的施工經(jīng)濟性更好，在淤泥質(zhì)土層大基礎(chǔ)墊層施工中經(jīng)濟效益明顯優(yōu)于普通混凝土澆筑墊層施工技術(shù)。

3 泡沫混凝土制備與施工

3.1 泡沫混凝土制備

泡沫混凝土制備是泡沫混凝土澆筑墊層施工的首要條件，需根據(jù)項目施工的現(xiàn)實情況優(yōu)化泡沫混凝土各原材料的配合比，再按照一定的拌合方法對各類原料加以拌合[4]。在配合比設(shè)計時，根據(jù)對泡沫混凝土配合比的分析與現(xiàn)場試驗，最終設(shè)計兩種泡沫混凝土配合比，分別為A06-C1與A08-C2，其中，前者水泥、粉煤灰、水、發(fā)泡劑的配合比為495、36、220、0.41，后者水泥、粉煤灰、水、發(fā)泡劑的配合比為667/50/322/0.55。在上述原材料配合比的基礎(chǔ)上，最終配合攪拌形成的泡沫混凝土可以達到0.6-3.5MPa，抗壓強度較高且具有輕質(zhì)特點。在現(xiàn)場施工時，需要根據(jù)項目施工現(xiàn)場的天氣狀況、淤泥質(zhì)土層的屬性特性等進一步微調(diào)各原材料的配合比，且在現(xiàn)場引入輕質(zhì)混凝土一體機對泡沫混凝土的原材料進行攪拌，一體機的生產(chǎn)量為30-60m3·h-1，上下攪拌功率為6kW，下攪拌容積為1.2m3。

3.2 泡沫混凝土施工

3.2.1 基礎(chǔ)墊層與承臺側(cè)壁一體成型技術(shù)

基礎(chǔ)墊層與承臺側(cè)壁一體成型技術(shù)是泡沫混凝土澆筑墊層施工的重要技術(shù)，泡沫混凝土施工工序包括承臺墊層澆筑、側(cè)模支設(shè)、泡沫混凝土澆筑三部分，將基礎(chǔ)墊層與承臺側(cè)壁一體成型技術(shù)應(yīng)用在承臺側(cè)模與底板墊層澆筑施工中，其具體實現(xiàn)流程為，首先進行土方開挖，通過測量放線，將土方開挖的深度等同于承臺墊層的標高，承臺側(cè)壁的土方開挖需要保留一定的坡度，承臺底部的土方開挖深度等同于外底板墊層底標高。其次對承臺進行回填，回填材料為泡沫混凝土，材料厚度為200mm，回填深度等同于承臺底標高。接著，待承臺底部的泡沫混凝土初凝、固結(jié)后，再通過測量放線重新確定承臺位置，根據(jù)施工標準與規(guī)格要求支設(shè)模板，模板材料為膠合模板，材料厚度為18mm。最后，再在其上澆筑泡沫混凝土，澆筑厚度等同于設(shè)計的標高，等澆筑的泡沫混凝土初凝滯后再拆除上一步支設(shè)的模板，實現(xiàn)基礎(chǔ)墊層與承臺側(cè)壁的一體成型[5]。如圖1所示為基礎(chǔ)墊層與承臺側(cè)壁一體化。

圖1 基礎(chǔ)墊層與承臺側(cè)壁一體化

3.2.2 大基礎(chǔ)長距離軟管輸送技術(shù)

本項目存在0.5m～3m厚淤泥質(zhì)土處理，且施工基礎(chǔ)面積較大，因此引入長距離軟管輸送技術(shù)實現(xiàn)泡沫混凝土的大基礎(chǔ)澆筑墊層。在本項目中采用泡沫混凝土澆筑一體機（如圖2）對泡沫混凝土進行輸送與澆筑，其中一體機的澆筑管徑可根據(jù)淤泥質(zhì)土的處理情況有機調(diào)節(jié)[6]。施工人員在操作泡沫混凝土澆筑一體機時，可以采用分層澆筑法，根據(jù)澆筑范圍以及泡沫混凝土的凝結(jié)時間科學(xué)澆筑。

圖2 泡沫混凝土澆筑一體機

3.2.3 泡沫混凝土養(yǎng)護技術(shù)

泡沫混凝土自然養(yǎng)護可以分為覆蓋澆水養(yǎng)護和塑料薄膜養(yǎng)護兩種。覆蓋澆水養(yǎng)護是根據(jù)外界氣溫一般應(yīng)在泡沫混凝土澆筑完畢后3—12h內(nèi)用草簾、蘆席、麻袋、鋸末、濕土和濕砂等適當(dāng)?shù)牟牧蠈⒒炷粮采w，并經(jīng)常澆水保持濕潤。對于本項目，由于基礎(chǔ)面積較大，應(yīng)采用“蓄水養(yǎng)護”方法，可在拆除模板、混凝土達到一定強度后澆水養(yǎng)護[7]。塑料薄膜養(yǎng)護是指以塑料薄膜為覆蓋物使混凝土與空氣相隔，水分不再被蒸發(fā)，水泥靠混凝土中的水分完成水化作用已達到凝結(jié)硬化[8]。在本項目中可以直接將塑料薄膜覆蓋在混凝土的表面上，或是將塑料乳液噴灑在混凝土構(gòu)件的表面上，等到乳液揮發(fā)后，在混凝土表面結(jié)合成一層塑料薄膜，以使混凝土構(gòu)件與空氣隔絕，使之混凝土中的水分不再蒸發(fā)而完成水化作用。

4 結(jié)語

泡沫混凝土澆筑在厚流塑淤泥質(zhì)土上，與淤泥質(zhì)土有效結(jié)合形成良好的整體，滿足在淤泥質(zhì)土墊層上的工作性能，泡沫混凝土工序簡單，且對現(xiàn)場施工條件要求不高，在保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，大幅縮短工期。流塑狀淤泥質(zhì)土層泡沫混凝土基礎(chǔ)墊層施工技術(shù)，可以有效解決國內(nèi)淤泥質(zhì)土墊層澆筑難題，在工程進度和經(jīng)濟效益上有明顯的競爭優(yōu)勢。以魯?shù)榭h2022年茨院商旅物流園項目為例，引入泡沫混凝土新型建筑材料作為墊層澆筑的施工材料，采用泡沫混凝土墊層施工技術(shù)，利用泡沫混凝土密度小、成型快、操作便捷、與淤泥有效結(jié)合等優(yōu)點，通過泡沫混凝土配合比調(diào)節(jié)，基礎(chǔ)墊層與承臺側(cè)壁一體成型和長距離軟管澆筑等技術(shù)，在保證墊層作業(yè)強度的情況下，解決普通混凝土墊層無法在流塑狀淤泥質(zhì)土層上澆筑的難題，消除淤泥質(zhì)土層對工程的影響，解決淤泥質(zhì)土層上施工墊層的難題，并明顯縮短工期、加快工程進度、提高經(jīng)濟效益。