现浇泡沫轻质土施工工法

现浇泡沫轻质土施工工法

1.前言

根据《现浇泡沫轻质土技术规程》（CECS 249：2008，下称《规程》）的定义，泡沫轻质土是“用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料”。

对于类似材料，国内的叫法普遍为泡沫混凝土。就硬化成型的过程而言，泡沫轻质土与泡沫混凝土并无本质区别。《规程》之所以称“泡沫轻质土”，一方面沿用了国内“泡沫混凝土”中“泡沫”一词的普遍叫法，另一方面，其更大程度是用于替代填土，对其性能要求更侧重于满足替代常规填土，而不是作为混凝土来使用。

2.功法特点

泡沫轻质土工法对工后沉降的控制较常规工法更有优势，尤其是向原地面以下进行置换填筑时，可显著降低基底应力，有效控制工后沉降。

1) 施工便捷高效，可大幅缩短施工工期。这主要体现在三个方面：

较常规路基土填筑，泡沫轻质土施工准备期短，如常规路基填筑经常需要大量修筑施工便道，而泡沫轻质土填筑施工通过管道泵送实现，可不修或少修施工便道；

泡沫轻质土施工可每天连续进行，无需因碾压问题而间断路基填筑；

泡沫轻质土天然地基工法节省了复合地基桩基施工的时间。就一般的工程项目而言，复合地基从施工到检测合格，因龄期问题，一般都需要3～5个月才能完成。

2) 可垂直填筑，节省永久占地或避免拆迁。

3) 由于采用管道泵送浇筑，施工作业面小，可避免某些地段高压线、通讯管路等的拆迁。

4) 常规复合地基工法多为隐蔽工程，施工质量难以保证。而泡沫轻质土工法属非隐蔽工程，施工质量较易控制，可靠度高。

3.适用范围

桥台台背高路堤软基路段、一般软基路段、新近填海路段、施工作业高度受限软基路段、征地困难或拆迁困难软基路段、抢工期软基路段地下管道、线缆无法迁移路段。

4.工艺原理

4.1 软基沉降变形的本质

软基沉降变形的本质可用有效应力原理来说明：在附加应力的作用下，超孔隙水压力不断消散、有效应力不断增长；与此同时，随超孔压的消散，软土中的自由水不断排出，由此，其体积压缩，表现为沉降的发生。在这个过程当中，对工程起决定作用的主要是三个方面：

1) 附加应力

附加应力的大小决定了软土层最终总沉降量的大小：当附加应力全部转化为有效应力时，总沉降完成；故附加应力越大，总沉降越大。

2) 固结度

固结度Ut 可用下式表达:

……………………………………………(1-1)

式中t S 表示当前t 时刻已完成沉降；∞S —最终总沉降；’σ 软土层有效应力； σ软土层附加应力。

固结度的意义在于表征了当前时刻已完成沉降占总沉降的比例。 3) 工后沉降

设工后沉降基准期末的固结度位U1，施工期末的固结度为U2，工后沉降为△S ，则工后沉降可用下式表达：

△S=（U1-U2）.∞S ……………………………………… (1-2)

σσ’

=

=∞S S U t t

工后沉降通常是软基路段重点控制的指标；从设计到施工，软基路段的一个重要任务就是尽可能降低工后沉降，以确保公路工后的正常使用，并减少工后维修费用。

4.2 控制工后沉降的途径

由式1-1及式1-2可知，可通过两种途径来降低工后沉降：

1）通过提高St来提高竣工时的固结度U2，以此控制工后沉降。

具体的实现方法为排水预压法：通过设置竖向排水体如袋装砂井或塑料排水板，通过堆载预压或真空预压的方式来加快软土层的固结速率，使竣工时的固结度达到足够大，确保工后沉降满足要求。该法的主要特点是具有较好的经济性，缺陷是需要足够的预压时间，很多时候与工期的要求相矛盾。

2）降低软土层的附加应力以降低总沉降，以此控制工后沉降。

实现方法有两种方式：

方式一桩式复合地基法

桩式复合地基是设置一定密度的搅拌桩、CFG桩或预应力管桩等强度远较软土层强度要高的桩体，将上覆荷载大部分转移至这些桩体来承受，从而降低软土层所承受的荷载和附加应力，实现控制工后沉降的方法。该法的特点是时间短，效果显著，但缺陷是造价偏高，同时，桩体的施工会产生侧向挤出效应，对周边的临界结构物会带来不利的影响。

方式二轻路堤法

该法直接降低路堤荷载和软土层的附加应力。传统的轻路堤法有粉煤灰路堤、EPS路堤等。

泡沫轻质土用于路桥过渡段填筑，属于轻路堤法，其控制工后沉降的原理在于降低附加应力；当用于旧路改造项目时，如填筑厚度适当向原地面以下延伸，可使软土层的附加应力小于有效应力，软土层处于超固结状态，从而确保工后沉降为0。汕头市中山东路改造工程，即采用了泡沫轻质土技术对全线软基路堤桥台两侧沿路线纵向各50m范围的路基进行了换填处理，其换填厚度向原地面以下延伸了1m，确保改造后的台背地基土处于超固结状态，避免了工后沉降，在该范围内没有进行任何软基处理，并取消了常规的桥头搭板。一年多来的使用效

果良好（参见下图）。

图1 汕头中山东路改造前后实况图片（改造前，桥头搭板因沉降而断裂）

5.施工工艺及操作要点

5.1 工艺流程

泡沫轻质土的施工工艺流程主要包括四大步骤：

1) 泡沫的生成；

2) 水泥浆或水泥砂浆的制备；

泡沫轻质土的生成即泡沫与水泥(砂)浆的混合；

现场浇筑施工。

图5-1 现浇泡沫轻质土施工工艺流程图

5.2 施工要点

5.2.1 施工准备

1) 施工前应根据设计要求进行泡沫轻质土配合比设计，试配试验时，应进行湿密度、流值和消泡试验，当流值满足要求、消泡试验确定的湿密度增加率满足要求时，应制取试件并进行养护，当消泡试验确定的湿密度增加率无法满足要求时，应调整发泡剂的稀释倍率或种类，或调整配合比组成材料的种类和用量，重新进行试配试验，当试配强度无法满足规范及设计要求时，应调整胶凝材料的用量、标号或品牌，重新进行试配试验。

2) 施工前，应结合设备生产能力、工期要求等对设计的浇筑体进行浇筑区和浇筑层的划分，为浇筑施工做好相关规划。