气泡混合轻质土技术及应用

3 工程应用
3.1.2技术对比
放坡施工，征地拆迁难度大、代价高； 垂直填筑，填高3m以上不需征地拆 变更多、工期长，实际费用控制难； 软基路段需地基处理，质量难控制； 新旧路基差异沉降大，运营费用高。 迁；施工干扰小，工期短，费用直观 可控；可减少或无需软基处理，其质 量可靠；新旧路基差异沉降小，运营 费用低。
2.3物理性能 2.3.1容重特性
1）浇注高度对容重影响
当单层浇注厚度较大 时，在自重作用下，底部 的部分气泡群受压缩消泡， 导致容重上小下大，且随 着浇筑高度增大，容重逐 渐变大。浇注时，单层浇 注厚度控制在1m以内，但 又不能小于25cm。
2 材料性能
2）浸水对容重影响
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 0 容重(kN/m3)
CBR=25.4qu- 0.762
2 材料性能
2.4.2剪切特性
当垂直应力从50 kPa增大到200 kPa时，其最大剪应力几乎不 变。在水平位移达到10mm时的残留摩擦抵抗力为最大剪应力的 70％以上。因此，在垂直应力作用下，即使有裂缝发生，由于有 最大剪应力的70％以上的摩擦抵抗力，不至于发生急剧的变形。
2 材料性能
2.3.2透水特性
10 -3
透水系数k(cm/s)
试验条件：容重10kN/m3，非饱和
10 -4
10 -5
10 -6
时间 (S) 10 -7 10 3 10 4 10 5
10 6
由上图得出：1）透水系数为10-5~10-6 cm/s数量级，介于一 般粘性土与软粘土之间；2）透水系数随干容重的减小而增大。
发泡剂 发泡液 水
稀释装置
压缩空气
气泡群
发泡装置
1 基本介绍
1.3气泡混合轻质土施工流程
水 水泥 可选添加材料
泵内混合 混合搅拌
水泥基浆料
气泡群
气泡混合轻质土
2 材料性能
2.1性能概述
※ 微孔性：内含无数个细微独立均 匀气泡，气泡含有率20%~90% 。 ※ 轻质性：2~15kN/m3。 ※ 可调节性：容重和强度可根据工 程需要调整。 ※ 高流动性：可远距离泵送或在狭 小空间内填充。 ※ 良好施工性：现浇可自流平、自硬 化，不需机械摊铺、碾压或振捣。 ※耐久性：属水泥类材料，耐久性与 普通混凝土类似 。 ※ 凝结自立性：凝结硬化后可直立， 可直立填筑。
2 材料性能
2.5耐久特性 2.5.1 应力比(Y) 耐疲劳特性
当轻质土离路面顶面大于 Y = -0.0314 * log(X) + 1.0731 25cm时，汽车动荷载（接地 0.9 压强为0.70MPa）引起的附加 0.8 应力不超过总应力的1/5 0.7 （0.14MPa），若轻质土强度 取疲劳强度均值0.88MPa，其 0.6 应力比Y=0.16，则轻质土路 0.5 基可使用N≈1029次。显然， 0.4 轻质土路基能足够抵抗汽车 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 N(X) 动荷载，同时其使用年限完 全足够。 按95%保证率下的疲劳方程曲线
气泡混合轻质土技术及应用
气泡混合轻质土技术及应用
1 基本介绍 2 材料性能
要 点
3 工程应用 4 工程设计 5 质量管理 6 成果业绩
1 基本介绍
1.1气泡混合轻质土概念 气泡混合轻质土是将制备的气泡群按一定比例加入 到由水泥、水及可选添加材料制成的浆料中，经混合搅 拌、现浇成型的一种微孔类轻质材料。 1.2气泡群制作流程
项 目
最大剪应力τmax(kPa） τmax时的水平位移（mm） 水平位移的范围（mm） 残留摩擦抵抗力/τmax（%）
50 615 1.9 0~7.0 81
垂直应力（kPa） 100 150 631 614 1.57 0~5.5 92 3.09 0~6.5 68
200 582 7.54 0~10.0 77
1.0
2 材料性能
2.5.2 干湿循环特性
3.0
配合比D
2.5
配合比C
配合比A
配合比B
抗压强度(MPa)
2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
干湿次数(次)
结论：干湿循环对强度几乎没有影响。
2 材料性能
2.5.3 冻融循环特性
强度(MPa)
2.0
1.5 1.0
0.5 0.0 0 2 4 6 8
2 材料性能
2）弹性模量与抗压强度关系 气泡混合轻质土的弹性模量与抗压强度呈现较好的 线性关系，工程上一般取Ec=250qu 。
600.0 弹性模量（MPa） 400.0 200.0 0.0 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 抗压强度（MPa）
2 材料性能
3）CBR与抗压强度关系 由下图可知，CBR值与抗压强度之间呈良好的线性 关系。设计时，可根据CBR值反算出抗压强度设计值。
容重(kN/m3)
无水头压力条件下，长期 浸水对容重影响小
1
2
3
4
5
7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 浸水时间(年) 4.0 3.5 6 7 8 3.0 0
在10米水头压力条件下，浸水 对容重影响小
12 24 36 48 浸水时间(h) 60 72
从上两图中可看出：气泡混合轻质土经浸水后，其容重有一 定程度增大，但气泡之间是分散独立，互不通水，其吸水量有 限。因此，在有浸水场合使用时，可适当采用防渗土工布等防 水措施。
常见土建材料的容重比较表（kN/m3）
水泥混凝土 底基层 填土路基 粉煤灰 24 21~23 18~20 12~16
气泡混合轻质土
4~15
土工泡沫塑料 0.2~0.35
2 材料性能
2.2.3可调节性 根据工程需要，通过调整水泥用量、气泡群含量， 或掺入可选添加材料，其容重可在4~15kN/m3范围内调 节，强度可在0.5~35.0MPa范围内调节。一般工程中， 容重常选用4~6kN/m3 ，强度常选用0.5~1.5Mpa。
高速公路填料最小强度 要求（CBR）% 路 基 部 位 上路床 下路床 上路堤 下路堤 气泡混合轻质土 最小强度要求
路面底面以 （CBR） 最小强 （CBR） 下深度 度等级 % % 0.0m~0.3m 0.3m~0.8m 0.8m~1.5m 1.5m以下 8 5 4 3 CF0.8 CF0.5 CF0.4 19 12 9
2 材料性能
2.2.4高流动性 由于不含骨料，其流动性高，可通过管道进行远距 离泵送，水平泵送距离达500m以上（增加中继泵可输送 更远），垂直泵送高度达30m以上。
流动性高
管道泵送
浇注后可自流平
2 材料性能
2.2.5良好施工性 采用管道泵送，使拌和场与浇注点分离，作业面小。 浇注后可自流平、自硬化，自密实性好，不需机械摊铺、 振捣和碾压。施工对附近建筑物无影响，对居民干扰小， 适合于长距离、管道或狭小空洞内充填施工。
冻融循环次数(次)
10 12
结论：冻融循环对强度几乎没有影响。
3 工程应用
3.1 扩宽工程 3.1.1适用范围 气泡混合轻质土应用于扩宽工程主要包括道路路 堤加宽、收费站广场扩建、港湾式停车带、高速公路 服务区的新建扩建等工程。特别是严重受限路段（如 受征地拆迁、高压线、匝道桥等影响）、加宽作业面 小和加宽桥头等难以压实部位，具有明显优势。
2 基本性能
2.3.3干燥收缩特性 一般情况下，气泡混合 轻质土的干燥收缩率是是 普通混凝土的4～6倍，这 种收缩容易引起龟裂，但 伴随着收缩的发生，张拉 徐变也变大，对因收缩引 起的龟裂起到一定程度的 缓解作用。
2 材料性能
2.4 力学特性 2.4.1强度特性 1）无侧限抗压特性
气泡混合轻质土的 无侧限破坏特性以 脆性破坏为主，在 脆性破坏前，应力 与应变呈现较好的 弹性关系。
3 工程应用
3.1.3经济对比
非软基地段常规填土加宽与气泡混合轻质土加宽的费用对比表
路基填土高度： 平均填土横断面面积： 软基处理深度： 处 理 范 围： 细目号 一 1 2 3 4 5 6 二 路基长度 20 单位 元 m3 m3 m2 m2 m3 m3 亩 0.20 180000 36000 78475 征地考虑3米护坡 道及排水沟用地 20 375 150 400 20 250.00 60.00 14.50 7.00 500.00 5m 18.75 m2 m 米 常规排水预压形式 数量 单价 合价 42475 5000 22500 填至路基顶标高 2175 2800 10000 220 350.00 180000 77000 综合单价 0 78600 20 80.00 说明 数量 单价 轻质土形式 合价 78600 1600 0 0 0 说明 路基顶宽度： 路基底宽度： 3.75 m 3.75 m
长距离泵送
管道内充填
地下空洞充填
2 材料性能
2.2.6凝结自立性 气泡混合轻质土属水泥类材料，具有与普通混凝土 类似的初凝、终凝等特性，硬化后具有良好的自立性， 其垂直临空面侧压力为0，可垂直填筑，对桥台结构物 无侧压力。
台背侧压力0
垂直填筑， 不需拆迁 垂直填筑， 不需放坡
垂直填筑， 不需放坡
2 材Hale Waihona Puke Baidu性能
质土加宽只有 水泥搅拌桩加 宽的61.7%
220 350.00 180000
3 工程应用
预应力砼管桩复合地基法加宽与气泡混合轻质土加宽的费用对比表
路基填土高度： 平均填土横断面面积： 软基处理深度： 处 理 范 围：路基长度 细目号 一 1 2 3 4 5 6 7 二 细目名称 路基工程 边坡开挖及拆迁 原有防护工程 预应力管桩 路基土方 土工格栅 覆网植草 防护工程 气泡混合轻质土 征地拆迁费用 合计 20 单位 元 m3 m3 m3 m2 m2 m3 m3 亩 0.20 180000 36000 145639 征地考虑3米护坡 道及排水沟用地 20 450 394 150 400 20 250.00 160.00 40.00 14.50 21.76 300.00 5m 18.75 m2 20 m 米 常规排水预压形式 数量 单价 合价 109639 5000 72000 15760 2175 8704 6000 填至超载路基高度， 假设超载1米 软基路段的轻 0 0 0 77000 综合单价 0 78600 20 80.00 说明 数量 单价 轻质土形式 合价 78600 1600 说明 路基顶宽度： 路基底宽度： 3.75 m 3.75 m
非软基段加宽，两 种工法直接费用相 当，填筑5m以下轻 质土就更优势。
细目名称 路基工程 边坡开挖及拆迁 原有防护工程 路基土方 土工格栅 植草 排水及防护工程 气泡混合轻质土 征地拆迁费用 合计
3 工程应用
水泥搅拌桩复合地基法加宽与气泡混合轻质土加宽的费用对比表
路基填土高度： 平均填土横断面面积： 软基处理深度： 处 理 范 围： 路基长度 细目号 一 1 2 3 4 5 6 7 二 细目名称 路基工程 边坡开挖及拆迁 原有防护工程 水泥搅拌桩 路基土方 土工格栅 覆网植草 防护工程 气泡混合轻质土 征地拆迁费用 合计 20 单位 元 m3 m3 m3 m2 m2 m3 m3 亩 0.20 180000 36000 127189 征地考虑3米护坡道 及排水沟用地 20 1190 394 150 400 20 250.00 45.00 40.00 14.50 21.76 300.00 5m 18.75 m2 15 m 米 常规排水预压形式 数量 单价 合价 91189 5000 53550 15760 2175 8704 6000 填至超载路基高度， 假设超载1米 软基路段的轻 0 0 0 77000 综合单价 0 78600 20 80.00 说明 数量 单价 轻质土形式 合价 78600 1600 说明 路基顶宽度： 路基底宽度： 3.75 m 3.75 m
EPS范围
2 材料性能
2.2基本性能 2.2.1微孔性 气泡混合轻质土是一种微孔类轻质材料，其内部含 有无数个微细独立均匀气泡，气泡直径30~60μm,气泡群 含有率20%~90% ，气泡群显微照片和气泡混合轻质土切 面照片分别如下。
气泡群显微照片
气泡混合轻质土切面照片
2 材料性能
2.2.2轻质性 由于内部均匀分布有大量气泡，其容重比一般土建 材料小很多（如下表），可减少填筑自重。用作路基填 筑时，其湿容重一般取4~6kN/m3，每换填1m厚度的气泡 混合轻质土可减少12~14kpa荷载，即其荷载只相当于 0.20~0.30m厚度的普通填土荷载。