现浇泡沫轻质土施工工法

现浇泡沫轻质土施工工法

【摘要】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”。该材料具有轻质、密度与强度可调、良好的施工性和环保性等特点，其性能偏重于替代常规填土，加快施工工期，减少工后沉降。

【关键词】泡沫轻质填土沉降

1 工法特点

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。

2 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。

3 工艺原理

3.1 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:

式中当前t时刻已完成沉降；—最终总沉降；软土层有效应力；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，则工后沉降可用下式表达：

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。

3.2 控制工后沉降的途径

轻路堤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。

4 工艺流程及施工要点

4.1 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；

3) 泡沫轻质土的生成即泡沫与水泥(砂)浆的混合；

4) 现场浇筑施工。

图4-1 现浇泡沫轻质土施工工艺流程图

4.2 施工要点

4.2.1 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。

3) 施工前，应清除浇筑区基底杂物，尤其应排清基底的积水，当在地下水位以下浇筑时，应有降水措施，严禁在基底有水的状态下浇筑施工。

4.2.2 泡沫生成

1) 泡沫是由发泡剂稀释后加压缩空气经发泡枪生成，发泡剂的性能直接影响泡沫的稳定性，用于泡沫生成的发泡剂性能应该满足下列要求：

a.对环境应无不良影响，宜采用界面活性类发泡剂。

b.在0℃以上的温度环境，发泡剂不应出现离析现象。

c.稀释倍率不宜小于100。

e.标准泡沫密度宜为40kg/m3～60kg/m3。

f.发泡剂所制作的泡沫应细密，经消泡试验确定的湿密度增加率不应超过10%。

2) 拌合水不应含有影响泡沫稳定性、泡沫轻质土的强度和耐久性的有机物、油污等杂质。

3) 发泡剂的稀释、起泡应采用设备自动化控制,泡沫应细密、稳定。

4.2.3 水泥浆制备

1) 水泥浆可以在现场拌合，也可使用拌合站集中供应，由于每立水泥浆含水量远大于混凝土的含水量，拌合站对水计量宜采用流量，而不宜采用重量，以加快水泥浆制备时间。

2) 泡沫轻质土对水泥浆中水泥强度无特别要求，但所用水泥必须先进行消泡试验，以确定其湿密度增加率是否满足要求。

3) 水泥浆制备应连续，避免轻质土浇筑过程中，出现局部消泡、初凝现象，影响整体施工质量。

4) 水泥浆在现场应进行进一步搅拌，以保证其均匀，无沉积，同时应在出料口设置过滤网，防止较大颗粒材料堵塞泵管。

5) 施工过程中，应对每车水泥浆进行重度检测，确保水泥浆质量稳定。