轻质混合泡沫土在桥台改造中的应用

2015-10-31刘晶晶

建材与装饰 2015年18期

关键词：轻质桥台水泥浆

刘晶晶

（福州市公路局直属分局福建福州 350002）

轻质混合泡沫土在桥台改造中的应用

刘晶晶

（福州市公路局直属分局福建福州 350002）

轻质泡沫土是一种新型的材料，具有质量小且强度大于普通土体的特点。由于桥台存在这填土沉降严重、跳车等问题，因此利用轻质泡沫土对一座简支梁桥的桥台进行改造，包括桥台改造设计、施工流程和加固后效果的评估。改造完成后，经过两年的观察，没有发生新的沉降和跳车等问题，改造效果良好。

轻质混合泡沫土；锥坡下沉；桥头跳车；桥台改造

绪论

泡沫轻质土主要是通过使用有效的物理制作方法，将发泡剂水的溶液制作成泡沫形态。其方法是将必须组分水泥基胶凝材料和可选组分的集料以及合适比例的掺和料和外加剂通过水进行混合，并予以适当的搅拌，最终通过物理学中的化学作用将其硬化成一种属于轻型物质的材料。[1]如果从该材料的本质上来说，泡沫轻质土也可以将其称之为加气混凝土，严格来说它也算是加气混凝土中的一个品种，不过相比其他品种要较为特别。泡沫轻质土是一种表观密度较低，而强度较高的材料，其主要特点是表观密度比一般的土体小，而强度和变形特性可以达到甚至超过良好土体。泡沫水泥轻质土具有良好的流动性、水硬性、施工性及经济性等特点，可以广泛应用于路基填方，软基处理，桥头处理，公路扩幅，桥台背填筑等方面。文献[2]介绍了泡沫轻质土的制备和公路桥梁台背回填泡沫轻质土施工工艺，文献[3]介绍了泡沫轻质土在软土地基中高速公路拓宽工程的应用，泡沫轻质土还被应用于隧道的病害处理[4]。本文从桥台病害出发，详细介绍了泡沫混合轻质土的实际制备，在桥台病害改造设计和施工中的应用。

1　桥梁病害概况

某匝道桥梁全长304.00m，桥跨组合为6×20+1×22+1×20+3× 26+1×21+2×20m。上部结构为现浇预应力混凝土连续空心板，下部结构为墙式桥墩、肋式桥台、钻孔灌注桩基础，桥面设置SSFB-80型伸缩缝。该匝道桥于2002年12月23日竣工通车，至今运营10年多。经检测，该桥被评定为二类桥三类部件，桥梁的主要病害为桥台病害。其中，病害表现为锥坡下沉严重，台帽、耳墙与锥坡脱空，部分锥坡砌体开裂；台背填土和搭板尾端下沉严重，搭板脱空；伸缩缝缝宽较大，台背防撞栏往路基方向倾斜；背墙与台帽连接处开裂。

根据分析桥台的病害是由于软基处理不到位、施工误差、使用荷载超限等因素造成的。

（1）软基处理不到位。根据竣工文件，原设计台后软基采用排水板，因地基抛石较厚，无法施工，软基处理统一变更为50cm后碎石砂垫层加钢筋网。桥址区软基厚度超过20m，未进行适当软基处理是产生桥台病害的重要原因。

（2）施工误差。从现场看，台后两侧脱空是由于施工时的压实度不足，而且实际的锥坡坡度小于1：1，与原设计不符造成锥坡更容易沉降。

（3）使用荷载超限。该桥设计采用的荷载等级为汽超-20、挂-120，随着路网的完善，公路运量的增加，桥梁车辆荷载超限现象较为普遍，根据高速公路收费站监测部分车辆荷载达到60吨，超过汽超-20级重车的重量。

2　加固设计

2.1加固设计基本思路

该桥病害的主要原因是台后软基未得到适当处理，地基下沉引起的。因此，在对桥台、耳墙、桥头跳板进行加固处理的同时，最主要的是进行软基处理，采用的方式采用台后换填。在通车10年来，曾多次对桥台台背采用沥青混凝土修补，但台背下沉问题始终没有得到根本性的解决。因此，本次加固采用泡沫混合轻质土进行台后换填。气泡混合轻质土是一种自量轻，容重小于水重，固化后可以直立，对台背无侧压力的新型轻质材料，采用该材料可以对桥台台背肩负换填，减少桥台台背的工后沉降，减少维修费用，提高行车的安全性。因此，换填范围为台后搭板起20m范围。

2.2台背气泡混合轻质土换填设计要点

（1）气泡混合轻质土的概念及基本特性。气泡混合轻质土是按照一定比例将水泥、水和气泡经充分混合搅拌凝固后所形成的轻型填土材料。气泡混合轻质土在工程应用中，其容重的特性会相对较小，对其强度和容重可以依据实际需求进行相应的调整。气泡混合轻质土不仅施工性能好，而且其在固化之后有较强的自立性。相对于其他材料渗透性和吸水性，气泡混合轻质土都处于较低值，在导热性方面，系数小，而且其耐震、隔热、隔音以及抗冻融性性等方面性能十分好，相比较于水泥混凝土材料有同等的耐久性。台后气泡轻质土的技术指标见表1。

表1　台后换填气泡混合轻质土技术指标

（2）换填纵、横断面设计。气泡混合轻质土换填的顶部标高和原路基相同。台后直接与台背相接，在纵向气泡混合轻质土与常规填土过渡区，气泡混合轻质土按1：4的坡率设置2m宽的台阶进行过渡，台阶向内设5%的横坡。气泡混合轻质土按一定的距离设置施工（沉降）缝，沉降缝采用1cm的沥青木板或夹板。气泡混合轻质土换填的横、纵断面分别见图1和图2。

（3）在气泡混合轻质土顶面以下3cm和30cm各设置一层10cm×10cm（直径3.2mm）镀锌铁丝网，接长时搭接宽度20cm。

（4）考虑到气泡混合轻质土顶部和台阶区的防水，在气泡混合轻质土顶部和斜坡面台阶采用防渗土工膜隔离防水。

（5）考虑到气泡混合轻质土与常规土间可能存在的变形差异，在气泡混合轻质土底部设置一层50cm的碎石垫层。根据竣工图资料，原有台背填土底部已设有50cm厚碎石砂垫层。换填气泡混合轻质土时，先开挖台背填土至原有碎石砂垫层顶，再换填。

图1　横断面布置

图2　纵断面布置

3　施工步骤及技术要点

3.1施工步骤

（1）施工区域划分。

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。

（2）路基开挖。

在进行路基开挖时，需要严格依据设计图纸的相关要求，然后对台背回填段路基实施开挖。

（3）清理基底。

在施工中浇筑区经常会存在着部分杂物，需要及时对其进行有效的清理。基底要保证不能有积水以及有松软土存在的情况，同时还需要对基底土层采取碾压处理的方式，确保压实度大于80%。

（4）临时模板的安装。

由于浇筑区域规划的需要，需要在浇筑区域内安装相应的临时模板，由于泡沫轻质土具有流动性十分好的特性，那么在对临时模板进行安装时，一定要注意模板安装的紧密性，避免有漏浆现象的发生。

（5）泡沫生成。

泡沫是由发泡剂稀释后加压缩空气经发泡机生成。

（6）水泥浆制备。

在对水泥浆进行制备时，必须保证其连续性，防止其在轻质土的浇筑过程中，会出现有局部消泡以及初凝等现象，最终对整个工程的施工质量造成很大影响。在现场施工时，需要对水泥浆再一次的进行搅拌，通过多次搅拌来促使其保证相对的均匀，没有沉积现象。对于出料口可以相应的设置一个过滤网，这样就能有效的避免有大颗粒的材料对泵管造成堵塞。同时在进行施工的过程当中，需要不定时的对水泥浆进行检测，确定水泥浆的质量是否合格，保证其一直处于质量稳定生产状态。

（7）泡沫轻质土生成。

通过将气泡进行适当的加压处理并与水泥浆进行混合，是泡沫轻质土的构成方式。在施工中，每次在启动机器之后，还需要对生产参数作适当的调整，使其符合相应的标准，从而来有效保证泡沫轻质土的湿密度以及流量都能满足设计的相关要求。

（8）现场浇注。

采用分层浇注，泡沫轻质土单个浇注区、浇注层的浇注时间应控制在水泥浆初凝时间内，上层浇注层仅当下层浇注层终凝后方可继续浇注施工。工程中第一、第二层轻质混合泡沫土的施工见图3和图4。

图3　第一层轻质混合泡沫土浇注

图4　第二层轻质混合泡沫土浇注

（9）成品保护。

①当遇大雨、暴雨以及持续时间相对较长的小雨天气时，那么就需要对未固化的泡沫轻质土采取相应遮挡雨水渗透的措施，避免出现雨水消泡现象。②泡沫轻质土在浇筑完成后，如果其已经硬化成型，但是其硬化后的强度仍不能满足设计强度的条件下，那么还不是适合直接进行使用。③在进行泡沫轻质土浇筑时，浇筑程度已经达到了设计标高，可以采取在其表面覆盖塑料薄膜的方式，来对其进行保湿养护。

3.2施工技术要点

（1）气泡混合轻质土浇注施工前，应确保基底无积水、无松软土。基底土层是必须要进行碾压处理，要保证其压实度不得低于80%，施工过程中要确保气泡混合轻质土与其他材料结合面无水渗透。

（2）气泡混合轻质土单层浇注厚度按0.3～0.1m控制；在同一区区段中，上下两个相邻的浇筑层，如果当时的施工期气温没有低于15℃以下，那么最短浇筑时间的间隔就要按照12h控制；同样，浇筑间隔时间不得低于2d。

（3）气泡混合轻质土单个浇注区浇注层的浇注施工时间应控制在水泥浆终凝时间内。

（4）应沿浇注区长轴方向自一端向另一端浇筑；如采用一条以上浇注管浇注时，则可并排地从一端开始浇注，或采用对角的浇注方式。

（5）浇注过程中，当需要移动浇注管时，应沿浇注管放置的方向前后移动，而不宜左右移动。如确需左右移动浇注管，则应将浇注管尽可能提出当前已浇注轻质土表面后再移动。

（6）进行扫平表面时，应尽量使浇注口处于水平状态，并且需要要求浇注口要比当前浇注轻质土的表面相对要低。

（7）最大限度的避免在还没有固化的轻质土里进行作业。

（8）对路床部位的泡沫轻质土，在对每层的浇筑完成后，需要采用塑料薄膜来对其进行覆盖，作相应的保湿养护。待最后一层的浇筑完成后，对于其的养护期不得低于7d。气泡混合轻质土顶面路面底基层施工前，为避免气泡混合轻质土因强度不够可能引起的破坏，在气泡混合轻质土强度尚未达设计强度时，严禁在气泡混合轻质土顶面行驶车辆或其它施工机械。

（9）纵横坡调整：由于气泡混合轻质土拥有流动性较大的特性，对于纵坡的设置可以通过在顶面设置一个固化台阶，然后使用路面底基层料回填台阶，来实现整体间的高差；在组织施工设计当中，需要对设计固化台阶的高差大小予以充分考虑，并据此设计好各个分区的浇注层数和各层厚度。