轻质泡沫混凝土在改扩建工程路基填筑中的应用

赵运姣

摘要：文章以广西兰州至海口高速公路南宁经钦州至防城港段改扩建施工为例，介绍了轻质泡沫混凝土的结构组成与工程特性，阐述了其施工工艺，并通过混凝土材料填筑前后路基沉降比例的对比试验，证明了轻质泡沫混凝土材料的优良特性，其对于公路工程改扩建施工引起的路基沉降具有一定的抑制作用。

关键词：轻质泡沫;混凝土;改扩建;路基;应用

中图分类号：U418.8 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.09.019

文章编号：1673-4874（2019）09-0066-02

0引言

随着我国经济的高速发展，每年都兴建大量的交通基础工程，为地区间的客货运输提供了重要保障。以公路工程的建设为例，通过工程技术人员长期的探索与实践，在公路工程的施工技术和施工设备方面取得了较大的进步。对于路况较为繁忙、车流量较大、运营时间较长的路段，容易发生各类公路病害，且路面宽度也无法满足日益增长的车流量需要，为此，对这类公路进行改扩建施工显得尤为必要。在改扩建施工中，公路拓宽的方式较为常见，这是提高公路运输能力的主要手段，但多数的拓宽施工中都会引起路基不同程度的沉降，给公路的安全运营带来一定隐患。轻质泡沫混凝土属于一种新型的施工材料，具有多孔、轻质、耐久等诸多优良特性，且其密度和强度可调节，对于解决公路拓宽改扩建施工中产生的路基不均勻沉降问题具有一定作用，工程应用前景广阔。

1.轻质材料分类

通常情况下将重度低于细粒土的材料统称为轻质材料。在常规公路工程的施工过程中，轻质材料一般分为三类，即粉煤灰、工工泡沫（EPS）和轻质泡沫混凝土。

1.1 粉煤灰

粉煤灰在近些年的工程施工中应用比较广泛，常见于发电厂生产废料中，属于人工火山灰材料的一种，其容重介于12-16kN/m，相比于土工泡沫和轻质泡沫混凝土，粉煤灰材料的应用较早，但随着公路工程施工标准的不断提高，能用于公路工程施工的粉煤灰材料变得越来越少，且粉煤灰轻质特性相比于土工泡沫和轻质泡沫混凝土而言较差，因此，粉煤灰材料的应用逐渐转向楼字建筑施工领域，而在公路工程施工中的应用变得较少。

1.2 土工泡沫

土工泡沫为一种高分子聚合物，具有轻质、耐压、防水、抗老化、抗疲劳等诸多特性，压缩后不易发生形变.土工泡沫最开始用于路基工的换填，解决路基不均匀沉降等问题.工工泡沫多为块体状，制作工艺简单，通过聚合过程得到相应的固体原型，再经过发泡、成型、养护等过程最终制作成块体。一般来讲土工泡沫块体密度介于20-30kg/m，其回填过程中的减载效果非常显著，块体状的结构为运输、安装和施工带来了极大便利。土工泡沫在解决路基和结构物差异沉降、残余沉降、公路改扩建施工新旧路基差异沉降问题上具有一定优势。

1.3轻质泡沫混凝土

轻质泡沫混凝土的应用技术在近些年来有了比较成熟的发展，在公路工程的应用中占据一定比重。轻质泡沫混凝土由水泥砂浆和微小气泡群按特定的比例混合而成，硬化后可得到多孔状材料。具有轻质、稳定、隔热性好、受环境因素影响小等特性，在路基填筑过程中能够降低载荷压力，进而提高了施工质量、缩短了施工工期、节约了土地资源。在公路工程改扩建拓宽施工中，对于路基填筑、基础处理等方面具有一定的作用。

轻质材料分类如表、所示。

2 轻质泡沫混凝土结构特性分析

2.1轻质泡沫混凝土结构组成

轻质泡沫混凝土主要是通过物理方法使发泡剂溶液形成泡沫，与水、水泥基胶凝材料、集料、外加剂等按照特定比例进行混合并搅拌，经过一定的物化作用后形成的轻质材料。在实际工程应用中，除有特殊要求外，其材料主要由水泥、水以及泡沫构成，集料、外加剂等可根据具体性能和经济性需求进行适当配比。

2.2 轻质泡沫混凝土工程特性

2.2.1轻质性

轻质泡沫混凝土具有多孔特性。多孔性主要是由于泡沫的原因.轻质泡沫混凝土内部大量微小的气泡群使得其重度低于一般工体，气泡率在70%左右，轻质性是其显著的工程特性.

2.2.2 密度和强度可调节性

在工程具体应用中，依据工程实际需求，通过改变水泥含量以及水灰比、外加剂用量等，可使轻质泡沫混凝土的密度和强度具有一定的可调节性，容重调节范围约为5-20kN/m，强度调节范围介于0.5-20MPa之间，以达到不同施工标准的要求。

2.2.3 自立性

因采用水泥来作为固化剂，通常情况下在浇筑5h之后，轻质泡沫混凝土便开始固化，固化后具有抗压自立特性。在轻型挡土墙或挂板上方可进行垂直方向的浇筑，成型后对挡土结构的影响较小。

2.2.4 耐久性

因轻质泡沫混凝土属于水泥类施工材料，因此具有和水泥混凝土同样的耐久性。

轻质泡沫混凝土工程特性如表2所示。

2.3轻质泡沫混凝土物理特性

2.3.1容重

轻质泡沫混凝土容重比较低，范围一般在300-1200kN/m之间，仅为常规建筑施工材料的1/3左右。轻质泡沫混凝土具体容重与固化形式、泡沫的含量、配比参数和施工环境有关。衡量容重的指标一般有干密度和湿密度两种，干密度指轻质泡沫混凝土固化后在自然干燥条件下的密度;湿密度为轻质泡沫混凝工固化前流动状态下的密度.由于成型过程中内部水分变化引起密度的改变，因此，干密度与湿密度大小一般不同，且通常来讲，干密度值小于湿密度值。

2.3.2干缩性

轻质泡沫混凝土固化后体积变小，具有一定的干缩性。与常规混凝土施工材料相比，其干缩程度为后者的5倍左右，而随着砂泥比进一步增大，其干缩系数呈线性递减趋势。因此，在水泥用量恒定的情况下，增加砂量可达到减小于缩系数的目的。

2.3.3流动性

轻质泡沫混凝土具有较强的流动性，能够实现自流平和自硬化过程，无需振捣或碾压便可自密实。其流动性可通过牛顿流体力学参数进行控制，也可用圆筒法对表征流值进行测定。为符合常规条件下的各类施工需要，其流值应控制在150±10mm左右。

2.3.4 隔热性

轻质泡沫混凝土多孔特性使其具有良好的隔热性能.经过研究可发现，其中的气泡数量越多，隔热性能越好。对于小体积浇筑而言，通常弱化隔热性能对本体结构带来的影响，但在公路工程施工过程中，轻质泡沫混凝土一般使用现浇工艺。因此，应忽略其隔热性能，其中最主要的原因是水泥所具有的水热化特性。

3 轻质泡沫混凝土在改扩建工程路基填筑中的应用

3.1工程概况

兰州至海口高速公路南宁经钦州至防城港段改扩建工程，全长30.862km，于2017年进行改扩建施工，工程预算15.53亿元，计划工期2年，預计2019年9月完工。其中，以南宁经钦州至防城港段高速公路的KT4+000-K14+300右幅的改扩建路基拓宽施工为例，对轻质泡沫混凝土在路基填筑中的应用效果进行综合论证。

该段右侧道路外侧有居民住房，房屋无法进行拆迁。路基拼接加宽将占用该段既有村路，致使当地村民无法耕种及出行。为了减少路基填方施工对周边房屋造成的影响，在该段采用轻质泡沫工进行填筑将填方坡脚线往路基中线收缩，不占用村路;泡沫轻质土施工不需机械碾压震动，减少施工时对房屋造成开裂或坍塌的风险。

3.2施工工艺要点

（1）该轻质泡沫混凝土使用段落长度约为300m，顶面宽度约为6-7m，底面宽度约为4m，高度约为2.5-4.5m。（2）在最底处开挖好台阶后铺筑一层0.4m厚的碎石，宽度约为3.5m;在碎石顶面铺设一层防渗土工膜，宽度约为3.5m。（3）泡沫轻质混凝土长度>10m时，按10m间距分节并设置沉降缝，缝宽2cm，缝内填筑聚苯乙烯板。（4）泡沫轻质混凝土浇筑体距底部1m及距离顶部1m处各设置一层φ2.5mm@2.5×2.5cm镀锌铁丝网。当填筑高度>5m时，在中部增设一层φ2.5mm@2.5×2.5cm镀锌铁丝网。（5）泡沫轻质混凝土浇筑时采用分层分块施工，单层浇筑厚度为0.5-1.0m.泡沫轻质混凝土约6452m，碎石为280m，防渗工工膜为1575m。

3.3轻质泡沫混凝土技术指标（见表3）

4 轻质泡沫混凝土材料填筑前后路基沉降对比试验

本试验中，通过对比普通混凝土材料与轻质泡沫混凝土材料填筑前后路基沉降比例，来证明轻质泡沫混凝土在改扩建工程路基填筑中的优势。采集该段高速公路改扩建施工中用到的普通混凝土与轻质泡沫混凝土材料样本，加载到该试验仪中，通过调节试验仪施加的压力来真实模拟土方重力所引起的路基沉降。填筑普通混凝土和轻质泡沫混凝土前后路基沉降对比分析如表4所示。

5 结果分析

由表4试验数据可知，路基在混凝土材料填筑之前的沉降比例为20%，在使用普通混凝土填筑后其沉降比例为15%，而使用轻质泡沫混凝土材料填筑后的路基沉降比例为10%。可见，使用普通混凝土材料和轻质泡沫混凝土材料对于减缓公路改扩建施工中路基的沉降都能起到一定作用，且轻质泡沫混凝工材料在抑制路基沉降方面的效果更为显著。后页图1比较直观地反映了轻质泡沫混凝土材料在控制公路改扩建施工中路基沉降方面的优势。

6结语

公路工程改扩建施工中的路基沉降问题一直以来都是技术人员所研究的重点，长期以来，通过该领域相关专家及学者们的不断探索，在控制改扩建施工路基沉降方面取得了较大的进展。轻质泡沫混凝土材料具有诸多优良的工程特性，在工程施工领域的应用比较广泛。本文以兰州至海口高速公路南宁经钦州至防城港段的改扩建施工为例，对轻质泡沫混凝土在控制路基沉降方面的优势进行了论证。试验结果表明：轻质泡沫混凝土相对于普通混凝土材料而言，在控制公路改扩建施工路基沉降方面具有一定的优势，工程推广意义显著。