泡沫轻质土在填方路基施工中的应用探讨

欧长胜

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、掺合料、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。因其具备质量轻、密度和强度可调性高、凝结性好和施工操作性简便等特性，在土建填方领域中被新兴推广应用。作者在施工过程中经过长时间施工总结和参阅有关文献并经科学分析后形成本论文，旨在和广大同行业施工人士探讨应用，有利于工艺推广。

一、泡沫轻质土施工方案的项目背景

作者所在施工项目是海南省东方市山区二级公路改扩建项目，项目承担提质改造、打造绿色生态沿江风情旅游道路的施工任务。考虑到施工桩号K94+810～K94+830和K107+931～K108+031 两处位于高陡坡路堤路段，直接放坡填筑路堤存在占地大、不利于环保的缺点及项目对施工水土保持要求高的要求，泡沫轻质土仅为常规填料的1/3 重量，即轻质土填筑3m 高相当于常规填料1m 高的重量，可在调缓坡度填高骤增的同时，提高路堤的安全稳定性，施工中引入泡沫轻质土路基施工施工方案。

1.泡沫轻质土特性与设计指标选择

（1）特性

泡沫轻质土除经济、环保和耐久性外仍具备多种特性，主要特性有：

轻质性：干体积密度在300kg～1600kg/m3之间；

密度和强度可调节性：可以按照工程需要调整密度和强度；

凝结性：为水硬性材料，以水泥为胶凝材料，硬化后可自立，可垂直填筑；

施工操作性：采用管道泵送，泵送距离高达500m 以上，自流平，自硬化，无需推平，碾压或振捣。

（2）本工程泡沫轻质土设计指标

本工程泡沫轻质土主要设计指标为施工密度和抗压强度，不同填筑深度其指标应满足以下要求。

表1 泡沫轻质土路基施工湿密度和抗压强度

2.施工原材料的选择

（1）泡沫剂

泡沫剂应出具出厂合格证，合格证应明确匀质性指标，且匀质指标应满足《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》的要求。本工程选用的泡沫剂为HF30 水泥发泡剂（植物型）， 经见证检验，各检测项目均符合要求。

（2）水泥

水泥采用华润P·O42.5 级普通硅酸盐水泥，经见证检验，3d 抗折强度和7d 抗折强度可达到5.3Mpa 和7.6Mpa；3d 抗压强度和7d 抗压强度可达到28.5Mpa 和49.2Mpa，各检测项目均符合要求。

（3）HDPE 防渗土工膜

土工膜采用符合GB/T17638-1998 标准，经检验合格准予出厂的HDPE 防渗土工膜。

（4）钢塑土工格栅

钢塑土工格栅采用带有出厂检验合格的GSZ60-60型双向土工格栅，各项指均满足以下规定值。

表2 钢塑土工格栅技术指标

二、施工配合比设计

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。本工程分6 组进行试配配合比试配试块制作以100mm×100mm×100mm 的立方体为准，在施工原材料选定的基础上，结合施工图设计与《现浇泡沫轻质土技术规程》配合比设计的要求，进行试验室配合比设计。经过分组试配，在对气泡群密度、流动度、湿容重、7d 表干容重、7d 抗压强度、28d 表干容重、28d 抗压强度指标结果比对后，确定最优生产配合比为每m3材料用量水泥350kg、水190kg、气泡群720.3L。通过配合比的设计可知，同等养护条件下，影响泡沫轻质土强度的主要因素有泡沫与水泥的掺量。水泥含量少，泡沫含量多的配合比，流值小，强度低，湿密度校反之，水泥含量大，泡沫含量少的配合比，流值大，强度高，湿密度大。因此，可参考此规律调整各成分含量得到所需要的配合比。

三、泡沫轻质土路基施工工艺

1.施工准备

泡沫轻质土在填筑前应严格按照作业指导书进行检查准备，本工程施工用水考虑到施工所在区域位置水资源不丰富，采用打深水井抽取浅层地下水蓄水后作为施工用水，施工作业人员按照6 人一班制组织，水泥罐可一次性预储存150t 水泥，施工过程中设置专人通过计量装置严格按照施工配合比控制各种原材料的掺量。

2.泡沫轻质土制备

泡沫原材料选用HF30 水泥发泡剂（植物型），按照比例稀释60 倍后成发泡液，连接好发泡机与空压机，通过调节发泡机流量与气压大小得到符合要求的致密的泡沫群。搅拌机内添加水泥、水进行水泥浆制作，通过发泡机连接系统将泡沫与水泥浆混合后搅拌，搅拌时间以混合料搅拌均匀为宜，本工程控制时间为2～3min。

3.输送与浇筑

浇筑前应检查现场准备，基底清杂完毕后应检查标高控制是否满足需求，对于需要基底处理的工程应及时进行基底处理。本工程考虑基底位于沟壑冲刷侧，浇筑前进行了20cm 碎石填筑。同时，为了加强泡沫轻质土的整体性在浇筑的底部、中部及以上增设了HDPE 防渗土工布和钢塑土工格栅，土工材料进场时均应带有出厂检验合格证的铭牌，施工铺设时铺设宽度、搭接宽度、固定方式均应满足土工织物施工规范要求。

泵送设备采用固定管道，本工程为挤压式泵送输送设备，泵送距离100～ 230m，泵送浇筑控制速度30～50m3/h。人工辅助浇筑时为避免气泡被压缩、密度变大而不能达到相关湿容重的要求，应采取分层法浇筑，单层厚度宜控制在0.3～0.5m 之间。同时，应禁止大幅度摆动输料管，浇筑时出料口宜埋入已浇筑的泡沫轻质土内，当无法满足要求时，出料口与浇筑点的高差宜控制在1.0m 以内。当遇到大雨、强降雨或持续时间较长的小雨天气时，未硬化的泡沫轻质土表面应采取覆盖保护措施。上层浇筑作业必须在下层浇筑终凝后实施，浇筑至设计标高后，宜在浇筑面覆盖养生膜进行养护，达到设计强度后方可进行下一分项工程施工。

四、施工评价

1.环保性

该新型填筑材料施工工艺简单，施工机具性能高、施工噪音低、污染少、施工时可做到无扬尘、无空气污染和水源污染。施工区域和非施工区域有挡土板隔离，施工区域连续、整洁、美观，能够保证施工区域的地形、地貌、天然植被不被破坏，最大程度的保持水土完整性。

2.经济性

面对山区生态脆弱的自然因素和水土保持要求高的政策性因素，每一寸土地的征用都尤为困难，泡沫轻质土的应用在减少土地征用、节省工期、人工和机械成本上效果明显。具体体现在工期投入上日完成工作量可达到500m3以上，混合料强度上升快，较常规土方填筑狭长山区不用投入过多路基设备，施工人工和机械成本仅需15 元/m3左右。

3.施工便捷性

施工场地不需要占用较大的地方，通常在施工区域外架设单个水泥罐和确保水资源即可，由于采用管道泵送设备输送可实现垂直和水平填筑，安全风险因素小，人工劳动强度低，简单培训后即可操作。

五、结语

泡沫轻质土作为新兴轻型材料，因其质轻、耐久、环保、施工便捷等优点目前已用于加固软土地基、陡峭路堤填筑、地下管道填充、地下采空区回填及抢险工程等，相应的专业施工队伍也逐渐的完善。其工程完工效果也都在预期内，随着基建行业的大规模兴建，相信泡沫轻质土会越来越多的应用于土建领域。