泡沫轻质土在高填方路基改建施工中的应用

李亚琼

(山西远方路桥(集团)有限责任公司，山西 大同 037006)

0 前 言

随着山西省内交通运输基础设施质量及等级的不断提升，一定程度上缓解了山西省内交通运输的迫切需求；但从目前的交通运输量增长趋势角度分析，既有的交通基础设施密度及等级在满足远期交通运输量方面已经捉襟见肘。因此，对既有公路进行改扩建是缓解这一迫切供需矛盾的主要方法。山西省地质结构复杂，各种地形交错分布，为了满足公路的行车安全性和行车平顺性，必然出现一定比例的高填方路段，在后期改扩建过程中，为了保证扩建路堤与原路基之间的变形协调性，防止高填方路基在荷载作用下出现较大沉降，进而引发路基表面塌陷，影响行车安全。

泡沫轻质土凭借拌和效率高，取材方便，性价比高，抗压强度高及环保低碳等优势被广泛应用在路基填筑施工实践中，尤其在高填方路基改扩建施工项目中应用更加普遍；本文以山西省内某高填方路基改扩建施工项目为例，尝试将性能更优的泡沫轻质土应用在高填方路基改扩建填筑施工中，以提高山西省内高填方路基段的改扩建施工质量和效率。

1 填筑用泡沫轻质土配合比设计

1.1 泡沫轻质土原材料分析

常规的泡沫轻质土组分主要包括：发泡剂、水泥净浆、粉煤灰及改性外加剂几种。拌和用的发泡剂根据理化性质可以分为化学类、物理类及表面活性类几种，化学类发泡剂在拌和过程中能够与水发生化学反应释放大量的膨胀剂，膨胀剂是泡沫轻质土的主要材料，但化学发泡剂在反应过程中伴随产生大量的有毒气体，因此，在大规模拌和过程中一般不使用化学发泡剂；物理发泡剂是借助物理反应使高分子材料在拌和和挤压作用下生成膨胀性泡沫材料，物理发泡剂应在合理的范围内搅拌挤压；表明活性材料的主要原理是通过降低拌和液体表面的张力值，通过表面张力值的改变生成气泡，大量的单一气泡材料排列组合后形成发泡剂。本次高填方路基填筑用泡沫轻质土制备使用物理发泡剂材料。

水泥净浆主要满足泡沫轻质土的胶凝作用，水泥净浆是泡沫轻质土强度形成的主要材料和诱因，在高填方路基填筑施工过程中，为了满足胶凝材料的作用持续性和强度要求，一般不能使用早强水泥或者膨胀性水泥；由于泡沫轻质土的拌和周期较长，一般为4～5 h，为了保证水泥净浆的施工和易性和强度形成要求，一般使用初凝周期较长的水泥净浆。此外，在泡沫轻质土中添加粉煤灰能够降低同等组分的水泥使用量，降低拌和过程中的水泥水化热对泡沫轻质土的影响，且能够满足泡沫轻质土的施工和易性和水胶比要求，提高了泡沫轻质土的绿色性和低碳性。通过添加矿粉等改性外加剂可以明显提高泡沫轻质土的抗渗性和密实性，有助于优化泡沫轻质土的内部空间结构。

1.2 泡沫轻质土配合比设计

施工现场采用正交试验法进行配合比试验测定，为了对比不同配合比的性能优劣，拟设定两种配合比结果进行对比分析。表1为泡沫轻质土材料的不同组分指标统计结果。

表1 泡沫轻质土材料的不同组分指标统计结果

根据以上两种配合比设计方案，分别制备两类泡沫轻质土试样，分别对上述两种配合比对应的试验试样进行泡沫消除试验和7 d和28 d抗压强度试验，经试验可知，以上两种配合比对应的泡沫轻质土材料对应的气泡率值均大于60%，满足泡沫轻质土施工规范相关要求，因此，可以使用物理发泡剂作为本次高填方路基填筑用泡沫轻质土发泡剂主材。表2为两种配合比设计方案对应的泡沫轻质土各项性能试验结果。

表2 两种配合比设计方案对应的泡沫轻质土各项性能试验结果

详细分析上述两种对应配合比类型的流值变化情况可知，泡沫轻质土的流值与气泡率之间呈明显的负相关关系；1、2配合比对应的28 d抗压强度指标分别为957 kPa、1 329 kPa，仅第二种配合比指标满足规范要求，故本次高填方路基填筑使用第二种配合比设计方案；此外，第二种配合比设计方案使用了一定比例的粉煤灰材料，粉煤灰是煤炭燃烧的附属产物，极大地消化了煤炭燃烧废料，配合比设计结果性价比较高。

2 泡沫轻质土的质量控制

2.1 土工合成膜及金属钢丝网敷设施工控制

为了保证泡沫轻质土在高填方路基填筑施工过程中的定位准确性，防止因施工荷载引起的大变形问题，在填筑前应先敷设土工合成膜和钢丝网材料，且合成膜应敷设在钢丝网上部，钢丝网之间的相互连接采用焊接方式，焊缝宽度不能小于50 mm，在钢丝网敷设过程中应施加一定的预应力进行钢丝网张拉，边缘位置应使用铆钉锚固在路基内部，钢丝网上在敷设合成膜时应先铺筑厚度为200～300 mm范围内的碎石垫层结构，保证碎石垫层分布均匀合理，合成膜在敷设过程中应保证边缘平整，防止出现卷曲和重叠问题。图1为土工合成膜现场敷设情况。

图1 土工合成膜现场敷设情况

2.2 泡沫轻质土现场浇筑施工控制

在泡沫轻质土浇筑前，应先对浇筑底部进行质量现场检查，保证泡沫轻质土浇筑基底未见明显杂物，保证基底干燥清洁；此外，应观测基底的平整度，抽检位置的高程标准差满足设计要求。泡沫轻质土浇筑采用分段分块进行，且单个浇筑块的浇筑间隔时间不能超过3 h；泡沫轻质土浇筑过程中应沿着较长轴开始浇筑，如果采用多线同步浇筑法可以考虑采用对角浇筑，为了保证泡沫轻质土的施工和易性，浇筑过程中浇筑管应精准定位，防止浇筑过程中出现左右抖动等问题，且浇筑管道管口应放置在浇筑平面下。高填方路基浇筑至固定标高位置后，为了防止水分蒸发过快导致的泡沫轻质土表面胀裂，应采用塑料薄膜及时塑封，并在塑料薄膜表面定时洒水养护，保持泡沫轻质土表面的湿度，洒水养护周期不能低于14 d，以保证泡沫轻质土强度等级满足设计要求。高填方路基填筑施工完成后，为了保证泡沫轻质土路基的强度等级满足设计要求，防止因强度发展不足引起的表面大变形，路面铺筑施工应在泡沫轻质土强度等级达到设计强度后再进行，路面摊铺施工过程中应严格禁止沥青混合料摊铺机、推土机及压实机械直接在泡沫轻质土表面走行，避免应应力集中引起的局部破坏，摊铺和整平应遵循“卸料、摊铺、压实同步进行”的基本原则。

3 总 结

由于山西省内地形条件复杂，为了满足路线的平顺性和行车安全性，势必涉及高填方路基施工工况，在高填方路基改扩建施工过程中，为了保证新建路基的强度和抗变形刚度，实现新旧路基的协调变形；本文尝试将泡沫轻质土应用在高填方路基填筑施工实践中，通过优化泡沫轻质土配合比，提高泡沫轻质土施工关键环节的质量控制能力，泡沫轻质土完全适用于高填方路基的改扩建施工工况要求，可以在后续的同类工程中推广应用。

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