浅谈泡沫轻质土在桥梁施工中的应用

白云龙 上海交通建设总承包有限公司

现浇泡沫轻质土具有密度小、密度可调、强度可调、良好的施工性等特性，广泛应用于管廊回填保护、路基拓宽、土方填筑、软土地基工后沉降控制等工程领域。本工程泡沫轻质土用在新建桥台台背，一方面降低台后填土对直立式桥台的侧向压力，另一方面控制工后沉降，减小地基差异沉降，吸收路面冲击能量，减轻桥头跳车现象。

1.工程概况

国权北路小吉浦河桥改建工程位上海市杨浦区与宝山区交界处，对现状小吉浦河所设置钢便桥拆除重建。桥梁工程分为西1、西2和东1-4幅六个结构段，老桥位于东3幅结构段内。其中西1、西2、东1桥上跨地铁18号线双线隧道，东2、东3、东4位置为原有道路路基位置开挖新建桥台，其中杨浦侧靠近空军地块，受限于施工占地问题，采用直立式桥台。工程泡沫轻质土回填位置主要布置在东2、东3、东4桥北侧台后30m内。

本工程现浇泡沫土在场地平整完成后，先行实施路基结构的碎石层，然后施工泡沫轻质土，最后施工道路基层及面层。

2.泡沫轻质土相关指标及特性

2.1 泡沫土指标

泡沫土主要设计要求指标有：抗压强度（28d或7d）、湿密度、泡沫密度等，本项目工程采用的轻质土湿密度、28d抗压强度指标范围见表1。

2.2 辅助材料

轻质土回填采用的辅助材料为金属网及高密度聚乙烯土工膜，金属网采用网格尺寸2.5cm、直径1.5mm的冷镀锌铁丝网；土工膜采用聚乙烯土工膜，厚度大于等于0.5mm。

2.3 泡沫轻质土工程特性

（1）低密度

现浇泡沫轻质土的容重相对常规建筑材料密度要低。泡沫轻质土立方米容重在3-12KN，而普通水泥混凝土约为25KN，碎石基层约22KN,黏土约18-20KN，中粗砂与夯实黏土相当，粉煤灰为12-16KN 。

（2）容重和强度可调节性

现浇泡沫轻质土的干密度可以根据设计需要进行调整。通过调整泡沫土配比中水泥、中粗砂、发泡剂用量等，实现抗压强度和干密度的调节。干密度调节范围为0.3～1.6KG/m³。泡沫土无侧限抗压强度的调节范围为0.3～5.0MPa。作为土工填筑材料，泡沫轻质土强度从0.3MPa到20MPa分不同的等级。

（3）施工操作性好

现浇泡沫轻质土出料时呈流动状态，可以通过输送管道输送到较远的距离。大量泡沫的注入，使得泡沫土可塑性好，施工占用的操作空间小。当用于非承重结构时，如地下空间填充，路基下土方换填等，现浇泡沫土浇筑即成型，不需要进行振捣、碾压，也不需要进行特别的养护。

表1 泡沫轻质土混合物指标

表1 轻质土制备设备清单

3.施工准备

3.1 施工材料准备

施工主材包括水泥等胶凝材料、发泡剂。其中水泥等凝胶材料必须在进场检查合格的基础上进行取样复试，并由检测机构出具复检报告。

辅助材料包括防渗土工膜，金属网等。

（1）防渗土工膜应出具出厂合格证，供应商应提供第三方检验合格证书，应做进场外观鉴定，合格标准为：土工膜完整，没有撕裂、孔洞等缺陷。

（2）金属网应出具出厂合格证，并做进场外观鉴定：网格尺寸、镀锌铁丝直径应符合设计要求，没有明显变形、锈蚀、无断裂。

3.2 设备的准备

现浇泡沫轻质土的施工质量与施工设备密切相关，现浇泡沫轻质土在制备过程中涉及到复杂的固态、液态、气泡三种形态物质的混合，保持出机口泡沫土的均匀、稳定性轻质土施工质量的关键，轻质土制备设备清单见表2。

3.3 技术的准备

施工前，需对配合比进行试验。在表观密度不变的前提下，影响泡沫土性能的主要因素为水泥掺量、粉煤灰及矿渣用量，养护温度及外加剂使用量。

实验室试配强度采用设计强度指标的1.1倍；当试配试验确定的出料湿密度、沉降率、消泡试验（湿密度增加率）及抗压强度（7d）等全满足要求时，该配合比可作为施工配合比使用。

4.泡沫轻质土施工

本工程根据设计对泡沫土的指标要求，选用合理的配比。泡沫土施工过程如下：

（1）拌制水泥浆：先将定量的水加入工作站，再将称量好的水泥投入工作站，在工作站内搅拌生产水泥浆。

（2）将发泡剂加入工作站，设置好稀释倍率，发泡剂水溶液流量，空压机送风量，使水泥浆液与气泡充分混合，根据设置好的出料流量，安排出料。生成的泡沫土需及时使用，放置时间不宜超过2小时。

（3）立模板，考虑分缝情况，模板采用2cm竹胶板，浇筑完成后不取出。

（4）浇筑泡沫轻质土。将轻质土作业范围内预埋件、预留孔、雨污井在浇筑轻质土前做好，严禁在浇筑后凿孔打洞。

（5）原则上每分区自下而上分层浇筑，单层浇筑厚度取700mm，本工程每个分区分3至5层浇筑。

本工程采用全自动工作站，稀释倍率，发泡倍率，凝胶材料用量，压缩空气泵送量等参数，在开始前设置好即可。

5.常见质量问题及防范措施

泡沫轻质土施工常见的质量问题有不均匀沉陷开裂、软夹层、隐性裂缝、软透镜体等。沉陷开裂对于较厚的填筑体，施工后易导致失稳或裂缝向上反射现象；浇筑过程中湿密度波动导致各浇筑层不均匀，形成软夹层；同一浇筑层或分区如未能在初凝时间内完成浇筑，由于收缩步调的不一致，易在泡沫土内部形成隐性裂缝。

针对泡沫轻质土施工质量通病，工程采取的防治措施包括：

（1）按照设计要求，依照规定的检验批数量，严格检测沉降率及湿密度增加率；避免更换水泥批次和发泡剂批次，确保材料稳定，来源单一；

（2）严格按照设计要求进行中间质量检查，重点检查每一浇筑层的施工湿密度，当前浇筑分层湿密度检查合格后，才能进行下一层的浇筑；

（3）严格甄选进场的施工作业队伍和施工设备。进场施工队伍要有一定体量的同类型施工工程业绩，优中选优；轻质土生成机械尽可能选用自动化程度高，优先工作站式生成装置。

6.结语

严格按照设计要求进行配比设计，凝胶材料使用时考虑综合水化热最低，降低水化过程中的温度梯度，并对施工队伍进行优中选优，在施工过程中及时对材料进行中间质量检查，配合必要的室内土工试验，确保施工质量可控，在泡沫土施工中尤为关键。泡沫土孔隙率较高，在基底处理时，必须注意采取降水措施。泡沫土孔隙率较高，达80%以上，内部若出现裂缝，吸水后裂缝发展较快，在底层浇筑时，铺设防水土工膜也是必要的施工手段。在断面两侧的黏土包边，施工中也应重点关注，保证泡沫土施工场区内不透水。

现浇泡沫轻质土在本项目中的应用，缓解了桥台与台后路基的刚柔突变，避免了普通填土施工后的沉降，有利于缩短工期；对临近桩基及桥台几乎没有侧向土压力的作用，降低了软土基底的附加应力，抑制路基下部的沉降和侧移，可以有效解决台后跳车的问题，并且降低了直立式桥台的侧向土压力，提高了结构安全性。