气泡轻质土在收费站拓宽项目中的应用

轩凯歌

（中国华西工程设计建设有限公司广州分公司，广东 广州 510600）

0 引言

气泡轻质土是通过发泡设备将发泡剂发泡后与水泥浆均匀地混合，之后通过泵送系统送至工点进行现浇施工，经养护后形成的内部含有大量封闭气泡孔的轻质材料。 气泡轻质土能缩短施工工期，减少路基工后沉降，提高路基稳定性。 近年来，气泡轻质土凭借其轻质、重度和强度可调节、施工便捷以及环保等优良性能在工程建设领域有着广泛的应用。

1 泡沫轻质土组分结构的特性

泡沫轻质土组成材料包括聚丙烯纤维、碳纤维、水泥、细集料、发泡剂、膨胀剂及丙烯酸酯共聚乳液等。制作气泡轻质混合土时需要将上述材料与水混合， 水泥与细集料的作用是与水混合，凝固后成混凝土。聚丙烯纤维弹性模量较低， 可有效提高混凝土的抗塑性收缩开裂能力。碳纤维弹性模量较高，可显著提高混凝土的抗拉强度、 抗挠强度， 降低气泡轻质混合土的干燥收缩。此两种纤维一同使用，一方面可以抑制混凝土的早期塑性收缩变形，另一方面可减小硬化后的收缩变形。能充分发挥混合纤维的协同效应， 显著提高轻质土的结构耐久性，减少因为轻质土收缩而导致的开裂，减少因为裂缝而导致的毛细现象， 使得混凝土具有良好的抗裂性能及抗形变性能； 膨胀剂的作用是气泡轻质混合土的收缩进行补偿，从而进一步减小其开裂，起到良好的抗渗作用， 且在约束作用下气泡轻质混合土的强度有所提高，并且使得气泡轻质混合土具有低透水率。

2 泡沫轻质土工程应用

2.1 工程概况

随着交通量的增加， 广州北二环高速公路广场小、车道少的水沥和北村收费站拥堵情况变得异常严重，对过往车辆通行带来诸多不便，且存在较大的安全隐患。 为了提高通行能力，确保主线交通安全以及改善收费压力，管理单位决定对北村、水沥收费站出口进行扩建改造，设计方案为北村收费站西往东出口拓宽两条收费车道， 水沥收费站入口拓宽一条车道。该项目地处珠江三角洲平原地带。 两个工点不仅土层较复杂，而且沿线经济发达，建设用地十分紧张，征地拆迁费土地十分昂贵。

图1 拓宽前的北村站

因此，本项目扩建工程有两个难点：一是征地拆迁费用高、协调难；二是新旧路基不均匀沉降引发的纵向裂缝。

两个收费站加宽段路基全部为填方路基， 因此，决定采用气泡轻质土作为填筑材料。

2.2 气泡轻质土填筑方案

气泡混合轻质设计分主体工程和附属工程设计：

（1）主体工程设计内容主要为气泡轻质土土体填筑设计： 一般路段按开挖台阶的梯形横断面进行填筑；容重设计控制为不小于5.0 kN/m3；不大于7.0 kN/m3；无侧限抗压强度设计值为路床以下120 cm 范围内不小于1.2 MPa，其他范围不小于0.8 MPa。

（2）为了较好地保证气泡轻质土的耐久性、安全性和美观性，需要增加附属工程，具体设计内容有以下几点：

1）轻质土内部防水、排水设计：此路段的气泡轻质土顶部均采用防渗土工膜包裹。顶部的路面下渗水通过设置在路侧的碎石盲沟经横向软式透水管横向φ10 cmPVC 管排到面板外。

因气泡轻质土与下部路基间会存在部分差异变形，需要在面板基础施工后铺设一层碎石垫层，碎石垫层的铺设厚度为20cm，压实度不小于92%，铺设前需修整基底，在基底夯实、整平并经检验认可之后方可进行碎石垫层铺设，气泡轻质土下部地基承载力应不小于120 kPa。

填挖交界处的路面下渗水由纵向盲沟汇集后经φ15cm 软式透水管、碎石垫层、φ10PVC 管排出至路基右侧外的排水沟。 垫层外的部分采用无孔PVC 管，按5m 间距设置。 盲沟断面尺寸为30 cm×30 cm，用透水土工布包裹。 PVC 管须伸至边坡外，营运期间应加强养护，如水量过大造成边坡冲刷严重时，应将管接长至排水沟处。

2）为了加强气泡混合轻质土的整体性和稳定性，并抑制气泡混合轻质土裂缝的产生， 在填筑体的底部、 顶部等局部承受集中荷载部位需设计多层φ4.2mm 钢丝网。

3）气泡轻质 土侧面采用水泥混凝土预制面板进行防护，并采用角钢进行加固。 沿轻质土与桥台之间及与填土衔接端部设置横向面板，面板与桥台之间再设置一层聚乙烯泡沫。

4）为避免不均匀沉降导致开裂，面板的基础及挡板应按10～15 m 间距设置宽1 cm 的沉降缝， 缝中填塞聚苯乙烯板或夹板。

2.3 气泡轻质土施工质量管理

2.3.1 施工前准备

气泡轻质土设备开机运行前，作业人员一定要按照气泡轻质土拌和设备相关操作规程做好开机前的准备工作，严格按设计配合比的要求设定参数，试生产时， 必须调整好泡沫质量， 使气泡群密度控制在49～52kg/m3范围之间。

2.3.2 施工质量管理

（1）原材料。 原材料的质量是气泡轻质土质量好坏的关键， 必须按相关规范严格控制气泡轻质土中水泥、纤维、细集料、水、发泡剂、膨胀剂及固化剂的质量。

（2）搅拌过程。和普通混凝土类似，气泡轻质土在搅拌时对质量管理的要求最高。搅拌时要确保气泡轻质土的流动性和轻量性，投料需准确，且必须按照标准控制空气量、湿润密度、流动值。 浇筑时，应采用分层、 分块的浇筑方式作业， 轻质土每次浇筑厚度为0.5～0.8 m，按照沉降缝分幅跳跃式浇筑，需待下部轻质土终凝后方可进行上层轻质土浇筑作业，养护时间以不小于7 d 为控制。

（3）固化后。 气泡轻质土固化后的质量管理，是指检测轻质土无侧限抗压强度是否达到强度标准。质量管理中，一般用控制湿润密度和空气含量的方法进行检测。

气泡轻质土的设计控制值为qu28进行，轻质土固化后测得龄期7 d 的无侧限抗压强度qu7， 之后根据qu7数值与qu28数值的线性关系判断qu28。 因此在固化后的质量管理中，可通过检测7 d 龄期时无侧限抗压强度来判断轻质土是否达到要求的强度。

（4）成品管理。 轻质土成品管理是指检验轻质土成品的形状、质量及确认施工数量等。 施工时必须要有准确的记录。

图1 施工中的北村站

3 结语

经过3 年的通车运营期，北村、水沥收费站路基状况良好，可见，气泡轻质土材料应用于路基填筑，是一项改变常规填筑工艺方法的革新型技术，其强度也具有可选择性，可根据不同性质的工程，设计不同的气泡土强度，因此气泡轻质土在以后的工程建设中将有更广阔的使用空间。