软土地区高速公路泡沫混凝土路基换填施工技术

朱志明

（廊沧高速公路廊坊事务中心，河北 廊坊 065000）

0 引言

当前，我国高速公路的建设如火如荼，其中不少建设项目位于软土路基之上，尤其是我国东部沿海地区，水系河网遍布，大部分区域属于地质条件较为复杂的软土地基。在软土地基上进行高速公路建设时，需要对软基的不均匀沉降状况进行科学处理与控制，避免影响后续的行车安全。

泡沫混凝土轻质化，渗透性低，耐久性好，流动性强，固化后能自立。制备泡沫混凝土时，一般先将由水泥浆、掺和料以及外加剂等构成的混合液搅拌均匀，再在其中加入一定比例的泡沫（该泡沫一般由发泡剂通过物理处理手段制得）。泡沫混凝土是一种性能优良的轻质建材，其浇筑凝结成形后，即形成包含许多均匀分布的封闭气孔的微孔轻质混凝土。

1 工程概况

某一新建高速公路工程项目位于我国东部沿海地区，某标段的线路全长为4.3km，设计的路基宽度为32.6m，所属区段均为软土地质。该高速公路设计采用双向6车道，设计速度为100km/h。项目处于软土地基区域，为减少项目建成通车后的不均匀沉降现象，拟参考预压期的沉降监测数据，决定对工程某区段内的软土路基进行泡沫混凝土换填处理。区段内需要进行泡沫混凝土换填的路基长度为1 425m，换填所需深度一般为1～3m，总体换填工程量达42 675m3。

2 泡沫混凝土换填施工工艺

2.1 换填工艺流程

本次泡沫混凝土换填工艺的主要流程为：施工放线—土方开挖—坑底平整与验收—防渗土工织物的摊铺—模板支设—泡沫混凝土制备—分层进行泡沫混凝土浇捣—级配碎石施工，作为隔离层。

2.2 基坑开挖与检测

先进行基坑开挖边线的测设确定，再据测设线利用挖机进行开挖。开挖到距离所需换填坑底标高为5cm时停止，改用人工挖土，避免影响坑底土稳定性。在开挖过程中及时根据排水设施的布置，路基边缘部位不得有车辆通行。施工时注意对路基的保护以免扰动，开挖结束后进行振动碾压，所用设备为18t 的压路机，在坑底换填深度最深处对应的路基施工范围，应保证碾压到位与压实度，见图1所示。

图1 线路路基换填的典型断面图

坑底的防渗土工织物一般在压实度验收通过后，根据设计方案进行摊铺。摊铺时由中央分隔带开始，逐渐铺设至两侧区域的下部，距离坑底2m 时，采取整体无搭接的方法进行此处防渗土工织物的摊铺施工。

2.3 安装模板

模板使用厚度为12mm 的竹胶板，支撑加固方式为木方加钢筋的组合。于坑底处施打固定钢筋，并以木方进行横竖向加固，斜向支撑。将一道木方设置在模板的中部位置，横向布置；在纵向，每道木方的设置间距为60cm，并使用木方进行对应斜向的支撑。为保证模板能够承受后续泡沫混凝土浇捣产生的侧压力，其安装施工结束后的强度、刚度与稳定性等性能必应符合设计要求，避免施工过程中发生变形现象。

模板支设完成后，其接缝应当严密、无错台，支设尺寸准确，表面光滑平整。详细检查模板的平面位置、加固情况、接缝严密性、整体线形以及顶端标高等指标，确保合格后再进行泡沫混凝土的浇捣施工。另外，按照路基换填的长度，相应设置沉降缝的位置，一般间隔为10～15m。

2.4 泡沫混凝土的制备

泡沫混凝土备料时按照试验所定的配合比进行，现场应用的设备应当高度集成化。生产泡沫混凝土的设备运行机制为：将发泡剂利用物理方法生成泡沫，再在已被搅拌均匀的水泥浆中添加此泡沫，添加时按照一定的比例进行，最终制备的混合料应满足泡沫分布均匀的要求。具体的泡沫混凝土制备流程见图2。

图2 泡沫混凝土的制备流程

泡沫混凝土的相关生产设备应当符合以下条件：

（1）设备的控制体系应能自动统计与自动汇总，并具备电脑控制、精细计量、主动进料以及综合信息显示等相关的特性。

（2）为保证自动化，体系的各单元系统应能彼此联动，对于所制备的泡沫混凝土，可实时监测其密度并保证偏差不大于0.02kN/m³。

（3）相关单元的控制参数和计量信息均能在综合信息显示屏上实现动态更新与实时显示，其中的控制参数包括泡沫混凝土的湿密度、泡沫密度以及水泥净浆的湿密度等；而计量信息一般指发泡剂与水泥等。

（4）针对制备泡沫用的发泡设施，其应能自动控制发泡剂并具有稀释的作用。

（5）在遇到故障或紧急情况时，设备应当能自动报警，并具备停机保护的功能。

2.5 泡沫混凝土浇筑

泡沫混凝土的现场浇筑采用配管泵送的方法。在开始浇筑前，对配管的各接头进行检查，保证密封不渗漏；泵送过程中，泵送管的压力应满足相应要求，避免扬程不够或输送距离不达标等问题。

泵送管在浇筑时应与待浇面板之间保持一定的角度缓慢卸料，不得由上至下直接喷射卸料。施工中管口埋入已浇筑混凝土内约10cm，以减缓泡沫混凝土的消泡量，见图3。

图3 单仓浇筑示意图

在泡沫混凝土现场施工中，应满足下列要求：

（1）浇筑时可使用多点浇筑法或从中心向周围按序进行。卸料点应避开伸缩缝模板处且不得直接对面板进行冲击，保证面板与接缝位置不因受力而渗漏。

（2）可按分层浇捣的方案进行施工，每层的浇筑厚度控制在0.3～0.8m之间（局部小范围内可按上限1m控制）。

（3）按照泵送设备的能力与分层厚度，科学确定单块的浇筑面积，在泡沫混凝土初凝之前，完成相应的浇捣作业。

（4）浇筑时尽量避免抖动或随意移动浇筑泵管，不得过多地扰动泡沫混凝土。浇筑中断时间逾半小时以上时，应对管道进行清洗后再继续浇筑。

（5）将钢丝网按设计方案安装于距离泡沫混凝土底面0.5m 及顶面0.35m 位置。采用D3.2mm@5cm×5cm钢筋网片，网片间以镀锌钢丝绑扎，保证铺设面平整。纵横向网片搭接宽度分别为20cm与30cm。

（6）现场浇筑时，在路堤纵向根据换填长度设置横向缝，一般间距为10m。为适应路面的横向坡度，泡沫混凝土的顶层部位形成小台阶，并于施工缝位置设置沉降缝，一般取2cm缝宽值。对于路基断面突变位置，可增设变形缝，并用10～20mm厚的模板将缝隙填充严密。

2.6 泡沫混凝土的养护

泡沫混凝土浇捣后，为避免收缩裂缝的发生，应及时进行养护，同时采取喷淋保湿。

（1）泡沫混凝土浇捣结束后及时洒水，利用土工织物覆盖养护至少7d后，再行路面施工。

（2）在养护期间，不得在上面行走或堆放物品，以避免对混凝土的气泡构造造成损坏，降低质量。

2.7 级配碎石隔离层施工

级配碎石隔离层的平均厚度为30cm，应使用轮胎式压路机进行静压，不得振动碾压。碾压时分上下两层分别进行，上层取13cm 厚度，视现场分台阶实际状况调整下层的厚度，压实度不得低于96%。级配碎石隔离层摊铺时，上下两层均为倒退式施工。碎石的质量保证指标：不得含有植物根茎与黏土块，压碎值小于30%，针片状颗粒含量低于20%，顶面弯沉值不大于232.9（0.01mm），CBR值不小于8%。

3 泡沫混凝土换填施工质量控制

3.1 原材料控制

泡沫混凝土所用的原材料，包括水泥、水、发泡剂等均应满足设计标准，不同批次与规格的原材不得混用。

（1）水泥。采取42.5级或以上强度的普通硅酸盐水泥，其各项性能应符合GB 175规范要求；能保证所需泡沫混凝土相应的抗压强度、气泡稳定性以及流动度。

（2）发泡剂。采取不对环境产生污染的合成类高分子表面活性剂，发泡倍率不小于20，所发泡沫稳定性好，分布均匀，直径不大于1mm，且互不连通；应在保质期内使用完毕，取样时按3 000L 为一批次，每批次不少于1组。

（3）水。符合《混凝土用水标准》（JGJ 63—2006）的相关规定。

3.2 泡沫混凝土混合料性能控制

对于不同部位的泡沫混凝土，其对干容重、流动度以及抗压强度等指标要求也有所不同。具体来说，处于路面底面以下30～110cm 时，泡沫混凝土流动度应为160～200mm，28d抗压强度不低于1.0MPa，干容重宜控制在5.5～6.5kN/m³；处于路面底面以下110cm 以下时，泡沫混凝土流动度为160～200mm，28d 抗压强度不低于0.7MPa，干容重宜控制在4.5～5.5kN/m³；采用圆筒法进行泡沫混凝土的流动度测试，圆筒内径与高度均为80mm。

3.3 施工工艺控制

（1）按设计要求进行边坡开挖，坡度不能过缓，以免顶层角落部位的泡沫混凝土脆裂剥离。开挖至坑底后，用重型压路机进行振动碾压，保证其基底的碾压密实度。

（2）在浇筑泡沫混凝土前，将防渗土工织物摊铺于中央分隔带两边并延伸至底部2m 范围，斜坡处应紧贴土壁。浇筑完后，紧贴泡沫混凝土的顶面再摊铺一层土工织物，并将其与中央分隔带的土工织物进行搭接连接，搭接长度至少为30cm。注意摊铺时台阶处避免产生空洞，应与台阶形状适应并满贴。

（3）对于长度在15m以上的路基填筑区间，无论是横向或纵向，均应适当设置变形缝，间距宜为5～15m，并用厚木板填塞变形缝。

（4）路基填筑体的顶层泡沫混凝土浇筑完成后，应尽快覆盖并喷淋保湿养护，养护时间视泡沫混凝土的强度发展情况而定，一般不少于7d。泡沫混凝土的强度达到相应要求后，方能进行碎石隔离层的铺设，以避免碎石引起泡沫混凝土破碎或开裂等。

4 结语

在高速公路路基施工中应用泡沫混凝土，能减轻自重，保持路基的稳定性，同时，使强度也符合设计要求，是一种较为绿色的新型路基填筑材料。本文所述的软土地区高速公路某区段路基采用泡沫混凝土进行软土换填后，取得了预期的质量效果，表明泡沫混凝土作为路基填筑体，能有效避免不均匀沉降，保证路基稳定性，避免出现桥头跳车现象，从而有利于高速公路的安全行车。本文总结的泡沫混凝土换填工艺流程及其质量要点，可为软土地区的高速公路路基换填处理提供经验参考。