轻质泡沫混凝土在高速公路改扩建工程中的应用

陈汉霖，陈海荣，朱传新

(广西北部湾投资集团有限公司沿海高速公路分公司，广西 南宁 535009)

0 引言

随着我国经济的快速高质量发展，道路交通运输更彰显其难以替代的作用。高速公路作为连接各地经济的运输动脉，其建设长期以来得到国家高度重视。在既有道路两侧路基拼宽形成整体新路面结构是目前常用的高速公路改扩建方式，但由于新旧路基的填料不同、施工质量和自然固结时间不相同，在相同车辆荷载的作用下，路基容易发生不同程度沉降，将给后期运营带来一定的安全质量隐患。改扩建路基施工需增加征地，特别是放坡填筑，将会占用大量的土地资源，与国家倡导的环境资源保护相互冲突。轻质泡沫混凝土作为一种具有轻质性、高流动性、自立性、耐久性的新型材料，逐渐应用在路基回填、桥隧建设等领域，并取得了良好的经济、社会效果[1]。现以钦北高速公路改扩建工程中轻质泡沫混凝土的应用作为研究对象，探讨该材料在现场实际应用的可靠性。

1 工程概况

钦北高速公路由主线钦州至山口段和北海支线组成，全长139.5 km。主线采用两侧拼宽的方式，由原双向四车道高速公路改扩建为八车道高速公路，设计速度采用120 km/h。项目位于广西沿海地区，沿线所经的区域经济发达、土地资源短缺，高速公路两侧大多为耕地和村镇。部分路段征地范围涉及永久耕地农田、居民住房等，征地较为困难。为响应国家环保政策，同时降低改扩建工程对附近居民的影响，改扩建工程大量使用轻质泡沫混凝土作为回填材料，便于工程开展。本文主要以钦北高速公路改扩建工程K2167+475～K2168+254段左右幅的路基回填工程作为实例，对轻质泡沫混凝土的特点及施工进行研究。

2 轻质泡沫混凝土特性

轻质泡沫混凝土是一种具有泡沫形态且相对于其他土体容重更轻的土体，其通过发泡工艺将发泡剂、水溶液加工成泡沫，并与使用水泥和其他添加剂制备成的砂浆相混合制成的一种轻质微孔材料，在工程领域中，这种材料也被称为轻质泡沫混凝土、气泡混合轻质泡沫混凝土等。其具有四大优点：

(1)质量轻。轻质泡沫混凝土内均匀布满了通过发泡工艺形成的胶质泡沫孔隙，降低了质量体积比重，容重范围为4～13 kN/m3，与在工程中普遍使用的土石回填材料相比质量更轻。

(2)流动性好。轻质泡沫混凝土的组成材料里没有粗集料，其流动性能远高于普通混凝土，具有良好的流动性。在施工应用中可直接使用软管泵送，最大泵送距离可达到800 m。同时，因为具有良好的流动性，轻质泡沫混凝土可实现自流平并自密实，无须再次振捣。

(3)强大的自立性。轻质泡沫混凝土作为水泥拌和料，具有普通混凝土的初凝固化特征，在达到初凝(5 h)节点后便可形成固结状态。固结后的轻质泡沫混凝土对侧面结构物无侧压力，可大面积、大体积地垂直浇筑。

(4)良好的耐久性。轻质泡沫混凝土作为水泥类材料，其使用寿命等性能与普通混凝土相当，具备较好的耐久性[2]。

2.1 工艺流程

轻质泡沫混凝土施工流程较为简单，如图1所示。原材料分为主要材料和辅助材料，其中，主要材料为水泥、高炉矿渣粉、粉煤灰和发泡剂，辅助材料为角钢、金属网、土工格栅和导水管等。本项目采用华润42.5级散装水泥，粉煤灰为广西玉林市银隆建材有限公司经销。各种材料均须进场检测，并提供合格证和检查报告。

图1 轻质泡沫混凝土施工工艺流程图

2.2 配合比及指标

轻质泡沫混凝土的配合比是质量管控的关键，也是成本管理的重点。综合考虑本项目路基填筑高度、整体受力效果和成本，分为0.8 MPa和1.0 MPa两个不同强度的配合比，如表1所示。

表1 轻质泡沫混凝土配合比设计表

轻质泡沫混凝土技术指标应符合《现浇泡沫轻质土技术规范》(CECS249-2008)要求，并根据现场工程特点进行调整，K2167+475～K2168+254路段各指标执行情况如表2所示，满足规范要求。

表2 轻质泡沫混凝土技术指标表

3 施工管理

3.1 施工准备

(1)在浇筑前，应提前对即将使用的轻质泡沫混凝土搅拌机、发泡装置、空压机、发电机、泵送系统、测量及质检等仪器进行检测、调试，试运行正常后方可进行浇筑。

(2)依据设计图纸中标明的坐标等数据，在现场放样出各个控制桩，并进行首件试验段施工。

3.2 开挖台阶

施工前应按照要求，将原路堤边坡表面的护栏结构物拆除，同时清除原路基表层的植皮和表面浮土30 cm，然后对原路堤边坡按1∶1进行削坡开挖出台阶，要求开挖出的台阶宽度≥1.0 m，并做成向内倾斜2%坡度的反坡。台阶必须密实、无松散物。每级台阶均应每间隔5 m设置级配碎石盲沟，外包透水土工布，同时横向间距5～15 m布置φ15 cm软式透水管。见图2。

图2 拼宽路基衔接示意图(cm)

3.3 基底处理和基础浇筑

轻质泡沫混凝土浇筑前，必须保证基坑平整无积水，如有水必须采取排水或降水措施将基坑内积水排尽。基底应进行碾压，保证基底承载力≥100 kPa。基础上应预留最下一级挡板的安装槽口，挡板安装时，在安装槽口抹M15砂浆，以堵塞挡板和槽口间的空隙。直接在原地面上浇筑的轻质泡沫混凝土，基底应根据设计图纸要求设置透水管或级配碎石盲沟。

3.4 挡板预制安装

按各个断面上保护挡板为整数的要求确定各个断面的保护挡板基础顶面标高。根据本项目的设计要求，挡板采用预制的方式，采用C30细石混凝土，单块挡板的尺寸为90 cm×30 cm，厚度为4 cm。在基础上每隔90 cm预埋75 mm×75 mm×6 mm的角钢，在角钢上焊接连接钢筋，用以固定保护挡板。挡板通过拉杆与角钢焊接固定。挡板的拉杆、连接钢筋及支柱均需进行防锈、防腐处理。在预留沉降缝和伸缩缝处，挡板及其基础亦应断开，同时需注意挡板的宽度和拉杆位置。在边部和角隅位置存在异型挡板，预制时须注意，此时宜适当调整预埋筋的位置，同时需采取措施注意固定好异型挡板。在挡板之间勾凹缝，也可勾平缝。勾缝需光滑、圆顺、美观。在浇筑挡板基础时，应预留出渗水盲沟的出水空间。

3.5 轻质泡沫混凝土填筑及养护

轻质泡沫混凝土施工前，应将路基划分为面积≤400 m2、长轴≤30 m的浇筑区，每个浇筑区单层浇筑厚度宜为0.3～1.0 m。轻质泡沫混凝土路堤每隔10～15 m应设置一道变形缝。泡沫宜采用压缩空气与发泡剂水溶液混合的方式生产，不得采用搅拌发泡法。施工用的原材料配合比要采用电子计量，计量精度均为±2%，且用于制备轻质泡沫混凝土的料浆在储料装置中的停滞时间宜≤1.5 h。泡沫土通过软管浇筑，出料软管前端出料口可直接埋入已浇筑的轻质泡沫混凝土中。单个浇筑区浇筑层的浇筑时间不得超过水泥浆的初凝时间。上下相邻两层的浇筑间隔时间宜≥8 h。轻质泡沫混凝土路基顶部为水平，浇筑完毕后，轻质泡沫混凝土顶面做台阶型水平打造，同时通过级配碎石垫层调整纵、横断面坡度。轻质泡沫混凝土顶面需布设一层HDPE防渗土工膜，防渗土工膜应采用GH-1型聚乙烯土工膜，厚度为0.5 mm，搭接宽度应≥5 cm。轻质泡沫混凝土纵向每隔10～15 m设置一道变形缝，变形缝宽1～2 cm，全断面填塞聚苯乙烯板，聚苯乙烯板的表观密度宜≥15 kg/m3。变形缝附近横向铺设φ15 cm软式透水管[3]。

轻质泡沫混凝土不得在雨天施工。已施工完成但尚未硬化的轻质泡沫混凝土，如遇到雨天需采取遮雨措施。轻质泡沫混凝土浇筑至设计厚度后，需覆盖塑料膜或无纺土工布进行保湿养生，养生时间宜≥7 d。同时宜在气温≥5 ℃时浇筑，否则应采取保温措施。另外，只有路基顶部浇筑的轻质泡沫混凝土强度达到≥0.5 MPa时，才可以进行后续施工。

轻质泡沫混凝土顶部以下1.0 m高度范围内设置两层钢塑土工格栅；填筑高度5 m≤H≤8 m时，在轻质泡沫混凝土路基顶、底部1.0 m以内分别设置两层钢塑土工格栅；填筑高度>8 m时，除在轻质泡沫混凝土路基顶、底部1.0 m以内分别设置两层钢筋网外，每隔4 m再设置两层钢塑土工格栅。钢塑土工格栅采用GSGSS0-80型，铺设时应采用φ8 mm钢筋锚固，锚固点按1.5 m×1.5 m间距设置。

4 质量检验

K2167+475～K2168+254路段作为轻质泡沫混凝土拼宽路基的试验段，以纵长度50 m或400 m2为一个单位浇筑区。每一浇筑区、浇筑层都要进行严格的现场质量控制和中间检验，确保验收合格，保证浇筑质量。轻质泡沫混凝土浇筑前后，由监理和检测单位对施工区进行阶段性质量检查，如表3、表4所示。数据显示质量控制和中间检验均符合规范要求。

表3 轻质泡沫混凝土浇筑层中间质量检验表

表4 轻质泡沫混凝土路基工程质量检验实测项目表

5 应用效果

为了检验K2167+475～K2168+254路段浇筑轻质泡沫混凝土的沉降情况，项目选取了相同地质、相同环境和工程条件下，采用填土夯实拼宽的K2172+000～K2172+500段进行连续跟踪对比。路基采集的沉降数据如图3所示，由图可知，轻质泡沫混凝土沉降量比传统填土路基沉降更小，工程效益更好[4]。

图3 不同回填材质沉降观测数据对比图(m)

K2167+475～K2168+254段采用浇筑轻质泡沫混凝土拼宽路基施工后，路基边线平顺、整体外观良好，顶面无不合格沉陷和不合格裂缝，达到工程预期效果。为了减少路基征地和对周边土地资源的影响，同时加快施工进度，钦北改扩建工程对耕地红线保护区内3.397 km路基拼宽实施浇筑轻质泡沫混凝土施工，节约了17 000 m2耕地和141 054 m3土石方，有效保护了资源。

6 结语

轻质泡沫混凝土作为工程领域的一种新材料，其具有轻质性、高流动性、自立性、耐久性等特性，特别适用于改扩建工程的路基填筑。钦北高速公路改扩建工程大量应用轻质泡沫混凝土，加快了现场施工进度，减少了对周边基本农田的征收，填筑后强度较好、整体沉降较少，具有更好的经济和社会效益。轻质泡沫混凝土施工方便，材料要求制约性少，工序相对简单，能在一定程度上缩短工期，值得在同类工程中进行推广。