淤泥质土层大基础泡沫混凝土垫层施工技术

刘政 黄志炜 丁国龙

1.中国建筑第五工程局有限公司昭通分公司 云南 昭通 657000

2.云南维普建设项目管理有限公司 云南 昆明 650000

垫层是建筑工程中的常见结构层，用于隔水、排水、防冻、改善基层与土基的工作条件，其传统的施工工艺为混凝土浇筑，施工材料为普通的C15或者C20混凝土，多应用在基层与土基承载力较好的工作条件下，仅仅用于对原土层承载力进行改善。但是对于淤泥质土层，由于其承载力较差，为改善土层的工作条件，通常采取换填土方式将工区淤泥质土加以更换，并在更换运输的道路上提前做好铺设工作，以防换填土过程中出现地基塌陷等问题[1]。当前国内对淤泥质土层的基础垫层浇筑与施工工艺成熟度不高，性价比较低，有必要探索新的施工工艺提高淤泥质土层混凝土垫层施工的实用性与经济性，提高垫层之上建筑工程的施工质量，以免出现地坪沉降或开裂现象。本研究以鲁甸县2022年茨院商旅物流园项目为例，引入泡沫混凝土新型建筑材料作为垫层浇筑的施工材料，提高垫层浇筑的实用性，减少淤泥质土层对项目土层承载力的制约。

1 工程概况

鲁甸县2022年茨院商旅物流园项目位于云南昭通鲁甸茨院乡，为10栋钢结构标准厂房、4栋混凝土框架结构研发楼，单栋厂房占地面积1600～2800m2，项目用地5.47万m2。项目场地原地貌为鱼塘、农田，基础施工阶段存在0.5m～3m厚淤泥质土处理，处理前需做好鱼塘、农田的排水工作，淤泥质土施工处理影响着地坪成形质量。项目地勘报告揭示，白云岩持力层剖面的连续高差大，在相邻钻孔15.85m范围内最大的持力层高差有17.8m，最高高程为-9.7m，最低高程为-28.5m，地下条件不稳定影响着施工建造过程中桩基持力层判别，且持力层剖面高低不连续易产生基础的不均匀沉降。

项目的厂房结构设计本身为标准化结构类型，较为简单、常见，但地坪的沉降与开裂是厂房类项目常见的质量问题，结合本项目地质情况，原地貌位于鱼塘、农田，地表淤泥质土厚度最深达3m；柱间距设计值为9m，地勘钻孔15.85m内地下持力层高差17.8m。基础的不均匀沉降控制以及回填土、混凝土施工质量影响地坪成形质量，做好本项目的地坪施工是厂房建造质量管控的关键。

2 泡沫混凝土技术分析

2.1 可行性分析

2.1.1 泡沫混凝土的优点

在本项目中引入泡沫混凝土这一新型的建筑材料替代传统的C15等普通混凝土，泡沫混凝土具有轻质、自流平等特点，可浮于淤泥质土层之上并与淤泥质土层有机结合，待泡沫混凝土浇筑且固结成型后，面层的平整度与光滑度均较高，可以有效解决在淤泥质土层上施工的各类问题，减少淤泥质土层的地坪出现沉降或开裂现象[2]，因此从施工材料的优点来看，将泡沫混凝土应用于淤泥质土层垫层浇筑具有良好的可行性。

2.1.2 泡沫混凝土的选型

本项目的土层为淤泥质土，颜色为深灰色，具有一定的流变性，利用泡沫混凝土在淤泥质土层上进行浇筑，消除淤泥质土层对建筑工程的负面影响。在泡沫混凝土施工之前，需对水泥、粉煤灰、水、发泡剂等按照一定比例进行配比与拌合，其中原材料的配合比应根据工程现场的实际情况予以微调[3]。本项目中，考虑淤泥质土层的土质类型、土质性能、厚度与层底深度，设计两种泡沫混凝土配合比，分别为A06-C1与A08-C2，其中，前者水泥、粉煤灰、水、发泡剂的配合比为495、36、220、0.41，后者水泥、粉煤灰、水、发泡剂的配合比为667/50/322/0.55。对不同配合比的泡沫混凝土特性进行分析，其中，A06-C1的导热系数为0.14W/(m·K)，抗压强度为1MPa，抗压强度远远高于混凝土底板压力，可保证基础垫层的完整性。同时，A06-C1泡沫混凝土具有轻质的特点，浇筑后可浮在淤泥质土层之上，固结成型后，面层的平整度与光滑度均较高，后续可方便进行各类地面材料的铺设。此外，A06-C1的弹性模量较低，可以较好的吸收与分散施加在基础垫层上的冲击力，从而提高整个垫层的抗震性能。A08-C2的导热系数为0.21W/(m·K)，抗压强度为4MPa，远远大于A06-C1泡沫混凝土，相较于A06-C1需在晴天浇筑的局限性，A08-C2浇筑对施工条件的约束与制约较小。A08-C2泡沫混凝土浇筑固结后可与下层的淤泥质土层形成有机整体，在冲击荷载作用下多表现为软垫性，可较好的达到垫层施工的标准与要求。通过将A08-C2泡沫混凝土应用在本项目实地现场进行试验，在多种天气与工况条件下，A08-C2泡沫混凝土均能在3小时内达到初凝，在6小时后固结且达到防水效果，无论在施工进度时效性，还是在淤泥质土垫层实用性方面均具有较好的优势，可行性较佳。

2.2 施工进度分析

对垫层采用传统C15或者C20混凝土进行浇筑需要四个环节，其一是将碎石回填到淤泥质土层所在处，其二是对承台垫层利用普通混凝土进行浇筑，其三为侧模砌筑与抹灰，其四为混凝土垫层浇筑。对于一个单位板块（1600m2），传统混凝土浇筑的垫层施工工期约10天。相较于传统混凝土浇筑工艺，采用泡沫混凝土浇筑施工过程较为简单，包括承台垫层浇筑、侧模支设、泡沫混凝土浇筑（浇筑厚度为300mm），对于一个单位板块（1600m2），泡沫混凝土浇筑的垫层施工工期为2天，比传统混凝土浇筑施工工期整整缩短8天，可以较大幅度的提高垫层施工进度。因此，将泡沫混凝土浇筑工艺应用于本项目中，可以极大地缩短本项目垫层施工周期，为后续厂房浇筑与施工节约时间。

2.3 效益分析

对比普通混凝土浇筑与泡沫混凝土浇筑下的垫层施工效益，以10000m2为基本单位，若是采用普通混凝土（C15或C20）浇筑垫层，首先需进行碎石换填，深度将达1m左右，其中土方开挖与换填碎石的费用约200万元；其次在对承台垫层利用普通混凝土进行浇筑以及侧模砌筑时，砌筑承台侧模将达到1000个，承台砌筑费用约11万元；最后再利用普通混凝土进行垫层浇筑，厚度达100mm，浇筑费用约71万元，整个普通混凝土浇筑的垫层施工费用总计为282万元。若是采用泡沫混凝土浇筑垫层，首先需要进行承台垫层浇筑与支设模板，施工费用约为5.7万元，其次进行泡沫混凝土浇筑（浇筑厚度为300mm），施工费用约为176.7万元，整个泡沫混凝土浇筑的垫层施工费用总计182.4万元。通过对比普通混凝土浇筑与泡沫混凝土浇筑下的垫层施工费用可知，泡沫混凝土浇筑垫层的施工经济性更好，在淤泥质土层大基础垫层施工中经济效益明显优于普通混凝土浇筑垫层施工技术。

3 泡沫混凝土制备与施工

3.1 泡沫混凝土制备

泡沫混凝土制备是泡沫混凝土浇筑垫层施工的首要条件，需根据项目施工的现实情况优化泡沫混凝土各原材料的配合比，再按照一定的拌合方法对各类原料加以拌合[4]。在配合比设计时，根据对泡沫混凝土配合比的分析与现场试验，最终设计两种泡沫混凝土配合比，分别为A06-C1与A08-C2，其中，前者水泥、粉煤灰、水、发泡剂的配合比为495、36、220、0.41，后者水泥、粉煤灰、水、发泡剂的配合比为667/50/322/0.55。在上述原材料配合比的基础上，最终配合搅拌形成的泡沫混凝土可以达到0.6-3.5MPa，抗压强度较高且具有轻质特点。在现场施工时，需要根据项目施工现场的天气状况、淤泥质土层的属性特性等进一步微调各原材料的配合比，且在现场引入轻质混凝土一体机对泡沫混凝土的原材料进行搅拌，一体机的生产量为30-60m3·h-1，上下搅拌功率为6kW，下搅拌容积为1.2m3。

3.2 泡沫混凝土施工

3.2.1 基础垫层与承台侧壁一体成型技术

基础垫层与承台侧壁一体成型技术是泡沫混凝土浇筑垫层施工的重要技术，泡沫混凝土施工工序包括承台垫层浇筑、侧模支设、泡沫混凝土浇筑三部分，将基础垫层与承台侧壁一体成型技术应用在承台侧模与底板垫层浇筑施工中，其具体实现流程为，首先进行土方开挖，通过测量放线，将土方开挖的深度等同于承台垫层的标高，承台侧壁的土方开挖需要保留一定的坡度，承台底部的土方开挖深度等同于外底板垫层底标高。其次对承台进行回填，回填材料为泡沫混凝土，材料厚度为200mm，回填深度等同于承台底标高。接着，待承台底部的泡沫混凝土初凝、固结后，再通过测量放线重新确定承台位置，根据施工标准与规格要求支设模板，模板材料为胶合模板，材料厚度为18mm。最后，再在其上浇筑泡沫混凝土，浇筑厚度等同于设计的标高，等浇筑的泡沫混凝土初凝滞后再拆除上一步支设的模板，实现基础垫层与承台侧壁的一体成型[5]。如图1所示为基础垫层与承台侧壁一体化。

图1 基础垫层与承台侧壁一体化

3.2.2 大基础长距离软管输送技术

本项目存在0.5m～3m厚淤泥质土处理，且施工基础面积较大，因此引入长距离软管输送技术实现泡沫混凝土的大基础浇筑垫层。在本项目中采用泡沫混凝土浇筑一体机（如图2）对泡沫混凝土进行输送与浇筑，其中一体机的浇筑管径可根据淤泥质土的处理情况有机调节[6]。施工人员在操作泡沫混凝土浇筑一体机时，可以采用分层浇筑法，根据浇筑范围以及泡沫混凝土的凝结时间科学浇筑。

图2 泡沫混凝土浇筑一体机

3.2.3 泡沫混凝土养护技术

泡沫混凝土自然养护可以分为覆盖浇水养护和塑料薄膜养护两种。覆盖浇水养护是根据外界气温一般应在泡沫混凝土浇筑完毕后3—12h内用草帘、芦席、麻袋、锯末、湿土和湿砂等适当的材料将混凝土覆盖，并经常浇水保持湿润。对于本项目，由于基础面积较大，应采用“蓄水养护”方法，可在拆除模板、混凝土达到一定强度后浇水养护[7]。塑料薄膜养护是指以塑料薄膜为覆盖物使混凝土与空气相隔，水分不再被蒸发，水泥靠混凝土中的水分完成水化作用已达到凝结硬化[8]。在本项目中可以直接将塑料薄膜覆盖在混凝土的表面上，或是将塑料乳液喷洒在混凝土构件的表面上，等到乳液挥发后，在混凝土表面结合成一层塑料薄膜，以使混凝土构件与空气隔绝，使之混凝土中的水分不再蒸发而完成水化作用。

4 结语

泡沫混凝土浇筑在厚流塑淤泥质土上，与淤泥质土有效结合形成良好的整体，满足在淤泥质土垫层上的工作性能，泡沫混凝土工序简单，且对现场施工条件要求不高，在保证工程质量的基础上，大幅缩短工期。流塑状淤泥质土层泡沫混凝土基础垫层施工技术，可以有效解决国内淤泥质土垫层浇筑难题，在工程进度和经济效益上有明显的竞争优势。以鲁甸县2022年茨院商旅物流园项目为例，引入泡沫混凝土新型建筑材料作为垫层浇筑的施工材料，采用泡沫混凝土垫层施工技术，利用泡沫混凝土密度小、成型快、操作便捷、与淤泥有效结合等优点，通过泡沫混凝土配合比调节，基础垫层与承台侧壁一体成型和长距离软管浇筑等技术，在保证垫层作业强度的情况下，解决普通混凝土垫层无法在流塑状淤泥质土层上浇筑的难题，消除淤泥质土层对工程的影响，解决淤泥质土层上施工垫层的难题，并明显缩短工期、加快工程进度、提高经济效益。