基于体积参数的市政道路桥涵台背回填泡沫轻质土施工技术研究

陈智勇

（秦皇岛市海港区市政设施管护中心，河北 秦皇岛 066000）

近年来，我国的道路交通事业，特别是高级别的道路交通事业有了很大的发展[1]。目前，我国对高级别道路的投资与日俱增，道路行驶里程也在不断增加。在已经开通的高速公路上，特别是在高级别的高速公路上，仍然存在着很多的问题，比如，跳车的情况比较常见[2]。这种现象在一些软基路堤中特别严重，是公路建设中的常见质量病害[3]。因此，公路桥梁的损坏部分需要及时进行维修和保养，频繁地进行维修需要耗费大量的财力、人力和物力，在维修的时候，需要将整条交通线封闭起来，从而增加了整体的交通压力[4]。因此，本文基于体积参数，对市政道路桥涵台背回填泡沫轻质土施工技术进行了研究。

1 工程概况

本工程为某市政道路改扩建工程，起止桩号为K721+266-K729+811，整个道路的长度为10.35km，路基宽度为28.75m，原本的市政道路是一个双向四车道，它的设计时速是120km/h，按照原来道路两边的直接拼接方案，将其改造成了一个双向六车道，行驶速度保持不变。按照设计需要，对本标段34#桥墩、大桥两端桥墩、互通桥2#桥墩、环线跨线桥3#桥墩采用泡沫轻质土进行回填。

2 桥梁台背回填泡沫轻质土施工技术

2.1 地基处理与轻质土路堤、路面结构设计概况

在桥头路段的地基基础上，由于有很深的软土地基，所以可以通过水泥搅拌桩来对其进行强化，在逐渐变化的基础上，通过变桩间距来实现过渡，将所有的搅拌桩都渗透到了淤泥质土层中，并将其强化到10.72m，设置水泥基搅拌桩之间的距离为1.32～1.51m，桩的直径为50.5cm。

图1 所示为桩-土组合基础上，水平方向和垂直方向的水泥土混合桩的分布情况。

图1 水平方向和垂直方向的水泥土混合桩的分布情况

K725+450 蓄洪区的主排沟，在桥墩背面采用了发泡轻质土，其他部分采用了普通土，如图2 所示，在桥墩背面采用了轻质粘土的搭板、结构和路面设计。

图2 桥墩背面轻质粘土的搭板、结构及路面设计

在桥梁底部与泡沫轻质土体的连接处设置了一个缓冲区。桥头路堤路面结构设计包括路基、路面结构层、设计荷载。

2.1.1 路基

路基宽为28.75m，道路设计方案为：土路肩0.75m+硬路肩2.25m+行车道2.125m*3+路缘带0.5m+中央分隔带2.0m+路缘带0.5m+行车道2.125m*3+硬路肩2.25m+0.75m 土路肩。

2.1.2 路面结构层

道路的构造层从上到下为：最上层为4.0cm 的细粒式改性沥青混凝土，第二层为8.2cm 的粗粒式沥青混凝土，第三层为16.5cm3.5MPa 的水泥稳定碎石，第四层为16.5cm3.0MPa 的水泥稳定碎石，最底层为20.5 cm12.5%的石灰土。

2.1.3 设计荷载

在设计荷载时，荷载土柱高度为0.85m，常规土的容重为19.5kN/m3。

2.2 发泡轻质土的现场制作和填筑

2.2.1 原料及原料控制

粉煤灰、水泥、发泡剂、水、原料土等是在现场生产制作发泡轻质土过程中使用的主要原料。其中水泥选用河南省豫鹤同力水泥有限公司生产的P.O42.5硅酸盐水泥；从桥下游的河中就近进行泵取水；发泡剂选用宁波艾克姆新材料股份有限公司的稳定性好、环保型发泡剂；就近取土点筛取原料土，粒径分布在5.1mm以内，含砂量大于82.5%。泡沫浓度为51kg/m3±5.5kg/m3的发泡剂，在将标准泡沫柱放置1 小时后，泡沫群沉降小于5.5mm，其泌水量不能超过25mL。发泡剂泡沫细密，轻质混凝土沉降率在3.1%内，消泡试验湿密度增大率在9.5%内。当温度高于0 摄氏度时，泡沫剂不会发生物质的分离。表1 列出了轻质混凝土发泡剂材料的各项技术参数。

表1 轻质混凝土发泡剂材料性能指标

该项目中，泡沫轻质土选择硅酸盐水泥，对其物质性质进行检测，按照每50t检测一次的频率对其检测，如表2 所示。

表2 水泥性能指标

该项目所采用一阶飞灰，其性质应满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）相关规定。表3 为F 类Ⅰ级粉煤灰的具体性能指标。

表3 F 类Ⅰ级粉煤灰的具体性能指标

本桥梁台背回填项目泡沫轻质混凝土的特性是：在路基顶及路堤回填位置，与其之间的距离应该不超过80.5cm，抗压强度应该不低于0.65，材料湿密度为522～565kg/m²，流值应该是152～185mm。路床回填处和路基顶部之间的距离为0～80.5cm，流值为150～180mm，抗压强度应≥0.8MPa，材料湿密度为562～605kg/m³。

2.2.2 设备

本项目使用设备主要有水泥发泡机、潜水泵。潜水泵泰安市宇成矿用设备有限公司生产的无堵塞潜水泵，65WQ30-30-7.5，机械设备为河南永泰建筑机械有限公司生产的HKF-20 水泥发泡机，表4 为HKF-20 水泥发泡机参数。

表4 HKF-20 水泥发泡机参数

2.2.3 发泡轻质土现场生产制作流程

图3 是一种发泡轻质土的生产过程，将经过筛选过的土输入到搅拌机中，再将硬化剂，也就是混凝土，按一定比例添加，再加上水，混合均匀，最后输入输送水泵中；将发泡剂和水以1:42～1:58 的比例进行充分混合，通过混合液将其吸入发泡机发泡，再将其送入输出泵出口管中，在泵出口管中，将水泥原材料、土浆液和气泡进行充分的混合，并将其均匀的泵出，在现场浇筑硬化成型，得到发泡轻质土。

图3 发泡轻质土现场生产制作流程

2.3 施工准备

图4 为泡沫轻质土施工流程图，在桥梁台背回填施工前，按照实际情况、工期要求、生产能力等划分浇筑层、浇筑区域。按照设计对市政道路桥台后的回填路堤进行挖掘，对施工区地基底部的杂质进行完全清理，并将所述的起泡剂加入水中进行冲淡，并将其加入所述的水冲淡中，再加入所述的压缩空气，经所述的起泡器进行冲淡处理。搅拌站负责对水泥浆进行集中供应，按照流量标准来称水。水泥浆液的配制要持续进行，要避免局部消泡、初凝，配制好后要将其泵到施工场地，并进行充分的搅拌，保证不产生颗粒，并且要在出料口安装过滤器。在气泡增压后与水泥浆液充分搅拌，从而获得泡沫轻质土。

图4 泡沫轻质土施工流程图

2.4 基坑清理及模板安装

待建设涵台，在其周边整理平整场地，并将现场的防排水工作做好，防止积水对材料、机械造成不利影响。场所尺寸可满足一套设备及发泡剂、水泥贮存的要求，按台后所需的物料数量来决定。做好施工用水，用电，铺路的准备工作。在泡沫混凝土进行施工之前，要将基础防水工作和排水工作做好，在挖掘好了坑槽之后，在最小的地方，在挖掘出来的排水口的宽度应该是大于或小于1m，这样可以防止槽中出现积水。对施工现场基坑底部的杂物和积水进行清除，保证在浇筑混凝土时没有积水和杂物。将基层清洁做好，确保浇筑施工无障碍。在地下水位之下进行混凝土的混凝土，必须采取降雨措施，不能在地基中出现积水的情况下进行。施工前墨线控制水平进行。在轻质泡沫混凝土浇筑时，要采取防渗措施，不能出现穿刺现象。

2.5 泡沫轻质土的浇筑成型

将泡沫轻质土按一定的厚度进行分层浇筑，待上填筑层完成后，再开始浇筑。一般情况下，分层的厚度应该在31.5cm 到81.0cm 之间。每工作面的间隔时间为14.5h，在填筑浇筑一层泡沫轻质土时，适当控制竖向填筑速度。根据装置供料能力、泡沫轻质土初凝时间、分层厚度等因素来决定，纵向填充的块数为5.5～15.5m，当横向填充的宽度超过15.5m 时，应分块。每一次浇筑面积的混凝土层板厚度都要控制在0.3～1.1m 之间，保证混凝土层板的初凝能按时完工。当周围气温大于15.5 摄氏度时，应将两个浇筑层之间的浇筑期控制在8.5 小时至12.5 小时之间。在进行浇筑施工时，现场浇筑施工方案具体步骤见图5 所示。

图5 施工方案与步骤

2.6 泡沫轻质土的养护

在完成泡沫轻质土的每层浇筑终凝后，对土工布喷洒水分进行湿润、养护或用塑料薄膜进行覆盖，防止水分扩散过快，导致出现收缩开裂[5]。经常喷洒，使轻质泡沫土壤处于潮湿的条件下，防止过量水分的浸入，脱水。在冬天，不要用喷头来进行混凝土浇筑，用泡沫轻质土浇筑的混凝土浇筑的混凝土，保持7 天保温期。在浇筑泡沫轻质土完成并硬化成型后，在没有达到设计的强度前，要强化对成品的防护，每组试件准干密度平均值要不高于湿密度标准值，每400m³检测一次，单一构筑单元测试时，至少进行两组试件的抽取。当泡沫轻质土浇筑至设计标高时，用塑料薄膜覆盖并洒水进行养护，浇筑完毕后，用7 日时间进行养护。在完成泡沫轻质土桥梁台背回填施工后，在最后一层浇筑层养护强度等于或高于0.42MPa 后，对路面结构层进行施工。

3 结语

1.使用泡沫轻质土回填公路桥梁台背，其容重为普通土1/3～1/2，可使台背回填土荷载得以减轻，从而使地基附加应力减少，改善了地基的稳定性。

2.制备水泥浆液的过程须连续，局部消泡、初凝要避免；新拌的泡沫轻质土泵送水平距离不能超过505m，垂直高度小于或等于31m。

3.在完成了泡沫轻质土的每层浇筑终凝之后，要马上对土工布喷洒水分进行湿润、养护或用塑料薄膜进行覆盖。在泡沫轻质土桥梁台背回填施工完成后，最后一层浇筑层养护强度等于或高于0.42MPa 后进行路面结构层施工。