泡沫混凝土在路堤填筑中的应用研究

庄伟福

(中交一公局厦门工程有限公司)

道路工程是最常见的基础建设之一，在施工过程中，往往会受到软土地基的困扰，这是因为软土地基具有低强度、高压缩性、高含水量等特点，容易造成软土地基的不均匀沉降，并显著降低道路的承载力，从而影响其安全性。尤其是在降雨多的区域，往往会由于连续降雨的原因，使得路堤填土材料的含水率保持较高状态，填筑材料的自重就增大了，在路堤荷载变重的作用下，极易降低土的抗剪强度，严重的时候会导致路堤不稳固，十分危险。道路工程中目前常用的处理方法有固结法、强夯法、置换法等技术手段，这些技术手段也存在一定的局限性，为了更好处理软基，近年来，采用泡沫混凝土处理软土地基的技术逐渐成熟[1]。泡沫混凝土是以水泥为主要胶凝材料，将发泡剂产生的气泡引入由水泥、砂浆、外加剂和水组成的浆体中，经混合均匀制备成泡沫混凝土。泡沫混凝土具有一定的强度以及优良的性能，包括轻质、保温隔热、隔音降噪、高流动性、施工便捷、环保等特点，这些特点是泡沫混凝土成为市场上最受欢迎节能环保材料之一的重要原因。目前，国内泡沫混凝土的应用技术已经相对成熟，主要分为泡沫混凝土制品和现浇泡沫混凝土，其中，现浇泡沫混凝土是工程应用的主流，且逐年增长，并作为一种新的路堤填筑材料在路堤回填中得到越来越多的关注与应用。有文献研究发现[2]，与普通填料填筑的路堤相比，用泡沫混凝土换填的路堤，其变形性较小，不易发生路堤沉降的问题，且在提高路堤稳定性方面具有重要的积极作用，对工程建设帮助极大。因此，本文结合福建某道路工程的路堤填筑项目，从泡沫混凝土配合比设计、泡沫混凝土填充方案，泡沫混凝土施工工艺及质量控制等方面，探讨了泡沫混凝土在路堤回填中的应用，总结了泡沫混凝土现场施工的经验和理论知识，提出了技术应用过程中的注意要点，期望可以为类似工程提供参考借鉴。

1 工程概况

福建某道路工程的路堤填筑项目，场地区域属于剥蚀低坡和冲积河谷地貌区，坡度为中等缓坡，雨季多，由于连续降雨的原因，使得路堤填土材料的含水率保持较高状态，指标不满足要求（粘聚力为15.5kPa，内摩擦角为21°），该地区边坡残土性质较为特殊，在水的作用下容易吸水软化，土的含水量高，渗透系数小，软土无法充分固结，在高填方荷载的作用下降低了路堤的抗剪强度，容易导致路堤局部变形大，进一步导致路堤的整体稳定性不好。经过调查，道路填方区的顶部和坡面已经出现了拉伸裂缝和斜向裂缝。在坡脚前缘的一些包裹中发现了错位、膨胀和裂缝，裂缝从填方坡脚的排水沟交错延伸到路侧沟附近。鉴于路堤病害较严重，如果处理不及时，可能会使病害变严重，危及道路安全性。

从施工不利因素、工程风险可控性、工期和成本等4 个方面比较分析了不同方案的差异。最终决定采用泡沫混凝土材料换填软土地基，以解决地基沉降和地基基底应力过大的问题。

2 泡沫混凝土的制备

2.1泡沫混凝土配合比设计

2.1.1配合比设计原则

泡沫混凝土的材料组成主要有水、水泥及掺合料、发泡剂以及细集料。本配合比的主要设计指标依据福建某道路工程的路堤填筑项目，主要技术指标分别为：泡沫混凝土的28d 抗压强度≥1.5MPa，湿容重介于5～8kN/m3，湿密度介于710～720kg/m3。

泡沫的密度介于40～60kg/m3，发泡剂的稀释倍数为1:40，流动度介于170～190mm。

2.1.2配合比原材料

水泥采用福建闽福P•042.5R 普通硅酸盐水泥，水泥密度为3084kg/m3，28 天抗压强度为54.2MPa；发泡剂选用福建某公司提供的复合型发泡剂，泡沫密度为50kg/m3，稀释倍率为40，发泡倍率为986，泌水率为13.8%；水为自来水。

2.1.3配合比设计方案

鉴于工程的实际情况无其他掺合料供应，因此在此配合比设计过程中只考虑纯水泥。根据规范[3]，得出5组不同配合比，详见表1，不同配合比试验结果见表2。

表1 泡沫混凝土配合比

表2 泡沫混凝土配合比试验结果

从表2 试验结果可知，随着水固比的降低，泡沫混凝土的湿容重变大，分析其原因，水泥的密度大小是水密度的3 倍以上，当水固比降低时，泡沫混凝土中的水用量变少，水泥用量变多，其湿容重随之变大。根据本工程的主要技术指标要求，泡沫混凝土的湿容重介于5～8kN/m3之间，所以P1组比例不符合施工要求。

从表2 试验结果可知，泡沫混凝土的流动度随着水固比的降低而变小，分析其原因，自由水是影响流动度的重要因素，水固比降低时，泡沫混凝土中的自由水就跟着降低，其流动性随之变小。根据本工程的主要技术指标要求，泡沫混凝土的流动度介于170～190mm 之间，所以P1、P4、P5三组都不能满足要求。

从表2 试验结果可知，泡沫混凝土的吸水率随着水固比的降低而降低，分析其原因，泡沫混凝土中含有大量的孔隙，其吸水性较好，水固比降低时，泡沫混凝土中的水泥用量就提高，对孔隙的填充效果就更好，孔隙降低，因此其吸水率就降低。Pl 组和P2 组比例的泡沫混凝土的吸水率高达43.82%和42.45%，不符合背景工程中的施工要求，所以在实际施工中没有考虑。

从表2 试验结果可知，随着水固比的降低，泡沫混凝土的无侧限抗压强度逐渐变大。这是因为水固比降低时，泡沫混凝土中的水泥用量就提高，对孔隙的填充效果就更好，孔隙降低有利于强度发展。根据本工程的主要技术指标要求，泡沫混凝土的28d 抗压强度≥1.5MPa，所以P1组和P2组不符合条件，不予考虑。

2.2确定配合比

综上试验结果可知，编号为P3 的配合比是满足该工程的最佳配合比，其水固比为1:1.66，即每立方米泡沫混凝土的水泥用量为430kg，用水量为259kg，泡沫剂为30kg。。

3 泡沫混凝土填筑方案

泡沫混凝土填筑前，应对软土地基保持沉降监测，在沉降率满足施工要求之后，才可以进行泡沫混凝土填筑方案。图1 为泡沫混凝土截面设计图，图2 为泡沫混凝土立面布置图。

图1 泡沫混凝土断面设计图

如图1、图2所示，采用台阶法对路堤土体的滑动面进行开挖，开挖完成后，采用EVP 防水板+岩土对平台进行封闭，然后采用泡沫混凝土进行填筑，施工过程中，应时刻保持坡体变形及稳定性监测并及时反馈。

4 泡沫混凝土施工工艺及质量控制

4.1施工准备

4.1.1现场配合比试验

现场施工前，应根据实验室配合比进行施工配合比验证，验证要求如下：

⑴现场施工所用的材料应和实验室设计配合比时的材料相一致；

⑵28d无侧限抗压强度>1.5MPa；

⑶湿容重≤8.0kN/m；流动值170～190mm；

⑷泡沫混凝土强度试验应成型100mm×100mm×100mm 的立方试块2 组，分别测定7d 和28d 的无侧限抗压强度。当28d无侧限抗压强度＞1.5MPa时，即可采用该配比进行生产施工。

4.1.2现场场地准备

现场浇筑泡沫混凝土前，应将浇筑区基底杂物、积水清除干净；确认施工电源、用水、设备、材料的准备就位。具体准备如下：

⑴泡沫混凝土现场拌合站或拌合机械；

⑵现场浇筑用挡板、模板、支撑杠、保护面板等材料；

⑶围挡好泡沫混凝土封闭的施工区域；⑷其他相关仪器设备应满足产能要求。

4.2泡沫混凝土施工流程及施工方法

4.2.1施工流程

泡沫混凝土现场填筑施工工艺流程如下：

路堤基槽开挖→基底压实→碎石垫层铺设→非预应力锚杆施工→底板及侧板施工→泡沫混凝土制备→泡沫混凝土输送→泡沫混凝土浇筑→泡沫混凝土养护→质量检验→成品保护。

4.2.2施工方法

⑴泡沫混凝土制备

①应采用具有先进的自动化计量仪器，方便在搅拌过程中随时调整材料用量；

②原材料的计量精度应符合要求；

③在搅拌泡沫混凝土过程中，应充分混合均匀。

④现场应及时制备泡沫混凝土，各种材料不宜长久暴露，暴露时间＜2小时。

⑵运输及浇筑

①宜采用浆车运输泡沫混凝土，采用泵送浇筑；

②应采取分段分区分层浇筑泡沫混凝土；

③合理控制每层的浇筑时间，应满足施工时间小于水泥浆的初凝时间。每层浇筑完成后，待凝结固化后，可立即进行下一层的施工浇筑。

⑶养护

①泡沫混凝土浇筑至设计要求的标高后，初凝后应及时采取保湿养护；

②泡沫混凝土的强度未满足设计要求前，不能直接投入使用，如果实在需要临时使用，应铺设厚度≥50cm的临时保护层；

③在泡沫混凝土上方进行道路施工前，应确定泡沫混凝土的强度大于0.5MPa。

4.3施工要点

泡沫混凝土路基现场浇筑施工要点如下：

⑴泡沫混凝土浇筑方量大，施工技术复杂，具有一定难度，要求施工队伍必须具有相应的资质，且承担过类似工程不少于3个；

⑵挡板与填充物之间每间隔10～15m 应设置沉降缝；

⑶泡沫应预先采用发泡机备好，不应采用搅拌的方法来制作泡沫；

⑷泡沫混凝土浇筑时应分块分层，每层厚度应控制在0.5～1.0m范围内；

⑸泡沫混凝土浇筑时应沿浇筑区的长轴从一端向另一端浇筑；

⑹尽量避免在已浇筑的、未固化的泡沫混凝土上来回走动；

⑺如遇恶劣的雨雪天气，应将未固化的泡沫混凝土表面覆盖起来，防止雨后消泡。

5 结语

⑴依据规范设计，设计了满足该工程条件下的最佳配合比，配合比为：水固比为1:1.66，每立方米泡沫混凝土的水泥用量为430kg，用水量为259kg，泡沫剂为30kg。

⑵泡沫混凝土在路堤填筑中具有填筑方式灵活、较高的刚度和较低的密度、施工速度快等优点，可以缩短工期，降低工程成本，且有效提高路堤的稳定性。

⑶泡沫混凝土换填软土地基是一项新的软基处理技术，为了更好地推广该项技术，仍需总结更多的工程应用经验。