浅析泡沫轻质土在软土地基桥台台背回填的工程应用

0. 引言：

泡沫轻质土通过采用压缩空气与发泡溶液混合的方式生成泡沫，再将泡沫按照特定比例混入到搅拌均匀的水泥浆体材料进行混合，浇筑养护固结后形成一种含有大量呈均匀封闭的气孔的轻质固态材料 [1]。通过多年来各地公路项目的成功应用，发现泡沫轻质土具有以下优势： ① 可直立填筑，长距离泵送，减少征拆协调难度；②结构稳定性好，减轻构造物背面及侧向土压力； ③ 可不进行软基处理或降低软基处理强度和范围，因自重轻，减少工后差异沉降； ④ 施工时自密实性能，不需投入大型机械进行振压； ⑤ 虽造价较传统填筑方式偏高，但可以节约工期，对环境污染小，综合效益好。因其有明显优势，故而具有广泛的应用前景。

1. 项目应用背景

本标段为 G5513 益阳至常德高速公路扩容工程第七合同段 , 于 K81+139～K82+514 桩号位置设新兴互通一座，新兴互通主线桥分别交于 B、C、D、E 匝道桥，共 4 个桥台，其中 B 匝道桥台最大填土高度为 10.705m ，原地面表层土为褐黄色，松散状种植土，层厚约0.40～0.70m ；往下为褐黄色，硬塑状粉质黏土，层厚大于 4.80m_⨀ 。

基于泡沫轻质土材料应用的较多优点，结合本项目新兴互通匝道桥台地处软土地基路段，具备台背填土高，反开挖面受限，工期紧等复杂工程特点，故通过设计变更，采用泡沫轻质土浇筑工艺用于软基路段的肋板式桥台台背填筑。

2. 泡沫轻质土主要技术指标

2.1 依据现行《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》(CJJ/T 177) 标准，泡沫轻质土施工配合比湿密度和抗压强度指标应满足表1 的要求。

2.2. 材料组成技术要求

（1）发泡剂：泡沫剂材料需满足《泡沫混凝土用泡沫剂》(JC T 2199) 一等品的要求 0 按供应商推荐的最大稀释倍数配成泡沫液制泡，发泡倍率不小于 15～30 ，发泡剂制备的泡沫土标准湿容重不应小于 5.0kN/m³ ，施工流值宜为 170～190mm ，泡沫轻质土浆料标准沉降率应不大于 5%_∘ 。

（2）水泥：水泥应满足《通用硅酸盐水泥》(GB 175) 的标准要求。宜用强度等级为 42.5级的硅酸盐水泥，其细度、凝结时间、安定性及强度等指标均满足规范要求。

（3）水：现场可就近采用饮用水、自来水、河水、湖泊水和鱼塘水进行拌合时，其应符合现行《混凝土用水标准》(JGJ 63) 的规定，且施工时温度应大于等于 5% 。

2.3. 泡沫轻质土的配合比设计

（1）泡沫轻质土的配合比应符合标准《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》(CJJ/T 177)及设计要求，根据现场应用部位及施工现场所用材料，选择拟用的设计强度、湿容重、流动性等指标来设计确定施工配合比。

（2）泡沫轻质土的施工配合比强度试件为 100mm×100mm×100mm 立方体试块。要求采用的压力机量程满足最大破坏荷载处在全量程 20%～80% 范围内，且抗压强度结果不进行试件尺寸换算。

（3）施工配合比强度试件共取 2 组，一组 3 块，在 20%±2% 条件下，采用塑料薄膜密封养生，分别适配 7 天和 28 天龄期试件进行抗压强度。当 7d 龄期抗压强度不小于 0.5 倍设计强度，且28d 龄期抗压强度不小于1.1 倍设计强度时，该配合比可作为施工配合比采用。

3. 泡沫轻质土浇筑要求及控制要点

3.1 发泡装置技术要求

（1）泡沫轻质土制作设备应具有计量和自动生产功能，能提供连续稳定的气泡群，并能根据现场湿容重情况随时调整空气、发泡液和气泡群流量连续泵送作业，不得采用人工搅拌进行发泡。

（2）气泡群与水泥基浆料应分开制备，再经过设备充分混合后由配送管进行泵送，新拌气泡混合物在泵送设备和泵送管道中停置时间不宜超过浆料的初凝时间，一般为 2h

3.2 浇筑区段划分

为减少水化热对填筑体质量的影响，严格控制泡沫轻质土浇筑方式，对台背的泡沫轻质土采用分区、分层进行浇注作业。泡沫轻质土在施工前，单个浇注区宜根据生产设备的产能和设备性能合理进行划分，且单个浇注层的最大浇注面积不宜超过 400m² ，长轴方向不宜超过 30m 。每个台背浇注区的单层浇筑高度宜为 0.5m～1.0m ，若填筑体厚度过小，当小于0.5m时容易引起裂纹和沉陷，质量控制难度加大，同时考虑到经济适用性，现场实际单层浇筑高度按0.8m 进行控制，浇注区内单个浇注层的浇筑时间能在水泥浆初凝时间内完成。

3.3 浇筑前基底处理

泡沫轻质土施工浇注前，精准测量放线，按照设计高程和尺寸进行开挖清理、整平压实，基底承载力需满足不小于 120kPa 或设计要求。如泡沫轻质土处于地下水位以下环境下施工时，应设置防排水设施，确保基底无杂物、无积水。对浇注区基底进行检查验收，基底高程、平面尺寸满足设计要求后方可施工。

3.4 混凝土面板安装

泡沫轻质土外侧及桥台侧采用设计尺寸为 900mm×300mm×40mm 的外挂预制混凝土面板封闭，面板采用 C30 细石混凝土，集中在场外进行预制。面板安装前，宜根据开挖台阶，浇筑 C25 混凝土面板基础，并严格按照设计要求安装角钢立柱。采用 φ6mm 钢筋拉杆，用一头勾住面板的连接钢筋，另一头焊接在角钢上，对预制面板进行固定，确保保护面板垂直且定位准确。混凝土保护面板宜根据浇筑分层高度分层安装，不宜一次性安装到位，确保浇筑时，因侧向压力产生横向位移变形，面板接缝处宜采用M7.5 水泥砂浆勾缝，确保安装严密，浇筑时不漏浆。

3.5 施工质量控制要点

（1）同一浇注区上下相邻浇注层施工时间间隔，应以下一浇注层终凝后方可进行，一般不宜少于10h。

（2）浇注过程中，沿浇注区长轴方向自一端向另一端进行浇注，不宜频繁移动浇注管对新浇筑体产生扰动，如一次浇筑面积较大时，也可采用多管浇注，并以对角布置浇筑管，采取同步浇注的方式进行。

（3）浇注施工过程中，为减少对新浇筑的气泡轻质土的扰动，泵送管出口与浇筑面宜保持水平，且出料口离当前浇注面的高差最大不超过 2m ，不宜采用喷射方式浇筑。

（3）单级配管泵送范围应根据配合比组成、输送距离及泵送高度来综合确定。当采用纯水泥制备的轻质土浆料时，水平泵送距离不宜超过 400～500m ，垂直泵送高度不宜超过20～30m ，当泵送距离太远无法满足要求时，可考虑增加中继泵来进行多级泵送。

（4）施工时，面板的基础及挡板宜在路基纵向上每隔 10～15m 间距，设置一道横向变形缝，中间宜用 20mm 厚的泡沫板或者木夹板填塞，以减少不均匀沉降导致的基础开裂。为保持与浇筑整体的稳定性，变形缝宜结合浇筑区施工缝的位置，进行转区错开。

（5）浇注至顶面设计标高时，在顶部铺设 1 层 0.5mm 厚的 HPDE 防渗土工膜，在顶部及以下80cm 位置铺设2 层钢塑土工格栅，铺设前宜清除下承层尖锐物后，以免造成损坏。

（6）当施工现场环境满足冬期施工环境条件时，施工应按相关规范规定冬期施工的要求执行。当施工现场环境日平均气温连续 5d 平均气温低于 -5C ，或最低气温低于 -15℃时，应停施工浇筑。

3.6 施工养护与质量处理

（1）有研究表明，泡沫轻质土的干燥收缩率约 2‰ ，是普通混凝土的 4～6 倍 [2]，此收缩可能会引起大体积填筑体的细小龟裂，但对代替路基承载功能不会产生影响，且随着收缩的发生，徐变也增加，对收缩引起的龟裂起到缓解作用。因此，当台背轻质土浇注至设计顶面高程后，应采用塑料膜或无纺布来保湿养生，时间宜不少于7 天，养护期间做好道路封闭，直至轻质土顶部强度达到设计强度后，方可进行机械作业，作业前，还应在合适位置铺设厚度不小于 20cm 的临时覆盖层。

（2）泡沫轻质土浇注过程中，因预制面板安装不严密，局部出现大面积裂缝或沉陷时，宜在轻质土达到设计强度的 50% 时，对裂缝或沉陷区域进行人工切除处理，处理深度宜为一个浇注层厚度，并用同配合比泡沫轻质土浆料进行浇注。

5. 横向稳定性监测

软土地基路基可采用观测桩法对水平位移进行监测，通过对累计水平位移量来评估路基横向稳定性 [3]。观测频率依据《软土地基路基监控标准》(GB/T51275-2017) 标准，在泡沫轻质土路堤各平台边缘沿长轴方向设置 2～3 处观测桩，采用全站仪进行平面导线测量，通过测量距离与方位角，按极坐标计算公式可准确求出每周期各变形点的三维坐标。日测横向位移不应超过 5mm ，施工期间，每 15 天观测 1 次固定桩位移，遇强降雨及突发性暴雨应每天观测 1 次，或者根据位移变化情况减少和加密测试。当泡沫轻质土路堤稳定出现异常而可能失稳时，应立即停止施工，等路堤恢复稳定后方可继续施工。

6. 结语

综上，轻质泡沫土在软土地基路段的桥台台背浇筑时，在质量控制、施工协调、工期保障、环境影响以及运营后稳定等多方面可以显现出较大的优势。但是，此工法在泡沫轻质土浇筑至台背顶层时，因泡沫土自流平的特点，无法通过自身性质自主形成横纵坡，可通过在浇筑到顶层后，采取多级台阶递进或者用路面基层材料进行调坡处理。此外，轻质泡沫土较传统碎石土或者级配料填筑的造价要高出约 3 倍以上。因此，要成功应用此项工艺技术，要充分考虑项目实际情况及工程条件因素，通过材料选定、配合比调整、设备控制、施工质量管理等有效管理手段，最大化的发掘轻质泡沫土技术在项目上的应用优势。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通运输部 .JTG/T 3610-2019 公路路基施工技术规范 [S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司.2019.9.

[2] 郭秀慧 . 高速公路特殊工况下泡沫轻质土路基加宽的应用研究 [J]. 交通世界 ,2023,(10):71-73.DOI:10.16248/j.cnki.11-3723/u.2023.10.047.

[3] 李 亚 娜 . 高 填 方 路 基 竖 向 沉 降 和 横 向 稳 定 性 观 测 [J]. 科 技 与 企 业 ,2012,(09):208.DOI:10.13751/j.cnki.kjyqy.2012.09.091.

作者简介：单相南（1987-），男 ，侗族 ，本科 ，中级工程师 ，研究方向：道路与桥梁隧道工程施工管理