泡沫混凝土在路堤填筑中的應用研究

莊偉福

(中交一公局廈門工程有限公司)

道路工程是最常見的基礎建設之一，在施工過程中，往往會受到軟土地基的困擾，這是因為軟土地基具有低強度、高壓縮性、高含水量等特點，容易造成軟土地基的不均勻沉降，并顯著降低道路的承載力，從而影響其安全性。尤其是在降雨多的區域，往往會由于連續降雨的原因，使得路堤填土材料的含水率保持較高狀態，填筑材料的自重就增大了，在路堤荷載變重的作用下，極易降低土的抗剪強度，嚴重的時候會導致路堤不穩固，十分危險。道路工程中目前常用的處理方法有固結法、強夯法、置換法等技術手段，這些技術手段也存在一定的局限性，為了更好處理軟基，近年來，采用泡沫混凝土處理軟土地基的技術逐漸成熟[1]。泡沫混凝土是以水泥為主要膠凝材料，將發泡劑產生的氣泡引入由水泥、砂漿、外加劑和水組成的漿體中，經混合均勻制備成泡沫混凝土。泡沫混凝土具有一定的強度以及優良的性能，包括輕質、保溫隔熱、隔音降噪、高流動性、施工便捷、環保等特點，這些特點是泡沫混凝土成為市場上最受歡迎節能環保材料之一的重要原因。目前，國內泡沫混凝土的應用技術已經相對成熟，主要分為泡沫混凝土制品和現澆泡沫混凝土，其中，現澆泡沫混凝土是工程應用的主流，且逐年增長，并作為一種新的路堤填筑材料在路堤回填中得到越來越多的關注與應用。有文獻研究發現[2]，與普通填料填筑的路堤相比，用泡沫混凝土換填的路堤，其變形性較小，不易發生路堤沉降的問題，且在提高路堤穩定性方面具有重要的積極作用，對工程建設幫助極大。因此，本文結合福建某道路工程的路堤填筑項目，從泡沫混凝土配合比設計、泡沫混凝土填充方案，泡沫混凝土施工工藝及質量控制等方面，探討了泡沫混凝土在路堤回填中的應用，總結了泡沫混凝土現場施工的經驗和理論知識，提出了技術應用過程中的注意要點，期望可以為類似工程提供參考借鑒。

1 工程概況

福建某道路工程的路堤填筑項目，場地區域屬于剝蝕低坡和沖積河谷地貌區，坡度為中等緩坡，雨季多，由于連續降雨的原因，使得路堤填土材料的含水率保持較高狀態，指標不滿足要求（粘聚力為15.5kPa，內摩擦角為21°），該地區邊坡殘土性質較為特殊，在水的作用下容易吸水軟化，土的含水量高，滲透系數小，軟土無法充分固結，在高填方荷載的作用下降低了路堤的抗剪強度，容易導致路堤局部變形大，進一步導致路堤的整體穩定性不好。經過調查，道路填方區的頂部和坡面已經出現了拉伸裂縫和斜向裂縫。在坡腳前緣的一些包裹中發現了錯位、膨脹和裂縫，裂縫從填方坡腳的排水溝交錯延伸到路側溝附近。鑒于路堤病害較嚴重，如果處理不及時，可能會使病害變嚴重，危及道路安全性。

從施工不利因素、工程風險可控性、工期和成本等4 個方面比較分析了不同方案的差異。最終決定采用泡沫混凝土材料換填軟土地基，以解決地基沉降和地基基底應力過大的問題。

2 泡沫混凝土的制備

2.1泡沫混凝土配合比設計

2.1.1配合比設計原則

泡沫混凝土的材料組成主要有水、水泥及摻合料、發泡劑以及細集料。本配合比的主要設計指標依據福建某道路工程的路堤填筑項目，主要技術指標分別為：泡沫混凝土的28d 抗壓強度≥1.5MPa，濕容重介于5～8kN/m3，濕密度介于710～720kg/m3。

泡沫的密度介于40～60kg/m3，發泡劑的稀釋倍數為1:40，流動度介于170～190mm。

2.1.2配合比原材料

水泥采用福建閩福P?042.5R 普通硅酸鹽水泥，水泥密度為3084kg/m3，28 天抗壓強度為54.2MPa；發泡劑選用福建某公司提供的復合型發泡劑，泡沫密度為50kg/m3，稀釋倍率為40，發泡倍率為986，泌水率為13.8%；水為自來水。

2.1.3配合比設計方案

鑒于工程的實際情況無其他摻合料供應，因此在此配合比設計過程中只考慮純水泥。根據規范[3]，得出5組不同配合比，詳見表1，不同配合比試驗結果見表2。

表1 泡沫混凝土配合比

表2 泡沫混凝土配合比試驗結果

從表2 試驗結果可知，隨著水固比的降低，泡沫混凝土的濕容重變大，分析其原因，水泥的密度大小是水密度的3 倍以上，當水固比降低時，泡沫混凝土中的水用量變少，水泥用量變多，其濕容重隨之變大。根據本工程的主要技術指標要求，泡沫混凝土的濕容重介于5～8kN/m3之間，所以P1組比例不符合施工要求。

從表2 試驗結果可知，泡沫混凝土的流動度隨著水固比的降低而變小，分析其原因，自由水是影響流動度的重要因素，水固比降低時，泡沫混凝土中的自由水就跟著降低，其流動性隨之變小。根據本工程的主要技術指標要求，泡沫混凝土的流動度介于170～190mm 之間，所以P1、P4、P5三組都不能滿足要求。

從表2 試驗結果可知，泡沫混凝土的吸水率隨著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，其吸水性較好，水固比降低時，泡沫混凝土中的水泥用量就提高，對孔隙的填充效果就更好，孔隙降低，因此其吸水率就降低。Pl 組和P2 組比例的泡沫混凝土的吸水率高達43.82%和42.45%，不符合背景工程中的施工要求，所以在實際施工中沒有考慮。

從表2 試驗結果可知，隨著水固比的降低，泡沫混凝土的無側限抗壓強度逐漸變大。這是因為水固比降低時，泡沫混凝土中的水泥用量就提高，對孔隙的填充效果就更好，孔隙降低有利于強度發展。根據本工程的主要技術指標要求，泡沫混凝土的28d 抗壓強度≥1.5MPa，所以P1組和P2組不符合條件，不予考慮。

2.2確定配合比

綜上試驗結果可知，編號為P3 的配合比是滿足該工程的最佳配合比，其水固比為1:1.66，即每立方米泡沫混凝土的水泥用量為430kg，用水量為259kg，泡沫劑為30kg。。

3 泡沫混凝土填筑方案

泡沫混凝土填筑前，應對軟土地基保持沉降監測，在沉降率滿足施工要求之后，才可以進行泡沫混凝土填筑方案。圖1 為泡沫混凝土截面設計圖，圖2 為泡沫混凝土立面布置圖。

圖1 泡沫混凝土斷面設計圖

如圖1、圖2所示，采用臺階法對路堤土體的滑動面進行開挖，開挖完成后，采用EVP 防水板+巖土對平臺進行封閉，然后采用泡沫混凝土進行填筑，施工過程中，應時刻保持坡體變形及穩定性監測并及時反饋。

4 泡沫混凝土施工工藝及質量控制

4.1施工準備

4.1.1現場配合比試驗

現場施工前，應根據實驗室配合比進行施工配合比驗證，驗證要求如下：

⑴現場施工所用的材料應和實驗室設計配合比時的材料相一致；

⑵28d無側限抗壓強度>1.5MPa；

⑶濕容重≤8.0kN/m；流動值170～190mm；

⑷泡沫混凝土強度試驗應成型100mm×100mm×100mm 的立方試塊2 組，分別測定7d 和28d 的無側限抗壓強度。當28d無側限抗壓強度＞1.5MPa時，即可采用該配比進行生產施工。

4.1.2現場場地準備

現場澆筑泡沫混凝土前，應將澆筑區基底雜物、積水清除干凈；確認施工電源、用水、設備、材料的準備就位。具體準備如下：

⑴泡沫混凝土現場拌合站或拌合機械；

⑵現場澆筑用擋板、模板、支撐杠、保護面板等材料；

⑶圍擋好泡沫混凝土封閉的施工區域；⑷其他相關儀器設備應滿足產能要求。

4.2泡沫混凝土施工流程及施工方法

4.2.1施工流程

泡沫混凝土現場填筑施工工藝流程如下：

路堤基槽開挖→基底壓實→碎石墊層鋪設→非預應力錨桿施工→底板及側板施工→泡沫混凝土制備→泡沫混凝土輸送→泡沫混凝土澆筑→泡沫混凝土養護→質量檢驗→成品保護。

4.2.2施工方法

⑴泡沫混凝土制備

①應采用具有先進的自動化計量儀器，方便在攪拌過程中隨時調整材料用量；

②原材料的計量精度應符合要求；

③在攪拌泡沫混凝土過程中，應充分混合均勻。

④現場應及時制備泡沫混凝土，各種材料不宜長久暴露，暴露時間＜2小時。

⑵運輸及澆筑

①宜采用漿車運輸泡沫混凝土，采用泵送澆筑；

②應采取分段分區分層澆筑泡沫混凝土；

③合理控制每層的澆筑時間，應滿足施工時間小于水泥漿的初凝時間。每層澆筑完成后，待凝結固化后，可立即進行下一層的施工澆筑。

⑶養護

①泡沫混凝土澆筑至設計要求的標高后，初凝后應及時采取保濕養護；

②泡沫混凝土的強度未滿足設計要求前，不能直接投入使用，如果實在需要臨時使用，應鋪設厚度≥50cm的臨時保護層；

③在泡沫混凝土上方進行道路施工前，應確定泡沫混凝土的強度大于0.5MPa。

4.3施工要點

泡沫混凝土路基現場澆筑施工要點如下：

⑴泡沫混凝土澆筑方量大，施工技術復雜，具有一定難度，要求施工隊伍必須具有相應的資質，且承擔過類似工程不少于3個；

⑵擋板與填充物之間每間隔10～15m 應設置沉降縫；

⑶泡沫應預先采用發泡機備好，不應采用攪拌的方法來制作泡沫；

⑷泡沫混凝土澆筑時應分塊分層，每層厚度應控制在0.5～1.0m范圍內；

⑸泡沫混凝土澆筑時應沿澆筑區的長軸從一端向另一端澆筑；

⑹盡量避免在已澆筑的、未固化的泡沫混凝土上來回走動；

⑺如遇惡劣的雨雪天氣，應將未固化的泡沫混凝土表面覆蓋起來，防止雨后消泡。

5 結語

⑴依據規范設計，設計了滿足該工程條件下的最佳配合比，配合比為：水固比為1:1.66，每立方米泡沫混凝土的水泥用量為430kg，用水量為259kg，泡沫劑為30kg。

⑵泡沫混凝土在路堤填筑中具有填筑方式靈活、較高的剛度和較低的密度、施工速度快等優點，可以縮短工期，降低工程成本，且有效提高路堤的穩定性。

⑶泡沫混凝土換填軟土地基是一項新的軟基處理技術，為了更好地推廣該項技術，仍需總結更多的工程應用經驗。