气泡混合轻质土在某立交桥台背填筑中的应用doc

气泡混合轻质土在某立交桥台背填筑中的应用

作者：欧阳琼亮 罗 枫

摘要：中江高速公路港口立交位于珠江三角洲河网区，地势低平宽阔，鱼塘、沟渠交错成网，地基表层全部是三角洲相淤泥，厚达4O m 多。地基上的含水量大，压缩性高、强度低、渗透性差，属于超软弱地基。为了减少桥头跳车，结合现场工期要求，在部分桥头路段采用气泡轻质土进行填筑。

桥头跳车是由于台背回填土与桥面出现不同的沉降，致使路面与桥面连接处开裂，这种病害主要在软土路基段出现，是公路建设界长期以来未能解决的难题。软基路段的桥头跳车产生的原因比较复杂，主要是因不良地基及台背填料自身压缩导致的沉降、刚柔性突变等原因引起。对于不良地基路段，我们长期以来都是着眼于提高地基承载力，很少从减少软基附加应力为目的轻型填土的方面考虑，文章结合工程实际，对气泡混合轻质土的特点、施工工艺及施工效果作简单的描述。

气泡混合轻质填土是一种最为先进的轻型填土技术。轻质填土是指通过使用一些特殊技术制造出容重小于一般土体的填土材料。这种填土材料主要有3类：(1)泡沫塑料(EPS)块体；(2)泡沫塑料颗粒(EPS粒)混合土；(3)气泡混合土。气泡混合轻质土不仅具有轻质性、流动性、固化后的自立性等特点，而且它的密度及压缩强度可通过配合比进行自由的调整。这种填土技术可大大地降低填土荷重，使填土更加均匀且不需碾压作业，具有施工噪音低，施工工期短等优点。由于其优良的力学性能和经济指标，在经济发达国家是一种深受欢迎并且被广泛使用的土建高新技术。

1 工程概况

中江高速公路港口立交位于珠江三角洲河网区，地势低平宽阔，鱼塘、沟渠交错成网，地基表层全部是三角洲相淤泥，厚达4O多m。根据地质勘察结果，地基上的含水量大，压缩性高、强度低、渗透性差，属于超软弱地基。港口立交于2000年底动工，该处软基深度近40 m，桥头处软基处理原设计采用砂垫层结合袋装砂井及超载预压，在经过近3年的填筑及预压后，在沉降速率基本达到设计要求后进行反开挖，开始桥台施工。根据软土路段的特点，分析桥头跳车通病的原因，结合本工程工期的要求，决定在港口JK、

KX 匝道桥台处设置试验段进行气泡混合轻质土施工。为了对比施工效果，KJ匝道桥台依旧使用普通土填筑。

2 气泡轻质土的填筑施工 2．1 施工准备

(1)首先对地基进行开挖、整平夯实、加固，防止发生松垮崩溃。为了让气泡混合轻质土与地面充分融合必须对地基进行整平。夯实加固后，如仍不能确保牢固，则设置防止滑溜的加固柱。

(2)防、排水工程

气泡混合轻质土因为内部有气泡，吸水时其湿润度密度便会增加，从而有损其轻质性，引起强度下降。为此，重视轻质性与强度，阻断从外吸水，不让已填筑的轻质土两侧等表面滞水，必须依靠适当的出水孔向外排水。

以下即为具体做法。

① 防水工程。在气泡混合轻质土的上下底面铺设土工布，可以有效地起到防水作用，另外，不得已工程暂停，将气泡混合轻质土放置时，用遮水板或是柏油乳剂可以进行简易防水。② 排水工程。背面填土处的涌水较多时，在水容易汇集之处，采取地下排水。在用气泡混合轻质土填土处需处理排水问题时，如果可以向纵向方向引出，就在填土内设置横向地下排水工程。另当不知从背面填土的涌水是否会对气泡混合轻质土造成影响时，有必要并用遮水板。

(3)保护壁

保护壁的作用是防止气泡混合轻质土的风化、保护轻质填土构造体。它是用一些可作模型框架的墙壁材

料或砂浆喷涂的方法制得。设定保护壁时，要对气泡混合轻质土相适应的施工性、经济性进行分析、考虑。特别是使用墙壁材料时，要对风荷载、填筑气泡混合轻质土产生的侧压及气泡混合轻质土构造体的整体稳定性等因素加以分析考虑。同时，为了防止流体混凝土的溢出，施工中壁板之间，壁板与地基之间的间隙应尽量消除。另外，要防止模型产生曲变形。为了防止挡板的曲变形，模型应用单管进行加固。如果有必要。应考虑挡板及外支撑，保持保护壁的稳定。

此外，由于保护壁在气泡混合轻质土固化后会与其合为一整体，因而可不考虑气泡混合轻质土填筑后产生的侧压。另外，地基上多使用混凝土，为了能够支撑墙壁材料，一般须将壁高栏等处的荷重直接由壁材本身分散。

2．2 发泡、混合搅拌

发泡方式一般有以下几种：(1)使用发泡剂的后成形方式；(2)使用起泡剂的混合成形方式；(3)预先成形方式。其中，后成形发泡方式对气泡量的控制较困难，因此不大被使用。具体的发泡方式如图1所示。针对本工程的特点，采用较容易控制气泡的数量和分布，操作简单易行的预先成形发泡方式为本工程的发泡方式。

预先成形发泡方式中，稀释液在发泡装置中和压缩后的空气一起受到压力。混合后，使之产生气泡。与制成的水泥浆在机械作用力的作用下充分混合搅拌后，形成气泡混合轻质土。

一部分气泡在水泥浆与气泡群的混合和输送时被消解掉了。因此，气泡的投入量应根据消泡的比例、设计所需湿润度的气泡群的多少来定。气泡的消解比例会因起泡剂的种类而异。目前具体操作中最大程度也未超过5 ％，预计常为3 ％左右的损失。如果施工疏忽的话，结果可能导致1 m。的误差，同时湿润度

也会改变，这为施工中的重点与难点，应重点控制。

气泡混合轻质土的配置步骤如图1所示，即在砂质土、水泥、水充分混合成浆状之后，通过发泡装置产生的气泡加入其中而成。如果配置步骤出差错，浆物混合不均匀的话，会影响其强度及流动性。因为气泡在发泡之后极短时间内就会开始消解，所以发泡后要迅速将之与水泥浆混合，同时，对于制成品也一样，5 min后就开始消解，因此尽量做到迅速混合，杜绝使用超过发泡时间的气泡群。

2．3 输送 2．3．1 输送

气泡混合轻质土配置完成后的输送一般是由配管进行泵送或直接泵送。

气泡混合轻质土中的气泡，在由配管或泵管输送的过程中消解量是极小的。但如果使用预拌混凝土车和翻斗车进行输送的话，由于振动使得气泡消解，湿润度、空气含量将发生变化，流动性也降低。因此，针

对本工程的特点，使用泵管输送。

2．3．2 输送距离的确定，保证成品质量

从目前气泡混合轻质土的原料来看，材料分离、气泡的稳定性等允许消耗的最大距离为配管输送500 m。因此，为保证混凝土的稳定性，施工场所的距离设在500 m以内。砂质土越多，输送中材料分离、气泡的消解量越大，其质量也会大打折扣。一般情况，其输送距离标准参照表1所示。如果输送距离超过标准，必须设置中继泵送装置或气泡混合蛇管等补救措施。

本工程中，KX匝道气泡混合轻质土不掺加砂，即砂、水泥比例为0dK匝道桥台的气泡混合轻质土则掺加砂，砂、水泥的比例为1。泵送的距离为分别为100 m、120 m，符合下表中输送距离的要求，能确保气泡混合轻质土的施工质量。

2．4 浇注、铺设 2．4．1 浇注方法

气泡混合轻质土中气泡既有独立细微的特点，也具有分散性。因此施工过程中要避免过度振动，应考虑到气泡的消解及材料分离的限度。若不得已使用槽内浇筑时，要仔细留意，保证气泡混合轻质土的质量过关。由于气泡遇雨会大幅消解，因此要避免雨天施工。

2．4．2 一层的填筑厚度

填筑气泡混合轻质土时，由于其自身重量的影响，会压缩气泡和消泡。因此，填筑后的气泡混合轻质土有时会出现紧缩而导致湿润度增加的情况。由于气泡压缩和消泡的工作量随着填筑厚度的增加而加重。为提高施工效率，每层的填筑厚度要尽可能的薄。

试验证明气泡混合轻质土每层的填筑厚度在1 m以下的质量较好，能确保施工要求。另外，有时考虑到狭小部位的填筑需要填到1 m 以上的情况则应采取其他的质量保证措施，以确保填筑质量，该试验段则根据现场的情况先整平基底加设防水土布以确保其填筑厚度的要求。

2．5 养生保护

填筑气泡混合轻质土时，要对填筑的每一层采取特别的保护措施。为防止填筑好以后由于急速干燥而产生的裂缝，必须加盖薄板或粘布加以保护。此外，固化前的气泡混合轻质土如果受雨会导致消泡效果不佳，因此有必要采取粘布等加以防护，避免雨淋。

2．6 脱模

充当保护壁的模子没必要拆卸。

3 效果分析

为了检验采用气泡混合轻质土的效果，对JK及KX桥台进行了监测，并与普通填土桥台(KJ匝道)进行了比较，结果为：

(1)普通填土桥台下的土体沉降量明显大于轻质填土桥台下土体沉降量。

(2)轻质土对桥台的土压力基本保持一个大致不变的状态，土压力并不是随桥台墙面深度而有较明显的增加。随着时间的延长，土压力逐渐减少，且大部分都减少到零状态。这说明轻质土固化后能够自立，不再对桥台产生压力；而普通填土与深度之间表现出良好的线性关系。即随着深度的增加，土压力也基本会呈线性增加，且随着时间的延长，土压力还有增大的趋势。

(3)普通填土桥台处由于桥台附近地方狭窄，施工时压实机具不能过分靠近台背，填料颗粒间孔隙无法完全消除，压实度常难以达到设计要求。而气泡轻质土在施工时不需要振捣和碾压，可进行远距离施工，在台背处这种窄小处施工有一定优势。

结果表明，采用这种方法不但能抑制地基的沉降和侧移，从而缓解桥头跳车，而且能够减少桥台的土压力及桥台桩基所承受的弯矩，抑制桥台及桩基侧移，延长桥台结构物的使用寿命。

4 质量管理措施

(1)砂石土的质量管理。气泡混合轻质土的质量受砂石土的含水量和砂石比率影响。特别是搅拌砂石土时，很难做到含水量和砂石土达到同一标准。因此需要1次／d的频率测定土的含水量及土的砂石比率，以及不定期地检查吸水率，检验砂石土是否符合要求。

(2)搅拌时的质量管理。和混凝土一样，气泡混合轻质土在搅拌时技术要求较高，对其管理应根据湿土密度、空气含量及流动值的标准确定流动性和轻质性。

① 湿土密度(生比重)。要填筑具有减轻压力等特点的气泡混合轻质土，其砂石土的湿土密度非常重要。

施工时应适当控制细骨料、水泥、水以及气泡的比率，确认其密度是否达到设计要求。② 空气量。空气量是确保气泡混合轻质土的轻质性的重要因素，但同时也会影响轻质土的流动性。在搅拌材料制作气泡混合轻质土会消除混于其中的气泡。先根据样品试验结果确定消泡率，再增减气泡含量。在搅拌

气泡混合轻质土时，若不确定消泡率，不仅会使该土体积减小，还会影响湿土密度，须特别注意。③ 流动值。流动值是用来确认是否达到了规定流动性的参数。暂定配合比流动值一般为180 mm。取此值时，可以确保材料不发生离析、泵送距离可达到500 m、浇注时具有良好的操作性。如果不能达到规定的流动值，流动性会明显降低从而引起故障，甚至出现材料脱离现象。可以说流动性是能准确把握气泡混合轻质土品质的最简便的方法。

(3)固化后的质量管理。气泡混合轻质土固化后的质量管理，一般要确认无侧限抗压强度是否达到规定强度。但因为该土的无侧限抗压试验结果需要在28 d后才能得到，要确认其强度并不简单。因此在日常的质量管理中，可确认7 d龄期时是否达到目标无侧限抗压强度。

5 结 语

实践证明，气泡混合轻质土在桥台背填筑中，可大幅度地降低填土荷载，减少软基的附加应力，抑制软基的沉降和侧移，提高路堤的稳定性，缓解桥台与路基结合部的材料的刚性突变，消除填料自身的工后沉降，施工工期短。但值得注意的是，普通的填土经过一段时间会慢慢变得稳定，相反，气泡混合轻质土成品的质量却会慢慢下降。因此，气泡混合轻质土在质量管理方面比普通填土要重要的多。

气泡混合轻质土的最大特点是具有流动性和轻质性。这一特点适应减轻土压力和扩充砂石土等方面的要求。因此，在气泡混合轻质土的质量管理方面，确认是否达到了规定的流动性和轻质性标准非常重要。

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