泡沫轻质土在高铁工程中的应用.docx
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泡沫轻质土在高铁工程中的应用
泡沫轻质土填筑
试验段施工总结
为进一步提高铁路施工技术管理水平和质量水平，积极推广先进施工方法和成熟施工经验，以科学的数据指导生产，确保建造优良工程，全面展开泡沫轻质土填筑施工，********铁路客运专线项目经理部在监理单位及*****公司的正确领导和监督下，严格遵守高速铁路工程施工规范和设计要求进行施工，并获得了宝贵的泡沫轻质土填筑施工数据，为后期泡沫轻质土填筑施工提供了重要依据。
我项目部于2015年10月22日～10月23日进行了泡沫轻质土施工工艺性试验，现将泡沫轻质土填筑首件工程施工工艺总结汇总如下：
2015.10.22:
DK327+990～DK328+070第一层填筑；
2015.10.23:
DK328+070～DK328+190第一层填筑。
1.工程概况
本工程为新建******铁路客运专线工程*******标段，路基全长3870.89m，分为站场路基和区间路基两部分。
其中在DK327+550～DK328+355.41段7道与9道之间采用泡沫轻质土填筑，这段路基与既有线京泸高速铁路相连接。
2.编制依据
（1）*****客运专线*****标段铁****院提供的设计施工图纸及说明、逐桩坐标表、长短链表、设计交底及设计答疑；
（2）标段总体实施性施工组织设计；
（3）《铁路路基设计规范》（TB10001-2005J447-2005）；
（4）《现浇泡沫轻质土技术规程》CECS249:
2008，中国工程建设协会标准；
（5）我单位施工管理水平及任务分工。
3.试验段目的
确定泡沫轻质土填筑试验段数据：
根据“湿密度+流值”浇筑试验记录数据及检测数据等分析施工效率、经济效益、设备投入，路基沉降量几个方面的对比，确定合理的每层的浇筑厚度、施工工艺参数以及最佳的检测手段，获取满足质量控制标准的浇筑施工工艺、流程、关键技术参数及过程质量控制手段，得出合理的各项施工技术参数后开始正式泡沫轻质土施工提供重要依据。
4.施工人员、机械设备及测量、检测仪器投入情况
4.1人员情况
（1）、劳力组织模式：
试验段由泡沫轻质土作业班组实施试验段填筑施工。
（2）、试验段施工区段施工现场配备管理、技术、质检、测量人员已全部到位，人员名单及相关资料详见表4.1。
表4.1人员投入数量表
序号
工种：
名称
人数（人）
职务
备注
1
安全总监
1
到位
2
技术负责人
1
到位
3
专职安全员
1
到位
4
技术员
2
到位
5
质检员
1
到位
6
测量员
2
到位
7
试验人员
2
到位
8
普工
30
到位
4.2设备投入
主要投入施工机械设备详见表4.2。
表4.2主要机械设备表
序号
机械或设备名称
型号规格
数量
备注
1
水泥浆搅拌喷射设备
HT-18
4
2
水泥浆搅拌喷射设备
SRFH-100
2
3
泡沫轻质土制拌设备
4
4.3投入测量、检测仪器
主要测量、检测仪器详见表4.3。
表4.3主要测量、检测仪器表
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
检测状态
备注
1
光学水准仪
DZS3-1
台
2
合格
2
全站仪
拓普康3002L
台
１
合格
3
钢卷尺
50m
把
2
合格
4
电子称
3kg
台
１
合格
5
K30平板荷载仪
YTW-28
套
１
合格
6
Evd
GTJ
套
１
合格
7
钢桶
15L
个
１
合格
8
游标卡尺
精度0.1mm
把
1
合格
9
容量筒
1L
个
１
合格
10
圆筒
个
１
合格
11
秒表
个
１
合格
5.泡沫轻质土试验段施工
5.1技术准备
内业：
在试验段施工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，熟悉规范和技术标准。
制定施工安全保证措施，对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前的技术培训，考试合格后上岗。
5.2施工准备
（1）桩板施工验收完成→测量放线→边坡开挖台阶→立模板及加固→泡沫轻质土施工→养护→检测合格→下层施工。
（2）泡沫轻质土的生产原材料包括发泡剂、水泥和水，材料包括防渗土工膜、金属网，浇筑辅助材料包括竹胶板等。
1）发泡剂：
泡沫的质量以坚韧性、发泡倍数和泌水率等指标来鉴定；泡沫的坚韧性就是泡沫与水泥浆混合后在规定时间内不致破坏的特性，常以消泡试验后的沉陷距来确定；发泡倍数是泡沫体积大于泡沫剂水溶液体积的倍数，泌水率是指泡沫破坏后所产生泡沫剂水溶液体积。
发泡剂严禁采用动物蛋白类发泡剂。
对环境应无不良影响，采用界面活性类发泡剂。
在0℃以上的温度环境，发泡剂不应出现离析现象。
发泡剂所有制作的泡沫应细密，经消泡试验确定的湿密度增加率不应超过10%。
当发泡剂质量符合下列指标时，即可发泡用于生产泡沫轻质土：
发泡剂性能指标见表5.2-1。
表5.2-1发泡剂性能指标
性能指标
单位
规定值
备注
稀释倍率
≥100
标准泡沫密度
kg/m3
40-60
标准沉降率
%
≤3
2）水泥、水：
现浇泡沫轻质土所使用水泥的细度、凝结时间、安定性及强度应满足国家规范要求：
水泥应符合《通用硅酸盐水泥》GB175的规定。
拌合水不应含有影响泡沫稳定性、泡沫轻质土的强度及耐久性的有机物、油污等杂质。
3）HDPE防渗土工膜、镀锌金属网：
镀锌金属网采用Φ1.5mm@2.5*2.5cm冷镀锌铁丝网，HDPE防渗土工膜采用GH-1型聚乙烯土工膜，厚度0.5mm，防渗膜技术要求见表5.2-2。
表5.2-3HDPE防渗土工膜技术要求
序号
技术指标
规定值
1
厚度（mm）
≥0.5
2
幅宽（mm）
≥4
3
拉伸屈服强度（纵横）N/mm
≥7
4
拉伸断裂强度（纵横）N/mm
≥10
5
断裂伸长率（纵横）%
≥500
6
直角撕裂负荷纵横）N
≥56
7
抗穿刺强度N
≥120
8
搭接宽度（cm）
≥10
5.3泡沫轻质土施工
5.3.1泡沫轻质土的技术来源
根据《现浇泡沫轻质土技术规程》（CECS249：
2008，下称《规程》）的定义，泡沫轻质土是“用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料”。
泡沫轻质土工法对工后沉降的控制较常规工法更有优势，尤其是向原地面以下进行置换填筑时，可显著降低基底应力，有效控制工后沉降。
5.3.2泡沫轻质土的技术指标
1）施工湿密度和抗压强度应满足下表5.3.2的要求
表5.3.2泡沫轻质土路基施工湿密度及强度
部位
施工湿密度
Rfw（kg/m2）
7d抗压强度（MPa）
28d抗压强度
（MPa）
备注
泡沫轻质土表层0.8m
560≤Rfw≤600
≥0.8
≥1.5
泡沫轻质土（Ⅰ）
泡沫轻质土0.8m以下
460≤Rfw≤500
≥0.5
≥0.8
泡沫轻质土（Ⅱ）
5.3.3厂拌法泡沫轻质土生产
泡沫轻质土制作采用厂拌法，具体生产工艺详见图5.3.3-2。
泡沫轻质土制备前首先进行泡沫密度的测试，测试合格后方可进行泡沫轻质土的制备，泡沫密度要求为50±10kg/m³。
图5.3.3-1进行泡沫密度的测试
图5.3.3-2泡沫轻质土的生成工艺
（1）采用压缩空气与发泡剂溶液混合的方式生成泡沫，严禁搅拌发泡生成泡沫；
（2）应能设置稳定的发泡倍率，并生成标准泡沫密度的泡沫；
（3）泡沫轻质土水泥浆的拌合制作与泡沫轻质土的拌合制作应分开进行；
（4）泡沫轻质土制作设备应具有原材料自动化计量功能，在拌合制作泡沫轻质土时，应能调节水泥浆或泡沫流量；
（5）拌合制作成型过程中，搅拌时间应确保各组分混合均匀。
水泥浆或泡沫轻质土在出料装置中的停止时间不宜超过2小时；
（6）泡沫轻质土浇筑施工采用直接泵送或配管泵送方式。
5.3.4泡沫轻质土施工工艺
泡沫轻质土路基施工应注意与前后工序、平行工序的衔接，具体施工如图5.3.4-1。
图5.3.4-1泡沫轻质土的施工工艺
浇筑前先对泡沫轻质土湿密度以及流值进行实验，通过调试机具，使得湿密度及流值符合规范要求后再进行泡沫轻质土的浇筑。
湿密度规范要求为460～500kg/m³（泡沫轻质土（Ⅱ）型），流值为160～200mm。
图5.3.4-2泡沫轻质土湿密度及流值的测试
主要施工方法及技术措施
（1）浇注区与浇注层划分：
本标段泡沫轻质土路基工程量大，为严格控制泡沫轻质土施工质量，对全线的泡沫轻质土路基采用分段、分区、全面分层浇注。
1）浇注区的划分以200m2～300m2为宜，浇注区长轴方向长度按20m为一个浇注区进行划分且设置变形缝，采用1.8cm厚的木夹板支挡间隔分缝，木夹板为临时支档模板兼做变形缝填充，不得抽掉，木夹板贯穿整个泡沫轻质土路基，变形缝必须保证铅垂。
2）浇注层的划分应符合以下要求：
按每个浇注区路基高度进行划分，单层厚度宜在0.3m～1.0m范围内按0.6m控制，以保证单层浇注的正常施工时间在水泥浆初凝前完成；路床部位轻质土路基顶部0.8m厚度作为一个独立的单层浇筑层，且每一浇筑区该层应一次性浇筑完毕。
（2）泡沫轻质土的浇注
泡沫轻质土单个浇注区浇注层的浇注施工时间应控制在水泥浆初凝时间内。
同一区段上下相邻浇筑层，当施工期气温不低于15℃，最短浇筑间隔时间可按8小时控制；否则，浇筑间隔时间应不低于12小时。
泡沫轻质土单个浇筑区浇筑层的浇筑施工时间应控制在2小时内。
应沿浇注区长轴方向自一端向另一端浇注；如采用一条以上浇注管浇注时，则可并排地从一端开始浇注，或采用对角的浇注方式。
浇注过程中，当需要移动浇注管时，应沿浇注管放置的方向前后移动，而不宜左右移动浇注管；如确实需要左右移动浇注管，则应将浇注管尽可能提出当前已浇注轻质土表面后再移动。
浇筑时出料口宜埋入泡沫轻质土内。
进行扫平表面时，应尽量使浇注口保持水平，并使浇注口离当前浇筑轻质土表面尽可能低，浇筑管出料口离当前浇筑面的距离不宜高于1.5m。
图5.3.4-3泡沫轻质土进行浇筑
（2）养护与维护
泡沫轻质土浇筑区顶面浇筑至设计高程后，则应采用塑料薄膜进行表面覆盖，以对轻质土路基进行保湿养护；或者采用无纺土工布覆盖结合洒水的方式养护，养护时间不低于7天。
轻质土路基顶部填土施工前，严禁其上行驶工程机械；局部地段，无法回避时，应在合适位置铺设厚度不小于50cm的临时保护层或采用钢板覆盖的方式作为临时便道，以提供工程机械行驶。
基床施工时必须在轻质土同条件养护强度达到1.5MPa时方能展开施工，且施工时，严禁自卸车、压路机、推土机等大型机械直接在轻质土顶面行走，应采取边卸料、边推平、边碾压的前进方式进行摊铺和碾压，即卸料车、压路机应在推平机械的后端卸料和行走。
图5.3.4-4泡沫轻质土采用土工布覆盖并洒水养护
5.3.5镀锌金属网铺设
金属铺设前，应检查其外观，有明显锈迹的金属网，不能采用。
金属网按照设计要求位置铺设。
铺设时，应展开铺平，避免出现卷起现象，并采用U形钉进行锚固，纵向锚固间距2m，横向锚固间距1.0m。
相邻幅的金属网平面位置应重叠搭接，搭接宽度不少于5cm，搭接处用塑料扎扣绑扎并用U形钉锚固，相邻绑扎点间距不应超过10倍网眼边长。
在变形缝位置，金属网应断开铺设。
顶部两层金属网铺设时应按设计预留防撞栏立柱钻孔安装位置。
图5.3.5镀锌金属网的铺设
5.3.6HDPE防渗土工膜铺设
泡沫轻质土路基顶部浇注完毕7天内应进行必要的洒水或覆盖养护，其后方可铺设防渗土工膜。
不同轻度的泡沫轻质土填筑高程严格按照设计要求施工，泡沫轻质土路基顶部防渗土工膜应铺设在金属网下方，铺设时搭接应采用热焊的方式，搭接宽度不小于10cm。
铺设时，应展平拉紧，避免局部卷起的现象，必要时，可采用U型钉进行锚固。
6.质量检测
泡沫轻质土质量检验实测项目详见表6。
表6泡沫轻质土质量检验实测项目
序号
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法及
频次
权值
1
Δ抗压强度（MPa）
泡沫轻质土（Ⅰ）
qu7d≥0.8
qu28d≥1.5
1次/200m3泡
沫轻质土
3
2
泡沫轻质土（Ⅱ）
qu7d≥0.4
qu28d≥0.8
3
Δ施工湿密度（kg/m3）
泡沫轻质土（Ⅰ）
560-600
每一浇筑层
不少于6次
3
4
泡沫轻质土（Ⅱ）
460-500
5
Δ地基系数K30（MPa/m）
≥150
1点500/m2
3
6
Δ动态变形模量Evd（MPa）
≥100
1点500/m2
3
7
轻质土浇筑域顶面高程（mm）
±50
每200m测4
断面
2
8
轻质土浇筑域顶面长度和宽度（mm）
±100
每个方向测
3处
2
注：
表中带Δ为主控项目：
地基系数和动态变形模量的检测应满足轻质土养护龄期不低于14天。
图6-1进行K30检测
图6-2进行Evd检测
图6-3进行Evd检测数值
7.压实数据
其中DK327+990～DK328+070段浇筑面积为667㎡，浇筑时间为10月22日，11月5日养护龄期满14天，可进行地基系数K30及动态变形模量Evd的检测。
检测数据K30为191MPa/m、189MPa/m，Evd为162.6MPa、120.7Mpa，符合规范要求，详见表7所示。
表7泡沫轻质土检测成果表
序
号
检查项目
里程
设计值
实测值
备注
1
抗压强度（Mpa）
DK327+990～
DK328+990
qu7d≥0.4
0.68、0.67
合格
3
施工湿密度（Kg/m³）
DK327+990～
DK328+990
460～500
491、494、490487、490、486
合格
4
5
泡沫密度（Kg/m³）
DK327+990～
DK328+990
50±10
45、43
合格
6
7
地基系数K30（Mpa/m）
DK328+030
≥150
191
合格
8
DK328+050
189
9
动态变形模量Evd（Mpa）
DK328+035
≥100
162.6
合格
10
DK328+055
120.7
11
流值（mm）
DK327+990～
DK328+070
160～200
170、172、174
合格
（3）结论
经综合分析，工艺适配参数选择如下：
1）施工湿密度控制在：
480Kg/m³～490Kg/m³
2）流值控制在：
170mm～180mm。
8.沉降板的埋设与观测
本段路基沉降变形监测的项目有路堤基底沉降监测、路基面沉降监测、软土松软土地段路堤填筑过程中变形监测等。
填筑期间和填筑完成后应对路基沉降变形进行连续监测，并保证荷载稳定条件下观测6个月以后，根据监测结果，分析评价地基的最终沉降量完成时间，及时调整设计措施使地基达到预定的变形控制要求，以确定轨道结构施工和铺轨时间，同时作为竣工验交时控制工后沉降量的依据。
在路堤填筑期间，应每天进行路堤边桩位移及中心沉降观测点的沉降量（当路堤中心地基沉降观测点沉降量不大于10mm/天、边桩水平位移不大于5mm/天、垂直位移不大于10mm/天）。
依据观测结果严格控制填土速度，如沉降量和位移量超过以上限值，应停止填土，及时分析，待稳定后方可继续填筑。
8.1路基沉降观测标
8.1.1路基断面布置
（1）路基沉降观测断面根据不同的地基条件，不同的结构部位等具体情况设置。
沉降观测断面的间距一般不大于50m，对于地势平坦、地基条件均匀良好、高度小于5m的路堤可放宽到100m。
对于地形、地质条件变化较大地段应适当加密。
（2）软土、松软土路堤地段采用B-1、B-2型观测断面，每间隔3个B-1型观测断面，设置1个B-2型观测断面，B-1型观测断面包括沉降观测桩、沉降板和位移观测桩。
详见表8.1.1。
表8.1.1沉降观测断面位置及类型表
序号
位置
类型
序号
位置
类型
序号
位置
类型
1
DK327+720
B1型
22
DK328+525
C型
43
D2K329+250
B1型
2
DK327+745
Z型
23
DK328+528
B2型
44
D2K329+300
B1型
3
DK327+800
B1型
24
DK328+550
B1型
45
D2K329+340
B1型
4
DK327+850
Z型
25
DK328+600
B1型
46
D2K329+410
B1型
5
DK327+900
B1型
26
DK328+650
B1型
47
D2K329+460
B1型
6
DK327+931
Z型
27
DK328+700
B2型
48
D2K329+510
B1型
7
DK327+947
B1型
28
DK328+750
B1型
49
D2K329+560
B1型
8
DK328+000
Z型
29
DK328+800
B1型
50
D2K329+610
B1型
9
DK328+050
B1型
30
DK328+850
B1型
51
D2K329+660
B1型
10
DK328+100
Z型
31
DK328+900
B2型
52
D2K329+687
B1型
11
DK328+150
B1型
32
DK328+912
B1型
53
D2K329+698
B1型
12
DK328+200
Z型
33
DK328+915
C型
54
D2K329+740
B1型
13
DK328+250
B1型
34
DK328+918
B1型
55
D2K329+790
B1型
14
DK328+275
Z型
35
DK328+950
B1型
56
D2K329+840
B1型
15
DK328+295
B1型
36
DK328+960
B2型
57
D2K329+890
B1型
16
DK328+330
B1型
37
D2K329+050
B1型
58
D2K329+940
B1型
17
DK328+350
B1型
38
D2K329+100
B1型
59
D2K329+990
B1型
18
DK328+400
Z型
39
D2K329+150
B1型
60
D2K330+060
B1型
19
DK328+450
B1型
40
D2K329+170
B1型
61
D2K330+080
B1型
20
DK328+500
B1型
41
D2K329+200
B1型
62
D2K330+110
B1型
21
DK328+522
B1型
42
D2K329+207
B1型
63
D2K330+130
B1型
8.1.2路基及过度段沉降观测元件布置
沉降观测桩每断面设置三个，布置于双线路基中心及两侧各2m处，沉降板位于路堤中心，底板埋设于原始地面处，随填土增高而逐渐接高测杆及保护套管。
位移观测边桩分别位于两侧坡脚处2m、12m处，并与沉降观测桩及沉降板位于同一断面上，观测断面元件布置详见图8.1.2-1,8.1.2-2。
图8.1.2-1软土、松软路堤沉降观测断面元件布置示意图（B1型）
8.1.2-2软土、松软路堤沉降观测断面元件布置示意图（B2型）
8.1.3元件埋设
（1）沉降观测桩：
桩体选择Φ20mm钢筋，顶部磨圆并刻画十字线，底部焊接弯钩，待基床表层级配碎石施工完成后，在观测断面通过测量埋置在设计位置，埋置深度0.3m，桩周0.15m用C15混凝土浇筑固定。
（2）沉降板：
由钢筋混凝土底板、金属测杆（φ20mm镀锌铁管）及保护套管（φ50mmPVC管）组成。
底板尺寸为50cm×50cm,厚3cm。
采用水平仪按二级测量标准测量沉降板标高变化。
（3）位移边桩：
在两侧路堤坡脚外2m及12m处各设一个位移观测边桩。
位移观测边桩采用C15钢筋混凝土预制，断面采用15cm×15cm正方形，长度不小于1.5m。
并在桩顶预埋半圆形不锈钢耐磨测头。
边桩埋置深度在地表以下不小于1.4m，桩顶露出地面不应大于10cm。
埋置方法采用洛阳铲或开挖埋设，桩周以C15混凝土浇筑固定，确保边桩埋置稳定。
完成埋设后采用经纬仪（或全站仪）测量边桩标高及距基桩的距离作为初始读数。
（4）剖面沉降管：
路基基底剖面沉降管在地基加固施工完毕后，填土至0.6m高度碾压密实后开槽埋设，开槽宽度20～30cm，开槽深度至地基加固表层顶面，槽底回填0.2m厚的中粗砂，在槽内敷设沉降管（沉降管内穿入用于拉动测头的镀锌钢丝绳），其上夯填中粗砂至与碾压面平齐。
沉降管埋设位置挡土墙处应预留孔洞。
沉降管敷设完成后，两头应砌筑观测坑，并加设盖板，以方便观测及对孔口进行长期保护，并做好坑内及其周围的排水。
并于一侧管口处设置观测桩，观测桩采用C15素混凝土灌注，断面采用0.5m×0.5m×1.0m。
待上部一层填料压实稳定后，连续观测数日，取稳定读数作为初始读数。
8.2沉降监测点要求
（1）路基变形控制要求
1）垂直变形要求，详见表8.2-1
表8.2-1有砟轨道工后沉降控制标准
序号
设计时速（km/h）
一般路段工后沉降（mm）
沉降速率（mm/a）
1
250
100
30
2）路基水平变形标准
路堤中心地基沉降观测点沉降量不大于10mm/天、边桩水平位移不大于5mm/天、垂直位移不大于10mm/天。
8.3沉降观测频次
根据相关规范要求观测，观测路线按单路线往返测实施。
为确保沉降观测基准网的可靠性，对沉降观测网按照《国家一、二等水准测量规范》（GB-T/12897-2006）的要求进行定期、不定期复测（每季度、冬季冻融过后及发现问题后复测一次），复测结果与原始成果进行比较，检核其变化情况。
如发现水准点高程有变动排除仪器及观测错误的情况下及时更正，观测频次详见表8.3。
表8.3路基沉降观测频次
观测阶段
观测频次
填筑
一般
1次/天
沉降量突变
2～3次/天
两次填筑间隔时间较长
1次/3天
路基施工完毕
第1～3个月
1次/周
第4、6个月
1次/2周
6个月以后
1次/月
有砟轨道铺设后
第1个月
1次/2周
第2、3个月
1次/月
3个月以后
1次/3月
9.质量控制要点及注意事项
根据试验段的浇筑、检测和结果分析，总结出路基泡沫轻质土质量控制要点如下：
（1）拌合料的控制：
拌合料的控制是施工中最关键的环节，拌合料控制不好就会直接导致现场浇筑质量不能控制，检测指标不能达到要求，因此严格控制拌合料的质量是
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