公路工程泡沫混凝土设计与施工指南.docx

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公路工程泡沫混凝土设计与施工指南

◎主编单位浙江省交通投资集团有限公司

浙江省交通规划设计研究院

浙江省宏途交通建设有限公司

◎批准部门浙江省交通运输厅

人民交通出版社

2013-**-**

公路工程泡沫混凝土设计与施工技术指南

主编单位：

浙江省交通投资集团有限公司

浙江省交通规划设计研究院

浙江省宏途交通建设有限公司

批准部门：

浙江省交通运输厅

实施日期：

2013-**-**

人民交通出版社

2013杭州

公路工程泡沫混凝土设计与施工指南

审定委员会

主任委员任忠

委员陆耀忠邵宏吕新龙汪银华

吴安宁陈允法徐沛宁

编写组

主编文斌

主要编写人员赵玉贤朱益军项小伟杨少华

江锋丁科军岳林海潘晓东

沈发祥封亮

编制说明

本指南基于浙江省交通厅科技计划项目《泡沫混凝土在浙江公路工程上的应用研究》，参照现行相关公路工程技术规范，在广泛调研在建或已建工程的基础上，吸纳泡沫混凝土在公路工程上应用的新成果进行编制。

本指南共分为8章：

1总则；2术语；3材料与性能；4基本规定；5新建路堤工程；6路堤拓宽工程；7地质灾害与工程病害处治工程；8质量检查与验收。

该指南和标准的管理权和解释权归省交通运输厅，日常解释和管理工作由牵头单位浙江省交通投资集团有限公司负责，联系地址：

杭州市钱江新城五星路199号明珠国际商务中心3号楼，邮政编码：

310016。

前言

浙江山多地少、人口密集、河网密布、软基深厚、地质灾害多发，为了更好地解决软土地基沉降、桥头跳车、高路堤稳定性、拓宽工程差异沉降、地质灾害治理、节约用地等问题，结合浙江省公路建设现状，本指南将轻质材料新技术——泡沫混凝土应用于公路工程领域，以进一步丰富岩土工程与地质灾害治理的技术手段。

《公路工程泡沫混凝土设计与施工指南》（以下简称《指南》）结合泡沫混凝土轻质、强度可调、高流动性、施工简便、自立性、耐久性等诸多技术优点，为今后泡沫混凝土在浙江省公路工程上设计与施工、检查与验收提供重要的技术指导。

浙江省交通投资集团有限公司、浙江省交通规划设计研究院、浙江省宏途交通建设有限公司在广泛调研、试验研究及成功应用基础上，共同编制了《指南》。

其主要特点如下：

1.《指南》特别针对泡沫混凝土在公路工程的应用进行编制，包括了公路工程中的软土地基处理、陡坡路堤填筑与地质灾害及工程病害处治等多个特殊应用领域。

2.《指南》体现了浙江省在泡沫混凝土发泡剂及设备研发、原材料控制、设计方法与施工工艺等方面在公路工程应用中的实践经验。

3.《指南》系统阐述了泡沫混凝土设计与施工，质量检查与验收的具体指标及要求。

1总则

1.0.1为指导泡沫混凝土在浙江省公路工程的设计与施工、检查与验收，特编制本指南。

1.0.2本指南适用于公路工程中的软土地基新建路堤工程、路堤拓宽工程、地质灾害与工程病害处治工程等领域。

1.0.3本指南参照行业标准如下

【1】《混凝土外加剂》（GB8076）

【2】《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）

【3】《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-2005）

【4】《气泡混合轻质土填筑工程技术程》（CJJ/T177-2012）

【5】《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

【6】《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）

【7】《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）

【8】《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1）

【9】《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）

【10】《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

【11】《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）

【12】《公路挡土墙设计与施工技术细则》2008版

【13】《建筑边坡工程规范》（GB50330-2002）

1.0.4本指南未述及的内容，应符合国家现行有关标准的规定。

2术语

2.1泡沫混凝土

采用机械方式将发泡剂制作成泡沫，再将泡沫混入到水泥基浆以及外加剂和集料组成的混合料中，按一定比例混合搅拌均匀后，浇筑凝固成型的含有大量封闭气孔的轻质混凝土。

2.2发泡剂

通过发泡装置能产生大量泡沫的发泡材料，其泡沫群能与水泥混合料混合，具有足够稳定性、不破裂、不影响胶凝材料凝结和硬化的物质。

2.3稀释倍率

发泡剂稀释液与其发泡剂之体积比。

2.4发泡倍率

发泡剂稀释液经发泡产生的气泡群与稀释液之体积比。

2.5流动度

表征泡沫混凝土流动性能的指标。

2.6配合比设计

根据泡沫混凝土密度、强度等要求，对水泥等胶凝材、集料、发泡剂、外加剂等材料按体积或重量进行合理比例配制设计，以促成泡沫混凝土满足工程需求的功能。

泡沫混凝土配合比设计依据固定原材料重量法和固体混合料体积法进行。

2.7体积吸水率

泡沫混凝土在标准环境中封闭养生28d后，经浸水饱和集料吸水后的重量增加值与浸水前试块体积的比值。

2.8质量吸水率

泡沫混凝土在标准环境中封闭养生28d后，经浸水饱和吸水后的重量增加值与浸水前试块重量的比值。

2.9泡沫密度

泡沫的单位体积质量。

2.10气泡率

泡沫与水泥基浆拌合料中气泡的体积率。

2.11沉降距

1升泡沫1小时的沉陷高度。

2.12泌水量

1升泡沫1小时所分泌的水量。

2.13湿容重

泡沫混凝土发泡后形成的均匀浆体的单位体积重量。

2.14表干容重

泡沫混凝土在标准环境中封闭养生28d的单位体积重量。

2.15饱和容重

泡沫混凝土在标准环境中封闭养生28d后，经浸水饱和吸水后的单位体积重量。

2.16单轴饱和抗压强度

泡沫混凝土在标准环境中封闭养生28d后，经浸水饱和吸水后的标准试块的抗压强度。

2.17软化系数

在无侧限条件下,泡沫混凝土材料水饱和状态抗压强度与材料干燥状态抗压强度之比值。

2.18强度保留率

泡沫混凝土材料经浸泡、干湿交替、冻融后的无侧限抗压强度与材料在干燥状态下的无侧限抗压强度之比值。

3材料与性能

3.1原材料

3.1.1发泡剂

发泡剂外观宜均匀透明，常温条件下，稳定性好，无异物析出或沉淀，发泡过程无异味或刺激性气味，对环境无不良影响，泡沫大小细密且均匀，直径为0.1mm-1.0mm。

公路用泡沫混凝土所用的发泡剂宜采用合成类高分子表面活性剂，使用时稀释倍率为50倍-70倍，发泡剂主要技术性能指标要求见表1。

发泡剂主要性能指标表1

性能指标

质量要求

检验方法

密度

0.93~0.98g/cm3

GB/T6750-2007

发泡半衰期（稀释60倍）

>24h

SY/T5350-2009

pH值

6~8

GB/T14518-1993

低温稳定性

-5℃不变质

GB/T9755-2001

泌水量（稀释60倍）

<80mL

本指南附录A.1

沉降距

<5mm

本指南附录A.1

发泡倍率

>20

本指南附录A.3

泡沫密度

45~50kg/m3

本指南附录A.2

游离甲醛

≤1.0g/kg

GB/T18583-2008

3.1.2发泡剂保质期宜大于12个月，且宜在保质期内使用。

3.1.3水泥可采用通用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其强度等级应为42.5级及以上，水泥外掺材应符合相关规范规定。

3.1.4集料应符合相关标准规范的要求。

3.1.5施工用水应符合《混凝土用水标准》（JGJ63）的规定。

3.1.6外加剂应符合相关规范规定，使用前应进行适应性试验，对泡沫混凝土的质量应无不良影响。

3.2性能指标

3.2.1容重

泡沫混凝土容重按可分为10个等级，分别用符号A03、A04、A05、A06、A07、A08、A09、A10、A11、A12表示。

泡沫混凝土容重等级按其容重进行划分，容重标准值取该容重等级容重变化范围的上限值，表干容重和湿容重的变化范围按表2的规定执行。

泡沫混凝土的容重等级表2

容重

等级

表干容重的变化

范围（kn/m3）

湿容重的变化范围（kn/m3）

饱和容重的变化范围（kn/m3）

A03

2.8~3.7

3.1~4.0

3.1~4.5

A04

3.8~4.7

4.1~5.0

4.1~5.5

A05

4.8~5.7

5.1~6.0

5.1~6.4

A06

5.8~6.7

6.1~7.0

6.1~7.4

A07

6.8~7.7

7.1~8.0

7.1~8.4

A08

7.8~8.7

8.1~9.0

8.1~9.3

A09

8.8~9.7

9.1~10.0

9.1~10.3

A10

9.8~10.7

10.1~11.0

10.1~11.3

A11

10.8~11.7

11.1~12.0

11.1~12.2

A12

11.8~12.7

12.1~13.0

12.1~13.2

3.2.2单轴饱和抗压强度

泡沫混凝土的强度等级按10cm×10cm×10cm立方体单轴饱和抗压强度平均值进行划分，采用符号CF与立方体抗压强度平均值表示，单轴饱和抗压强度平均值和最小值按表3中的规定执行。

泡沫混凝土的强度等级表3

泡沫混凝土强度等级

立方体单轴饱和抗压强度（MPa）

平均值不小于

最小值不小于

CF0.3

0.30

0.26

CF0.4

0.40

0.34

CF0.6

0.60

0.51

CF0.8

0.80

0.68

CF1.0

1.00

0.85

CF1.5

1.50

1.27

CF2.0

2.00

1.90

3.2.3质量吸水率

泡沫混凝土具有一定的吸湿性，质量吸水率可分为7个等级，见表4。

泡沫混凝土质量吸水率单位为百分率表4

等级

WM5

WM10

WM15

WM20

WM25

WM30

WM35

吸水率

≤5

≤10

≤15

≤20

≤25

≤30

≤35

3.2.4流动度

泡沫混凝土通过管道泵送，流动度应符合表5所列参数±20mm之要求。

3.2.5配合比设计

配合比中的泡沫用量采用体积法计算，在进行配合比设计前，应事先对所用材料进行密度测定，见表5。

配合比推荐表表5

设计强度

试配强度

水泥掺量

每立方单位用水量

气泡率

湿容重

流动度

MPa

kn/m3

0.30

0.36

275

165

74.1-75.0

4.0-4.2

160-165

0.50

0.60

310

186

72.3-73.2

5.1-5.3

165-170

0.60

0.72

330

198

69.2-70.1

6.2-6.5

170-175

0.70

0.84

350

210

68.0-69.0

6.4-6.7

175-180

0.80

0.95

365

219

66.7-67.6

7.0-7.3

180-185

1.00

1.20

375

225

65.0-66.0

7.3-7.6

180-185

1.20

1.44

390

234

62.2-63.1

7.5-7.8

185-190

1.40

1.68

410

246

61.0-62.0

7.9-8.2

185-190

1.60

1.92

425

255

59.1-60.0

8.2-8.5

190-195

1.80

2.16

450

270

56.8-57.9

8.6-8.8

190-195

2.00

2.40

475

285

53.9-54.8

8.8-9.0

195-200

注：

水泥采用42.5级及以上，有要求时可适当掺加砂、矿粉等材料。

4基本规定

4.1设计荷载

4.1.1泡沫混凝土工程设计验算荷载分类，按表6中的规定执行。

荷载分类表表6

荷载类型

荷载名称

永久荷载

泡沫混凝土自重

泡沫混凝土上部的有效永久荷载

填土侧压力

计算水位以下的浮力及静水压力

基本可变荷载

车辆荷载

施工荷载、人群荷载

周边环境变化引起的其他荷载

偶然荷载

撞击力、滑坡、崩塌等事件

4.1.2泡沫混凝土应用于路堤填筑、桥涵、隧道或挡墙等结构物背部充填时，设计荷载应符合现行相关设计及施工技术规范规定。

4.1.3结构物受水作用时，所受浮力按计算水位的100%计算。

4.1.4路面车辆荷载作用可按

（1）式换算成等代均布土层厚度计算。

（1）

式中，

——换算土层厚度（m）；

——车辆附加荷载标准值（kN/m2）

——路堤填料天然容重（kN/m3）。

4.2设计原则

4.2.1泡沫混凝土设计前，应全面调查工程所在地自然条件和工程地质条件，全面搜集工程区域的地质、水文、地形、地貌、气象、地震等资料，了解地下涵洞、管线等埋设情况。

4.2.2泡沫混凝土应避免暴露使用。

设计应确定泡沫混凝土填筑范围，估算填筑体积，并做好封闭的设计。

4.2.3泡沫混凝土对不同的工程功能要求，设计应合理确定其饱和容重、干容重和抗压强度等指标。

4.2.4泡沫混凝土具体配合比应根据不同类型发泡剂通过试验确定。

4.2.5泡沫混凝土在公路工程上应用一般应用于受压区域，需进行荷载验算分析。

4.2.6泡沫混凝土应用于大体积填筑时，设计应充分考虑沉降缝、胀缝和缩缝的设置，必要时，宜适当铺设钢丝网。

4.2.7在受水位影响的工程区域，泡沫混凝土填筑设计要充分考虑其受浮力的影响，应做抗浮设计验算。

4.2.8泡沫混凝土填筑高度不宜超过16m，在滑坡路段采用泡沫混凝土填筑时，应验算工程稳定性。

4.2.9在深厚软土地区采用泡沫混凝土填筑时，应验算工程稳定性和地基承载力。

验算地基荷载和附加应力应采用饱和容重指标。

4.2.10泡沫混凝土在高挡墙、高桥台背部填筑时，应验算土压力对构造物的影响。

4.2.11在冲刷比较严重的河道岸边工程使用泡沫混凝土时，应加强泡沫混凝土的防冲刷设施设计，并要求按不利的工程条件验算稳定性与抗浮安全性。

4.3应用范围

4.3.1泡沫混凝土在公路工程上应用时，最低抗压强度应不小于0.3MPa。

4.3.2设计应根据不同功能要求，明确相关的性能指标，按照3.2节中规定执行。

4.3.3泡沫混凝土构造要求与工程应用环境密切相关，针对不同的使用功能，其构造要求各有差别。

泡沫混凝土在公路行业的应用大致可分为新建路堤工程、路堤拓宽工程、地质灾害与工程病害处治工程等三类，具体技术特性见表7。

泡沫混凝土在公路行业应用分类及其主要技术特性表7

工程

类型

工程应用

技术特性

轻质

流动性

强度

耐久性

自立性

工艺简单

新建路堤工程

软土路堤

★

☆

★

☆

★

桥头路堤

★

☆

★

☆

★

台背填筑

★

☆

★

☆

★

路堤拓宽工程

路基拓宽

★

☆

★

基础加宽

★

☆

★

☆

★

加载工程

★

☆

★

☆

★

地质灾害

与工程病害

处治工程

高陡挡墙墙背填筑

★

☆

★

滑坡体上方填筑

★

☆

★

路堤滑移治理

★

☆

★

☆

★

沿河路堤

★

☆

★

☆

★

高路堤减载

★

☆

★

☆

★

边坡塌方治理

☆

★

☆

★

隧道塌方治理

★

☆

★

岩溶区路堤

★

☆

★

采空区路堤

★

☆

★

超挖填补

☆

★

明洞地基处理

☆

★

桥头跳车治理

★

☆

★

基础脱空区治理

☆

★

☆

★

涵洞基础病害治理

★

☆

★

☆

★

桥台倾覆加固

★

☆

★

☆

★

注：

表中★为主要特性，☆为次要特性；

4.4构造要求

4.4.1泡沫混凝土应采取耐久、安全、适用、经济、美观且可修复的护面措施，应提供详细的底层、顶层、面板等构造设计。

4.4.2泡沫混凝土单层最小填筑厚度不宜小于0.2m，单层最大填筑厚度不宜大于0.8m。

泡沫混凝土埋置在土层中时，封闭土层厚度不宜小于1.0m，地表宜采用绿化保护措施。

4.4.3泡沫混凝土断面设计时应根据功能要求设置相应的构造形式。

4.4.4泡沫混凝土应用时，应做好防排水工程措施，泡沫混凝土填筑物的基础底部应适当设置排水盲沟、排水垫层或泄水孔，以避免地下水浮力引起填筑物的附加应力。

4.4.5泡沫混凝土顶面不宜直接接触重载或动荷载，设计时应设置一定厚度的保护层或过渡层，结构保护层设置要求需因地制宜，与荷载大小、工程环境密切相关。

4.5设计计算

4.5.1应根据填筑物的功能与用途，按照相应的工程规范要求，确定荷载组合效应，需考虑永久荷载、基本可变荷载与偶然荷载的作用，并验算施工环节的结构稳定与安全。

4.5.2在受水位影响时，应对填筑物进行抗浮验算。

验算时，水上部分的容重取湿容重，水下部位的容重取饱和容重，抗浮安全系数Fs≥1.2，强度保留率≥90%。

4.5.3泡沫混凝土的弹性模量可通过试验确定，当无试验资料时，可根据

（2）式计算取值。

（2）

式中：

——泡沫混凝土的弹性模量（MPa）；

qu——单轴饱和抗压强度（MPa）。

4.5.4泡沫混凝土的抗折强度可通过试验确定，当无试验资料时，泡沫混凝土抗折强度可取抗压强度的0.3倍。

4.6施工

4.6.1工艺流程见图1。

图1工艺流程

4.6.2施工准备

1应在全面理解设计图纸要求和设计交底的基础上，对施工现场的地形、地质及构造物情况等进行调查和核对；

2应收集当地历史气候资料及施工期的天气预报，为异常天气的施工提前制定相关预防保证措施；

3在详尽的现场调查后，应根据设计要求、合同、现场情况等，编制实施性施工组织设计，并按管理规定报批；

4必须建立健全质量、环保、安全管理体系和质量检测体系，并对各类施工人员进行岗位培训和技术、安全交底；

5应确认施工电源、施工用水、施工便道、施工设备和试验器具等准备工作能满足正常施工要求，应保证施工影响范围内原有道路、结构物及农田水利等设施的使用功能；

6根据设计要求进行配合比设计，确定其水泥、发泡剂、水、外掺材、集料及外加剂等的掺量；

7根据施工配合比进行现场试拌，检验各环节是否正常；

4.6.3水泥基浆制备

1配料应采用电子计量，计量精度应满足表8的要求，并具备自动供料功能。

计量器具应定期标定，迁移后应重新进行标定；

原材料的计量精度表8

材料

计量单位

计量精度

水泥

±2.0%

集料

±2.0%

水

±2.0%

外加剂

±2.0%

2根据确定的施工配合比设计进行水泥基浆的拌合，拌合必须采用间歇式搅拌机，搅拌时间应确保各组分混合均匀；

3水泥基浆存储在有一定储量的储罐内，储罐具备二次搅拌功能，避免水泥浆的沉淀；

4水泥基浆在储料罐中的停滞时间不宜超过2h；

4.6.4泡沫制作

1根据发泡剂的稀释倍率稀释发泡剂；

2泡沫应采用压缩空气与发泡剂水溶液混合的方式生产，发泡倍率可调且稳定，不宜采用搅拌发泡；

4.6.5混泡

1根据确定的施工配合比设计要求，设定泡沫混凝土的泡沫含量，泡沫应即时与水泥基浆料均匀混合；

2一定比例的水泥基混合料浆和泡沫，经过混泡机的充分混合，形成符合设计标准的泡沫混凝土；

4.6.6泡沫混凝土的浇筑

1浇筑施工可采用直接泵送方式或配管泵送方式，不宜采用水泥罐车等工具输送。

泵送前，应做好管接头的紧固和检查工作，确保接头牢固。

泵送过程中，随时检查泵送管的压力和接头的牢固情况，发现压力出现异常时，及时检查并排除故障；

2地形复杂区域应根据现场情况合理配置机械设备，可采用中继泵进行远距离输送，也可采用分级输送方式进行高扬程输送；

3泡沫混凝土浇筑时，泵送管出口宜与浇筑面保持较小角度，且埋入泡沫混凝土内不小于20cm，使泡沫消泡量降到最小，详见图2；

图2泡沫混凝土浇筑方式

4浇筑过程中停留时间不宜过长，否则容易引起堵管。

中间等待时间超过10分钟，宜及时洗管，清洗输送管时必须检查出水口情况，清洗时间宜不小于30分钟；

5浇筑快至顶层时，利用人工扫平，采用往后直拉的方式拖移浇筑管，以确保泡沫混凝土表面平整并减小扰动。

当浇筑层终凝后方能进行上层的浇筑施工；

6在整个浇筑过程中，应减少对泡沫混凝土拌合物的扰动，并密切注意拌合物的品质变化，不应采用喷射方式进行浇筑；

4.6.7冬期、雨期及热期施工

1冬期、雨期及热期的泡沫混凝土施工，应根据不同的季节特点制订相应的施工技术方案，并应采取有针对性的措施，保证工程质量和和施工安全；

2施工前应及时掌握气温、雨雪、风暴、汛情等预报，制订应急预案，做好安全防范工作，避免发生事故。

施工操作人员应按劳动保护的规定，采取必要的防护措施；

3需要冬期施工时，每班完工后应清空各管路中的残留浆体，并对泵送管路、施工设备、发泡剂及浇筑区域等采取保温措施；

4当遇大雨、暴雨或持续时间较长的小雨天气，未固化的泡沫混凝土表面应采取遮雨措施；

5热期施工，每班完工后应及时清洗拌合设备、储浆设备、泵送管路中的浆体，避免因浆体凝固损坏设备；

6在没有采取有效措施情况下，当室外日均气温连续5d低于5℃或环境温度超过35℃时，不宜进行泡沫混凝土构筑施工；

4.6.8养护

1泡沫混凝土浇筑硬化成型后，在强度未达到设计强度前，不能直接进入使用状态，禁止直接在填筑体表面进行机械或车辆作业；

2除填充工程外，泡沫混凝土每层浇筑完毕硬化后浇筑上层前，应对填筑体顶层表面覆盖塑料薄膜或土工布进行保湿养生，浇筑至设计标高后，养生时间不少于3d。

薄膜养护见图3；

3路面施工必须在顶层泡沫混凝土养护7d以后进行；

4养护期内应避免人员在其上面行走及禁止堆积物品，以免破坏其中的气泡结构，影响质量；

5新建路堤工程

5.1一般规定

5.1.1应充分调查场地的工程地质与水文地质情况，填筑路堤前，宜做好地表水和地下水的处治工作，场地整平后，地表应设置地下水排水盲沟和碎石垫层。

5.2设计计算

5.2.1泡沫混凝土路堤设计应根据自然条件、技术要求、工程规模和工程环境，选择构造尺寸和性能指标，并分析计

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