气泡混合轻质土路基填筑技术施工工法.docx
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气泡混合轻质土路基填筑技术施工工法
气泡混合轻质土路基填筑技术施工工法
1前言
随着国家对交通、市政等基础建设投入力度的加大，气泡混合轻质土因其“轻”、“快”、“方便”等特点，在基础建设领域也取得了诸多应用成果。
气泡混合轻质土在公路桥梁建设过程中应用于立式路基、路提、减荷换填、软土层换填、桥台填充、桥背填充、桥面减荷填充等领域，可有效降低高填方段、隧道、地下连续通道等的回填荷载，降低地基应力，减小地基差异沉降，吸收路面冲击能量，有效解决软基路堤的桥头跳车、道路拓宽以及高寒地区路堤隔热保温等问题，增大道路工程的稳定与安全系数。
同时还可以降低工程造价，减少维修费用。
气泡混合轻质土材料具有超轻性、耐压缩性、自立性、耐水性和施工简单、方便、快捷等优点，在国内外得到了广泛的应用，有效地解决了软基过渡段的沉降和不均匀沉降、路堤与桥台相接处的差异沉降等问题。
现已应用于桥台台背回填、道路拼宽、山区路段填筑、工程抢险等特殊路段的填筑、空洞、管线的回填、隧道口的填筑等。
根据《现浇气泡轻质土技术规程》的定义，气泡轻质土是“用物理方法将发泡剂水溶液制备成气泡，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”。
对于类似材料，国内的叫法普遍为气泡混合轻质土。
就硬化成型的过程而言，气泡轻质土与气泡混合轻质土并无本质区别。
《规程》之所以称“气泡轻质土”，一方面沿用了国内“气泡混合轻质土”中“气泡”一词的普遍叫法，另一方面，其更大程度是用于替代填土，对其性能要求更侧重于满足替代常规填土，而不是作为混合轻质土来使用。
2工法特点
本工法结合绕城高速公路蜀源立交工程实例，详细说明气泡混合轻质土路基填筑的施工技术，气泡混合轻质土是用机械方法将气泡剂水溶液制备成气泡，在将气泡加入到含硅（砂、粉煤灰）、钙质材料（石灰、水泥）、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌，浇筑成型，养护而成的一种多孔材料。
2.1气泡混合轻质土特点
气泡混合轻质土是人工制作的土工材料，其容重可以做得比一般的土体小得多，而其强度和变形特性可以达到甚至超过良好的土体，且便于施工等。
其主要特性如下：
2.1.1轻质性
气泡混合轻质土内含有大量的气泡，其容重不但比一般的土体要小得多（详见表1），而且通过调整土体中的气泡和固化剂的含量，可以按照需要对气泡混合轻质土的容重在7~14kN/m3内进行必要的调整。
表1几种主要土建材料的容重比较
水泥
混合轻质土
底基层
宕渣
粉煤灰
空箱结构
气泡混合轻质土
气泡混合轻质土
25
21~23
21
10~15
10
0.2
7~14
5~15
2.1.2固化后的自立性
由于使用水泥作为固化剂，通常在碾压完成14小时后就会开始固化，且固化后可以自立，可进行垂直填土，且对挡土结构物几乎没有推挤力。
2.1.3良好的施工性
气泡混合轻质土的拌合、运输、摊铺、碾压均方便，对于空间较小的部位施工时，可以采用夯机进行夯实，对碾压的质量相对于其余土质要低，便于施工。
2.1.4耐久性
属水泥类材料，与高分子材料相比，其耐久性，耐热及抗油污能力强，具有水泥材料同等的耐久性。
2.1.5良好的环保特性
气泡混合轻质土原料土可采用施工期间开挖的废土、粉煤灰等废料，避免工程废料对环境的二次污染，并可以利用工业废渣等材料，做到废物利用。
在道路工程施工中，可节省土地资源，避免高填高挖等对环境的破坏，对保护自然生态环境意义重大。
2.1.6隔热性
气泡混合轻质土中含有大量的气泡，具有良好的隔热性。
2.1.7强度的可调节性
和容重的可调节性原理一样，通过改变各种成分的配合比，气泡混合轻质土的强度的可以在300~1500kN/m2的范围内进行调整。
2.1.8高流动性
气泡混合轻质土具有良好的流动性，可通过管道泵送，其最大输送距离可达到1500米，最大泵送高度可达到30米。
为防止泄漏，在进行气泡混合轻质土的浇筑施工时，通常不得不砌一些必要而简单的挡墙。
2.2施工工艺特点
2.2.1气泡混合轻质土取材方便：
气泡选用聚苯乙烯球状小珠市场存量大、购买方便；原料土可以取当地的粘土、粉土、中细沙、粉煤灰、石屑及淤泥；固化剂可以采用普通硅酸盐水泥。
2.2.2气泡混合轻质土对于原土基要求不高：
由于气泡混合轻质土比重小，土体质量轻，对于原地基要求极低，可用于普通土质地基、湿土地基，尤其对于软土地基处理效果更加理想等。
2.2.3施工简单：
材料的拌合采用普通的拌和机（滚筒式、强制式）或者使用挖掘机铲车联合拌合即可，运输采用普通的货车运送并做好表面覆盖避免材料洒落，摊铺采用平地机、挖掘机等，碾压可采用压路机或者挖掘机、铲车等均可。
3适用范围
气泡混合轻质土技术在公路建设中有着非常广泛的应用，它为解决高等级公路软基路堤中的桥涵跳车、公路路基加宽时新老路基的差异沉降、高填土路堤的稳定性等世界性难题提供了一种极好的技术手段。
运用这种技术能节省昂贵的用地、减少拆迁，充分有效地利用土地资源等。
它主要应用于以下一些领域：
路堤的快速修复。
工后沉降要求高、软土指标差的桥头或箱涵接部位路堤。
拓宽高路堤。
挡墙后填土，以减小台背土压力。
高桥墩台与隧道相连部位，以减少弃渣对桥墩的侧向土压力，便于墩的自由变形，易于施工。
4工艺原理
气泡混合轻质土采用聚苯乙烯气泡和原状土及固结材料混合而成，混合轻质土和气泡混合轻质土的性能介于普通填土、混合轻质土与气泡塑料之间，从强度、刚度与容重方面弥补了三种常规材料性能突变的空白。
气泡混合轻质土土体容重轻,相比其他材料大大减少了对强度的要求；强度高，可以有效的提高土体的承载力，避免长时间在外界压力的作用下的土体变形。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程如下;
5.2施工操作要点
5.2.1施工前进行场地清理，去除表面松散土和残枝败叶，以防在原地基和轻质土之间产生薄弱面；
5.2.2原材料添加与拌合时，为防止气泡珠飞散或上浮，宜对气泡珠进行预湿处理，并应根据现场气候、原料土的天然含水量等不同情况调整拌合时的加水量；
5.2.3混合轻质土经拌合均匀后，应采用自卸汽车快速运送至工地，进行摊铺碾压，避免运输时间过长，发生摊铺压实困难；
5.2.4现场摊铺可采用推土机、平地机等，按规定的厚度进行施工，摊铺厚度一般为30cm，松铺厚度根据现场试验确定；
5.2.5铺设砂层或碎石层时，应从路基横断面两侧向中间摊铺，厚度应均匀一致，表面平坦，并满足设计要求；砂垫层及碎石垫层的宽度应宽出路基边角0.5~1.0m，两侧端以片石护砌或采用粘土包边等其他方式防护，以免砂料流失。
5.2.6在每个阶段施工完毕后要做到及时养护，在土体的顶面采用土工织物或者草编袋进行覆盖、洒水，洒水养护时间不得少于7天。
5.3浇筑准备
5.3.1施工前，应确定施工方案，编制施工组织设计。
5.3.2应按施工组织设计，组织施工设备进场，并做好安装、调试及标定工作。
5.3.3应按原材料使用计划，组织原材料进场、检验。
5.3.4发泡剂性能试验应符合下列规定：
1检验频率为1次/5000L,每批次产品或每个施工项目应至少检验1次；
2检验方法应按本规程附录A的规定执行；
3检验结果应符合本规程第3.1.3条的规定。
5.3.5应对基坑底部进行清理、压实，并应满足设计要求。
当基坑底部位于计算水位以下时，应采取降水措施。
5.4浇筑
5.4.1浇筑设备包括发泡设备、搅拌设备和泵送设备，并应符合下列规定：
1浇筑设备的生产能力和设备性能应满足连续作业要求；
2搅拌设备应具备水泥、水及添加材料的配料和计量功能；
3搅拌设备的计量偏差应符合表2的规定。
表2搅拌设备的计量偏差（％）
原材料
计量偏差
水泥、掺合料
2
细集料
3
水、外加剂
2
5.4.2气泡群应采用发泡设备预先制作，不宜采用搅拌方式制作气泡群。
5.4.3新拌气泡混合轻质土宜采用配管泵送。
5.4.4气泡群应及时与水泥基浆料混合均匀，新拌气泡混合轻质土在泵送设备及泵送管道中停置时间不宜超过1h。
5.4.5单级配管泵送范围应根据配合比、泵送距离及泵送高度确定。
水平泵送距离及垂直泵送高度宜按表3的规定执行。
泵送范围超过表3的规定时，可增加中继泵。
表3水平泵送距离与垂直泵送高度
s/c
水平泵送距离（m）
垂直泵送高度（m）
0
400~500
20~30
1
2
300~400
10~20
3
4
100~200
0~10
5
注：
s/c表示细集料与水泥质量之比。
如同时存在泵送距离和泵送高度时，泵送范围由泵送距离与泵送高度综合确定。
5.4.6应采用分层分块方式进行浇筑作业。
5.4.7除空洞充填、管线回填工程外，单层浇筑厚度宜按0.3m~0.8m控制。
上一层浇筑作业应在下浇筑层终凝后进行。
5.4.8浇筑过程中，泵送管出口应与浇筑面保持水平，不宜采用喷射方式浇筑。
5.4.9浇筑时，遇大雨或持续小雨天气时，应对未硬化的填筑体表层进行覆盖。
5.4.10夏季高温时，应避开高温时段浇筑。
5.4.11冬季施工时，应采取保温防冻措施。
5.4.12浇筑过程的质量控制应符合表4的规定。
表4浇筑过程的质量控制
项次
检验项目
设计值/标准值
允许偏差
检验方法
检验方法和检验频率
1
气泡群密度（kg/m3）
50
±2
附录A
每班开工前自检1次
2
湿容重（kN/m3）
设计值
±0.5
附录C
连续浇筑每100m3自检1次
3
流动度（mm）
180
±20
附录D
连续浇筑每100m3自检1次
5.5养护
5.5.1不应在未达到设计抗压强度的填筑体表面进行机械或车辆作业。
5.5.2除空洞充填、管线回填工程外，在浇筑完填筑体顶层后，应立即对填筑体表面覆盖塑料薄膜或土工布保湿养生，养生时间不宜少于7d。
6材料与设备
6.1材料要求
水泥宜采用42.5级及以上的通用硅酸盐水泥或硫铝酸盐水泥。
通用硅酸盐水泥应符合现行《通用硅酸盐水泥》GB175的规定，硫铝酸盐水泥应符合现行《硫铝酸盐水泥》GB20472的规定。
水应符合现行《混凝土用水标准》JGJ63的规定。
发泡剂应对环境无影响。
发泡剂性能试验应符合本规程附录A的规定，经稀释发泡后产生的气泡群应符合下列规定：
1气泡群密度应为50kg/m3±2kg/m3；2标准气泡柱的沉降距应小于5mm；3标准气泡柱的泌水量应小于25ml。
添加材料包括细集料、掺合料、外加剂等，其粒径不宜大于4.75mm。
6.1.1：
聚苯乙烯球状小珠，经发泡工艺由工厂生产，为白色圆形状，粒径3mm~5mm,密度15Kg/m3~20Kg/m3，要求采用阻燃型；
6.1.2固化剂：
普通42.5号硅酸盐水泥，要求尽可能采用缓凝水泥，终凝时间大于6小时。
水泥参量一般可在4%~10%之间选用；
6.1.3原料土：
应按就地取材的原则，选用粘土、粉土、中细砂、粉煤灰、石屑及淤泥等一种或者几种混合轻质土为原料土。
6.2设备要求
序号
设备名称
单位
数量
用途
备注
1
拌和设备
套
2
混合轻质土拌合
1台备用
2
挖掘机
台
2
拌合、取土
无拌和机时使用
3
铲车
台
1
拌合、运料
4
推土机
台
1
摊铺
5
平地机
台
1
摊铺、平地
6
摊铺机
台
1
摊铺
7
压路机
台
1
碾压
8
运输车
辆
5
运输
视距离增减
9
洒水车
台
1
养护
10
水准仪
台
2
高程测量
11
全站仪
台
1
平面位置测量
施工辅助设备表
序号
设备名称
单位
数量
用途
备注
1
泡沫剂料桶
个
8
发泡机发泡
2
小推车
辆
15
上料
3
铁锹
把
40
上料
4
水管
套
8
施工用水
5
上料管
m
2000
泵送泡沫混凝土
6
电缆电线工具配件
套
8
施工辅助
7
防毒面罩
套
10
检查污水管
试验设备表
仪器名称
规格型号
单位
数量
备注
电子天平
0-300g,0-5100g
台
24
试模
塑料
组
24组
塌落度筒
圆锥形筒
个
8
量筒
1000ml
个
16
钢尺
100cm
把
8
7质量控制
7.1配合比的设计：
在进行气泡混合轻质土路基的施工前，必须在试验室进行配合比的设计，得到目标配合比，然后根据现场原材料的试验修正设计配合比形成施工配合比。
几种参考设计配合比如下表5所示，15型气泡混合轻质土掺配比例如表6所示。
表5气泡混合轻质土参考设计配合比
气泡珠：
土=45:
55，水泥剂量8%，重型击实
气泡珠：
土=50:
50，水泥剂量8%，马歇尔击实
干密度（g/cm3）
1.319
1.295
1.165
1.061
…….
1.196
1.208
1.103
0.993
0.979
含水量（%）
14.8
17.3
20.0
21.6
24.0
13.6
15.1
16.0
18.9
23.6
拌合情况
拌合
分离
拌合均匀
拌合
困难
拌合
分离
拌合均匀
气泡珠：
土=55:
45，水泥剂量8%，马歇尔击实
气泡珠：
土=55:
45，水泥剂量12%，马歇尔击实
干密度（g/cm3）
0.925
1.084
1.002
1.005
1.185
1.003
1.123
1.076
1.045
含水量（%）
13.8
16.0
17.8
18.7
12.7
14.6
15.2
17.3
19.4
拌合情况
拌合
分离
拌合
均匀
拌合
分离
拌合均匀
表615型气泡混合轻质土掺配比例
气泡：
土=55:
45
水泥剂量
6.0
8.0
10.0
控制压实系数（%）
90
93
95
90
93
95
90
93
95
实际干密度（g/cm3）
1.004
1.061
1.087
1.037
1.066
1.097
1.092
1.121
1.15
平均回弹率（%）
4.7
7d无侧限抗压强度（KPa）
248
260
272
247
267
275
316
331
358
破坏变形（mm）
3.0
4.2
4.7
4.8
5.0
6.2
7.4
7.5
6.3
28d无侧限抗压强度（Kpa）
374
403
491
372
406
422
563
629
597
破坏变形
3.0
3.3
3.7
4.0
5.3
4.6
3.7
4.5
4.7
CBR
膨胀量（%）
0.1
0.2
0.2
0.0
0.2
0.2
0.1
0.2
0.2
CBR值（%）
11.5
……
12.6
11.0
……
15.5
15.6
……
15.2
7.2施工过程控制：
参考施工操作要点及《浙江软土路堤设计要点》，严格执行《市政道路工程质量检验评定标准》（CJJ1-2008）、《市政桥梁工程质量检验评定标准》（CJJ2-90）、《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）、《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）。
7.3施工质量检验：
项目如下表7所示：
表7混合轻质土施工质量检验
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法
气泡珠密度
±1kg/m3
随机抽查
气泡珠粒径
±0.5mm
随机抽查
水泥掺量
±1%
随机抽查
7d人造轻质土密度
±1KN/m3
取芯，每3层抽查数≧3个
28d无侧限抗压强度
不小于设计值
取芯，每3层抽查数≧3个
7dCBR
不小于设计值
现场，每3层抽查数≧5个
压实度
不小于设计值
现场，每层抽查数目≧5个
7.4施工完成后的质量控制：
在路基工程施工完成后，要经常查看边坡的覆土、挡墙、土工生态袋等边坡防护工程，避免长期的雨水冲刷导致路基边坡防护工程破坏从而使得混合轻质土路基受到冲刷等。
8安全措施
8.1贯彻“安全第一，预防为主”的方针，成立安全领导小组，建立健全岗位责任制，加强安全监督，进行安全技术交底和安全培训，提高施工人员安全意识和防范能力。
8.2严格遵守施工现场设备操作技术规范，杜绝设备带病工作、各种机械的操作人员和机动车辆驾驶人员,必须经过专业培训和考试合格后,方准独立操作。
8.3混合轻质土在拌合过程中可能产生扬尘，现场施工人员必须穿戴好防护用品，强制佩戴防毒面具或者口罩护目镜等。
8.4对临时便道做好养护工作，保持路况良好。
与公路交叉处，做好施工预告、设立限速标志；运输繁忙地段，设立专人指挥交通；对司机进行经常性的安全教育，避免在运输过程中出现车辆交通事故。
8.5定期对施工设备及运输车辆进行检查维修，避免出现带病作业，超负荷作业。
8.6对于高填方路段施工时，现场设专人智慧、调度，确定合适的机械车辆走行路线，并设置边线提示标志，防止相互干扰碰撞，机械填筑作业要留有安全距离。
作业程序和运行路线，确保协调施工，安全生产。
8.7对于路堑开挖时要进场注意坡面的稳定，每天开工、收工前对坡面、坡顶附近进行检查，发现裂缝和坍方的迹象立即处理，避免在混合轻质土路基填筑时发生安全事故。
8.8在对混合轻质土路基摊铺和碾压的过程中要做好设备和人员的组织，避免设备和人员在路基上混乱穿行而导致设备和人员伤害。
9环保措施
9.1设置专门的材料堆场，将原料土、气泡珠及固化剂分类堆放，将固化剂及气泡进行覆盖避免下雨及起风使得气泡珠及固化剂流失和扬尘对当地环境及空气造成污染。
9.2在进行混合轻质土拌合时尽量采用成套的拌和机可以有效控制扬尘，并在拌合前将气泡珠洒水湿润可以避免气泡珠飞扬污染周围环境。
9.3在车辆运输过程中对车顶进行覆盖避免混合轻质土遗撒造成环境污染。
9.4在有风的时候停止作业，避免扬尘。
9.5原料土尽量采用工程开挖土方，可以有效的利用资源保护生态平衡。
9.6施工便道要经常洒水控制扬尘，有条件的可以将施工便道进行硬化。
9.7在施工完成的路段要做好养护及边坡维护，避免雨水冲刷导致固化材料及气泡珠流的当地农田等。
10效益分析
10.1各种软土路基处理方法优劣点及费用比较
在软基道路应用上，泡沫轻质土天然地基工法与常规复合地基工法相比，具有如下优势：
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。
施工便捷高效，可大幅缩短施工工期。
这主要体现在三个方面：
1）较常规路基土填筑，泡沫轻质土施工准备期短，如常规路基填筑经常需要大量修筑施工便道，而泡沫轻质土填筑施工通过管道泵送实现，可不修或少修施工便道；2）泡沫轻质土施工可每天连续进行，无需因碾压问题而间断路基填筑；3）泡沫轻质土天然地基工法节省了复合地基桩基施工的时间。
就一般的工程项目而言，复合地基从施工到检测合格，因龄期问题，一般都需要3~5个月才能完成。
可垂直填筑，节省永久占地或避免拆迁。
由于采用管道泵送浇筑，施工作业面小，可避免某些地段高压线、通讯管路等的拆迁。
常规复合地基工法多为隐蔽工程，施工质量难以保证。
而泡沫轻质土工法属非隐蔽工程，施工质量较易控制，可靠度高。
混合轻质土由于其施工的简单、取材的方便、强度的可调节以及工后的效果理想等多种因素决定了其在今后的软土路堤施工中的重要地位，将会在今后的施工中陆续出现并被推广。
11应用实例
蜀源立交项目气泡混合轻质土路基加宽段共需要气泡混合轻质土45042m³，泡沫混凝土材料具有密度小、质量轻、强度大于常规回填土、填筑后形成一个整体、抗冲击性能好、无侧向压力、对地基荷载小等优势。
泡沫混凝土是一种利废、环保、节能、低碳的新型建筑材料，泡沫混凝土可大量利用粉煤灰、矿渣、石粉等工业废料，减少了废物排放，可有效改善生态条件，保护生态环境，不仅节约能源，而且促进资源的再生利用，有利于环保，对保护自然生态环境意义重大。
符合党报告中提出的“美丽中国，绿色环保”要求。
项目部受到多方表扬，提高了企业知名度，创造了良好的社会信誉，为集团公司承揽经营打下了良好基础。
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