?泡沫輕質土在路基施工中的應用

時間：2020-07-16 來源：河津市恒藝環保建材有限公司

一、簡析目前鐵路軟基處理主要形式和利弊

1.1水泥攪拌樁

在鐵路軟基處理形式中，***常見的就是水泥攪拌樁處理。針對地質情況不同，施工條件差異等因素影響，水泥攪拌樁又分為單向水泥攪拌樁、雙向水泥攪拌樁、水泥砂漿樁、釘型水泥攪拌樁和旋噴樁。

從施工角度分析，前四種樁機機身大，所需工作面寬，行動緩慢，其施工便捷性、機動性差導致施工進度緩慢。

從******角度分析，一般設計樁長均為10m以上。由于這四種樁機鉆桿均不可分段拆卸，所以設計樁長決定了鉆桿長度，鉆桿長度就決定了鉆機高度。臨近營業線施工時如果樁機過高施工時需設防風繩防止樁機倒塌侵入限界造成行車事故，打樁施工地下處理較深對各種地下管線、電纜等造成巨大威脅，對施工******、營業線******及既有設備******都埋下巨大隱患。

旋噴樁每延米水泥用量為150kg，相比單向、雙向水泥攪拌樁每延米水泥用量65kg成本大大提高。旋噴樁機小、移動靈活，不會危及營業線******。鉆桿可分段拆卸，多適用于施工條件苛刻工作面不足的情況，但因其成本較高不能大面積廣泛使用。

1.2袋裝砂井

袋裝砂井是采用EHZ-8型袋裝砂井打樁機，配套設備有成孔套管、灌砂袋架及活動樁帽等，將灌滿中、粗砂的砂袋打入軟基中，配合堆載預壓將軟土地質中的過量水分通過砂袋和排水板等設施排擠出來以達到軟土地基加固的效果。由于堆載預壓期一般為6個月以上，大大降低施工進度給后續工程帶來滯后影響。

1.3 CFG樁

CFG樁是將預先拌合好的混合料（水泥、粉煤灰、石屑、碎石）利用1:1的水泥砂漿潤滑通過鉆桿打入軟土地基中達到軟土地基加固的目的。施工時容易造成斷樁、縮頸、混合料離析等質量事故，且工藝復雜施工進度緩慢。現已基本被水泥攪拌樁替代。

1.4碎石換填

碎石換填一般是在橋涵過渡段填筑或原地面地質情況稍好的情況采用的一種軟基處理方式。施工時采用全斷面開挖，回填碎石，分層碾壓。碎石材料成本高而且后期沉降量較大，給后期線路養護增加成本。

二、軟基處理中仍需解決的難題

2.1軟基深層處理計算理論與實際差異問題

由于需要軟基處理的地質情況復雜，各土層厚度、承載力不均勻導致其理論計算與實際情況往往有很大出入。

2.2橋涵過渡段沉降量較大引起的跳車問題

橋涵過渡段跳車問題一直是困擾工程界的難題。橋涵沉降量極小但過渡段處采用傳統填料和填筑工藝無論怎樣處理后期沉降量相比橋涵都要大很多導致橋頭跳車問題越發嚴重。

2.3地下管線位置不明確處軟基處理問題

新增復線工程中經常會遇到路基下穿各種石油、燃氣、工業毒氣等深埋管線，由于管線埋設時間久遠有些無法確認其具體深度和位置，這樣對軟基處理造成困難。管線業主擔心打樁處理會損壞管線，換填處理擔心后期沉降太大壓壞管線。給設計單位和施工單位都提出了難題。

2.4征地拆遷制約工程進度及增加成本問題

在既有營業線基礎上新增復線，路基按直線段填高5m考慮，如果路基面傍寬4.15m，既有排水溝廢棄從新改移至新建坡腳，不考慮護道，征地界也要隨之增加至少8-10m。導致一系列的征地拆遷制約工程進度問題，因征地拆遷補償款造成增加成本問題。 

三、泡沫輕質土的定義和特性

泡沫輕質土是土建工程領域中近年開發的一種新型輕質填土材料，它是指用物理方法將發泡劑水溶液制備成泡沫，與水泥基膠凝材料、水、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經物理化學作用硬化形成的一種輕質材料。根據工程的需要，現澆泡沫輕質土中泡沫的含有率、容重及強度可分別在15—70%、5—16kN/m3 及0.3—8.0MPa 范圍內調整。

泡沫具有輕質性、高流動性、直立性、不可壓縮及高強性、密度和強度可調節性、施工便捷性。

四、簡析泡沫輕質土的優勢

4.1泡沫輕質土在橋涵過渡段回填工程中的優勢：

（1）可大幅降低填土荷載，減少地基的附加應力，抑制地基的不均勻沉降和側移，提高路基的穩定性；

（2）可緩解橋臺與臺背路基的剛性突變；

（3）有效******填料自身的工后沉降問題；

（4）填料具有自立性，對橋臺結構物幾乎沒有推擠作用；

（5）施工時自動密實，無需振搗和碾壓，能有效解決臺背壓實難問題。在公路適用，在鐵路亦適用。

4.2輕質泡沫土在既有路基加寬、擴建工程中的優勢：

（1）可垂直填筑，節約用地、減少拆遷，節省投資。在舊路基礎上加寬不需重新征地，不改變原有排水系統；

（2）在軟基路段加寬，可不進行軟基處理或降低軟基處理強度和范圍；

（3）施工時自動密實，不需震搗和碾壓；

（4）采用泵送施工，不需設置臨時便道，幾乎不影響現有交通；

（5）施工工期短，對環境無污染，社會經濟效益好。

五、國內外應用情況

    氣泡混合輕質土是一種新型輕質環保材料，在國外已有幾十年的應用歷史。自2002年從日本引進以來，在廣東、北京、河北等重點工程中采用，取得了良好的效果。

到目前為止，該技術在日本應用約為300多萬m³ ，在國內成功應用于奧運工程，天津大道等幾十個工程項目，累計約為30多萬m³。

六、結合工程實例簡析泡沫輕質土在鐵路軟基處理中的應用

6.1工程概況

新建薊港鐵路咸水沽至鄧善沽區間路基中心里程DK62+488.87處下穿一條中航油輸油管道，管徑Φ329.9mm。與新建線夾角60°，埋深約13m。此處路基填高僅有1m，原設計基底處理為采用1-4m鋼筋混凝土蓋板箱涵，基礎為鉆孔樁基礎，上設承臺，將蓋板直接安放在承臺上。為確保鉆孔樁施工不影響管線******，施工前需準確定位管線的位置。由于受周邊高壓線干擾，無法使用探測設備探測出管線準確位置。

經建設單位、設計單位、施工單位及管線業主單位協商，決定采用換填方式加固地基基礎。本段路基基底淤泥質土深厚，采用傳統換填方式工后沉降很大，不能保證管線的******，后決定采用新興材料泡沫輕質土換填，利用泡沫輕質土的輕質性、高強性、高流動性等特點來******鐵路修建及火車動載對基底產生的附加應力，以增加路基穩定性和控制工后沉降，進而保證中航油管道的******。

6.2工期安排

基坑開挖2天，分層澆注泡沫輕質土6天。

6.3泡沫輕質土施工方法及工藝

（1）泡沫輕質土制作流程

（2）泡沫輕質土施工前，應進行施工配合比試驗。施工配合

比應滿足下列要求：

①濕容重≤6.0KN/m³；200mm≥流動值≥160mm。

②配合比強度試驗試塊采用10cm×10cm×10cm立方體試塊。抗壓強度試驗方法同普通混凝土強度試驗方法，但要求壓力機采用小量程砂漿壓力機進行抗壓試驗，且強度結果不做尺寸折減。

③配合比強度應滿足：7天齡期強度≥0.3Mpa；28天齡期強度≥0.6Mpa。

④施工配合比強度試驗以3塊為一組，共做3組分別測定7天、14天和28天齡期強度。當7天齡期抗壓強度≥0.3Mpa時，該配合比可作為施工配合比采用。

（3）泡沫輕質土澆筑施工

①泡沫輕質土單層澆注厚度控制在0.2m～1m范圍；本工程基坑深度3m，分4次澆注，每次澆注厚度為0.75m。

②泡沫輕質土單個澆筑區澆筑層的澆筑施工時間應控制在水泥(砂)漿初凝時間內；上層澆筑層應等下層澆筑層終凝后方可澆筑施工。

③應盡可能沿澆筑區長軸方向自一端向另一端澆筑；若采用一條以上澆筑管澆筑時，則可并排地從一端開始澆筑，或采用對角的澆筑方式。

④澆筑過程中，當需要移動澆筑管時，則應將澆筑管盡可能提出當前已澆筑輕質土表面后再移動。

⑤進行掃平表面時，應盡量使澆筑口保持水平，并使澆筑口離當前澆筑輕質土表面盡可能的低。

⑥盡量減少在已澆完尚未固化的輕質土里來回走動。

⑦澆筑現場應確保基底無積水，當澆筑面位于地下水位以下時，采用潛水泵臨時降水，并在泡沫輕質土養護齡期不少于3天且滿足抗浮要求的條件下才能撤除降水措施。

6.4過程質量監控

（1）施工場地應平整，不得有積水。

（2）根據工藝制定各項技術參數、施工要點，供現場操作人員遵守。嚴格控制輕質土的流值及濕密度，確保輕質土設計要求。

（3）施工中，應及時、認真地填寫原始記錄，不允許事后編寫。每天資料都應做好簽認、匯總工作，發現問題及時改正。

（4）加強資料管理，施工中認真填寫有關技術資料，每次澆注要按實際產生的數據認真負責地填寫資料，所有的資料數據必須真實可靠并得到監理工程師的簽字認可，施工中的所有資料必須完整無缺并整理歸檔。

（5）質量控制指標

6.5強度檢測

（1）泡沫輕質土固化后常規試驗檢測指標為抗壓強度。

（2）泡沫輕質土路基澆筑至***后1層時，每工作日應取強度檢測試件2組，分別作7天齡期和28天齡期強度檢測；其他層位的泡沫輕質土，每工作日應取強度檢測試件1組，做28天齡期強度檢測。

（3）泡沫輕質土的強度檢測試塊取樣要求及強度評定標準如下：

①抗壓強度和似干容重檢測試件應在澆注點出料口制取，制取時應量測并記錄濕容重；試件為邊長10cm的立方體；試件3個為1組。

②試件制取后，應置于20～25℃的環境中，試塊拆模后，應用密封塑料袋包裝養護。抗壓強度測定時，檢測方法參考GB50081-2002《普通混凝土力學性能試驗檢測方法標準》，但***終強度檢測取值不作尺寸折減。

③抗壓強度的評判合格標準應符合：

Qn≥Qc，

式中：Qc-抗壓強度設計值（Mpa）；

 Qn-單組試件3個試塊強度平均值或代表值（Mpa）。

七、效果分析

7.1加快工程進度

原設計為鉆孔樁基礎鋼筋混凝土蓋板箱涵。從鉆孔樁施工、承臺施工、邊墻施工到蓋板施工，總工期約45天。而實際工期只需8天就完成，為后續工程的施工創造了充足的時間。

7.2施工簡便、******

泡沫輕質土施工無需動用吊車、挖掘機、鉆機等大型機械，涉及勞力、材料種類少，便于控制和管理，減少危險源，提高營業線運營及工程施工******系數。

7.3降低工程造價

①工程變更減少費用

工程變更后比變更前減少費用10萬元。

②降低維護費用

研究證明采用泡沫輕質土換填軟土路基，可以減少工后沉降，提高工程質量，這樣就可大幅度地降低工程運營后的維護管理費用。

③降低工期成本

由于采用泡沫輕質土填筑，可以大大地縮短施工工期，因此可大幅度地降低工期成本。

八、結束語

天津、廣州、海南等沿海城市地區水網發達，土層多為淤泥、淤泥質粘土、淤泥質亞粘土、淤泥質粉土及淤泥混砂層，屬于飽和的正常壓密軟粘土，這類土具有含水量高、壓縮性大、滲透系數小、靈敏度高、強度低和厚度不均勻等特點，傳統的各種軟基處理法只是單純地從提高地基的承載力的角度上下功夫，而忽視了減輕填土的荷載，使得軟基路堤，特別是軟基深、填土高的路堤的處理成本高、工期長、占地多，并且沉降和穩定的問題不能有效解決，使得工程施工和維修成本提高。為此，采用泡沫輕質土進行軟基路堤的填筑研究和應用，取得了良好的效果。

7年前，我國開始了泡沫輕質土在基礎設施建設中的應用研究，已在包括鳥巢、北京地鐵奧運支線、京珠高速公路、廣州亞運主干道等工程中得到了成功的應用。2010年5月天津大道雙港高架特大橋首次成功應用現澆泡沫輕質土，解決橋頭跳車這一質量通病。

在鐵路施工中，橋臺背填筑、路基加寬換填、下穿高速路基擋土墻、空洞及狹小空間填充等工程同樣可以利用泡沫輕質土的獨特技術優勢。希望今后泡沫輕質土能更加廣泛的應用于鐵路基礎建設工程中。