气泡轻质混凝土在汕揭高速公路中的应用与总结
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【摘要】气泡轻质混凝土是一种新型混合材料作为路堤轻质填料，可以大幅度减轻施加在地基上的应力，从而增大道路的稳定性、安全性。该填料可用于桥涵台背、陡坡路段及降低承载力的软基填筑等。汕揭高速公路桥涵台背回填使用气泡轻质混凝土的总结，可为同类工程项目提供参考和借鉴。
前言： 汕揭高速公路庵埠至登岗段是广东省规划高速公路网“二横线”重要组成部分，是粤东梅州、潮汕地区经济发展的主要桥梁纽带。路线途经潮汕平原区，该平原是河流泥沙的冲积与海洋相互作用产物，沉积层有20～40m厚软弱粘性土、腐泥或淤泥。沿线经过大量农田、鱼塘、河流等软土地基，路基、桥涵台背的稳定性、安全性影响较大，采用轻质填料代替传统的路基填料，以减低路基荷载和软土地基的附加应至为重要，软基处理的填筑材料、技术方案和质量控制是本项目工程的关键之一。
1、气泡轻质混凝土的简介、基本特性
1972年挪威率先在公路填土中使用了泡沫塑料块体，此后轻质材料得到了较为广泛的应用。广东省自2001年平博士对《高性能水泥基泡沫轻质材料》研究后开始应用于工程领域，并从日本引进先进的、轻型的填料―气泡轻质混凝土。
气泡轻质混凝土是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，再将泡沫与含硅质、钙质材料、水及各种外加剂等均匀混合组成料浆，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成一种含有大量封闭气孔的新型轻质材料。突出特点是在混凝土内部形成封闭泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。
2、工程概况
汕揭高速公路庵埠至登岗段，起于潮州市潮安县庵埠镇，向西北经梅林湖、彩塘、沙溪镇、庄陇山，终于揭阳市登岗镇。全长18.42km，双向四车道路基宽26m，桥梁总长5.4km，软基处理路段5.9km，占路基总长45.3%。
沿线大型河流水系发达，水文条件比较复杂，路线经过软土地基路段、鱼塘路段多。软土地基路段处理方案有预应力管桩+袋装砂井、CFG桩+袋装砂井，部分桥台为解决桥头跳车问题及减少地基的承载力采用气泡轻质混凝土。
3、气泡轻质混凝土施工要点
3.1气泡轻质混凝土原材料
1）选用梅州塔牌集团生产P.O42.5普通硅酸盐水泥，符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007规定。
2） 选用潮州市凤山石场生产粒径小于4.75mm骨料作为添加材料，骨料干净、孔隙率小，吸水率较低。
3） 发泡剂性经稀释后气泡群符合以下三项指标，气泡群密度为50kg/m3±2kg/m3;标准气泡柱沉降距小于5mm;泌水量小于25ml。
3.2配合比设计
1）由水泥、填料和水组成的浆体总体积为V1按式（1）计算，泡沫添加量V2按式（2）计算，即配制为单位体积泡沫混凝土，由水泥、填料和水组成浆体体积不足部分由泡沫填充。按下式计算
V1=Mc/ρc+Mjl/ρjl+Mw/ρw （1）
V2= K（1- V1） （2）
式中：ρc为水泥密度3050kg/m3，ρjl为集料密度2650kg/m3，ρw为水密度1000kg/m3，V1为加入泡沫剂前水泥、集料和水组成的浆体体积（m3）;V2为泡沫添加量（m3），K为富余系数，一般在1.08～1.25之间。
2）泡沫剂用量Mp 按下式计算
My=V2*ρ泡 （3）
Mp=My/（β+1） （4）
式中：My为形成泡沫液质量（kg），ρ泡为实测泡沫密度36kg/m3，Mp为泡沫剂质量（kg），β为泡沫剂稀释倍数：20倍。
3）按以上（1）～（4）公式计算得出气泡轻质混凝土配合比，见表1。
表1 普通水泥气泡轻质混凝土配合比一览表
泡沫混凝土干密度级别 普通水泥Mc 粗集料 Mjl 水Mw（ψ=0.5） 浆体体积 V1 泡沫添加量V2 泡沫液质量My 泡沫剂Mp（1：20稀释，20倍发泡）
kg/m3 kg kg kg m3 m3 kg kg
250 145.83 62.50 104.17 0.18 0.91 32.65 1.55
300 175.00 75.00 125.00 0.21 0.87 31.26 1.49
350 204.17 87.50 145.83 0.25 0.83 29.87 1.42
400 233.33 100.00 166.67 0.28 0.79 28.48 1.36
4）从配合比一览表可以得出生产1m3干密度为300kg/m3气泡轻质混凝土，需要水泥175kg，粗集料75kg ，水125kg，泡沫剂1.49kg。
3.3施工技术要点
1） 按施工设计图尺寸放样，清理基坑底部浮泥，回填20cm碎石垫层、压实，确保基底>100Kpa，换填压实度>90%的设计要求。路基两侧按设计砌筑C20砼预制块，固定气泡轻质混凝土施工范围，纵向每隔10m设置2cm沉降缝。
2） 配管泵送范围应根据配合比、泵送距离及泵送高度，且结合现场实际情况确定。一般水平泵送距离控制在400～500m，垂直泵送高度控制在20～30m，可采用蛇形泵通过承压胶管进行泵送气泡轻质混凝土。
3） 浇筑过程中，泵送管出口应与浇筑面保持水平，不可用喷射方式浇筑，单层浇筑厚度按0.3m～0.8m控制，上一层浇筑作业前需在下浇筑层终凝后进行。
4） 施工现场气温不得低于5℃，夏季注意避开高温时段浇筑及做好防雨措施，施工完毕后及时进行保湿养护。
3.4质量检测要点
1）原材料、半成品和成品质量检验与验收需符合现行广东省建设厅颁发的《气泡混合轻质土填筑工程技术规范》（广东省标准DBJ15-58-2008）及《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004规定。
2）浇注过程检测湿容重：7.5～6（KN/m3）、流动度：160mm～200L，符合设计及技术规范要求;气泡轻质混凝土固化后28天抗压强度达到1.05Mpa～1.3Mpa，符合设计强度≥0.8Mpa标准，饱和抗压强度平均值不小于抗压强度设计值0.7倍。
3）外观质量鉴定，挡板光洁、平顺垂直、板缝均匀，线形顺直，沉降缝上下贯通且顺直;气泡轻质混凝土填筑体表面整洁，蜂窝面积小于总面积1%，表面出现非受力贯穿裂缝宽度小于5mm。
4、比较K20+470中桥0#桥台变更前后的经济价值
1） 该桥台原设计方案为“预应力管桩+袋装砂井+台背回填砂”其处理费用如下：
该软土地基桥台处理面积约390m2，软土层约32～38m之间，预应力管桩、CFG桩试桩约33～38m、袋装砂井试桩约30m。预应力管桩24360m×173.7元/m=423.13万元，袋装砂井20880m×3.95元/m=8.25万元，台背回填砂3465m3×70.5元/m3=24.43万元，原设计软土地基处理+台背回填砂费用约455.81万元。
2）该桥台变更方案为“CFG桩+袋装砂井固结+台背填筑气泡轻质混凝土”其处理费用如下：
CFG桩24360m×52.42元/m=127.7万元，袋装砂井20880m×3.95元/m=8.25元，气泡轻质混凝土3206.9m3×299.62元/m3=96.09万元，基础钢筋9169kg×6.8元/kg=6.23万元，预制安装C25砼挡板、基础78.8m3×637.45元/m3=5.02万元，碎石垫层179.4m3×85.75元/m3=1.54万元，防渗土工布1287m2×8.58元/m2=1.10万元，Φ100PVC排水管150m×25.7元/m=0.39万元，变更后软土地基处理+台背填筑气泡轻质混凝土费用约246.31万元。
3）据以上数据分析该桥台“软土地基处理+台背回填”变更前费用约455.81万元，变更后费用约246.31万元，优化变更可节约209.5万元。
4）工程实体质量回访
2015年3月底汕揭高速庵埠至登岗段项目竣工验收，对K20+470桥头前后100平整度检测左幅σ=0.75mm，右幅σ=0.85mm，且试运营期无维修记录;在相似路段K18+816中桥桥头“CFE桩+袋装砂井+回填砂”处理方式，在试运营期间已加铺4cm沥青混凝土的表面处治，检测该桥头前后100平整度左幅σ=1.19mm，右幅σ=1.15mm;气泡轻质混凝土有效降低地基沉降差异及解决软基路堤桥头跳车问题，同时还有效降低后期营运管理维修的费用。
5、结束语
1）气泡轻质土由骨料（粗集料）与一定比例的固化剂量（水泥）、水、泡沫剂等混合搅拌而成的轻型填料，解决了材料自重和承重之间矛盾;可在桥台台背代土填充路段、陡坡路段及降低承载力软基路段等领域上的应用。
2）用于软基路段桥台台背回填，可消除台背路堤填料本身工后沉降，避免桥头跳车病害，减少工后台背维护费用等。
参考文献：
[1]《气泡混合轻质土填筑工程技术规范》（广东省标准DBJ15-58-2008）。
[2]关博文，刘开平，赵秀峰.泡沫混凝土研究及应用新进展[J].广东建材，2008（2）：19～21
[3]平等：轻质土的关键技术开发及其施工工艺的研究，[交通部联合攻关重点课题]，2003