浅谈气泡轻质土在公路改扩建中的应用蔡清祥

浅谈气泡轻质土在公路改扩建中的应用蔡清祥

蔡清祥

蔡清祥

广州诚信公路建设监理咨询有限公司511431

摘要：简单介绍了气泡轻质土在广州市北二环高速公路水沥和北村收费站收费广场扩宽工程中的应用。介绍了气泡轻质土的施工工艺，介绍了利用气泡轻质土的特点解决了道路改造中路基拼宽征地难、周边管线众多迁移难、场地狭窄施工难度大、路基自量大、建设周期长等难题。

关键词：道路改扩建；气泡轻质土；优异特点

引言：

“交通是经济发展的先行官”，随着我国社会经济高速的发展，交通流量剧增，原有的道路渐渐不能满足现有车辆通行的需求，对道路进行升级改造势在必行。在道路改扩建中经常会遇到老路基宽度不足拓宽征地难，周边管线众多迁移难、周边建筑物复杂、施工便道小大型机械进出难等情况，传统的设计和处理方法采用浆砌或混凝土挡墙结合土方填筑路基，或自然放坡土方路基，用地大、大型机械多、机械材料进出难，新旧路基沉降不均匀。气泡轻质土的运用发挥了其施工快捷、质轻、整体性好、用地少的优异特点，本文以广州市北二环高速公路水沥和北村收费站收费广场扩宽工程项目建设实际，浅谈气泡轻质土在道路改扩建路基拼宽中使用的情况。

一、工程概况

广州市北二环高速公路是广东省广州市北部的一条高速公路，于2001年10月正式建成通车。路线全长为38.5公里，全线双向六车道。作为珠三角环形高速公路的龙头工程，北二环高速是广东省高速公路网的重要组成部分，同时也是沟通广州市北部地区国道干线公路的重要纽带。

随着周边高速路网的逐渐完善和物流园区的日益成熟，北二环各收费站通行能力已呈饱和状态。2015年实施全国ETC联网、货车全计重收费后，北二环货车比重较大的收费站因计重收费的原因，导致放行能力大大降低。特别是行业主管部门要求实施ETC专道专用后，广场小、车道少的水沥和北村收费站拥堵情况变得更加严重，甚至每天都会出现主线拥堵2公里以上的隋况，对过往车辆通行带来诸多不便．且存在较大的安全隐患，加上北二环高速公路的交通量持续快速增长，现状北二环高速公路北村站和水沥站现有出口数已远不能满足交通量的需求，严重影响了高速公路的运行效率。为了提高通行能力，确保主线交通安全以及改善收费压力，需要对北村、水沥收费站出口进行扩建改造。北村互通为菱型立交，G106线西侧设置2进3出收费广场，水沥互通现状设置3进4出收费广场。本次工程将在北村收费站西往东出口拓宽两条收费车道，路基拓宽最宽14m；水沥收费站入口拓宽一条车道，路基拓宽最宽9m。

二、扩建改造路基拼宽的设计原则

由于国家耕地不足，特别是珠三角经济发达地区，寸土寸金。北村和水沥互通所在位置匀在白云区基本农田保护区，征地需要慢长的协调基本很难实现，且北村和水沥两收费站交通压力大，扩建时刻不得容缓、迫在眉睫。

由于是在老路基上进行改扩建，路线指标不做太大的改变，仅针对拓宽部分进行路基拼宽。北村和水沥互通原路基全部为填方路基，边坡坡率为1：1.5，坡脚外设1.0m宽护坡道及排水沟。由于匝道和收费站段断面加大，需对路基进行拓宽，仅可充分利用自身的征地红线范围进行设计，设计中对拼宽宽度小于1.5m和拼宽宽度大于1.5m两类，分别采用不同的拼宽形式。

1、拼宽宽度小于1.5m路段

采用L型波形护栏混凝土基础拼宽路基，利用混凝土波形护栏基础，并将尺寸适当做大，L型伸出部分可起到路面基础的作用，又不会有新增用地；避免新旧路基之间的差异沉降，减少早期路面病害。

2、拼宽宽度大于1.5m路段

采用气泡轻质土拼宽路基，气泡轻质土拼宽路基是目前省内采用较多的拼宽路基施工方法，工艺成熟。其特点是施工快捷，对行车干扰小并且路基稳定性较优，可以大大提高路基路面的耐久性；自身重量轻，以减少附加荷载造成的工后沉降，从而大大减少新旧路基之间的差异沉降。

本次项目容重设计：不大于6.5KN/m3，无侧限软抗压强度设计：路槽底以下80cm范围内不小于1.2Mpa，其它区域不小于0.8Mpa。

三、路基拼宽施工的重点难点

老路改扩建成败关键是控制新老路基不均沉降，路基拼宽是老路改建施工的重点和难点。北二环高速公路水沥和北村收费站收费广场扩宽路段，现状已远远不能满足交通量的要求，扩建周围工厂、楼盘密集，边通车边施工、作业位置狭窄、工期紧、工程量大、工序繁杂、综合协调管理困难大，技术要求更高；如何确保高速营运、沿线环境保护、保质保量如期完成，需要施工单位有丰富的施工经验、较强的技术能力和监理单位的丰富经验和较强的管理能力。要在充分熟悉设计意图的基础上，按照设计图纸组织路基施工，主要施工难点是拼宽部分的施工质量控制。

四、项目实施及组织安排

项目合同工期为4个月，气泡轻质土为10230m3，北村和水沥两个收费站共4个施工点。由于该项目是边通车边施工，在施工中存在安全保通压力较大、施工质量控制较难、工程项目零星、工程项目成本较高等因素。本项目由施工经验丰富的“广东冠粤路桥有限公司”负责施工，由监理经验丰富的“广州诚信公路建设监理咨询有限公司”负责监理，项目采取两个收费站分期进行，可以减少两个收费站同时施工造成的交通压力，逐站攻克、逐段推进、收缩施工阵地的原则组织实施。在施工过程中严格按照交通组织方案及施工方案组织施工，通过施工单位的自身努力和监理单位的有效管理，在质量上加强了控制，使项目的总体质量得到了保证。

五、泡沫轻质土施工过程控制

（一）气泡轻质土的施工工艺

1、原路肩削坡及开挖台阶施工

逐级开挖台阶是新旧路基处理质量保证的首要环节，直接影响新旧路基的整体性。施工时削除原坡面上杂草、树根、防护结构物、腐蚀土、垃圾等露出原路基压实层，以每级高0.8m宽1m的台阶由上往下逐级开挖，开挖后对表面松土进行夯实。

2、挡板基础及预埋角钢施工

挡板基础及预埋角钢施工质量直接影响整体外观质量。施工时按90×30的基础规格开挖，预埋角钢为面板安装固定所用，预埋角钢应位置准确垂直，浇筑混凝土时严格控制基础面的水平。

3、铺设碎石垫层及软式透水管

碎石垫层及透水管起着排水作用，其施工质量直接影响气泡轻质土的内在质量。碎石垫层采用级配碎石，所用材料要求为：最大粒径不大于5cm，小于0.075mm的颗粒含量不大于10％。软式透水管采用RTG150型号，直径为150mm。要求钢丝直径不小于3.5mm，钢丝每米圈数不小于25圈/m，钢丝保护层厚度不小于0.38mm，软式透水管扁平耐压力不小于7.2kN/m。

4、锚筋施工

锚筋是新旧路基处理质量保证的首要环节，直接影响新旧路基的整体性。锚筋采用HRB335Ø25钢筋，每根长度为2m，沿路线方向间距以2m一根布置，沿开挖面为0.8m，打入开挖面内1m，布置均匀打入深度满足设计要求。

5、安装面板及侧向分区挡板施工

面板的作用是防止气泡轻质土的风化、保护轻质填土构造体。为了防止流体混凝土的溢出，施工中墙面板之间、墙面板与地基之间的间隙应尽量消除。另外，要防止墙面板产生曲变形。侧向挡板应垂直且定位准确，外侧平面位置偏差不应超过1cm，浇注过程中派专人检查，严格防止移位。模板的拼接缝应严密，不漏浆。施工时，应特别注意对模板的支护，以避免轻质土压力及其它外力影响其位置或引起倾倒。在气泡混合轻质土路基浇筑高度达到单级台阶高度且轻质土固化24小时后，侧向挡板方可拆除，拆除须缓慢进行，按顺序分段拆除，严禁猛撬、硬砸或大面积撬落和拉倒模板，以免损坏轻质土。

6、浇注区与浇注层划分

本项目气泡轻质土扩建路基工程量大，且夏季高温环境施工与大体积浇注的水化热对气泡轻质土质量影响大；为严格控制气泡混合轻质土施工质量，对全线的气泡混合轻质土路基采用分段、分区、全面分层浇注。

浇注区的划分应符合以下要求：当路基纵横向尺寸较大时，单个浇注区顶面面积最大不应超过400m2，以200m2～300m2为宜。施工平面单个浇注区长轴方向长度按10～15m为一个浇注区进行划分。

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0.5m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。路床部位应按2×0.4m划分浇注层，设计有金属网的位置，应为浇注层分层界面。

7、沉降缝设置

隔10～20m须沿气泡轻质土、面板及基础断面设置沉降缝，沉降缝宽1cm全断面填塞沥青木板或夹板，桥涵台身与气泡轻质土之间设置一道沥青木板。

8、气泡轻质土制作与浇筑

（1）气泡轻质土制作

施工前配合比要通过试验进行选择，试验工作已委托第三方试验单位进行试验，以保证施工时能提供设计所需要的配合比，做出28d强度与7d强度的关系，以便施工质量管理中用7d的无侧限抗压强度来判断28d的无侧限抗压强度。

采用压缩空气与发泡剂溶液混合的方式生成气泡混合，严禁搅拌发泡生成气泡混合；气泡轻质土水泥浆的拌合制作与气泡轻质土的拌合制作应分开进行；气泡轻质土制作设备应具有原材料自动化计量功能，在拌合制作气泡轻质土时，应能调节水泥浆或气泡混合流量。拌合制作成型过程中，搅拌时间应确保各组分混合均匀。水泥浆或气泡混合轻质土在出料装置中的停止时间不宜超过2小时。

（2）气泡轻质土的输送

气泡轻质土浇筑施工采用直接泵送或配管泵送方式，轻质土配管泵送距离受配合比及落差影响，无落差水平单级泵送距离宜应按要求控制。

（3）气泡轻质土的浇注

气泡轻质土单层浇注厚度控制在0.3～1.0m范围内，宜按0.5m进行浇注。气泡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。单个浇注层宜一次性浇注完毕，必要时最多分两次浇注，且两次浇注的间隔时间应控制在6小时～24小时。同一区段上下相邻浇注层，当施工期气温不低于15℃，最短浇注间隔时间可按8～12小时控制；否则，浇注间隔时间应不低于2天。

9、金属网施工

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。相邻幅的金属网平面位置应重叠搭接，搭接宽度不少于5cm，相邻绑扎点间距不应超过2倍网眼边长。在变形缝位置，金属网应断开铺设。

10、养生保护

填筑气泡轻质土时，要对填筑的每一层采取特别的保护措施。为防止填筑好以后由于急速干燥而产生的裂缝，必须加盖薄板或粘布加以保护。此外，固化前的气泡轻质土如果受雨会导致消泡效果不佳，因此有必要采取粘布等加毗防护，避免雨淋。

11、防渗土工膜施工

气泡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。铺设前，应清除下承层的尖锐物，避免刺破，必要时，应先铺设一层无纺针刺土工布作为垫护。相邻幅的土工膜，重叠搭接宽度不宜小于5cm。防渗土工膜铺设在轻质土顶面，铺设时，应注意尽量贴近下承层，路床顶部土工膜铺设在金属网上。

（三）施工注意事项

1、当一般路基段软基处理、路基填筑完成后，方能施工另一侧的气泡轻质土。一般路基段在搭接段纵向应向气泡混合轻质土路基段沿设计坡线超填0.5m再反开挖台阶。

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。当遇大雨或暴雨或持续时间较长的小雨天气，未固化的气泡轻质土表面应采取遮雨措施，防止雨水消泡。

3、要合理划分施工平面的浇注区，结合设备的产能，确保能快速稳定地在水泥的初凝时间前完成单个区域的浇注，避免后浇注的气泡轻质土流动对已浇注的轻质土强度形成的扰损。

4、夏季高温施工时水泥凝结速度快，要注意控制并尽量缩短水泥浆从搅拌到混合利用的时间。

5、铺设铁丝网、土工膜及安装模板时，锚固钉及锚固木桩尽可能少用，以保护轻质土的完整性。

6、防渗土工膜和金属网均应横向铺设。路床部位气泡轻质土，流动度不宜小于170mm。

（四）成品保护措施

1、禁止在已浇完尚未固化的轻质土里走动。尽量减少在固化后尚未达到设计强度的浇注区内走动，如施工必需进入时，应在浇注区轻质土面层铺垫模板，在其上行走。

2、气泡轻质土在夏季高温施工时，浇注体水化热大，内外温差作用易产生温度裂缝，表层气泡轻质土因高温蒸发失水过快会致使表层强度降低。

3、每层浇注完毕后应采用塑料薄膜或防渗土工布进行覆盖保湿养护。最后一层浇注完毕后，养护龄期不低于7天。对于路床部位的气泡混合轻质土，应特别注意加强养护。气泡混合轻质土路基施工完成后，当最后1层浇注层同条件养护强度≥0.4MPa后方能进行路面碎石层铺设施工。

4、需要特别注意的是，路面碎石层铺设施工时，应避免大型机械如自卸车直接在轻质土部行走，应采取边推平、边卸料的前进方式进行摊铺和碾压，即卸料车应在推平机械的后端卸料，避免轻质土顶部因承受车辆的集中荷载及碾压而导致破坏。土工膜铺设后应尽快进行包边土施工，避免土工膜长时间暴晒而导致老化。

（五）质量检验

1、检测要求

对于检测要求，本工程给出气泡轻质土品质要求参考值，见下表：

2、质量管理及检验方法

（1）原材料的质量控制

原材料的质量是气泡混合轻质土质量好坏的关键，所以要严格控制气泡轻质土中固化剂、水、起泡剂的质量，才能确保气泡轻质土的强度、耐久性、稳定性、轻质性、流动性。

（2）搅拌过程质量管理

和混凝土一样，气泡轻质土在搅拌时的质量管理要求高。因为在搅拌时的质量管理中要确保气泡轻质土的流动性和轻量性，所以投料要准确，必须按照湿润密度、空气量、流动值的标准进行控制。

（3）固化后的质量管理

气泡轻质土固化后的质量管理，一般是要确认无侧限抗压强度是否达到规定强度。但因为该无侧限抗压试验结果需要28d后才能得到，因此，平常的质量管理中，一般多用控制湿润密度和根据7d的无侧限抗压强度与28d强度的线性关系判断28d强度的方法进行。因此在日常的质量管理中，可确认7d龄期时是否达到目标无侧限抗压强度。

（4）检验方法

①湿密度

湿密度在以减轻对结构物土压为目的的填土中特别重要，它是根据选定的原料土、水泥、水、气泡经过设计后，进行恰当的混合搅拌而得到的施工期间要不定时检测。测定时，按以下步骤进行：

a.从出料口取试料；

b.先测定2升容器的容积V和质量m1；

c.将试料装在容器中，水平放置，试料的表面与容器的上沿齐平（用直尺刮平），然后测定其质量m2；

d.用下式求湿密度：湿密度=（m2-m1）/V（g/cm3）

②空气量

空气量是确保气泡混合轻质土的轻量性的重要因素，同时也会影响轻质土的流动性。因为混合在气泡混合轻质土中的气泡在材料搅拌过程中有可能被消解，所以气泡的混入量要通过试搅拌确定消泡比率后才能决定。由于其泡剂的种类不同，消泡率也会有所不同。在没有确认消泡率的情况下搅拌的气泡混合轻质土，不仅体积有可能减小，还会影响湿润密度，所以需特别注意不定时检测。空气量的测定，按以下步骤进行。

a.从出料口采取试料；

b.用量筒取混合后的试料200ml；

c.在“b”中加水200mL；

d.振动量筒，把试料和水进行混合，然后静置。待砂质土、水及气泡分离后，把100ml酒精缓慢地加入到里边进行消泡；

e.根据量筒刻度读取砂质土、水和酒精的总体积；

f.用下式求空气含量

空气含量={试料（200mL）+水（200mL）+酒精（100mL）-消泡后总体积}/试料（200ml）x100%

③流动度

流动度是用来确认是否达到了规定流动性的参数。暂定配合比流动度一般为180mm。取此值时，可以确保材料不发生离析、泵送距离可达到500m、浇注时具有良好的操作性。若不能达到这个规定的流动度，有可能因流动性明显降低而影响正常作业，甚至出现材料离析现象。可以说流动性实验是能准确把握气泡混合轻质土品质的简单的方法。施工时需上、下午各检测一次。试验可按下述方法进行：

a.由出料口取试料；

b.准备内径80mm、高80mm的黄铜或硬质塑料制成的空心圆筒；

c.将圆筒水平静置于钢板或硬质塑料板上；

d.慢慢将试料注满圆筒（不能溢出）；

e.手指轻敲管的外侧，使试料的表面与圆筒的上端齐平；

f.慢慢将圆筒垂直提升，并静置1分钟；

g.用尺量出认为是大的直径以及与其垂直方向的直径，取两者的平均值作为流动值。搅拌时的质量管理标准见下表。

搅拌时的质量管理标准

六、结束语

北二环高速公路北村站和水沥站匝道拓宽施工实例效果：

1、由于保畅通需要只能逐站施工，北村站施工用时为2个月提前交付通车，水沥站按时交付通车，如能同时实施施工将能整体提前2个月。

2、北村站和水沥站气泡轻质土无侧限抗压强度自检30组、抽检8组，抽芯4个全部合格，通车1年内多次现场检查无出现纵向裂缝。

3、北村站和水沥站均无增加征地，全部使用自有红线用地。

4、近年来环保重视力度大，土源少，耕地少，本项目施工无一污染农田破坏山林问题。

通过实例效果认为，气泡轻质土的施工快捷，节约用地、减少工后沉降、整体性好的优异特点，解决了路基拓宽征地难，周边管线众多迁移难、施工便道小大型机械进出难、施工周期长、工后沉降大整体性差等难题。实践证明气泡轻质土道路改扩建中的优异性，值得广泛推广。

参考文献：

[1]王文静气泡混合轻质土在高速公路改扩建工程中的应用[J]建材世界2014（z2）

[2]CJJ/T177-2012气泡混合轻质土填筑工程技术规范[M]中华人民共和国住房和城乡建设部2012.05

[3]广州市北二环高速公路水沥和北村收费站收费广场扩宽工程施工图设计[R]中国华西工程设计建设有限公司2016.09