气泡混合轻质土在轨道交通管沟减荷回填中的应用

气泡混合轻质土在轨道交通管沟减荷回填中的应用

韩毅 程波

重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆 401120

摘 要：气泡混合轻质土是一种水膜泡沫与水泥（砂）浆混合固化得到的一种特种水泥基材料。文章以重庆轨道交通环线二期谢家湾站—奥体站明挖区间市政排水管沟回填为例，从安全、经济、技术、工期多方面对气泡混合轻质土最轨道交通管沟减荷回填中的应用进行分析，实践表明所采取的气泡混合轻质土成功解决了狭小空间压实难度问题和后期沉降难题。

关键词：轨道交通；气泡混合轻质土；管沟回填；减荷

中图分类号： TU449

1 概述

气泡混合轻质土充分利用泡沫混凝土的良好特性，在国外被广泛用于填充大型空洞^[1]，包括废弃的下水道、井、大型油罐、地窖、旧建筑的地下室、废弃的地铁等。国内对气泡混合轻质土填筑方面的研究较少，仍处于市场初试水平，本文结合重庆轨道建设气泡混合轻质土施工通道回填科研项目，通过技术引进和集成创新，成功突破了施工复杂、填筑速度慢、工期长、密度高、强度低、工后沉降大、减荷载等技术难点。气泡混合轻质土综合成本低，安全性能高，在轨道施工通道、管沟减荷回填中相对于传统的碎石土及陶粒混凝土回填方式极具优势，具有广泛应用前景。

轨道交通环线是主城区轨道交通线网的重要组成部分，本工程为谢家湾站—奥体中心站地下区间，明挖法施工，明挖区间长约 370 m，区间隧道结构与地块下方的排水涵洞结构有冲突，侵入区间隧道结构。

为确保涵洞的正常使用以及区间结构的安全，将轨道区间影响范围内的现状拱顶削除，并在其顶部进行加盖，改造后的涵洞断面为4 m×4.5 m，改造范围长度约为37 m，采用明挖法施工，改造范围内采取气泡混合轻质土回填，强度≥0.5 MPa，容重≤5 kN/m³。

2 材料技术要求

本工程现浇气泡混合轻质土指将制备的气泡群按一定比例加入到由水泥、水及可选添加材料制成的浆料中，经混合搅拌、现浇成型的一种微孔类轻质材料^[2]，由于混凝土中含有大量封闭孔隙，使其具有良好物理力学性能，突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔使混凝土轻质化，其孔结构和材料性能都接近于加气混凝土。加气混凝土是利用化学发气，气泡混合轻质土是通过机械制泡的方法形成泡沫浆体。气泡混合轻质土应满足如下技术要求。

（1）采用42.5级及以上的通用硅酸盐水泥，现场直接搅拌发泡。

（2）应具有良好流动性和自立性，无需振捣、压实，施工速度要快。

（3）大幅度减少作用于地下结构上的土压力，提高结构物使用的安全性和使用寿命。

（4）发泡剂应对环境无影响，发泡剂制备的气泡群质量指标应满足CJJ/T 177-2012《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》规定，气泡群密度应为48～52 kg/m³，标准气泡柱静置1 h的沉降距不应大于5 mm，标准气泡柱静置1 h的泌水量不应大于25 mL。

（5）添加材料宜包括细集料、掺和料、外加剂等，其粒径不宜大于4.75 mm。

（6）所采用气泡混合轻质土须取得重庆市建设领域新技术认定证书，并在重庆市城乡建设主管部门备案。

3 回填设计

4.1 材料等级

本工程对比几种常见的回填材料容重进行对比，对比情况见表1。在材料用于空洞填充、管线回填时，按工程要求计算需选择容重等级为W5的材料，等级W5材料指标为，容重4.50～5.5 kN/m³，流动度140～180 mm，强度等级CF0.8，干燥收缩量≤20%，干湿循环强度减小率≤15%，静置1 h的湿容重增加值≤0.5 kN/m³。本工程采用现场浇筑气泡混合轻质土为该处管沟减荷回填材料满足材料等级W5的技术要求。

表1 材料容重对比表 kN/m³

3.2 配合比设计

设计采用的气泡混合轻质土，试配前应对原材料进行适应性检验，检验结果应满足：湿容重偏差0.2 kN/m³，流动度185 mm，试配抗压强度0.92Mpa，水泥P.0 42.5R，发泡剂气泡群密度50.8 kg/m³、1 h泌水量17.0 mL、1 h沉降距3mm、稀释倍率80，配合比按表2，试验结果为28d抗压强度0.86Mpa。

表2 气泡混合轻质土配合比

3.3 设计要求

在轨道区间结构范围盖板顶基坑开挖段，采用中粗砂回填至轨道基坑底0.1 m处后填充100 mm气泡混合轻质土，以减少轨道动力荷载对涵洞的影响，在隧道左右线之间以及隧道区间结构顶板以上3m填气泡混合轻质土共计约3 900 m³。

4 施工工艺

4.1 浇筑设备

设备包括发泡设备、搅拌设备和泵送设备。设备的生产能力和设备性能应满足连续作业要求，其中搅拌设备应具备水泥、水及添加材料的配料和计量功能，计量偏差应符合表3的规定。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，气泡混合轻质土宜采用配管泵送。

表3 搅拌设备的计量偏差

4.2 浇筑施工

（1）在施工现场设备搅拌场用泵送浇筑混凝土，按3 900 m³工程量，采取分层分块方式进行浇筑作业，共分9层、3块进行浇筑，单层浇筑厚度宜按1.5～2.0 m控制，上一层浇筑作业应在下浇筑层终凝后进行，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。

（2）气泡混合轻质土直接采用蛇形泵通过承压胶管进行泵送，泵送距离最大可达到500 m，泵送过程基本不对气泡混合轻质土的质量产生影响，本工程现场泵送的距离不超过100 m。气泡混合轻质土具有良好的流动性和固化后的自立性，浇筑时不需振捣，施工后不需要养生。为减少气泡的消解及材料分离现象，施工过程中要采用正确的浇筑方法进行浇注，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，夏季高温时应避开高温时段浇筑，浇筑过程的质量控制应符合表4的规定。

（3）根据现场调查，结合工作面的提供情况，现场配备气泡混合轻质土拌和物输送蛇形泵2台（最大送料距离500 m），输送能力按60 m³/h，考虑到气泡混合轻质土的终凝时间、模板拆装以及背后中粗砂隔离回填等的影响，气泡混合轻质土最大按150 m³/天计划。

（4）施工过程严格执行安全文明施工标准，严格执行交底制度，配置现场安全人员适时巡查，及时消除人的不安全行为和物的不安全状态。

表4 浇筑过程的质量控制

5 结束语

重庆环线二期谢家湾站—奥体中心站站明挖区间市政排水管改造回填施工采用气泡混合轻质土回填，从已回填完成效果看，有效解决了区间隧道结构物边的回填压实问题，减轻了涵洞的承受荷载，涵洞运行正常，未出现开裂、渗漏等质量问题，同时也降低了工程成本、缩短了工期，可为同类工程建设借鉴。

参 考 文 献：

[1] 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).

[2] CJJ/T 177-2012 气泡混合轻质土填筑工程技术规程[S]．2012．

[3] 陈忠平，杨洋，孙仲均. 气泡轻质土在国家体育场地下连续通道减荷回填工程中的应用[J]. 建筑科学，2008，24(1).

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