氣泡混合輕質土在高速公路中的應用

氣泡混合輕質土又名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,是按照一定比例添加固化劑(水泥)、發泡劑(氣泡)和水,經充分混合攪拌後形成的輕型填築材料。

氣泡混合輕質土(泡沫混凝土)的特點是低容重、隔熱保溫、固化可自立、強度和變形特性可以達到甚至超過改良土路基。作為回填料,其具有整體性高、低彈減震性好、抗壓性好、耐水性好、操作簡單、機械化程度高、填築無死角、施工速度快等特點。

1氣泡混合輕質土的適用範圍

(1)新型公路橋臺背路基換填,有效解決軟基路段預壓不充分工程沉降。

(2)舊路改造的橋臺背路基換填,解決沉降引起的橋頭跳車。

(3)道路擴建中的加寬路基填築,解決新舊路基差異變形問題。

(4)山區陡峭路段的路基填築,解決高填高挖帶來的施工困難。

5)用於地下大跨度結構工程的覆土減荷,解決荷載過重問題。

(6)隧道坑口的填築,解決隧道開挖時山體坍塌。

2氣泡混合輕質土工程背景

赤山分離式立體交叉橋上部結構為1 × 20m空心板梁,橋臺臺背氣泡混合輕質土長度為9.06m,寬度25m,設計高度3.27m,輕質土方量為1100m,;橋頭位置均處於軟基段,設計採用比重較小的氣泡混合輕質土(不大於6.5kN/m3)進行施工。橋臺臺後回填氣泡輕質土縱斷面見圖1。

3氣泡混合輕質土配合比設計

本項目氣泡輕質土設計容重路槽底以下80cm範圍內S6.5kN/m",其餘區域<5.5kN/m',28d無側限抗壓強度路槽下80cm範圍內為0.8MPa,其餘為0.6MPa,根據設計指標選擇合適的施工配合比。

3.1氣泡混合輕質土檢驗項目

氣泡混合輕質土現場檢驗。

3.2材料的選擇

固化材料本著經濟、方便的原則,選用水泥為P042.5水泥。發泡劑為(發泡倍率40-60、稀釋倍率40)。水選擇飲用水。

3.3施工配合比確定

根據設計,需要0.8MPa和0.6MPa的氣泡混合輕質土,試驗室經多次現場試驗設計出了相對應的配合比以便於施工。按經驗配比,選用水灰比0.55~0.65,根據溼容重控制要求選定水泥用量及水用量。

式中:mf為每立方氣泡輕質土的氣泡群用量(kgm3');pf為氣泡群密度(kg/m3);mc為每立方氣泡輕質土水泥用量(kg/m3);mw為每立方氣泡輕質土水用量(kg/m3');Pc為水泥密度(kg/m3);pw,為水的密度(kg/m3)。

根據設計目標性能及計算進行試配,分別進行7d抗壓強度試驗,試塊尺寸為100mm x 100mm x 100mm,根據多組試配試件最終選定施工配合比為:配比A

(0.6МРа):水泥:水:氣泡=310:190:710.配比в(0.8MPа):水泥:水:氣泡-350:215:672.097。

3.4配合比研究

通過多組配比試驗結果發現,不同水泥、發泡劑摻量、輕質土性能不同。從以下3個方面分析其相互關係。(1)在發泡劑及水用量相對固定的情況下,氣泡輕質土的容重隨著水泥用量的增加而增加,見圖2。

(2)在水泥及水用量相對固定的情況下,氣泡輕質土的容重隨著發泡劑用量的減少而增加,見圖3。

(3)在水泥及水用量相對固定的情況下,氣泡輕質土的強度隨著發泡劑用量的增加而減小,見圖4.

最終施工時確定配合比為:00.6MPa推薦方案:水泥:水:氣泡群=310:190:710.000;20.8MPa推薦方案:水泥:水:氣泡群=350:215:672.097.

3.6配合比研究總結

氣泡混合輕質土的抗壓強度、容重是施工質量控制的主要指標,根據南益項目氣泡輕質土施工配合比研究,得出如下結論:

(1) 水泥含量越高,抗壓強度越大,水泥摻入比例對抗壓強度影響顯若。

(2)相同水泥摻入條件下隨著氣泡含量增大,試樣容重降低,抗壓強度將減小。

(3)輕質土容重隨氣泡含量的增加不斷降低,氣泡含量對氣泡混合輕質土容重的影響顯若。

4施1工藝總結

4.1基礎及擋牆

根據施工放樣,按照混凝土配合比進行基礎混凝土施工。氣泡混合輕質土擋牆的作用是防止氣泡混合輕質土的風化,保護輕質填土構造體。由於保護壁在氣泡混合輕質土固化後會與其合為一體,因而可不考慮氣泡混合輕質土固化後產生的側壓。施工時,為了防止氣泡混合輕質土溢出,應儘量消除壁板之間、壁板與地基之間的間隙。另外,要防止模型產生扭曲變形,可在模型中應用管材進行加固。

4.2氣泡混合輕質土製作工藝流程氣泡混合輕質土的配置步驟如圖5所示,即在水泥、水充分混合成漿狀之後,通過發泡裝置產生的氣泡加入其中而成。

4.3氣泡混合輕質土輸送

氣泡混合輕質土中的氣泡在由管道或泵管輸送的過程中消解量是極小的。但如果使用預拌混凝土車和翻斗車進行輸送

的話,由於振動使得氣泡消解,溼潤度、空氣含量將發生變化,流動性也降低。因此,針對木工程的特點,採用管道進行泵送。為保證氣泡混合輕質土的穩定性,減少材料離析,攪拌場所設在離最遠施工點500m以內。如果超過輸送距離,必須設置中繼泵送裝置或氣泡混合蛇管等措施。

4.4澆築、鋪設

氣泡混合輕質土路堤每隔10m設置沉降縫,縫寬1cm,縫間全斷面填充瀝青木板或夾板。路堤頂面縱向應分段做成臺階狀連接,臺階高差根據路線縱坡而定。

氣泡混合輕質土中氣泡既有獨立細微的特點,也具有分散性。為減少氣泡的消解及材料分離現象,施工過程中要避免過度振動(澆築方法如圖6所示),並且要控制好澆築厚度。根據施工經驗得出,一次澆注的最大厚度不能超過1m,最小不小於0.25m。同時,要避免雨天施工.

5結語

氣泡混合輕質土是一種最為先進的輕型填土技術。輕質填土是指通過使用一些特殊技術製造出容重小於一般土體的填土材料。氣泡混合輕質土具有容重可以自由調整、流動性、白硬性等優點。由於其優良的力學性能和經濟指標,在經濟發達國家是一種深受歡迎並且被廣泛使用的土建高新技術。這種填土技術可大大降低填土荷重,使填士更加均勻且不需碾壓作業,具有施工噪音低、施工工期短等優點。


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