泡沫混凝土在高等级公路改建中的应用研究

泡沫混凝土在高等级公路改建中的应用研究

陈晓栋,荆伟伟

（嘉善县交通运输局，浙江 嘉兴，314100）

摘要：在高等级公路改建过程中会遇到很多难题，如桥头沉降、路基纵向裂缝反射等，而泡沫混凝土的优良特性为这些难题的解决提供了解决方案。本文结合泡沫混凝土在以往工程中的实践，对其性能进行了梳理，并对其在高等级公路改建工程中的应用进行详述。结合泡沫混凝土在G320嘉善段整治工程的应用情况，进一步说明泡沫混凝土在路基拓宽中的应用实效，同时项目的实践可为同类项目提供借鉴。

关键词：泡沫混凝土；公路改建；路基纵向裂缝

Research on Application of Foamed Concrete in Reconstruction of High-grade Hhighway

CHEN Xiaodong  JingWeiwei

（Jiashan County Transportation Bureau, Jiaxing Zhejiang Province, 31400, China）

Abstract: In the process of high-grade highway reconstruction, many problems will be encountered, such as bridge head settlement, subgrade longitudinal crack reflection, etc. the excellent characteristics of foam concrete provide solutions to these problems. Combined with the practice of foam concrete in previous projects, this paper combs its performance, and details its application in high-grade highway reconstruction projects. Combined with the application of foam concrete in G320 Jiashan section renovation project, the application effect of foam concrete in subgrade widening is further explained. At the same time, the practice of the project can provide reference for similar projects.

Keywords:Foam concrete; Highway reconstruction; Longitudinal crack of Subgrade

1 概述

泡沫混凝土是用物理方法将泡沫剂水溶液制成泡沫群，再将泡沫群加入到由钙质等材料（如石灰、水泥）、骨料（如粉煤灰、细粒土、钢渣、矿渣等）、掺合料（如纤维、纳米材料）、外加剂（早强剂、速凝剂、防水剂、分散剂、憎水剂）和水等制成的混合料浆中，经混合搅拌、浇注成型、自然或蒸汽养护后制成的、含有大量封闭气孔的轻质多孔混凝土[1]。其中，将发泡剂利用机械方式制作成泡沫群，然后将已制备成的泡沫和混凝土料浆搅拌均匀，并制成泡沫混凝土的实施方法尤为多见。由于泡沫混凝土内含有大量封闭气孔，表现出良好的物理力学性能和使用特性，如保温、轻质、隔热等，泡沫混凝土工程在公路工程中应用愈为广泛[2~6]。

结合泡沫混凝土在G320嘉善段整治工程的应用情况，其稳定性、自立性、轻质性等工程特性得到了充分地体现，通过降低堆载自重有效减少了路基拼宽对老路基的附加土侧应力，同时也降低了新老地基的不均匀沉降，实践成果可作为同类项目的借鉴依据。

2 泡沫混凝土物理特性

泡沫混凝土能的优异性能和特点，主要表现为以下几个方面：

2.1 轻质性

泡沫混凝土的干体积密度低于一般轻集料混凝土，内部均匀分布着大量的独立闭合胶质气泡，并互不通水。采用泡沫混凝土填筑路堤可以大大减少基底承受荷载，从而降低路基基底的处理要求。

2.2 强度可调节性

研究表明，在组成、配比和制备工艺相同的前提下，泡沫混凝土抗压强度与绝干密度之间具有良好的相关性。通过检测泡沫混凝土湿密度，进而控制泡沫混凝土绝干密度，从而达到控制泡沫混凝土抗压强度的目的。组成是影响泡沫混凝土强度的首要因素，主要包括水泥品种和强度等级、骨料种类与绝干密度、粉煤灰品质、外加剂品种和发泡倍数等。

2.3 高流动性

泡沫混凝土具有良好的流动性，可通过管道泵送，实现垂直高度100米、水平距离500米的远距离输送。

2.4 固化后的自立性

泡沫混凝土由于使用水泥作为固化剂，通常在水泥初凝后就会开始固化自立，固化后对挡土结构物几乎没有推挤力或土压力，因而可进行垂直填筑。

2.5 低弹减震性好

地基荷载越小，则抗震力越强。泡沫混凝土自重可减轻1/3-2/5，有效降低了路基基底承载力要求，从而提高泡沫混凝土填筑的抗震性能。同时，泡沫混凝土的多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。

2.6 防水性能

泡沫混凝土具有相对独立的封闭气泡及良好的整体性，其透水系数为10-5cm/s量级，吸水率较低，使其具有一定的防水性能。

2.7 隔热、隔音效果及抗冻融性能

泡沫混凝土含有大量的气泡，其气泡体积含有率可达40-70%，导热系数小，具有良好的隔热、隔音效果及抗冻融性能。

3公路高等级公路中的应用

3.1 软土路堤上应用

泡沫混凝土作为填料时，原则上不能直接外露出坡表，工程填筑时必须采用包封措施，以避免雨水周期性侵蚀和风干风化影响，并导致碎落和散失。泡沫混凝土填筑的路堤不仅有效降低了路基自重，进而减少地基承受的附加应力，因此，可以节约软土地基处理工程量，有利于保障高等级公路软土路基的工后沉降观察效果。

3.2 桥头路堤上应用

高等级公路桥涵等结构物一般地处河道、鱼塘等低洼处，这些区域多含有较深的软土层，特别是长三角平原地区如嘉善县，桥头路堤的地基处理特别关键。浙江省为解决桥头跳车病害问题推广采用泡沫混凝土的新技术路径，研究表明，轻质泡沫混凝土桥头路堤不仅有效降低了地基的承载力要求，提高了桥头路堤高填方路段的稳定性，而且对工后沉降具有显著效果。

3.3改建拓宽工程上应用

在保持高速公路、国省道道半幅通行的条件下对高等级公路进行改建拓宽施工，由于新老路基的地基固结度程度不同等原因，特别是软土地基，新老路基之间必然会产生不均匀沉降，反射至路面结构早期病害，进而影响高等级公路的使用功能等，因此对新老路基差异沉降的控制尤为关键。泡沫混凝土施工工艺为软土路堤的拼宽提供了快键、方便且可行的技术手段。

4工程应用

4.1 工程概况

G320嘉善段整治工程位于浙江省嘉善县境内，起点位于浙沪省界，终于南湖区交界，路线全长15.569公里，现状为一级公路，双向四车道拓展至双向六车道，设计时速80Km/h，现已完工通车。

4.2 路基拼宽方案

（1）现状分析

本项目 K94+400～K95+400、K97+800～K98+680左右幅需进行拓宽约2.0m，经调查，该路段部分路段原辅道外侧已填平，部分路段边坡为放坡形式，为利用原有路基宽度，减小政策处理难度，设计对边坡为放坡形式的路段采用泡沫混凝填筑。

（2）处理措施

基底压实完成后，在基坑底部土体中设置的钢筋网，将轻质泡沫土与稳定地层连为整体，并提供抗浮力与支承力，同时保证路基的稳定性（如图1、2所示）。

图1原路基范围内拓宽路基一般设计图

图2路基拼宽现场照片

4.3 泡沫混凝土技术要求

（1）原材料：水泥及外加剂满足泡沫混凝土的抗压强度、流动度及气泡稳定性等对原材料的要求；发泡剂稀释倍率≥40，发泡倍率≥20，产生的气泡应均匀、细微；施工用水符合《混凝土用水标准》（JGJ 63-2006）中的规定。

（2）混凝土性能要求：路面底面以下0-80cm，10.5Kn/m3，28d抗压强度≥0.8MPa；路面底面以下80cm以下，湿容重为10Kn/m3，28d抗压强度≥0.6MPa；流动度为180±20mm。

5 结论及建议

（1）泡沫混凝土能够在高等级公路改建工程的诸多领域进行应用，尤其是在路基拓宽中的应用。其自身的轻质性，减小了对地基的压力并降低工后沉降，其流动性保证了路基的密实度和远距离泵送，其强度可调性确保了路基的设计强度，其固化后的自立性，避免了放坡对周边农田、农房的影响，能够有效节约用地。

（2）泡沫混凝土在高等级公路改建中的应用能有效缓解拼宽中新老路基沉降的通病，通车后六个月未出现纵向裂缝，进一步提高国道的行车舒适性及运营水平，为进一步打造高质量、长寿命的国道路面质量提供有力保障，为同类国道“三提”工程提供了借鉴。

(3）泡沫混凝土用于高等级公路改扩建项目中，能有效缩短其施工工期，降低公路建设期间边通车边施工所带来的通行安全风险和沿线周边道路车流量递增所造成拥堵的情况，可进一步将工程提前完工，缓解交通压力，社会效益明显。

参考文献

[1]张景文. 再生微粉泡沫混凝土的制备与性能研究[D]. 青海大学, 2020.

[2]郑寒钊. 高速公路软土地基新型泡沫轻质砼防治桥头跳车处治研究[D]. 湘潭大学, 2020..

[3]肖军良, 周群华. 泡沫混凝土在高速公路路堤滑塌抢险工程中的应用[J]. 中外公路, 2019, 39(02): 5-9.

[4]徐仁贵, 黄天元. 泡沫混凝土在高速公路抢险工程中的应用[J]. 交通世界(建养.机械), 2011(11): 134-135.

[5]麻春亭. 泡沫混凝土在高速公路拓宽工程的应用[J]. 华东公路, 2017(06): 86-88.

[6]周翔. 泡沫混凝土在软土路段高速公路改建工程中的应用[J]. 华东公路, 2016(03): 46-48.

[7]浙江省公路学会编 .2013浙江公路学会学术论文集[c]. - 人民交通出版社,2013.12