泡沫轻质土在铁路软土路基施工中应用

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1、摘要：现浇泡沫轻质土是土建工程领域中近年开发的一种新型轻质 填土材料，它是指用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与水 泥基胶凝材料、水、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理 化学作用硬化形成的一种轻质材料。它 具有轻质性、密度和强度 可调节性、高流动性、直立性及施工便捷等特性，以减轻荷重或 土压为目的，用于替代填土，可广泛用于软基桥台背填筑、道路 扩建、山区陡峭路段填筑、旧路桥头路基换填等公路工程领域， 亦可用于地下大跨度结构覆土减荷、空洞及狭小空间充填，具有 独特的技术经济优势，是土建领域一种新兴的轻型材料，具有广 阔的应用前景。目前泡沫轻质土 在铁路建设中的应用寥寥无几， 本文将结合 蓟

2、港扩能改造工程中改DK62+478.87改DK62+501.71 段中航油管道处采用泡沫混凝土 换填施工方案，就其施工要求和降低工程 造价、加快工程进度及减少路堤工后沉降和提高路堤的稳定性方 面，简要介绍和剖析泡沫轻质土在铁路软土路基施工中的应用。关键词：泡沫轻质土 铁路 软土路基一、简析目前铁路软基处理主要形式和利弊1.1 水泥搅拌桩在铁路软基处理形式中，最常见的就是水泥搅拌桩处理。针 对地质情况不同，施工条件差异等因素影响， 水泥搅拌桩又分为 单向水泥搅拌桩、双向水泥搅拌桩、水泥砂浆桩、钉型水泥搅拌 桩和旋喷桩。从施工角度分析，前四种桩机机身大，所需工作面宽，行动 缓慢，其施工便捷性、机动

3、性差导致施工进度缓慢。从安全角度分析，一般设计桩长均为 10m 以上。由于这四种 桩机钻杆均不可分段拆卸，所以设计桩长决定了钻杆长度，钻杆 长度就决定了钻机高度。临近营业线施工时如果桩机过高施工时 需设防风绳防止桩机倒塌侵入限界造成行车事故 ，打桩施工地下 处理较深对各种地下管线、电缆等造成巨大威胁，对施工安全、 营业线安全及既有设备安全都埋下巨大隐患。旋喷桩每延米水泥用量为 150kg ，相比单向、双向水泥搅拌 桩每延米水泥用量 65kg 成本大大提高。旋喷桩机小、移动灵活， 不会危及营业线安全。钻杆可分段拆卸，多适用于施工条件苛刻 工作面不足的情况，但因其成本较高不能大面积广泛使用。1.2

4、 袋装砂井袋装砂井是采用 EHZ-8 型袋装砂井打桩机， 配套设备有成孔 套管、灌砂袋架及活动桩帽 等，将灌满中、粗砂的砂袋打入软基 中，配合堆载预压将软土地质中的过量水分通过砂袋和排水板等 设施排挤出来以达到软土地基加固的效果。由于堆载预压期一般 为 6 个月以上，大大降低施工进度给后续工程带来 滞后影响。 1.3 CFG 桩CFG 桩是将预先拌合好的混合料（水泥、粉煤灰、石屑、碎石）利用 1:1 的水泥砂浆润滑通过钻杆打入软土地基中达到软土 地基加固的目的。施工时容易造成断桩、缩颈、混合料离析等质 量事故， 且工艺复杂施工进度缓慢。 现已基本被水泥搅拌桩替代。 1.4 碎石换填碎石换填一般

5、是在桥涵过渡段填筑或原地面地质情况稍好 的情况采用的一种软基处理方式。施工时采用全断面开挖， 回填 碎石，分层碾压。碎石材料 成本高而且后期沉降量较大，给后期 线路养护增加成本。二、软基处理中仍需解决的难题2.1 软基深层处理计算理论与实际差异问题由于需要软基处理的地质情况复杂，各土层厚度、承载力不 均匀导致其理论计算与实际情况往往有很大出入。2.2 桥涵过渡段沉降量较大引起的跳车问题桥涵过渡段跳车问题一直是 困扰工程界的难题。桥涵沉降量 极小但过渡段处采用传统填料和填筑工艺无论怎样处理后期沉降 量相比桥涵都要大很多导致桥头跳车问题越发严重。2.3 地下管线位置不明确处软基处理问题新增复线工程

6、中经常会遇到 路基下穿各种石油、燃气、工业 毒气等深埋管线，由于管线埋设时间久远有些无法确认其具体深 度和位置，这样对软基处理造成困难。管线业主担心打桩处理会 损坏管线，换填处理担心后期沉降太大压坏管线。给设计单位和 施工单位都提出了难题。2.4 征地拆迁制约工程进度及 增加成本问题在既有营业线基础上新增复线， 路基按直线段填高 5m 考虑， 如果路基面傍宽 4.15m ，既有排水沟废弃从新改移至新建坡脚 ， 不考虑护道，征地界也要随之增加至少 8-10m 。导致一系列的征地拆迁制约工程进度问题， 因征地拆迁补偿款造成增加成本问题。 见图 2-1图 2-1 征地拆迁问题三、泡沫轻质土的定义和特

7、性泡沫轻质土是土建工程领域中近年开发的一种新型轻质填 土材料，它是指用物理方法将发泡剂水溶液制备成 泡沫，与水泥基胶凝材料、水、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化 学作用硬化形成的一种轻质材料。根据工程的需要，现浇泡沫轻 质土中泡沫的含有率、容重及强度可分别在 15 70% 、5 16kN/m3 及 0.3 8.0MPa 范围内调整。泡沫具有轻质性、高流动性、直立性、不可压缩及高强性、密度和强度可调节性、施工便捷性。详见图2-2 ，图 2-3，图 2-4 ，图 2-5 ，图 2-6 ，图 2-7图 2-2 轻质性图 2-3 高流动 性图 2-4 直立 性图 2-5 不可压 缩及高 强性图

8、 2-6 密度 和强度可 调节性图 2-7 施工便捷 性四、简析泡沫轻质土的优势4.1 泡沫轻质土在桥涵过渡段回填工程中的优势：（ 1 ）可大幅降低填土荷载，减少地基的附加应力，抑制地基 的不均匀沉降和侧移，提高路基的稳定性；（2）可缓解桥台与台背路基的刚性突变；（3）有效消除填料自身的工后沉降问题；（4）填料具有自立性，对桥台结构物几乎没有推挤作用；（5）施工时自动密实，无需振捣和碾压，能有效解决台背压实难问题。在公路适用，在铁路亦适用。图 4-1 泡沫轻质土在公路桥涵过渡段应用实 例4.2 轻质泡沫土在既有路基加宽、扩建工程中的优势：（1）可垂直填筑，节约用地、减少拆迁，节省投资。在旧路

9、基础上加宽不需重新征地，不改变原有排水系统；（ 2）在软基路段加宽， 可不进行软基处理或降低软基处理强 度和范围；（3）施工时自动密实，不需震捣和碾压；（4）采用泵送施工，不需设置临时便道，几乎不影响现有交 通；（5）施工工期短，对环境无污染，社会经济效益好。图 4-2 泡沫轻质土在日本轻轨路基加宽中 的应用实例五、国内外应用情况 气泡混合轻质土是一种新型轻质环保材料，在国外已有几十 年的应用历史。自 2002 年从日本引进以来，在广东、北京、河北 等重点工程中采用，取得了良好的效果。到目前为止，该技术在日本应用约为 300 多万 m3 ，在国内 成功应用于奥运工程，天津大道等几十个工程项目，

10、累计约为 30 多万 m3 。六、结合工程实例简析泡沫轻质土在铁路软基处理中的应用6.1 工程概况 新建蓟港铁路咸水沽至邓善沽区间路基中心里程DK62+488.87 处下穿一条中航油输油管道，管径329.9mm。与新建线夹角60 ,埋深约13m。此处路基填高仅有 lm，原设计 基底处理为采用 1-4m 钢筋混凝土盖板箱涵，基础为钻孔桩基础， 上设承台,将盖板直接安放在承台上。 为确保钻孔桩施工不影响 管线安全,施工前需准确定位管线的位置。由于受周边高压线干 扰,无法使用探测设备探测出管线准确位置。经建设单位、设计单位、施工单位及管线业主单位协商，决 定采用换填方式加固地基基础。本段路基基底淤泥

11、质土深厚，采 用传统换填方式工后沉降很大，不能保证管线的安全，后决定 采 用新兴材料泡沫轻质土换填， 利用泡沫轻质土的轻质性、 高强性、 高流动性等特点来消除铁路修建及火车动载对基底产生的附加应 力，以增加路基稳定性和控制工后沉降 ，进而保证中航油管道的 安全。6.2 工期安排基坑开挖 2天，分层浇注泡沫轻质土 6天。6.3 泡沫轻质土施工方法及工艺（1）泡沫轻质土制作流程（2）泡沫轻质土施工前，应进行施工配合比试验。施工配合 比应满足下列要求： 湿容重W 6.0KN/m 3； 200mm上流动值上160mm。 配合比强度试验试块采用10cm X 10cm X 10cm立方体试块。抗压强度试验

12、方法同普通混凝土强度试验方法，但要求压力机采 用小量程砂浆压力机进行抗压试验，且强度结果不做尺寸折减。 配合比强度应满足：7天龄期强度上0.3Mpa ； 28天龄期强 度上 0.6Mpa。 施工配合比强度试验以 3 块为一组，共做 3 组分别测定 7 天、14天和28天龄期强度。当7天龄期抗压强度上0.3Mpa时， 该配合比可作为施工配合比采用。（ 3 ）泡沫轻质土浇筑施工 泡沫轻质土单层浇注厚度控制在0. 2m1m范围；本工程基坑深度3m,分4次浇注，每次浇注厚度为 0.75m。 泡沫轻质土单个浇筑区浇筑层的浇筑施工时间应控制在水 泥（砂）浆初凝时间内；上层浇筑层应等下层浇筑层终凝后方可浇F

13、、寸、一、丿，一 -筑施工。 应尽可能沿浇筑区长轴方向自一端向另一端浇筑；若采用一条以上浇筑管浇筑时，则可并排地从一端开始浇筑，或采用对 角的浇筑方式。 浇筑过程中，当需要移动浇筑管时，则应将浇筑管 尽可能 提出当前已浇筑轻质土表面后再移动。 进行扫平表面时，应尽量使浇筑口保持水平，并使浇筑口 离当前浇筑轻质土表面尽可能的低。 尽量减少在已浇完尚未固化的轻质土里来回走动。 浇筑现场应确保基底无积水，当浇筑面位于地下水位以下 时，采用潜水泵临时降水，并在泡沫轻质土养护龄期不少于 3天且 满足抗浮要求的条件下才能撤除 降水措施。6.4 过程质量监控（1）施工场地应平整，不得有积 水。（2）根据工艺

14、制定各项技术参数、施工要点，供现场操作人 员遵守。 严格控制轻质土的流值及湿密度， 确保轻质土设计要求。（3）施工中，应及时、认真地填写原始记录，不允许事后编 写。每天资料都应做好签认、汇总工作，发现问题及时改正。（4）加强资料管理，施工中认真填写有关技术资料，每次浇 注要按实际产生的数据认真负责地填写资料，所有的资料数据必 须真实可靠并得到监理工程师的签字认可，施工中的所有资料必 须完整无缺并整理归档。（5）质量控制指标详见表 4.14.1 质量控制指标控制指标设计值允许误差检测频率湿密度A土 0.1A每工作日自检4次气泡密度D土 0.1D每工作日自检2次流动值170170mm 土 10mm

15、每工作日自检4次6.5 强度检测（1）泡沫轻质土固化后常规试验检测指标为抗压强度。（2）泡沫轻质土路基浇筑至最后 1 层时，每工作日应取强度 检测试件 2 组，分别作 7 天龄期和 28 天龄期强度检测； 其他层位 的泡沫轻质土， 每工作日应取强度检测试件 1 组，做 28 天龄期强 度检测。（3）泡沫轻质土的强度检测试块取样要求及强度评定标准如 下： 抗压强度和似干容重检测试件应在浇注点出料口制取，制 取时应量测并记录湿容重；试件为边长 10cm 的立方体；试件 3 个为 1 组。 试件制取后，应置于2025C的环境中，试块拆模后，应用密封塑料袋包装养护。抗压强度测定时， 检测方法参考 GB50081-2002 普通混凝土力学性能试验检测方法标准 ，但最终强度检测取值不作尺寸折减。 抗压强度的评判合格标准应符合：Qn上Qc,式中：Qc-抗压强度设计值（Mpa）；Qn-单组试件3个试块强度平均值或代表值（Mpa ）。七、效果分析7.1加快工程进度 原设计为钻孔桩基础钢筋混凝土盖板箱涵 。从钻孔桩施工、承台施工、边墙施工到盖板施工,总工期约 45 天。而实际工期只 需 8 天就完成,为后续工程的施工创造