[建筑]現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土論文

1、現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土施工工法-天津大道【摘要】泡沫輕質(zhì)土是“用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與必須組分水泥基膠凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料”。該材料具有輕質(zhì)、密度與強度可調(diào)、良好的施工性和環(huán)保性等特點，其性能偏重于替代常規(guī)填土，加快施工工期，減少工后沉降?！娟P(guān)鍵詞】泡沫 輕質(zhì) 填土 沉降天津大道工程為連接天津市區(qū)與塘沽濱海新區(qū)的城市快速路工程，其中雙港高架特大橋全長1879m，起點橋頭引路過渡段位于現(xiàn)狀大沽南路主車道，由于交通導行影響，若按原圖紙設計施工水泥攪拌樁復合地基和8%灰土填筑，填土高度達4.1m，且距通車時間僅為

2、3個月，填土無沉降期，勢必導致工后引路沉降大，造成橋頭跳車現(xiàn)象。通過現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土的應用，按合同工期完成了天津大道起點橋頭引路，最大限度減少了工后沉降，并能過對基底沉降，基底土壓力、擋土墻和臺背側(cè)壓力的觀測，為以后優(yōu)化橋頭引路設計提供了可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，對大力推廣現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土新材料和新工藝在國內(nèi)的應用具有一定的意義。1 工法特點泡沫輕質(zhì)土工法對工后沉降的控制較常規(guī)工法更有優(yōu)勢，尤其是向原地面以下進行置換填筑時，可顯著降低基底應力，有效控制工后沉降。1) 施工便捷高效，可大幅縮短施工工期。這主要體現(xiàn)在三個方面：較常規(guī)路基土填筑，泡沫輕質(zhì)土施工準備期短，如常規(guī)路基填筑經(jīng)常需要大量修筑施工便道，而泡

3、沫輕質(zhì)土填筑施工通過管道泵送實現(xiàn)，可不修或少修施工便道；泡沫輕質(zhì)土施工可每天連續(xù)進行，無需因碾壓問題而間斷路基填筑；泡沫輕質(zhì)土天然地基工法節(jié)省了復合地基樁基施工的時間。就一般的工程項目而言，復合地基從施工到檢測合格，因齡期問題，一般都需要35個月才能完成。2) 可垂直填筑，節(jié)省永久占地或避免拆遷。3) 由于采用管道泵送澆筑，施工作業(yè)面小，可避免某些地段高壓線、通訊管路等的拆遷。4) 常規(guī)復合地基工法多為隱蔽工程，施工質(zhì)量難以保證。而泡沫輕質(zhì)土工法屬非隱蔽工程，施工質(zhì)量較易控制，可靠度高。2 適用范圍橋臺臺背高路堤軟基路段、一般軟基路段、新近填海路段、施工作業(yè)高度受限軟基路段、征地困難或拆遷困難

4、軟基路段、搶工期軟基路段地下管道、線纜無法遷移路段。3 工藝原理3.1 軟基沉降變形的本質(zhì)軟基沉降變形的本質(zhì)可用有效應力原理來說明：在附加應力的作用下，超孔隙水壓力不斷消散、有效應力不斷增長；與此同時，隨超孔壓的消散，軟土中的自由水不斷排出，由此，其體積壓縮，表現(xiàn)為沉降的發(fā)生。在這個過程當中，對工程起決定作用的主要是三個方面：1) 附加應力附加應力的大小決定了軟土層最終總沉降量的大?。寒敻郊討θ哭D(zhuǎn)化為有效應力時，總沉降完成；故附加應力越大，總沉降越大。2) 固結(jié)度固結(jié)度Ut可用下式表達:式中 當前t時刻已完成沉降； 最終總沉降； 軟土層有效應力； 軟土層附加應力。固結(jié)度的意義在于表征了當前

5、時刻已完成沉降占總沉降的比例。3) 工后沉降設工后沉降基準期末的固結(jié)度位U1，施工期末的固結(jié)度為U2，工后沉降為，則工后沉降可用下式表達：工后沉降通常是軟基路段重點控制的指標；從設計到施工，軟基路段的一個重要任務就是盡可能降低工后沉降，以確保公路工后的正常使用，并減少工后維修費用。3.2 控制工后沉降的途徑1) 通過提高St來提高竣工時的固結(jié)度U2，以此控制工后沉降。具體的實現(xiàn)方法為排水預壓法：通過設置豎向排水體如袋裝砂井或塑料排水板，通過堆載預壓或真空預壓的方式來加快軟土層的固結(jié)速率，使竣工時的固結(jié)度達到足夠大，確保工后沉降滿足要求。該法的主要特點是具有較好的經(jīng)濟性，缺陷是需要足夠的預壓時間

6、，很多時候與工期的要求相矛盾。2) 降低軟土層的附加應力以降低總沉降，以此控制工后沉降。實現(xiàn)方法有兩種方式：樁式復合地基法和輕路堤法。樁式復合地基是設置一定密度的攪拌樁、CFG樁或預應力管樁等強度遠較軟土層強度要高的樁體，將上覆荷載大部分轉(zhuǎn)移至這些樁體來承受，從而降低軟土層所承受的荷載和附加應力，實現(xiàn)控制工后沉降的方法。該法的特點是時間短，效果顯著，但缺陷是造價偏高，同時，樁體的施工會產(chǎn)生側(cè)向擠出效應，對周邊的臨界結(jié)構(gòu)物會帶來不利的影響。輕路堤法直接降低路堤荷載和軟土層的附加應力。傳統(tǒng)的輕路堤法有粉煤灰路堤、EPS路堤等。泡沫輕質(zhì)土用于路橋過渡段填筑，屬于輕路堤法，其控制工后沉降的原理在于降低

7、附加應力；當用于舊路改造項目時，如填筑厚度適當向原地面以下延伸，可使軟土層的附加應力小于有效應力，軟土層處于超固結(jié)狀態(tài)，從而確保工后沉降為0。4 工藝流程及施工要點4.1 工藝流程泡沫輕質(zhì)土的施工工藝流程主要包括四大步驟：1) 泡沫的生成；2) 水泥漿或水泥砂漿的制備；3) 泡沫輕質(zhì)土的生成即泡沫與水泥(砂)漿的混合；4) 現(xiàn)場澆筑施工。 稀釋水發(fā)泡劑發(fā)泡液壓縮空氣泡 沫水 泥粉煤灰水混合攪拌水泥漿混合攪拌泡沫輕質(zhì)土泡沫輕質(zhì)土路基圖4-1 現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土施工工藝流程圖4.2 勞動組織表4.2 勞動組織項目管理人員生產(chǎn)工人職務人員數(shù)量職務人員數(shù)量職能類別管理人員生產(chǎn)工人項目主管1材料員1現(xiàn)澆泡沫

8、土施工臨時模板15技術(shù)主管1資料員1機械操作13施工主管1質(zhì)檢員1輕質(zhì)土澆筑14試驗員1后勤人員1施工員1安全員1合計10合計154.3 施工要點4.3.1 施工準備1) 施工前應根據(jù)設計要求進行泡沫輕質(zhì)土配合比設計，試配試驗時，應進行濕密度、流值和消泡試驗，當流值滿足要求、消泡試驗確定的濕密度增加率滿足要求時，應制取試件并進行養(yǎng)護，當消泡試驗確定的濕密度增加率無法滿足要求時，應調(diào)整發(fā)泡劑的稀釋倍率或種類，或調(diào)整配合比組成材料的種類和用量，重新進行試配試驗，當試配強度無法滿足規(guī)范及設計要求時，應調(diào)整膠凝材料的用量、標號或品牌，重新進行試配試驗。表4.3.1 天津大道工程雙港高架橋泡沫輕質(zhì)土施工

9、配合比配合比編號泡沫輕質(zhì)土單方材料組成輕質(zhì)土設計濕密度（kg/m3）水泥漿單方材料組成水泥漿濕密度（kg/m3）水泥（kg/m3）粉煤灰（kg/m3）水（kg/m3）氣泡水泥（kg/m3）粉煤灰（kg/m3）水（kg/m3）CF3102179321067.6%553.8669.2286.8647.61603.5C310263.546.521068.3%554.1830.9146.6662.21639.6注：CF310為一般部位泡沫土配合比，C310為頂層泡沫土配合比。2) 施工前，應結(jié)合設備生產(chǎn)能力、工期要求等對設計的澆筑體進行澆筑區(qū)和澆筑層的劃分，為澆筑施工做好相關(guān)規(guī)劃。3) 施工前，應清除

10、澆筑區(qū)基底雜物，尤其應排清基底的積水，當在地下水位以下澆筑時，應有降水措施，嚴禁在基底有水的狀態(tài)下澆筑施工。4.3.2 泡沫生成1) 泡沫是由發(fā)泡劑稀釋后加壓縮空氣經(jīng)發(fā)泡槍生成，發(fā)泡劑的性能直接影響泡沫的穩(wěn)定性，用于泡沫生成的發(fā)泡劑性能應該滿足下列要求：a.對環(huán)境應無不良影響，宜采用界面活性類發(fā)泡劑。b.在0以上的溫度環(huán)境，發(fā)泡劑不應出現(xiàn)離析現(xiàn)象。c.稀釋倍率不宜小于100。e.標準泡沫密度宜為40kg/m360kg/m3。f.發(fā)泡劑所制作的泡沫應細密，經(jīng)消泡試驗確定的濕密度增加率不應超過10%。2) 拌合水不應含有影響泡沫穩(wěn)定性、泡沫輕質(zhì)土的強度和耐久性的有機物、油污等雜質(zhì)。3) 發(fā)泡劑的稀

11、釋、起泡應采用設備自動化控制,泡沫應細密、穩(wěn)定。 圖4.3.2 泡沫生成4.3.2 水泥漿制備1) 水泥漿可以在現(xiàn)場拌合，也可使用拌合站集中供應，由于每立水泥漿含水量遠大于混凝土的含水量，拌合站對水計量宜采用流量，而不宜采用重量，以加快水泥漿制備時間。2) 泡沫輕質(zhì)土對水泥漿中水泥強度無特別要求，但所用水泥必須先進行消泡試驗，以確定其濕密度增加率是否滿足要求。3) 水泥漿制備應連續(xù)，避免輕質(zhì)土澆筑過程中，出現(xiàn)局部消泡、初凝現(xiàn)象，影響整體施工質(zhì)量。4) 水泥漿在現(xiàn)場應進行進一步攪拌，以保證其均勻，無沉積，同時應在出料口設置過濾網(wǎng)，防止較大顆粒材料堵塞泵管。5) 施工過程中，應對每車水泥漿進行重度

12、檢測，確保水泥漿質(zhì)量穩(wěn)定。4.3.3 輕質(zhì)土生成輕質(zhì)土是將氣泡加壓與水泥漿混合而成，施工過程中，每次起動機器后，需對生產(chǎn)參數(shù)進行調(diào)整，以保證輕質(zhì)土的濕密度與流量滿足設計要求。4.3.4 現(xiàn)場澆注1) 泡沫輕質(zhì)土單層澆注厚度，應控制在0.5m1.0m范圍。2) 分區(qū)模板安裝要牢固，澆注區(qū)間應采用塑料布進行密封，防止輕質(zhì)土沿縫隙滲流。3) 泡沫輕質(zhì)土單個澆注區(qū)、澆注層的澆注時間應控制在水泥漿初凝時間內(nèi)，上層澆注層僅當下層澆注層終凝后方可澆注施工。4) 應盡可能沿澆筑區(qū)長軸方向自一端向另一端澆筑，如采用一條以上澆注管澆注，則可并排從一端開始澆注，或采用對角澆注方式。5) 澆筑過程中，需要移動澆注管時

13、，應沿澆注管放置的方向前后移動，而不宜左右移動澆注管，如確實需要左右移動澆注管時，則應將澆注管盡可能提出當前已澆注輕質(zhì)土表面后再移動。6) 進行掃平表面時，應盡量使?jié)仓诒３炙?，并使?jié)沧⒖陔x當前澆筑輕質(zhì)土表面盡可能低。7) 盡量減少在已澆筑尚未固化的輕質(zhì)土中來回走動。 圖4.3.5 輕質(zhì)土澆注4.3.5 成品保護1) 當遇大雨、暴雨或持續(xù)時間較長的小雨天氣時，未固化的泡沫輕質(zhì)土表面應采取遮雨措施，防止雨水消泡。2) 泡沫輕質(zhì)土澆筑硬化成型后，在強度未達到設計強度前，不宜直接進入使用狀態(tài)。3) 泡沫輕質(zhì)土澆筑至設計標高后，宜在表面覆蓋塑料薄膜進行保濕養(yǎng)護。5 主要機具設備5.1 主要機具設備

14、表5.1 主要施工機具設備序號名稱型號規(guī)格單位數(shù)量用途1輕質(zhì)土拌合設備20kw臺1生產(chǎn)輕質(zhì)土2輸送泵18kw臺3泵送輕質(zhì)土3自動氣泡發(fā)生器40L/h臺1生產(chǎn)氣泡4輸送管2寸米500輸送輕質(zhì)土5空氣壓縮機5.5kw臺4提供壓縮空氣生產(chǎn)氣泡及加壓泵送輕質(zhì)土5.2 主要試驗設備表5.2 主要試驗儀器配置序號名稱型號規(guī)格單位數(shù)量用途1空氣壓縮機3kw臺1消泡試驗2發(fā)泡罐20L臺13發(fā)泡槍40L/h臺14流值測試圓筒 個1流值檢測5流值測試平板 件1流值檢測6容量筒1L個1濕密度檢測7試模10×10×10cm件18試塊制作8游標卡尺把1流值檢測6 質(zhì)量控制為確保泡沫輕質(zhì)土工程質(zhì)量符合

15、設計要求及有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，實行以過程為主，工后檢測為輔的方針，從人員、設備、材料、施工前的準備、工程施工過程等方面對工程質(zhì)量進行預控。6.1 人員控制1) 實行崗位責任制，做到定機、定人、定崗、定責。每處施工現(xiàn)場確定一名項目負責人，制定詳細的操作手、自檢人員崗位責任制。2) 凡參加泡沫輕質(zhì)土施工的人員上崗前首先要了解、掌握、重溫有關(guān)施工技術(shù)規(guī)范，明確崗位責任，做到未經(jīng)培訓不得上崗。6.2 設備控制1) 設備性能狀態(tài)良好，配備有足夠的易損件。2) 配備先進的自動計量工具，確保配合比準確。6.3 材料控制施工中的水泥應經(jīng)自檢合格后方可進場，進場后的水泥應按批報檢，抽檢合格后方可投入使用，若采用商品

16、水泥漿，則到場后按要求檢測水泥漿比重，確保質(zhì)量。6.4 過程質(zhì)量控制1) 施工場地應平整，不得有積水；2) 根據(jù)施工工藝制定各項技術(shù)參數(shù)、施工要點，現(xiàn)場嚴格控制輕質(zhì)土的流值及濕密度。30 施工中，應及時、認真地填寫原始資料，若埋設檢測儀器，應采取措施保護儀器不被破壞，觀測數(shù)據(jù)應連續(xù)、準確。6.5 施工質(zhì)量檢驗施工質(zhì)量檢驗指標為濕密度、流值和抗壓強度，檢測頻率和檢測依據(jù)執(zhí)行現(xiàn)澆泡沫土技術(shù)規(guī)程。7 安全措施1) 輕質(zhì)土施工人員、澆注作業(yè)人員在澆注作業(yè)時，必須穿工作鞋、戴保護手套及其他防護用品。2) 對于參觀者和檢查人員需配備相應的防護用具，嚴禁無關(guān)人員進入施工現(xiàn)場，所有現(xiàn)場的機械操作人員嚴禁酒后上

17、崗。3) 現(xiàn)場道路的交叉口處、道路拐彎處應設立安全警告標志。4) 施工現(xiàn)場用電及設備應符合臨時用電規(guī)范的有關(guān)要求。8 環(huán)保措施1) 在城市施工，水泥漿應盡量在攪拌站進行制備，防止在現(xiàn)場制備時污染環(huán)境。若必須在現(xiàn)場制備，應安裝儲灰罐，建立拌合站，采用散裝集料。2) 作業(yè)現(xiàn)場保持清潔整齊，水泥漿在儲灰罐中集中拌制，施工過程中要經(jīng)常檢查管道的損壞狀況，避免漏漿；施工完畢后不可隨意排放多余泥漿。建筑垃圾不亂堆、亂放，存放到指定的地點，做到垃圾日產(chǎn)日清。3) 若采用袋裝水泥現(xiàn)場攪拌，對現(xiàn)場水泥應進行集中堆放，運輸和卸運時防止遺灑塵揚。9 效益分析采用現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土可以降低橋頭引路施工綜合成本，縮短引道施

18、工周期，避免橋頭路基沉降，特別是在天津市市政工程中的運用，可以減少施工對城市的污染，該技術(shù)為天津地區(qū)首次使用，樹立了我公司在天津地區(qū)的良好形象。1) 加快了施工工期，若采用水泥攪拌樁復合路基結(jié)構(gòu)形式，施工周期大約為3個月，而采用現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土，施工周期僅為10天；2) 降低了綜合成本，采用水泥攪拌樁復合路基結(jié)構(gòu)形式，施工總成本約為179萬，而采用現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土，施工總成本為120萬，節(jié)約59萬，若優(yōu)化擋土墻及臺背設計后，成本會進一步降低。3) 質(zhì)量穩(wěn)定，采用泡沫輕質(zhì)土后，路基無沉降，避免了橋頭跳車現(xiàn)象，也無滲水現(xiàn)象，提高了耐久性。4) 對環(huán)境影響小，現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土采用商品水泥漿，現(xiàn)場加氣泡后進行澆注，避免了水泥漿現(xiàn)場攪拌與灰土拌合、攤鋪及碾壓，對現(xiàn)場施工環(huán)境造成的影響降到了最低。5) 通過現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土在本工程中的成功應用，并通過天津市各科研、設計及施工單位的觀摩和學習，進一步推廣了這種新材