泡沫混凝土在路桥行业中的应用

轻质泡沫土路桥填筑及应用河南华泰建材开发有限公司目录基本介绍工艺流程材料性能工程应用常规做法轻质泡沫土做法经济优势应用案例基本介绍轻质泡沫土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械的方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆混合搅拌，然后通过发泡机泵送系统进行现场浇筑或模具成型，经养护所形成一种含有大量封闭气孔的新型轻质材料，在房建领域被称为：泡沫混凝土。在土建工程中其又被称为：轻质泡沫土，气泡混合轻质土，泡沫轻质土等。工艺流程轻质泡沫土他的生产过程包括：泡沫制备、浆料制备、浆泡混合、泵送、浇筑成型养护及检验。轻质泡沫土的材料性能轻质高强未凝固前高流动性固化自立可塑性保温隔热与防腐低弹抗震施工方便密度和强度可调节填充自密实国外某施工道路施工前国外某施工道路施工后轻质泡沫土的轻质高强特性普通混凝土试块放入水里轻质泡沫土试块放入水里轻质泡沫土试块放入汽油里轻质泡沫土的轻质高强特性材料普通混凝土回填土粉煤灰土工泡沫塑料轻质泡沫土容重(KG/M3）2518-2012-160.2-0.354-13轻质泡沫土含有大量封密闭性的气孔，教常规的土建材料较一般土建材料要轻的多，它的容重范围可在4-13KN/m3之间调节。每填筑1米的轻质泡沫土，可减载10-12Kpa,1米厚度的轻质泡沫土荷载相当于0.35-0.45厚度常规填土的荷载轻质应用核心在于减轻荷载，降低工后沉降和不均匀沉降。并且在工程中，利用轻质泡沫土的材料轻，荷载小，对工程的其他结构层扰动小，从而达到结构减荷的目的。轻质泡沫土的保温、隔热、防腐由于泡沫混凝土中含有大量封闭的气孔，热工性能良好，密度200-1200KG/M3范围内的轻质泡沫土，导热系数为：0.06-0.3w/(m.k)采用泡沫混凝土作为建筑物屋面，楼地面垫层及非承重填充材料，具有良好的保温性能。国家产业行业标准《JG/T266-2011》泡沫混凝土中对轻质泡沫土的热工性能的规定泡沫混凝土干密度不应大于下面表格中的+5%;导热系数不应大于表中的规定轻质泡沫土高流动性和填充自密实特性高流动性、填充压力小由于轻质泡沫土不含混凝土的粗集料，其流动度要比普通的混凝土高（流值180mm左右），施工中具有自流平的特性，在实际的施工中可采用软管泵送，最大的水平输送距离可达到900米。轻质泡沫土填充自密实填充自密实由于轻质泡沫土的制作点和现场施工点可分离，施工点占据空间小，可在狭小空间内进行填筑。综合轻质泡沫土自流平的特性，可以填充自密实，无需振捣碾压，施工便捷高效。密度和强度的可调节性密度和强度可调节性：通过调节轻质泡沫土中的气泡含有率，可控制轻质泡沫土的密度在3-12KN/M3之间，强度可在0.3~5mpa之间进行调节（工程上主要应用在0.3~1.5Mpa之间）轻质泡沫土固化后自立性轻质泡沫土采用水泥为固化剂，具有与普通混凝土初凝、终凝等特性，硬化后具有良好的自力性，其垂直临空面他的侧压力为0,可垂直填筑对其他构筑物没有侧向压力。轻质泡沫土的低弹抗震地下工程在施工完成后仍会产生蠕变变形，会因为变形压力过大而对结构体发生破坏。由于轻质泡沫土具有低弹抗震的特性，使其在发生较大的变形之后，不会发生整体破坏。因此轻质泡沫土作为隧洞的填充材料，可承担吸收变形压力，改善结构体受力的大小。轻质泡沫土弹性模量与抗压强度呈线性关系，工程上一般取值弹性模Ec=250qμ轻质泡沫土的耐久性、稳定性耐久性、稳定性轻质泡沫土属水泥类的材料，使用寿命与混凝土同等，具备极好的耐久性。当轻质泡沫土离路面顶面大于25CM时，汽车动荷载（接地压强为0.70Mpa)引起的附加应力不超过总应力的1/5(0.14Mpa),若轻质泡沫土强度取疲劳值均值0.88Mpa,其应力比Y=0.16,则轻质泡沫土路基可使用N≈1029次。显然，轻质泡沫土路基足够抵抗汽车动荷载，同时其使用年限完全足够。结论：泡沫轻质土的强度足够抵抗汽车动荷载，其使用年限要远远大于路面的使用年限。环保特性：轻质泡沫土对土壤、水、空气等自然环境均无污染作用；同时轻质土应用于填充工程中，可避免高填高挖的破坏，环保优势明显。轻质泡沫土的适用情况工况常规工法缺陷轻质泡沫土工法优势一般软基路段1.复合地基工程不易控制2.桩基造价较高，尤其是旋喷桩和管桩3.施工复杂，工期较长1.综合造价比旋喷桩、预制管桩低2.施工质量可以控制，施工便捷工期快桥台背处理1.常规做法工后沉降难控制2.稳桥时需要高强桥台结构1.可有效控制工后沉降2.台背无测压，桥台结构可大幅度优化道路改扩建1.放坡施工，征地和拆迁无法避免2.施工工期长，施工质量难以保证1.直立填筑，避免征地或拆迁2.工期短，解决新老路基差异沉降地下结构、地下管线路段1.荷载过大或复合地基施工会破坏地下管线或地下结构2.不处理则引起沉降破坏1.荷载小，地下结构或管线的承压小，不易破坏、避免深层处理扰动2.控制沉降，避免破坏山区陡峭路段1.稳定性难控制2.高强支护或高宽放坡，破坏环境1.可有效控制路基稳定2.保护自然地质环境轻质泡沫土软基路段覆土换填软基路堤常见的病害软基路堤常见的病害道路失稳破坏软基路段常见做法采用旋挖桩施工工艺预制管桩工艺处理复合地基法水泥搅拌桩工艺碎石桩成本高软基路段常见做法排水固结法塑料排水板联合堆载塑料排水板真空预压工期长，效果不理想软基路段常规处理工法EPS路堤弹性模量大，后期工后易发生沉降，成本较高压实度很难达到要求，施工周期长轻质路基处理法轻质泡沫土软基路段覆土换填如采用轻质泡沫土施工情况下，在软基路段采用轻质泡沫土填筑路基，可减少路基自重，不用常规的预压沉降期，施工速度块并且原地面以下每换填1m轻质泡沫土，可减载10~12Kpa荷载，工程上3~5米高度的路基填筑如采用轻质泡沫土填筑，相当于1.2~2.2m高度的常规路基，基本上可不进行软基处理轻质泡沫土与复合地基做比较小结：复合地基处理轻质泡沫土路基处理1.造价有明显优势2.施工便捷高效3.工后沉降可控4.使用年限更长软基处理工程案例天津中央大道项目软基处理工程案例浙江S75省道南延椒江段软基填筑工程原设计塑料排水板+堆载预压工后沉降大，工期较长，后来变更为轻质泡沫土。（二）桥台背回填桥台背项目施工案例南水北调焦作段轻质泡沫土施工桥台背项目施工案例天津安阳桥跨海河项目桥台背项目施工案例四川南充迎宾大道项目（三）桥梁减跨长春隧道桥桥台背后台填土高达22米，填土会使台后产生巨大的水平推力，对桥梁结构不利，需采用挡墙结构。常规的挡墙采用扶壁式挡土墙加筋土挡墙，但扶壁式挡墙对基础要求承载力高，墙身位移大。加筋土挡墙基础承载力要求600KPA，上述两个方案每延米造价8万元，所以本次设计采用了轻质泡沫土进行桥台背填筑，最高填筑达22米，创国内填筑高度施工之最。（四）地下大跨度结构工程覆土减荷1、天津西站交通枢纽配套市政工程地铁1号线换填项目天津西站交通枢纽建设工程是集高速铁路，城际铁路、普通铁路、长途客运、城市轨道交通、市区公交、出租车和停车为一体的综合交通枢纽。天津地铁1号线，是上世纪80年代建设的老式箱体结构，现状地面标高大沽高程2.02米~2.53米，规划标高+4.5米左右。地铁上方增加覆土2~2.5米，等于说每平方米的范围内增加将近50KN的荷载，影响了地铁运营的安全。为满足地铁1号线既有箱体结构的安全，采用轻质泡沫土填筑，对地铁上部进行取土换填，使其满足结构顶板受力相关要求。河南华泰公司负责配合总包施工单位进行轻质土换填施工，用时40天，换填数量3.2万立方，圆满完成轻质土换填工作，项目上受到上级单位嘉奖。上图示为上海祁连基地配套市政道路与上海地铁7号线交汇处处理方案。原地形地貌：上海祁连基地瑞丰路与地铁7号线交汇，规划前是条支线道路，规划后要作为市政主干道。地铁顶部距离路面层8米，堆土荷载已经满足了顶板结构受力。如果再增加荷载的话势必会对隧道主体结构有所影响。为了安全起见采用轻质填料来解决该问题。方案1：采用EPS进行填筑：EPS板由工厂运输到现场人工堆砌，EPS板顶面还需要铺设钢筋混凝土应力扩散层，施工周期与轻质土相当。且EPS成本贵方案2轻质泡沫土可直接现场浇筑，生产设备完全自动化，每台机器每小时可浇筑轻质土100m3，每天可浇筑轻质土至少1000m3，施工速度快。如工期紧张可增加施工机械，减少工期。2、地铁与道路交汇处结构减荷3、拱桥填充结构减荷常规填料会导致拱桥受力荷载增大，并且狭小区域不宜填充密实，施工比较费事。采用轻质泡沫土回填：具有自流平特性，狭小区域可以浇筑密实。材料自身荷载轻、对拱桥结构起到保护软垫作用。（五）道路改扩建中加宽路基填筑轻质泡沫土具有容重轻、流动性好、固化自立性的特点，用于道路扩宽工程中有以下一些优势：1、垂直填筑、节约用地、减少拆迁。在旧路基础上加宽减少新征土地。2、可大幅度降低填土的荷重，减少新老路基差异沉降3、通过管道输送，所需施工作业面小，对目前改扩建中交通影响小。4、施工周期短，给投资者带来提前效益。（六）山区斗陡峭路段路基填筑当公路线路经过山区陡峭路段时，采用轻质泡沫土的优势：1、固化自力性，避免了高填高挖带来的高边坡支护代价及对环境的破坏问题。2、降低填土荷载，原山体采用台阶式可增加轻质泡沫土于山体的摩擦力，能起到更好的衔接作用，保证了稳定性。（七）轻质泡沫土在隧洞注浆中应用轻质泡沫土在隧洞注浆的优势：1、轻质泡沫土施工点与浇筑点可分离作业，占据空间小。2、浇筑后可固化，不用机器振捣或碾压的优势。3、在隧洞二次衬砌采用的话因其独特的低弹抗震特性，会起到软垫作用4、与普通混凝土相比，采用轻质泡沫土回填注浆具有施工简便，回填速度快、回填密实度高、综合成本低等特点。（八）地下管线周边空隙轻质泡沫土的高流动、填充自密实、保温隔热等特性可在地下管道中应用1.施工便捷、不用振捣压实，狭小区域都能密实。2.具有很好的保温特性，在一些开挖的输油管道周边使用会起到很好的保护作用。轻质泡沫土在冻土中应用我国多年冻土占全国面积的21.5%，主要分布于大兴安岭和青藏高原。冻土地区常见的道路破坏现象有：融沉、冻胀、翻浆、冰丘、冰锥、涎流冰等。内蒙古呼伦贝尔地区的公路设计根据多年冻土的类型确定保护冻土、控制融化速度或破坏冻土。采用轻质泡沫土的优势：轻质泡沫土具有一定强度和保温特性。可在冻土区域上方加铺一层轻质泡沫土，这样可以保护冻土来年春天融化引起的道路翻浆问题，并且原来的冻土不用处理，节约造价。