泡沫轻质土.pdf

1 概念概念 1 1. .1 1 泡沫轻质土概念泡沫轻质土概念 根据根据现浇泡沫轻质土技术规程现浇泡沫轻质土技术规程（CECS 249CECS 249： 20082008）的定义，泡沫轻质土是“）的定义，泡沫轻质土是“用物理方法将发泡剂水用物理方法将发泡剂水 溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可 选组分集料、掺和料、外加剂等按照一定的比例混合搅选组分集料、掺和料、外加剂等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拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料”。”。 2017年5月4日 水 泥 粉 煤 灰 水 料 浆 空 气 发 泡 剂 水 泡 沫 泡沫轻 质土 一一 现浇泡沫轻质土技术简介现浇泡沫轻质土技术简介 1 1. .2 2 制作工艺制作工艺 制作工艺体现了多制作工艺体现了多 种介质多步骤的混种介质多步骤的混 合特性合特性 2017年5月4日 一步输送水泥浆 水 胶凝材料 泡沫轻质土制备站 泡沫轻质土分区分层浇注 一步制作水泥浆 二步制作泡沫轻质土 二步输送泡沫轻质土 行星式水泥浆搅拌站 宏观工艺流程 两步制作 两步输送 分区分层浇注 一一 现浇泡沫轻质土技术简介现浇泡沫轻质土技术简介 1 1. .3 3 施工工艺施工工艺 2017年5月4日 一一 现浇泡沫轻质土技术简介现浇泡沫轻质土技术简介 1 1. .4 4 应用历史应用历史 1970年 日本开 始大量 使用 2002年 国 内 首 个 试 验 段 工 程 广 东 实 施 2006年 奥 运 鸟 巢 环 形 隧 道 减 载 2009年 亚 运 大 道 改 扩 建 桥 台 背 处理软基 国内第一部 标准颁布 2010年至今 珠三角、长三角、环 渤海湾开始大量应用 2014年公路路基 设计规范列入该技 术 1 1. .5 5 工程特性工程特性 EPS 普通土 混凝土 泡沫轻质土 轻质性：515kN/m3；常用56kN/m3 凝结特性：为水硬性材料，以水泥为胶 凝材料，具有凝结特性。 多孔特性：孔隙率高达20%70%。 密度和强度可调节性：可按工程需要调 整密度和强度。 良好的流动性：可在狭小的空间内施工。 硬化后可自立，可垂直填筑。 良好的施工性：管道泵送，自流平， 自硬化，无需推平、碾压或振捣。 一一 现浇泡沫轻质土技术简介现浇泡沫轻质土技术简介 2 泡沫轻质土应用泡沫轻质土应用 材料和工艺特性是泡沫轻质土工程应用的核心基础材料和工艺特性是泡沫轻质土工程应用的核心基础。 泡沫轻质土最关键也是最常见的应用为轻质性和自立性的应用泡沫轻质土最关键也是最常见的应用为轻质性和自立性的应用。 在大量的工程应用中在大量的工程应用中，更多的是特性的综合应用更多的是特性的综合应用，如软基桥台背路基或软基路段旧路如软基桥台背路基或软基路段旧路 扩建路基扩建路基，即综合利用了即综合利用了轻质性轻质性、自立性和良好的施工性自立性和良好的施工性。 综合特性的应用 2 泡沫轻质土应用泡沫轻质土应用 现浇泡沫轻质土的适用工况 工况工况 常规工法的缺陷常规工法的缺陷 泡沫轻质土工法的优势泡沫轻质土工法的优势 一般一般软基路段软基路段 复合地基隐蔽工程质量不易监控 造价较高，尤其是旋喷桩和管桩 综合造价较旋喷桩、预制管桩低 施工质量可靠度高，易于控制 桥台背软基路段桥台背软基路段 工后沉降较难控制 需要高强桥台结构 可有效控制工后沉降 无侧压力，桥台结构可大幅优化 改扩建软基路段改扩建软基路段 放坡施工，征地和拆迁无法避免 施工工期长，施工质量难以保证 直立填筑，避免征地或拆迁 工期短，施工质量易于控制 地下地下结构、地下结构、地下 管线路段管线路段 荷载过大或复合地基施工会破坏 地下管线或地下结构 不处理则引起沉降破坏 荷载小，地下结构或管线承压小， 不易破坏、避免深层处理扰动 控制沉降，避免破坏 山区陡峭山区陡峭路段路段 稳定性较难控制 高强支护或高宽放坡，破坏环境 可有效控制路基稳定 保护自然地质地理环境 江鹤高速公路 桥台背填筑 二二 泡沫轻质土应用泡沫轻质土应用 宁波三门湾道 路拓宽 上海地铁7号线地 下隧道结构减载 二二 泡沫轻质土应用泡沫轻质土应用 三三 现浇泡沫轻质土工程质量现浇泡沫轻质土工程质量 3 3. .1 1 质量问题防患措施质量问题防患措施 采用高性能发泡剂，确保泡沫质量的稳定和持久 采用自动化控制设备，避免人工操作形成湿密度的不稳定 采用大产能设备，避免初凝前浇筑层无法浇注完成 使用专业化施工队伍，避免个体户性质的泡沫混凝土施工队施工。 避免高温和低温时间施工，加强现场湿密度监控。 3 现浇泡沫轻质土工程质量现浇泡沫轻质土工程质量 3 3. .2 2 工程质量检验与验收工程质量检验与验收 项次项次 检查项目检查项目 规定值或允许偏差规定值或允许偏差 检查方法和频率检查方法和频率 权权 值值 1 抗压强抗压强 度度(MPa) 距路面底面距路面底面 距离距离(m) 00.80 qu7d0.4；qu28d0.8 1次次/1000m3轻质土轻质土 3 0.8 qu7d0.3；qu28d0.6 2 施工湿密度施工湿密度 在规定值或设计范围内在规定值或设计范围内 每一浇注层不少于每一浇注层不少于6次次 3 3 轻质土路基顶高程轻质土路基顶高程(mm) +10，-15 水准仪水准仪:每每200m测测4断面断面 2 4 中线偏位中线偏位(mm) 50 经纬仪经纬仪:每每200m测测4点点，弯道加弯道加HY、 YH两点两点 2 5 宽度宽度(mm) 不小于设计不小于设计 米尺米尺:每每200m测测4处处 2 路用泡沫轻质土工程质量检验实测项目，实现了与常规路基交验方法的无缝对接路用泡沫轻质土工程质量检验实测项目，实现了与常规路基交验方法的无缝对接 2017年5月4日 设计指标设计指标 2017年5月4日 表3.9.3 用于路基的泡沫轻质土性能指标 路基部位 无侧限抗压强度(MPa) 高速公路及一级公路 二级及以下公路 路床范围 轻、中等及重交通 0.8 0.6 特重、极重交通 1.0 上路堤、下路堤 0.6 0.5 地基土置换 0.4 湿密度：511kN/m3 流值：170190mm （公路路基设计规范表（公路路基设计规范表3.9.3） 2017年5月4日 路基拓宽路基拓宽 2017年5月4日 路基拓宽路基拓宽 外 侧 直 立 式 拓 宽 外 侧 直 立 式 拓 宽 外 侧 放 坡 式 拓 宽 外 侧 放 坡 式 拓 宽 2017年5月4日 外 侧 直 立 泡 沫 轻 质 土 保 护 措 施 外 侧 直 立 泡 沫 轻 质 土 保 护 措 施 20cm厚钢筋钢筋混凝土厚钢筋钢筋混凝土 4cm厚薄壁式保护壁厚薄壁式保护壁 2017年5月4日 外侧直立式拓宽外侧直立式拓宽 替代普通挡墙替代普通挡墙 2017年5月4日 软基路段软基路段 2017年5月4日 软基路段软基路段 轻轻 质质 土土 方方 案案 常常 规规 方方 案案 2017年5月4日 泡沫轻质土工法模型泡沫轻质土工法模型 桩基处理工法模型桩基处理工法模型 泡沫轻质土路基 桩基处理软基 常规填料 Pf 桩间土应力Pz 注：当注：当Pf80%*Pz泡沫轻质土方案控制沉降效果优于桩基处理方案。泡沫轻质土方案控制沉降效果优于桩基处理方案。 2017年5月4日 轻质土方案 常规方案 轻质土方案:不需做地基处理，采用轻质材料路堤，通过降低路堤荷 载的方式，降低地基土附加应力以控制工后沉降；其属可见工程， 施工质量易于控制，工期短；路基纵向差异沉降很小。 常规方案：通过加固地基，提高地基的承载力；其施工周长，施工 质量较难保证，路基纵向差异沉降较大。 软基路段工法比较软基路段工法比较 2017年5月4日 陡峭路段陡峭路段 2017年5月4日 陡峭路段陡峭路段 轻轻 质质 土土 + 保保 护护 壁壁 路路 堤堤 式式 挡挡 墙墙 2017年5月4日 轻质土+保护壁 路堤式挡墙 轻质土+保护壁：降低荷重，减少路基自身的滑动力矩，提高路基 的抗滑稳定性；能够避免路基抗滑设计的高难度和高代价；其支护 简单，施工便捷。 路堤式挡墙：挡墙自身稳定性差，支护代价高，施工难度大。 陡峭路段工法比较陡峭路段工法比较 2017年5月4日 特殊工况特殊工况 2017年5月4日 特特 殊殊 桩桩 基基 处处 理理 常常 规规 桩桩 基基 处处 理理 水水 泥泥 搅搅 拌拌 桩桩 泡沫轻质土泡沫轻质土 泡沫轻质土泡沫轻质土 水水 泥泥 搅搅 拌拌 桩桩 复 合 地 基 处 理 复 合 地 基 处 理 泡 沫 轻 质 土 处 理 泡 沫 轻 质 土 处 理 处理方式处理方式 复合地基处理复合地基处理 泡沫轻质土处理泡沫轻质土处理 优点优点 1.施工工艺成熟。 1.行车道范围内属于同一种处 理方法，沉降差异小。 2.造价较低。 3.工期短。 4.施工质量可以实时控制。 缺点缺点 1.施工质量难控制。 2.沉降差异难控制。 3.造价高，施工周 期长。 4.桩基施工对承台 影响较大。 1.需大面积开挖。 2.施工期间需设置临时排水设 施。 常常 规规 桩桩 基基 处处 理理 2017年5月4日 泡沫轻质土泡沫轻质土 复合地基处理复合地基处理 既有涵既有涵 填土填土 保留利用现状涵洞，采用保留利用现状涵洞，采用 泡沫轻质土减载换填泡沫轻质土减载换填 路面抬高，现状涵路面抬高，现状涵 洞不满足结构承载洞不满足结构承载 力要求力要求 处理方式处理方式 常规处理（开挖、废除既常规处理（开挖、废除既 有涵洞、新建涵洞）有涵洞、新建涵洞） 泡沫轻质土处理（采用泡沫轻质土泡沫轻质土处理（采用泡沫轻质土 减载换填）减载换填） 优缺点优缺点 1.开挖量大。 2.施工较为复杂。 3.造价高，施工周期长。 1.施工简捷，工期短。 2.造价较低。 3.施工质量可以实时控制。 2017年5月4日 稳定性验算稳定性验算 2017年5月4日 验算内容 验算用指标 验算指标取值 地下水条件 指标取值 沉降验算时自重应力计算 轻质土重度 R（kN/m3） 地下水位以上 R=Rfw 地下水位以下 R取轻质土浮容重 结构上覆荷载验算时自重应 力计算 轻质土重度 R（kN/m3） 地下水位以上 R=Rfw 地下水位以下 R=（1.11.3）Rfw 抗浮验算时自重应力计算 轻质土重度 R（kN/m3） 地下水位以上或以下 R=Rfw 路堤整体稳定性验算 轻质土凝聚力C、内摩擦 角 地下水位以上 试验确定，无试验资料 时，C=120kPa，=6 地下水位以下 试验确定，无试验资料 时，C=100kPa，=4 外部稳定性验算 与碎石土、砂类土或基岩 接触面摩擦系数 地下水位以上 0.6 地下水位以下 0.5 与粘性土、强风化层接触 面摩擦系数 地下水位以上 0.5 地下水位以下 0.4 1）表中Rfw为施工湿容重（kN/m3）；2）当底面有斜面或者轻质土路基的高宽比大于1且高度大于3米的情况，应进 行外部稳定性验算。 设计验算指标设计验算指标 （公路路基设计规范表（公路路基设计规范表3.9.6） 2017年5月4日 2017年5月4日 抗浮计算模式图抗浮计算模式图 抗浮稳定性验算抗浮稳定性验算 ii s ww h F h h1 h2 hw （公路路基设计规范表（公路路基设计规范表3.9.6） 抗抗浮安全系数宜为浮安全系数宜为1.051.15 2017年5月4日 公路软土地基路堤设计与施工技术细则公路软土地基路堤设计与施工技术细则（JTG/T D31-02-2013）6.4.8条条。 抗滑移稳定性计算抗滑移稳定性计算 12 2 cos cos 1.3 sincos fWfW Fs W 抗滑动稳定系数 下滑力 抗滑力 2017年5月4日 0 Gyxpp xy GZE ZEZ K E Z 当倾覆、滑动不满足要求时，需对泡沫轻质土设置抗滑锚固等措施。 抗倾覆稳定性计算抗倾覆稳定性计算