氣泡混合輕質(zhì)土的特殊性能及工程應(yīng)用

1、 氣泡混合輕質(zhì)土的特殊性能及工程應(yīng)用祝新念 胡衛(wèi)東 肖四喜(湖南理工學院土木建筑工程學院,湖南岳陽 414000【摘 要】介紹了氣泡混合輕質(zhì)土的生產(chǎn)方法與制作,詳細分析了其輕質(zhì)性、高流動性、自立性、高強性等力學特性。并結(jié)合工程實例,論證了利用其特殊性能,作為良好填料在減輕路基自重、處理路堤地基、拓寬道路、解決橋臺跳車問題等工程實踐中應(yīng)用前景廣闊?！娟P(guān)鍵詞】氣泡混合輕質(zhì)土;特性;工程應(yīng)用【中圖分類號】U416.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1008-1151(201008-0070-02(一前言隨著我國公路、市政建設(shè)的大力發(fā)展,伴隨著一些急待解決的工程問題,比如路基凍脹問題、高填土路堤的邊坡

2、穩(wěn)定問題、橋頭跳車問題等。這些問題不僅影響公路的正常通行,也加大了公路的維修費用。氣泡混合輕質(zhì)土是一種人工制作的土工材料。其主要特點是容重比一般的土體小,而強度和變形特性可達到甚至超過良好的土體,是工程界近年開發(fā)并在推廣的土建新技術(shù)。20世紀80年代,日本、荷蘭等國開始研究氣泡輕量土。1985年美國在世界貿(mào)易中心建設(shè)中,采用大量的氣泡混合輕量土處理地基,減輕上部荷載。日本于1986年,用其處理公路滑坡,以減輕填土荷重。1988年英國倫敦DorkLand地區(qū)修建港口商業(yè)中心,采用氣泡混合輕量土填筑路基,解決了普通填土沉降大的問題。國內(nèi)對氣泡混合輕質(zhì)土的研究雖然起步較晚,但對其進一步應(yīng)用研究具有十

3、分重要的現(xiàn)實意義,隨著氣泡混合輕質(zhì)土在許多工程領(lǐng)域應(yīng)用的成功,在公路、市政建設(shè)中有了很廣泛的應(yīng)用前景。(二氣泡混合輕質(zhì)土的制作氣泡混合輕質(zhì)土換填提供了為軟土處理加固一種新的技術(shù)手段。即向土中混入一定比例的氣泡和固化材料制成容重和強度都可自由調(diào)整的混合土。其生產(chǎn)方法主要有兩種:1.機械混合發(fā)泡法:先將母材(原料土、固化材料(水泥類或高分子類等和水均勻混合,拌制成原料土漿。再將原料土漿和發(fā)泡劑溶液倒入高速攪拌機中,通過葉片的高速攪拌作用,氣泡大量產(chǎn)生,由此制得氣泡輕量土漿體。然后,拌制好的漿體澆筑入模,經(jīng)養(yǎng)護,固化成型,形成輕量土。該方法存在一些缺點,一方面發(fā)泡效率較低,發(fā)泡劑溶液不可能完全制成氣

4、泡,且制得的氣泡,其上下泡徑不均;另一方面,拌制過程采用高速攪拌機,其拌制作用強烈,氣泡輕量土的密度不易控制。2.預(yù)發(fā)泡法:先將母材(原料土、固化材料(水泥類或高分子類等和水均勻混合,拌制成原料土漿,發(fā)泡劑溶液通過發(fā)泡裝置發(fā)泡。再將原料土漿和氣泡均勻攪拌,制得氣泡輕量土漿體。然后,將拌制好的漿體澆筑入模,經(jīng)養(yǎng)護,固化成型,形成輕質(zhì)土。該方法克服了第一種方法的缺點,一方面采用發(fā)泡裝置發(fā)泡,發(fā)泡效率較高,發(fā)泡劑溶液的利用率是100%,且泡徑均勻;另一方面,拌制過程不采用高速攪拌機,其拌制作用不強烈,氣泡輕量土的密度容易控制。目前,在國外大多采用第二種方法生產(chǎn)氣泡輕質(zhì)土,該方法生產(chǎn)的輕質(zhì)土也叫“氣泡

5、混合輕質(zhì)土”(FoamedMixtureLight-weightSoil,簡稱FML。(三基本特性氣泡混合輕質(zhì)土中氣泡具有一定的機械強度和穩(wěn)定性,所以在與原料土漿混合攪拌,以及養(yǎng)護過程中,并不會很快破滅,從而可以在固化體中留下小孔隙。正因為具有大量的小孔隙才使得其具有輕質(zhì)高強的特性。其基本特征如下:1.高流動性原料土一般為砂質(zhì)土或粘性土,顆粒直徑宜小于5mm,不含水泥混凝土的粗骨科,其流動性遠較水泥混凝土要高,實際施工時可以通過軟管泵送,最大運送距離可達到1500m,最大泵送高度可達30m;2.施工性氣泡混合輕質(zhì)土的施工與水泥混凝土類似,即通過現(xiàn)場澆筑形成?？稍讵M小空間內(nèi)進行回填施工,不需機械

6、碾壓,不需振搗,施工工期短;3.輕質(zhì)性通過改變原料土、固化劑、氣泡等的配合比,可使其容重在513kN·m-3范圍內(nèi)調(diào)整;4.自立性具有自硬能力,固化劑在初凝后可固化自立,對擋土結(jié)構(gòu)物幾乎沒有側(cè)壓力;5.耐久性氣泡混合輕質(zhì)土屬水泥類材料,具有水泥混凝土同等的耐久性。在不同循環(huán)荷載作用下反復加載,其無側(cè)限抗壓強度幾乎沒有降低,輕質(zhì)土對長期交通荷載具有足夠的承受能力;6.高強度性與其可調(diào)節(jié)性通過改變固化劑及氣泡的配合比,其強度可在300 1500kPa內(nèi)自由調(diào)整。進行較長時期的壓縮試驗發(fā)現(xiàn)該土徐變系數(shù)也較小,如果把應(yīng)力控制在屈服應(yīng)力以下,徐變不會給工程帶來不良影響;7.良好的隔熱、隔音及抗

7、凍融能力含有大量的氣泡,其氣泡體積含有率可達40%70%,導熱系數(shù)小,具有良好的隔熱、隔音、保溫及抗凍融性能;8.透水性氣泡混合輕質(zhì)土的透水性很小,對容重為10kN·m-3的飽和狀態(tài)與不飽和狀態(tài)的氣泡混合輕質(zhì)土做試驗發(fā)現(xiàn),其透水系數(shù)數(shù)量級僅為10-5cm·s-1?！臼崭迦掌凇?010-04-26【基金項目】湖南理工學院資助項目(2004c036【作者簡介】祝新念(1975-,男,湖南理工學院土木建筑工程學院講師,從事路基路面工程教學及科研。- 70 -(四工程應(yīng)用氣泡混合輕質(zhì)土在工程應(yīng)用中可有效發(fā)揮輕質(zhì)性、固化后的自立性、強度特性以及易施工性帶來的技術(shù)經(jīng)濟效益,以及優(yōu)越的環(huán)

8、保特性帶來的社會效益。1.在道路加寬中的應(yīng)用我國的東南部地區(qū)軟基分布廣,在舊路拓寬時可垂直填土,節(jié)省昂貴的用地、減少拆遷,大量減少重新征地,節(jié)省高額的征地賠償費,而且為工程的早期開工創(chuàng)造有利條件;在軟基路段進行擴幅填土時,可大幅度地降低填土荷重,減少新老路堤的差異沉降及路堤附近建筑物的附加沉降破壞,大幅度地降低公路運營后的維修養(yǎng)護費用;施工時不需機械振搗和碾壓;通過配管泵送施工,作業(yè)面小,幾乎不影響現(xiàn)有交通;施工工期短,可使工程提前投入使用,給投資者帶來超前收益。山區(qū)陡峭路段的加寬擴建可避免高填高挖導致的穩(wěn)定處治問題,且能維持自然山體形態(tài)不變,保護自然環(huán)境。2.在加固軟土地基中的應(yīng)用我國經(jīng)濟發(fā)

9、展速度較快的東南部沿海地區(qū)水網(wǎng)發(fā)達,土層多為淤泥、淤泥質(zhì)粘土等具有含水量高、壓縮性大、滲透系數(shù)小、靈敏度高、強度低和厚度不均等特點。傳統(tǒng)軟基處理方法重視的是提高地基的承載力,氣泡混合輕質(zhì)土的特殊性能就為減輕填土荷載,加固軟土地基提供了新的研究手段。氣泡混合輕質(zhì)土材質(zhì)輕,強度高,填筑可以減輕路基自重,有效減小土壓力,降低地基附加應(yīng)力,大大減少整體沉降與差異沉降,使得軟基路堤、特別是軟基深、填土高的路堤的沉降和穩(wěn)定問題得到解決。同時還可避免高挖帶來的高邊坡支護代價及對環(huán)境的破壞問題。3.在解決軟基路段橋頭跳車中的應(yīng)用公路軟弱土地基段橋頭跳車一直是困擾著工程界的質(zhì)量通病。橋頭跳車現(xiàn)象造成行駛車輛產(chǎn)生

10、顛簸和跳躍,影響行車安全甚至造成交通事故,而且跳躍和沖擊又會對橋梁和道路產(chǎn)生附加荷載,造成對公路路面、伸縮縫、橋頭搭板、支座及橋臺樁基(或臺身的損害甚至破壞。氣泡混合輕質(zhì)土密度遠小于普通填土的容重,可大大減輕自重引起的附加應(yīng)力,抑制地基的工后沉降,使橋基間差異沉降曲線連續(xù)緩慢而均勻地變化,從根本上消除高速公路軟基段橋頭跳車問題。氣泡混合輕質(zhì)土自身壓縮沉降可忽略不計,徹底消除了填料自身的工后沉降問題。雖然氣泡混合輕質(zhì)土的剛度比優(yōu)質(zhì)土大得多,采用這一填料可在一定程度上緩解橋涵與路基連接處的塑性變形差異及剛?cè)嵬蛔儭?.在隧道減荷中的應(yīng)用在地下隧道工程中,為了改進傳統(tǒng)的隧道病害治理方法,隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計要

11、求其覆土荷重必須在結(jié)構(gòu)能夠承受的范圍內(nèi),如實際覆土荷重超過了結(jié)構(gòu)承受的能力,則必須對上覆填土進行減荷。如采用氣泡混合輕質(zhì)土進行減荷,較對地下隧道結(jié)構(gòu)進行再次加固要簡單便捷得多,且造價低廉,具備明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。(五結(jié)束語本文詳細分析了氣泡混合輕質(zhì)填土的制作方法和良好的特殊性能,論證了該填土技術(shù)能夠廣泛地應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域。氣泡混合輕質(zhì)填土技術(shù)在各項工程難題中減少了填土荷載重量,減輕附加應(yīng)力和土壓力,抑制軟基路堤的沉降和破壞,并增大穩(wěn)定、安全系數(shù),同時節(jié)約資源,保護了自然環(huán)境,有著非常廣闊的應(yīng)用前景。【參考文獻】1 陳忠平.氣泡混合輕質(zhì)填土新技術(shù)M.北京:人民交通出版社,2004.2 蔡明智.

12、淺談氣泡混合輕質(zhì)土的特點及應(yīng)用J.山西建筑,2007,(9.3 李英姿.氣泡混合輕質(zhì)土在加固軟土地基中的應(yīng)用J.巖土工程界,2008,(4.4 王錦霞.氣泡混合輕質(zhì)土在解決高速公路軟基段橋頭跳車中的應(yīng)用J.現(xiàn)代公路,2007(12.5 陳智江.氣泡混合輕質(zhì)土在道路加寬中的應(yīng)用J.山西建筑,2007(7.(上接第93頁(1商業(yè)(地上4585×1.1萬元/(均價=5043.5萬元;(2住宅收入21415×4450元/=9529.68萬元;(3車位收入:150×6.5萬元/個=975萬元。3.銷售契稅:916.68萬元(1交易稅:30000×6元/=18萬元;

13、(2經(jīng)營稅15548.18×5.78%=898.68萬元。4.管理費(銷售額3%:466.45萬元。5.財務(wù)費用:銀行利息(利率9%,按5000萬元投資周期一年計450萬元。6.銷售費用:廣告費、策劃費(銷售額3.2%497.54萬元。7.項目利潤4822.246萬元8.項目經(jīng)營回報率(1項目起動資金回報率:4548.31÷5000=90.97%;(2項目總投資回報率: 4548.31÷10000=45.48%;(五風險分析1.盈虧平衡點(1市場平均單位價格:15548.18÷30000=0.5183萬元/;(2項目經(jīng)營盈虧平衡點:10000÷

14、0.5183=19293.85;(3經(jīng)營保本系數(shù):19293.85÷30000=64.31%,即銷售總面積的64.31%就可以保本。2.風險因素存在可能性分析首先在以上風險因素中以售樓價降低對利潤率的影響最大,但從目前樓市價格來看,以4250元/平方米開盤銷售,已屬最低價格水平,均價4450元/平方米,是一個平均水平面,最低售價可達4100元/平方米,最高可達5500元/平方米(18層以上的樓舍。其次本項目一次性借款期為三年,由于該項目的數(shù)量少且精品,根據(jù)前面各章的分析,市場需求量供不應(yīng)求相信不到二年的時間即可銷售完成。至于建設(shè)成本,進行估算時已留有余地,在實際建設(shè)中成本只會降低,不會提高。綜上所述,本項目的抗風險能力極強。(六結(jié)論1.本項目的資金回報率較高,抓住目前柳州市房地產(chǎn)發(fā)展的時機,加上項目地段成熟,銷售價格較高。2.市場銷售與經(jīng)營風險適中,占據(jù)名校、新行政中心,交通便利