气泡混合轻质土的特殊性能及工程应用

1、 气泡混合轻质土的特殊性能及工程应用祝新念 胡卫东 肖四喜(湖南理工学院土木建筑工程学院,湖南岳阳 414000【摘 要】介绍了气泡混合轻质土的生产方法与制作,详细分析了其轻质性、高流动性、自立性、高强性等力学特性。并结合工程实例,论证了利用其特殊性能,作为良好填料在减轻路基自重、处理路堤地基、拓宽道路、解决桥台跳车问题等工程实践中应用前景广阔。【关键词】气泡混合轻质土;特性;工程应用【中图分类号】U416.1 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(201008-0070-02(一前言随着我国公路、市政建设的大力发展,伴随着一些急待解决的工程问题,比如路基冻胀问题、高填土路堤的边坡

2、稳定问题、桥头跳车问题等。这些问题不仅影响公路的正常通行,也加大了公路的维修费用。气泡混合轻质土是一种人工制作的土工材料。其主要特点是容重比一般的土体小,而强度和变形特性可达到甚至超过良好的土体,是工程界近年开发并在推广的土建新技术。20世纪80年代,日本、荷兰等国开始研究气泡轻量土。1985年美国在世界贸易中心建设中,采用大量的气泡混合轻量土处理地基,减轻上部荷载。日本于1986年,用其处理公路滑坡,以减轻填土荷重。1988年英国伦敦DorkLand地区修建港口商业中心,采用气泡混合轻量土填筑路基,解决了普通填土沉降大的问题。国内对气泡混合轻质土的研究虽然起步较晚,但对其进一步应用研究具有十

3、分重要的现实意义,随着气泡混合轻质土在许多工程领域应用的成功,在公路、市政建设中有了很广泛的应用前景。(二气泡混合轻质土的制作气泡混合轻质土换填提供了为软土处理加固一种新的技术手段。即向土中混入一定比例的气泡和固化材料制成容重和强度都可自由调整的混合土。其生产方法主要有两种:1.机械混合发泡法:先将母材(原料土、固化材料(水泥类或高分子类等和水均匀混合,拌制成原料土浆。再将原料土浆和发泡剂溶液倒入高速搅拌机中,通过叶片的高速搅拌作用,气泡大量产生,由此制得气泡轻量土浆体。然后,拌制好的浆体浇筑入模,经养护,固化成型,形成轻量土。该方法存在一些缺点,一方面发泡效率较低,发泡剂溶液不可能完全制成气

4、泡,且制得的气泡,其上下泡径不均;另一方面,拌制过程采用高速搅拌机,其拌制作用强烈,气泡轻量土的密度不易控制。2.预发泡法:先将母材(原料土、固化材料(水泥类或高分子类等和水均匀混合,拌制成原料土浆,发泡剂溶液通过发泡装置发泡。再将原料土浆和气泡均匀搅拌,制得气泡轻量土浆体。然后,将拌制好的浆体浇筑入模,经养护,固化成型,形成轻质土。该方法克服了第一种方法的缺点,一方面采用发泡装置发泡,发泡效率较高,发泡剂溶液的利用率是100%,且泡径均匀;另一方面,拌制过程不采用高速搅拌机,其拌制作用不强烈,气泡轻量土的密度容易控制。目前,在国外大多采用第二种方法生产气泡轻质土,该方法生产的轻质土也叫“气泡

5、混合轻质土”(FoamedMixtureLight-weightSoil,简称FML。(三基本特性气泡混合轻质土中气泡具有一定的机械强度和稳定性,所以在与原料土浆混合搅拌,以及养护过程中,并不会很快破灭,从而可以在固化体中留下小孔隙。正因为具有大量的小孔隙才使得其具有轻质高强的特性。其基本特征如下:1.高流动性原料土一般为砂质土或粘性土,颗粒直径宜小于5mm,不含水泥混凝土的粗骨科,其流动性远较水泥混凝土要高,实际施工时可以通过软管泵送,最大运送距离可达到1500m,最大泵送高度可达30m;2.施工性气泡混合轻质土的施工与水泥混凝土类似,即通过现场浇筑形成。可在狭小空间内进行回填施工,不需机械

6、碾压,不需振捣,施工工期短;3.轻质性通过改变原料土、固化剂、气泡等的配合比,可使其容重在513kN·m-3范围内调整;4.自立性具有自硬能力,固化剂在初凝后可固化自立,对挡土结构物几乎没有侧压力;5.耐久性气泡混合轻质土属水泥类材料,具有水泥混凝土同等的耐久性。在不同循环荷载作用下反复加载,其无侧限抗压强度几乎没有降低,轻质土对长期交通荷载具有足够的承受能力;6.高强度性与其可调节性通过改变固化剂及气泡的配合比,其强度可在300 1500kPa内自由调整。进行较长时期的压缩试验发现该土徐变系数也较小,如果把应力控制在屈服应力以下,徐变不会给工程带来不良影响;7.良好的隔热、隔音及抗

7、冻融能力含有大量的气泡,其气泡体积含有率可达40%70%,导热系数小,具有良好的隔热、隔音、保温及抗冻融性能;8.透水性气泡混合轻质土的透水性很小,对容重为10kN·m-3的饱和状态与不饱和状态的气泡混合轻质土做试验发现,其透水系数数量级仅为10-5cm·s-1。【收稿日期】2010-04-26【基金项目】湖南理工学院资助项目(2004c036【作者简介】祝新念(1975-,男,湖南理工学院土木建筑工程学院讲师,从事路基路面工程教学及科研。- 70 -(四工程应用气泡混合轻质土在工程应用中可有效发挥轻质性、固化后的自立性、强度特性以及易施工性带来的技术经济效益,以及优越的环

8、保特性带来的社会效益。1.在道路加宽中的应用我国的东南部地区软基分布广,在旧路拓宽时可垂直填土,节省昂贵的用地、减少拆迁,大量减少重新征地,节省高额的征地赔偿费,而且为工程的早期开工创造有利条件;在软基路段进行扩幅填土时,可大幅度地降低填土荷重,减少新老路堤的差异沉降及路堤附近建筑物的附加沉降破坏,大幅度地降低公路运营后的维修养护费用;施工时不需机械振捣和碾压;通过配管泵送施工,作业面小,几乎不影响现有交通;施工工期短,可使工程提前投入使用,给投资者带来超前收益。山区陡峭路段的加宽扩建可避免高填高挖导致的稳定处治问题,且能维持自然山体形态不变,保护自然环境。2.在加固软土地基中的应用我国经济发

9、展速度较快的东南部沿海地区水网发达,土层多为淤泥、淤泥质粘土等具有含水量高、压缩性大、渗透系数小、灵敏度高、强度低和厚度不均等特点。传统软基处理方法重视的是提高地基的承载力,气泡混合轻质土的特殊性能就为减轻填土荷载,加固软土地基提供了新的研究手段。气泡混合轻质土材质轻,强度高,填筑可以减轻路基自重,有效减小土压力,降低地基附加应力,大大减少整体沉降与差异沉降,使得软基路堤、特别是软基深、填土高的路堤的沉降和稳定问题得到解决。同时还可避免高挖带来的高边坡支护代价及对环境的破坏问题。3.在解决软基路段桥头跳车中的应用公路软弱土地基段桥头跳车一直是困扰着工程界的质量通病。桥头跳车现象造成行驶车辆产生

10、颠簸和跳跃,影响行车安全甚至造成交通事故,而且跳跃和冲击又会对桥梁和道路产生附加荷载,造成对公路路面、伸缩缝、桥头搭板、支座及桥台桩基(或台身的损害甚至破坏。气泡混合轻质土密度远小于普通填土的容重,可大大减轻自重引起的附加应力,抑制地基的工后沉降,使桥基间差异沉降曲线连续缓慢而均匀地变化,从根本上消除高速公路软基段桥头跳车问题。气泡混合轻质土自身压缩沉降可忽略不计,彻底消除了填料自身的工后沉降问题。虽然气泡混合轻质土的刚度比优质土大得多,采用这一填料可在一定程度上缓解桥涵与路基连接处的塑性变形差异及刚柔突变。4.在隧道减荷中的应用在地下隧道工程中,为了改进传统的隧道病害治理方法,隧道结构设计要

11、求其覆土荷重必须在结构能够承受的范围内,如实际覆土荷重超过了结构承受的能力,则必须对上覆填土进行减荷。如采用气泡混合轻质土进行减荷,较对地下隧道结构进行再次加固要简单便捷得多,且造价低廉,具备明显的技术经济优势。(五结束语本文详细分析了气泡混合轻质填土的制作方法和良好的特殊性能,论证了该填土技术能够广泛地应用于各种工程领域。气泡混合轻质填土技术在各项工程难题中减少了填土荷载重量,减轻附加应力和土压力,抑制软基路堤的沉降和破坏,并增大稳定、安全系数,同时节约资源,保护了自然环境,有着非常广阔的应用前景。【参考文献】1 陈忠平.气泡混合轻质填土新技术M.北京:人民交通出版社,2004.2 蔡明智.

12、浅谈气泡混合轻质土的特点及应用J.山西建筑,2007,(9.3 李英姿.气泡混合轻质土在加固软土地基中的应用J.岩土工程界,2008,(4.4 王锦霞.气泡混合轻质土在解决高速公路软基段桥头跳车中的应用J.现代公路,2007(12.5 陈智江.气泡混合轻质土在道路加宽中的应用J.山西建筑,2007(7.(上接第93页(1商业(地上4585×1.1万元/(均价=5043.5万元;(2住宅收入21415×4450元/=9529.68万元;(3车位收入:150×6.5万元/个=975万元。3.销售契税:916.68万元(1交易税:30000×6元/=18万元;

13、(2经营税15548.18×5.78%=898.68万元。4.管理费(销售额3%:466.45万元。5.财务费用:银行利息(利率9%,按5000万元投资周期一年计450万元。6.销售费用:广告费、策划费(销售额3.2%497.54万元。7.项目利润4822.246万元8.项目经营回报率(1项目起动资金回报率:4548.31÷5000=90.97%;(2项目总投资回报率: 4548.31÷10000=45.48%;(五风险分析1.盈亏平衡点(1市场平均单位价格:15548.18÷30000=0.5183万元/;(2项目经营盈亏平衡点:10000÷

14、0.5183=19293.85;(3经营保本系数:19293.85÷30000=64.31%,即销售总面积的64.31%就可以保本。2.风险因素存在可能性分析首先在以上风险因素中以售楼价降低对利润率的影响最大,但从目前楼市价格来看,以4250元/平方米开盘销售,已属最低价格水平,均价4450元/平方米,是一个平均水平面,最低售价可达4100元/平方米,最高可达5500元/平方米(18层以上的楼舍。其次本项目一次性借款期为三年,由于该项目的数量少且精品,根据前面各章的分析,市场需求量供不应求相信不到二年的时间即可销售完成。至于建设成本,进行估算时已留有余地,在实际建设中成本只会降低,不会提高。综上所述,本项目的抗风险能力极强。(六结论1.本项目的资金回报率较高,抓住目前柳州市房地产发展的时机,加上项目地段成熟,销售价格较高。2.市场销售与经营风险适中,占据名校、新行政中心,交通便利