高速铁路路基帮宽泡沫轻质混凝土主体工程施工新工艺研究

中铁二十五局集团第五工程有限公司

摘要：现浇泡沫轻质混凝土作为一种新型土工材料，具有自重轻、流动性好、直立性好、环境影响低等优点，将该材料应用至高速铁路路基帮宽工程时，施工过程中对既有线路路基扰动小，且可减小既有路基的工后沉降，降低增建二线的路基压密变形。针对泡沫轻质混凝土主体结构施工，分别提出了分层跳区式施工工艺、快速分区施工支挡结构和分隔缝施工工艺，保证工程顺利施工，为类似工程提供一定的借鉴和参考。

关键词：高速铁路;泡沫轻质混凝土;土体工程;施工新工艺

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，既有线的运输能力和运行速度已不满足要求，为缓解既有线的运输压力和提高运行速度，将会出现大量修建增建二线现象[1]。增建二线的建设包括桩基施工、路基填筑预压等，均会扰动紧邻既有线路路基，新建二线建设路基工程将面临两个主要的问题：一、新线施工对既有线路运行状态和工后沉降的影响;二、既有线路运营对新建线路路基施工工艺的限制。这两个问题相互牵制、相互制约，因此在修建增建二线时，传统的施工工艺将受到严重的限制[2]，[3]。

路基新材料和新结构是路基研究领域的新方向。现浇泡沫轻质混凝土作为一种新材料[4]，具有自重轻、流动性好、直立性好、环境影响低等优点，目前已被广泛应用于道路、地下、市政等土木工程领域[5-8]。将泡沫轻质混凝土引入高速铁路路基领域，采用该材料浇筑路基，可充分利用该材料具有整体性能好、渗透系数可调节等优点，可减少路基病害;且该材料可泵送、无需振捣和碾压等，施工过程中对既有线路路基扰动小;泡沫轻质混凝土质量轻，可减小既有路基的工后沉降，降低增建二线的路基压密变形。

泡沫轻质混凝土施工工艺是保证施工质量的重要环节，操作不当时，将会出现浇筑不稳定现象，出现表面低密度层、沉陷裂缝和收缩裂缝等问题，影响施工质量[9]。结合泡轻质混凝土浇筑状态分析和结构型式设计，泡沫輕质混凝土结构浇筑高度和宽度均具有合理范围值，且水泥材料具有初凝时间，当单个浇筑区浇筑的施工时间超过水泥初凝时间时，会破坏初凝后泡沫轻质混凝土的结构，影响其施工质量，针对泡沫轻质混凝土主体结构施工，分别提出了分层跳区式施工工艺、快速分区施工支挡结构和分隔缝施工工艺，保证工程顺利施工，为类似工程提供一定的借鉴和参考。

一、分层跳区式施工工艺

按照施工区域的面积，将该区域划分为若干个浇筑区域，而后采用分区支挡结构进行分区，进行分层跳区式施工，如图1。结合浇筑状态分析，单层厚度控制为0.6m左右;单个浇筑区采用一次性浇筑完成;结合泡沫轻质混凝土结构型式设计部分，可知轻质混凝路基结构长度控制为10m时，各结构受力较合理;从一侧到另一侧进行编号，首先对奇数编号区从小到大进行施工，而后对偶数编号区从小到大施工。

图1 分层跳区式施工工艺示意图

泡沫轻质混凝土进行浇筑时，不应采用喷射方式进行浇筑，而应将管口埋入泡沫轻质混凝土浆体表面不少于10cm，减少泡沫轻质混凝土的消泡量（图2）;浇筑时管口由中心向四周扩展或后移式多点浇筑，禁止一点式浇筑;浇筑至顶面时，采用后移式拖动管口，而后进行人工扫平;浇筑过程或浇筑完成后，减少对泡沫轻质混凝土的扰动，不应在泡沫轻质混凝土内随意走动。

（a）喷射方式浇筑                          （b）埋入式浇筑

图2 泡沫轻质混凝土浇筑方式

冬季、雨季和夏季进行泡沫轻质混凝土施工时，应根据不同特点制定相应的施工技术方案，并采用针对性的措施，保证施工质量。冬季施工时，可采用快硬性水泥替代普通硅酸盐水泥或者采用加热水加速泡沫轻质混凝土的初凝时间;雨季施工时，需加强防护措施，保证泡沫轻质混凝土浇筑完成8小时内不受到雨水冲刷;夏季施工时，浇筑前喷洒水湿润下部接触层，防止其吸取泡沫轻质混凝土浆体内的水分;夜晚施工应避免高温，可采用掺加粉煤灰降低水化热温度等措施。

二、快速分区施工支挡结构

在泡沫轻质混凝土进行分区施工时，分区施工支挡结构主要分为结构外的混凝土面板和分区用的木模板。采用混凝土面板可保证泡沫轻质混凝土直立施工，同时在泡沫轻质混凝土服役期间起到保护作用，但对于泡沫轻质混凝土路基结构，由于该结构外部具有保护层，采用该结构存在浪费现象，该结构的应用优势没有得到体现;采用木模板进行支挡时，容易出现接缝处工作量大、易漏浆等问题，且造价高，不易回收，造成资源浪费。

针对上述问题，研发了一种泡沫轻质混凝土快速分区施工支挡结构（图3和图4），主要由钢管柱、管帽、金属网、薄膜为主体结构组成。该结构利用钢管柱和金属网作为支撑结构，支撑薄膜构成整个支挡结构，可充分利用钢管柱、支撑网强度高、来源广，易拆卸等优点，且薄膜与泡沫轻质混凝土之间粘结性差，可轻松割除回收，重新作为养护薄膜使用。

图3 快速分区施工支挡结构断面图 图4 快速分区施工支挡结构平视图

三、分隔缝施工工艺

当奇数分区施工完成后，与偶数区相邻的快速分区施工支挡结构拆除后，在奇数区与偶数区相邻的位置喷涂2cm厚度的聚脲高分子层，该高分子层作为泡沫型低弹性模量弹性体，在泡沫轻质混凝土结构出现膨胀和收缩时，聚脲高分子层位置出现收缩和膨胀，起到应力释放的作用，且高分子层不出现破坏现象;而采用木模板作为分割缝材料时，鉴于泡沫轻质混凝土材料与木模板之间的黏结性较高，且木性材料的弹性模量约为500-980MPa，则由于泡沫轻质混凝土材料的收缩变形不会在收缩缝位置释放，而会导致泡沫轻质混凝土材料发生结构型裂缝或在伸缩缝位置出现裂缝，形成进水通道，影响泡沫轻质混凝土结构的使用性能和耐久性能，其施工示意图见图5。

图5 分隔缝施工示意图

四、结语：

泡沫轻质混凝土施工工艺是保证施工质量的重要环节，结合泡轻质混凝土浇筑状态分析和结构型式设计，泡沫轻质混凝土结构浇筑高度和宽度均具有合理范围值，且水泥材料具有初凝时间，针对泡沫轻质混凝土主体结构施工，分别提出了分层跳区式施工工艺、快速分区施工支挡结构和分隔缝施工工艺，保证工程顺利施工，为类似工程提供一定的借鉴和参考。

参考文献：

[1] 周世林. 淺谈既有线扩能提速改造建设方案[J]. 铁道工程学报， 2010 （10）： 41-44.

[2] 左珅. 新建高铁对紧邻运营铁路路基服役状态影响研究[D].长沙：中南大学，2014.

[3] 杨元明. 既有铁路扩能改造若干问题探讨[J]. 铁道工程学报， 2011 （12）： 1-4.

[4] Yang K H， Lee K H， Song J K， et al. Properties and sustainability of alkali-activated slag foamed concrete[J]. Journal of Cleaner Production， 2014， 68： 226-233.

[5] Ramamurthy K， Nambiar E K K， Ranjani G I S. A classification of studies on properties of foam concrete[J]. Cement and Concrete Composites， 2009， 31（6）： 388-396.

[6] Hilal A A， Thom N H， Dawson A R. On void structure and strength of foamed concrete made without/with additives[J]. Construction and Building Materials， 2015， 85： 157-164.

[7] Jiang J， Lu Z， Niu Y， et al. Study on the preparation and properties of high-porosity foamed concretes based on ordinary Portland cement[J]. Materials & Design， 2016， 92： 949-959.

[8] Amran Y H M， Farzadnia N， Ali A A A. Properties and applications of foamed concrete; a review[J]. Construction and Building Materials， 2015， 101： 990-1005.

[9] W.H. Zhao， Q. Su， W.B. Wang et al. Experimental study on the effect of water on the properties of foamed concrete[J]. Advances in Materials Science and Engineering， 2018， 2018： 11 pages （Article ID 7130465）.

作者简介：张伍星（1981.04-），男，汉，工程师，铁路工程施工。