阅读说明：本技术 一种应用于大型填充工程的泡沫轻质土结构及施工方法 (Foam light soil structure applied to large-scale filling engineering and construction method ) 是由 刘竞 郑新国 王保江 潘永健 蔡德钩 姚建平 楼梁伟 谢永江 董武 李书明 曾志 于 2019-11-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种应用于大型填充工程的泡沫轻质土结构及施工方法,包括：预制三维异形泡沫轻质土块和现浇泡沫轻质土填充层,预制三维异形泡沫轻质土块堆放在路基工程的沟槽或模腔中,形成供泡沫轻质土流通的空隙或通道；现浇泡沫轻质土填充层为泡沫轻质土现浇填充在预制三维异形泡沫轻质土块的空隙或通道直至灌满整个沟槽或模腔而形成的填充层。本发明一方面可大幅降低水化热,降低温度应力,有效防止开裂；另一方面,模注法的预制块体对后续现浇浆体起到了“自骨料支撑”效果,有效降低泡沫土层的总收缩量,进一步防止泡沫轻质土的开裂,同时大幅提高施工效率。(The invention discloses a foam light soil structure applied to large-scale filling engineering and a construction method, wherein the foam light soil structure comprises the following components: prefabricating three-dimensional special-shaped foamed light soil blocks and a cast-in-place foamed light soil filling layer, wherein the prefabricated three-dimensional special-shaped foamed light soil blocks are stacked in a groove or a die cavity of a roadbed project to form a gap or a channel for flowing of foamed light soil; the cast-in-place foam light soil filling layer is formed by filling foam light soil in a cast-in-place manner in gaps or channels of the prefabricated three-dimensional special-shaped foam light soil blocks until the whole grooves or the whole die cavities are filled. On one hand, the invention can greatly reduce hydration heat, reduce temperature stress and effectively prevent cracking; on the other hand, the prefabricated block body of the mould injection method has the self-aggregate supporting effect on subsequent cast-in-place slurry, the total shrinkage of the foam soil layer is effectively reduced, the cracking of the foam light soil is further prevented, and meanwhile, the construction efficiency is greatly improved.)

一种应用于大型填充工程的泡沫轻质土结构及施工方法

技术领域

本发明涉及铁路路基工程技术领域，具体涉及一种应用于大型填充工程的泡沫轻质土结构及施工方法。

背景技术

高速铁路作为一种高效、经济、环保的运输手段，在我国取得了迅猛的发展。但是高速铁路的高运行速度对线路的平顺性和稳定性提出更高的要求。路基结构由于特殊的材料性能，易受地质条件及环境变化的影响，在工后存在一定的沉降变形，通常在变形不均匀处设置过渡段，如路桥过渡段、路隧过渡段等。

目前采用的过渡段处理措施施工难度大，施工控制也较困难，常存在其自身沉降大，不均匀沉降控制过渡效果不理想的情况。另外铁路越来越多的铁路线通过深厚的软土地区，其引起的沉降容易随着列车速度及软基上荷载的增加而不断加大。

目前软土路基通常采用地基加固或改良的方式减小工后沉降，过渡段通过改变不同材料厚度的方式来进行过渡，这种方法处理工艺复杂，深厚软土区地基处理造价高。泡沫轻质土用于路基填筑为解决这一问题提供了新的思路。泡沫轻质土具有表观密度较低、强度较高、便于施工等特点。泡沫轻质土进行路基填筑可有效减轻路基荷载，使其在不进行地基处理的情况下控制路基沉降的产生。除了铁路路基外，泡沫轻质土还可应用于其他大型填充工程，目前在包括北京奥运鸟巢、北京地铁奥运支线、京珠高速公路、汕头中山东路改造、广佛、佛开高速公路拓宽、河北沿海高速公路、广州亚运工程清河东路扩建改造等大型填充工程中得到了成功的应用。

专利201710533817.9介绍了一种制备泡沫轻质土浇筑高铁路基施工的方法：将高铁路基分为基床表层和基床底层；按照高铁路基高度进行基槽开挖施工；配置基床底层中的泡沫轻质土中的混合原料；在基床底层的模具中成型；对基床底层形成的泡沫轻质土进行脱模养护、干燥；配置基床表层中的泡沫轻质土中的混合原料；在基床表层的模具中成型；对基床表层形成的泡沫轻质土进行脱模养护，干燥。

专利201710533817.9存在的缺陷为：

专利201710533817.9的施工方法是将泡沫轻质土一次性进行浇筑施工。这种技术的弊端是一次性浇筑时，泡沫轻质土中的水泥基材料集中发热量大，导致热膨胀，造成泡沫土开裂，影响泡沫土层的整体受力。

专利201910362735.1介绍了一种泡沫轻质土高填方路基拓宽施工方法：先将原有老路基削坡成阶梯型，路基拓宽侧***设置一道混凝土挡板兼作泡沫轻质土浇筑模板，大平台位置处水平布设钢筋网与挡板相连，并加设预应力锚杆锚固于挡板上，通过分层、分区、分段进行泡沫轻质土的浇筑施工。专利201810404401.1介绍了一种软土路基高填方陡坡路段泡沫轻质土的施工方法：基地开挖，对全线的泡沫轻质土路基采用分段、分区、全面分层浇注。

专利201910362735.1和专利201810404401.1存在的缺陷为：

专利201910362735.1和专利201810404401.1的施工方法是将泡沫轻质土分层、分区、分段进行浇筑施工。尽管是分层、分区、分段进行施工，由于泡沫轻质土是多孔结构，是热的不良导体，泡沫土浇筑后仍有大量热残余，仍有可能造成泡沫土层的开裂，分层、分区、分段施工会造成各块间的粘结问题，影响泡沫土层的整体受力，另外，分层、分区、分段进行施工必然影响施工效率，大幅延长工期。

专利201710533817介绍了一种泡沫轻质土铁路路基结构及工法：以蒸压加气混凝土砌块砌筑成框架，并在框架中浇筑泡沫轻质土，这种路基结构比常规路基填料施工周期更短，在保存了单纯浇筑轻质土优点的同时，比单纯使用轻质土浇筑的路基具有更高的承载强度，这样能够充分发挥各材料自身的性能，并保持了良好的承载性能，能够减少路基后期病害，节约运行期间的维护成本。

专利201710533817存在的缺陷为：

专利201710533817以蒸压加气混凝土砌块砌筑成框架，然后浇筑泡沫轻质土，虽然在一定程度上降低了水化热，但由于砌块需要砌筑而成，功效慢，且泡沫土层的整体性有所下降。

综上，浇筑泡沫土后水化热量大，热量不易散失，内部温升高，泡沫轻质土层收缩大，容易开裂；而，采取分层、分区、分段施工无法完全避免上述问题，且影响施工效率，延长施工工期。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种应用于大型填充工程的泡沫轻质土结构及施工方法。

本发明公开了一种应用于大型填充工程的泡沫轻质土结构，包括：

预制三维异形泡沫轻质土块，所述预制三维异形泡沫轻质土块堆放在路基工程的沟槽或模腔中，形成供泡沫轻质土流通的空隙或通道；

现浇泡沫轻质土填充层，所述现浇泡沫轻质土填充层为泡沫轻质土现浇填充在所述预制三维异形泡沫轻质土块的空隙或通道直至灌满整个沟槽或模腔而形成的填充层。

作为本发明的进一步改进，所述预制三维异形泡沫轻质土块之间形成的空隙或通道不小于10mm。

作为本发明的进一步改进，所述预制三维异形泡沫轻质土块的体积不小于0.001m³。

作为本发明的进一步改进，所述预制三维异形泡沫轻质土块的填充体积不小于60％。

作为本发明的进一步改进，所述预制三维异形泡沫轻质土块包括带凸点的球体、狼牙棒体和椭球体中的一种或多种。

本发明还公开了一种上述泡沫轻质土结构的施工方法，包括：

采用模注法，预制三维异形泡沫轻质土块；

将所述预制三维异形泡沫轻质土块均匀堆放在路基工程的沟槽或模腔中，预制三维异形泡沫轻质土块之间形成供泡沫轻质土流通的空隙或通道；

采用现浇法，将泡沫轻质土一次性或分次填充在所述预制三维异形泡沫轻质土块的空隙或通道，直至灌满整个沟槽或模腔。

作为本发明的进一步改进，所述采用模注法，预制三维异形泡沫轻质土块；包括：

制作一定尺寸带灌浆孔和排气孔的异形模具；

通过灌浆孔向异形模具内灌注轻质泡沫土；

养护达到拆模强度后拆模，得到预制三维异形泡沫轻质土块。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明一方面可大幅降低水化热，降低温度应力，有效防止开裂；另一方面，模注法的预制块体对后续现浇浆体起到了“自骨料支撑”效果，有效降低泡沫土层的总收缩量，进一步防止泡沫轻质土的开裂，同时大幅提高施工效率。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的泡沫轻质土结构的示意图；

图2为图1中预制三维异形泡沫轻质土块1-1的立体图；

图3为图1中预制三维异形泡沫轻质土块1-2的立体图。

图中：

1-1、1-2、1-3，预制三维异形泡沫轻质土块；

2、现浇泡沫轻质土填充层；

3、模板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1-3所示，本发明提供一种应用于大型填充工程的泡沫轻质土结构，包括：预制三维异形泡沫轻质土块1-1、1-2、1-3和现浇泡沫轻质土填充层2；其中：

本发明的预制三维异形泡沫轻质土块1-1、1-2、1-3，预制三维异形泡沫轻质土块1-1、1-2、1-3堆放在路基工程的沟槽或模板3构成的模腔中，形成供泡沫轻质土流通的空隙或通道；本发明的现浇泡沫轻质土填充层2为泡沫轻质土现浇填充在预制三维异形泡沫轻质土块的空隙或通道直至灌满整个沟槽或模腔而形成的填充层。

进一步，本发明的预制三维异形泡沫轻质土块1-1、1-2、1-3之间形成的空隙或通道不小于10mm，保证后续现浇的泡沫轻质土能顺畅流经异形块体间。

进一步，本发明的预制三维异形泡沫轻质土块1-1、1-2、1-3的体积不小于0.001m³，方便搬运和运输。

进一步，在整体形成的泡沫轻质土结构中，本发明的预制三维异形泡沫轻质土块1-1、1-2、1-3的填充体积不小于60％。

进一步，预制三维异形泡沫轻质土块1-1、1-2、1-3可以是带凸点的球体、狼牙棒体、椭球体或其他三维异形结构，只要能确保自然堆放的块体间有足够的空隙和通道，能确保后续现浇的轻质泡沫土能顺畅流经异形块体间至沟槽或模腔底部即可。

本发明提供一种上述泡沫轻质土结构的施工方法，采用模注法块体与现浇轻质泡沫土两种工艺相结合，包括：

S1、采用模注法，预制三维异形泡沫轻质土块；其中，

具体制备方法为：制作一定尺寸带灌浆孔和排气孔的异形模具，通过灌浆孔向异形模具内灌注轻质泡沫土，养护达到拆模强度后拆模，将至室温后得到预制三维异形泡沫轻质土块。

S2、将预制三维异形泡沫轻质土块通过自卸汽车或吊车堆至需灌注轻质泡沫土的沟槽或模腔中；独特设计的模具形状使自然堆放的预制三维异形泡沫轻质土块间有足够的空隙和通道，能从而确保后续灌注的轻质泡沫土能顺畅流经异形块体间的空隙和通道流至沟槽或模腔底部；

S3、采用现浇法，根据总灌注体积，一次性或分次现浇轻质泡沫土浆，具有较高流动性的轻质泡沫土浆通过异性轻质泡沫土硬化块间的空隙流至底层，随着轻质泡沫土浆不的断灌注，轻质泡沫土浆逐渐灌满整个沟槽或模腔。

本发明的优点为：

1、在整体形成的泡沫轻质土结构中，预制三维异形泡沫轻质土块1-1、1-2、1-3的填充体积不小于60％；由于预制三维异形泡沫轻质土块中的水泥材料水化放热反应几乎全部完成，其填充到填充体后不会再继续发热，反而会吸收新灌注泡沫轻质土浆体的热量，降低总热量60％以上，进而降低相应的温度应力或温升膨胀，大幅降低了浇筑体的开裂倾向；

2、预制三维异形泡沫轻质土块1-1、1-2、1-3在投入前已基本完成了因水泥水化而完成的自收缩和化学收缩，后续在加入新灌注泡沫轻质土浆体后，期一方面降低了泡沫轻质土结构总收缩量的不小于60％，另一方面还起到了很好的自骨料支撑的作用；

3、加快了现场施工进度50％以上，由于至少60％体积的泡沫轻质土提前预制，从而使现场浇筑量明显降低，有利于现场施工组织，提高施工效率；

4、工厂预制的三维异形泡沫轻质土块的质量更容易保证，有利于降低现场轻质泡沫土的质量控制压力，由于泡沫土含有大量的气泡，现场浇筑的量越大越厚，气泡容易上浮，浆体容易离析，大部分预制轻质泡沫土块，则可很很好的解决这方面问题，进而有利于填充层的整体施工质量。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。