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(xué)院土木建筑工程學(xué)院,湖南岳陽(yáng) 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(xì)分析了其輕質(zhì)性、高流動(dòng)性、自立性、高強(qiáng)性等力學(xué)特性。并結(jié)合工程實(shí)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(tái)跳車(chē)問(wèn)題等工程實(shí)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(lèi)號(hào)】U416.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1008-1151(201008-0070-02(一前言隨著我國(guó)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(wèn)題,比如路基凍脹問(wèn)題、高填土路堤的邊坡

2、穩(wěn)定問(wèn)題、橋頭跳車(chē)問(wèn)題等。這些問(wèn)題不僅影響公路的正常通行,也加大了公路的維修費(fèi)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(diǎn)是容重比一般的土體小,而強(qiáng)度和變形特性可達(dá)到甚至超過(guò)良好的土體,是工程界近年開(kāi)發(fā)并在推廣的土建新技術(shù)。20世紀(jì)80年代,日本、荷蘭等國(guó)開(kāi)始研究氣泡輕量土。1985年美國(guó)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(guó)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(wèn)題。國(guó)內(nèi)對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土的研究雖然起步較晚,但對(duì)其進(jìn)一步應(yīng)用研究具有十

3、分重要的現(xiàn)實(shí)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(qiáng)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(jī)械混合發(fā)泡法:先將母材(原料土、固化材料(水泥類(lèi)或高分子類(lèi)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(jī)中,通過(guò)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(hù),固化成型,形成輕量土。該方法存在一些缺點(diǎn),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(guò)程采用高速攪拌機(jī),其拌制作用強(qiáng)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(lèi)或高分子類(lèi)等和水均勻混合,拌制成原料土漿,發(fā)泡劑溶液通過(guò)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(hù),固化成型,形成輕質(zhì)土。該方法克服了第一種方法的缺點(diǎn),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(guò)程不采用高速攪拌機(jī),其拌制作用不強(qiáng)烈,氣泡輕量土的密度容易控制。目前,在國(guó)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(jiǎn)稱(chēng)FML。(三基本特性氣泡混合輕質(zhì)土中氣泡具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性,所以在與原料土漿混合攪拌,以及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中,并不會(huì)很快破滅,從而可以在固化體中留下小孔隙。正因?yàn)榫哂写罅康男】紫恫攀沟闷渚哂休p質(zhì)高強(qiáng)的特性。其基本特征如下:1.高流動(dòng)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(dòng)性遠(yuǎn)較水泥混凝土要高,實(shí)際施工時(shí)可以通過(guò)軟管泵送,最大運(yùn)送距離可達(dá)到1500m,最大泵送高度可達(dá)30m;2.施工性氣泡混合輕質(zhì)土的施工與水泥混凝土類(lèi)似,即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)澆筑形成?？稍讵M小空間內(nèi)進(jìn)行回填施工,不需機(jī)械

6、碾壓,不需振搗,施工工期短;3.輕質(zhì)性通過(guò)改變?cè)贤?、固化劑、氣泡等的配合?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(duì)擋土結(jié)構(gòu)物幾乎沒(méi)有側(cè)壓力;5.耐久性氣泡混合輕質(zhì)土屬水泥類(lèi)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(fù)加載,其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度幾乎沒(méi)有降低,輕質(zhì)土對(duì)長(zhǎng)期交通荷載具有足夠的承受能力;6.高強(qiáng)度性與其可調(diào)節(jié)性通過(guò)改變固化劑及氣泡的配合比,其強(qiáng)度可在300 1500kPa內(nèi)自由調(diào)整。進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)期的壓縮試驗(yàn)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(huì)給工程帶來(lái)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(dá)40%70%,導(dǎo)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(duì)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(yàn)發(fā)現(xiàn),其透水系數(shù)數(shù)量級(jí)僅為10-5cm·s-1。【收稿日期】2010-04-26【基金項(xiàng)目】湖南理工學(xué)院資助項(xiàng)目(2004c036【作者簡(jiǎn)介】祝新念(1975-,男,湖南理工學(xué)院土木建筑工程學(xué)院講師,從事路基路面工程教學(xué)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(qiáng)度特性以及易施工性帶來(lái)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益,以及優(yōu)越的環(huán)

8、保特性帶來(lái)的社會(huì)效益。1.在道路加寬中的應(yīng)用我國(guó)的東南部地區(qū)軟基分布廣,在舊路拓寬時(shí)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(fèi),而且為工程的早期開(kāi)工創(chuàng)造有利條件;在軟基路段進(jìn)行擴(kuò)幅填土?xí)r,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(yùn)營(yíng)后的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用;施工時(shí)不需機(jī)械振搗和碾壓;通過(guò)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(lái)超前收益。山區(qū)陡峭路段的加寬擴(kuò)建可避免高填高挖導(dǎo)致的穩(wěn)定處治問(wèn)題,且能維持自然山體形態(tài)不變,保護(hù)自然環(huán)境。2.在加固軟土地基中的應(yīng)用我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)

9、展速度較快的東南部沿海地區(qū)水網(wǎng)發(fā)達(dá),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(qiáng)度低和厚度不均等特點(diǎn)。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(qiáng)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(wèn)題得到解決。同時(shí)還可避免高挖帶來(lái)的高邊坡支護(hù)代價(jià)及對(duì)環(huán)境的破壞問(wèn)題。3.在解決軟基路段橋頭跳車(chē)中的應(yīng)用公路軟弱土地基段橋頭跳車(chē)一直是困擾著工程界的質(zhì)量通病。橋頭跳車(chē)現(xiàn)象造成行駛車(chē)輛產(chǎn)生

10、顛簸和跳躍,影響行車(chē)安全甚至造成交通事故,而且跳躍和沖擊又會(huì)對(duì)橋梁和道路產(chǎn)生附加荷載,造成對(duì)公路路面、伸縮縫、橋頭搭板、支座及橋臺(tái)樁基(或臺(tái)身的損害甚至破壞。氣泡混合輕質(zhì)土密度遠(yuǎn)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(xiàn)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(chē)問(wèn)題。氣泡混合輕質(zhì)土自身壓縮沉降可忽略不計(jì),徹底消除了填料自身的工后沉降問(wèn)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(jìn)傳統(tǒng)的隧道病害治理方法,隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)際覆土荷重超過(guò)了結(jié)構(gòu)承受的能力,則必須對(duì)上覆填土進(jìn)行減荷。如采用氣泡混合輕質(zhì)土進(jìn)行減荷,較對(duì)地下隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行再次加固要簡(jiǎn)單便捷得多,且造價(jià)低廉,具備明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。(五結(jié)束語(yǔ)本文詳細(xì)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(xiàng)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(shí)節(jié)約資源,保護(hù)了自然環(huán)境,有著非常廣闊的應(yīng)用前景。【參考文獻(xiàn)】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(diǎn)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(chē)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(yè)(1商業(yè)(地上4585×1.1萬(wàn)元/(均價(jià)=5043.5萬(wàn)元;(2住宅收入21415×4450元/=9529.68萬(wàn)元;(3車(chē)位收入:150×6.5萬(wàn)元/個(gè)=975萬(wàn)元。3.銷(xiāo)售契稅:916.68萬(wàn)元(1交易稅:30000×6元/=18萬(wàn)元;

13、(2經(jīng)營(yíng)稅15548.18×5.78%=898.68萬(wàn)元。4.管理費(fèi)(銷(xiāo)售額3%:466.45萬(wàn)元。5.財(cái)務(wù)費(fèi)用:銀行利息(利率9%,按5000萬(wàn)元投資周期一年計(jì)450萬(wàn)元。6.銷(xiāo)售費(fèi)用:廣告費(fèi)、策劃費(fèi)(銷(xiāo)售額3.2%497.54萬(wàn)元。7.項(xiàng)目利潤(rùn)4822.246萬(wàn)元8.項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)回報(bào)率(1項(xiàng)目起動(dòng)資金回報(bào)率:4548.31÷5000=90.97%;(2項(xiàng)目總投資回報(bào)率: 4548.31÷10000=45.48%;(五風(fēng)險(xiǎn)分析1.盈虧平衡點(diǎn)(1市場(chǎng)平均單位價(jià)格:15548.18÷30000=0.5183萬(wàn)元/;(2項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)盈虧平衡點(diǎn):10000÷

14、0.5183=19293.85;(3經(jīng)營(yíng)保本系數(shù):19293.85÷30000=64.31%,即銷(xiāo)售總面積的64.31%就可以保本。2.風(fēng)險(xiǎn)因素存在可能性分析首先在以上風(fēng)險(xiǎn)因素中以售樓價(jià)降低對(duì)利潤(rùn)率的影響最大,但從目前樓市價(jià)格來(lái)看,以4250元/平方米開(kāi)盤(pán)銷(xiāo)售,已屬最低價(jià)格水平,均價(jià)4450元/平方米,是一個(gè)平均水平面,最低售價(jià)可達(dá)4100元/平方米,最高可達(dá)5500元/平方米(18層以上的樓舍。其次本項(xiàng)目一次性借款期為三年,由于該項(xiàng)目的數(shù)量少且精品,根據(jù)前面各章的分析,市場(chǎng)需求量供不應(yīng)求相信不到二年的時(shí)間即可銷(xiāo)售完成。至于建設(shè)成本,進(jìn)行估算時(shí)已留有余地,在實(shí)際建設(shè)中成本只會(huì)降低,不會(huì)提高。綜上所述,本項(xiàng)目的抗風(fēng)險(xiǎn)能力極強(qiáng)。(六結(jié)論1.本項(xiàng)目的資金回報(bào)率較高,抓住目前柳州市房地產(chǎn)發(fā)展的時(shí)機(jī),加上項(xiàng)目地段成熟,銷(xiāo)售價(jià)格較高。2.市場(chǎng)銷(xiāo)售與經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)適中,占據(jù)名校、新行政中心,交通便利