隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國高速公路也得到了快速發(fā)展，但公路占地面積也越來越大，特別是高填方路堤放坡占地廣，填筑量多，增加了土體附加應力，影響工后沉降，甚至會引起橋臺路基沉降，影響行車安全。近年來，泡沫輕質(zhì)土被廣泛應用于我國各項實體工程中，不僅集中在建筑工程，還體現(xiàn)在高速公路中。2002年我國開始引進和發(fā)展泡沫輕質(zhì)土，并逐步應用于道路改擴建及加寬、橋頭跳車現(xiàn)象防治及治理、軟土路基沉降處理、市政管線回填等工程。在公路拓寬中泡沫輕質(zhì)土用于垂直填土、節(jié)約用地、減少拆遷、縮短施工周期，給投資者帶來前期收益等優(yōu)勢；李易等人采用“m 法”及沉降系數(shù)法，分析了橋臺樁基受力情況和橋臺路基的固結(jié)沉降量，通過與普通碎石回填工況對比，結(jié)果表明將輕質(zhì)泡沫混凝土應用于回填橋臺背，可有效減少橋臺的危害和縮減橋臺路基的固結(jié)沉降量，輕質(zhì)泡沫混凝土用于橋臺回填可有效解決橋頭跳車問題；黃志鋒的研究表明應用這種新型材料可以大大降低填筑荷載，減輕路基自重，降低軟土路基附加應力，從而很大程度上提高了軟基路堤穩(wěn)定性，解決了軟基不均勻沉降這一難題。國內(nèi)不少學者對泡沫輕質(zhì)土進行了研究：其中裘友強等人對泡沫輕質(zhì)土的微觀結(jié)構(gòu)及其強度特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)越密實，氣孔-孔壁結(jié)構(gòu)越堅實且完整，則泡沫輕質(zhì)土會表現(xiàn)出越高的強度特性；裘友強等人采用UTM-100伺服液壓多功能材料實驗系統(tǒng)對泡沫輕質(zhì)土進行四點彎曲小梁疲勞實驗，結(jié)果表明具有良好的抗疲勞特性，可用作路基填料；李寶等人為了研究泡沫輕質(zhì)土的水穩(wěn)定性和抗凍性能等環(huán)境耐久性技術指標，通過進行干濕循環(huán)試驗和凍融試驗，試驗結(jié)果表明，材料環(huán)境耐久性隨著水泥摻入量的增大而提高，試驗范圍內(nèi)具備環(huán)境耐久性良好；劉潔等人進行了泡沫輕質(zhì)土穩(wěn)定性試驗研究，分析了材料的水穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性，結(jié)果表明泡沫輕質(zhì)土具備良好水穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性；陳忠平等人通過動三軸試驗，研究了不同密度泡沫輕質(zhì)土在不同濕度和不同循環(huán)荷載下的動力工程特性，發(fā)現(xiàn)當密度達到 650~700 kg/m3時，會形成壓實錐，致使產(chǎn)生劈裂破壞，只有加載端周圍的表面被剝離；陳忠平等人通過建立現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土路堤模型，使用循環(huán)激振試驗，分析路基在長期動態(tài)載荷作用下的動力響應，結(jié)果表明現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土路堤具有較高的剛度和良好的動穩(wěn)定性，材料壓縮僅為路基沉降3.2%~4.5%。目前，我國對泡沫輕質(zhì)土的應用研究主要集中于工程效益分析，對經(jīng)濟效益分析較少。本文依托實體工程，提出了具體配合比設計，綜合分析了泡沫輕質(zhì)土在橋頭路基填筑中的效益。研究結(jié)果可為泡沫輕質(zhì)土在工程中的應用提供一定指導。

1 材料組成及工程特性

       泡沫輕質(zhì)土（也稱為泡沫混凝土）是通過物理或化學方法，用發(fā)泡劑水溶液制成泡沫。將泡沫與基礎膠凝材料和水（基本組分）按一定比例混合攪拌成漿體；根據(jù)工程實際需求可選組分有骨料、摻和料和外加劑。通過發(fā)泡設備制作成細小穩(wěn)定氣泡群混合攪拌形成泡沫輕質(zhì)土漿體，在施工現(xiàn)場或者工廠預筑成型，是一種含有大量的均勻分布氣泡的輕質(zhì)材料。其制備工藝流程如圖1所示。表1列出了泡沫輕質(zhì)土與普通混凝土的性能參數(shù)。

1.1 必要材料組成
      ⑴ 發(fā)泡劑：是一種通過促進泡沫產(chǎn)生從而形成封閉氣孔或者相連氣孔結(jié)構(gòu)的試劑；發(fā)泡液可短時間內(nèi)產(chǎn)生大量勻和、穩(wěn)定的泡沫，處理方式有 2種：化學發(fā)泡與物理發(fā)泡�；瘜W發(fā)泡是通過加熱分解釋放出CO2和 N2等氣體，在聚合物組成中形成細孔化合物；進行物理發(fā)泡時，泡沫細孔只是通過某一種物質(zhì)僅產(chǎn)生物理形態(tài)變化。
      ⑵ 水泥：是泡沫輕質(zhì)土的主要膠凝材料。硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥具有早強、微膨脹、低干縮等優(yōu)點，在要求泡沫輕質(zhì)土短時間內(nèi)快凝、防止沉降和泌水、提高早期強度時，推薦使用這兩類水泥。
1.2 泡沫輕質(zhì)土工程特性
      ⑴ 輕質(zhì)性：泡沫輕質(zhì)土中均勻充填氣泡，輕質(zhì)性是其最主要的特性。泡沫輕質(zhì)土、粉煤灰、普通混凝土、回填土、普通碎石的容重分別為 3~15 kN/m3、15 kN/m3、25 kN/m3、20 kN/m3、14~17 kN/m3。
     ⑵ 耐久性：使用壽命與水泥混凝土和主體工程相同。與普通混凝土相比，泡沫混凝土含有大量氣孔，氣孔可以起到緩沖作用，從而獲得較好的抗凍融
性能。
      ⑶ 減震作用：泡沫輕質(zhì)土密度小、質(zhì)量輕、彈性模量低、微孔多，具有很好的吸能能量的作用。在泡沫輕質(zhì)土中，振動波的傳遞速度比在普通混凝土結(jié)構(gòu)中慢得多，經(jīng)受地震荷載時所承受的地震力較小。因此，相較于普通混凝土具有良好的減震作用。
      ⑷ 良好的施工性：流動性強，因為不含粗骨料，可通過軟管泵送，降低運輸成本。施工時，操作工人可直接使用，無需振動和碾壓，且澆筑可連續(xù)進行，大大節(jié)省了時間。
      ⑸ 整體性：結(jié)合泡沫輕質(zhì)土的高流動性，澆筑時無需振搗碾壓，硬化后可達到均勻密實狀態(tài)；由于泡沫輕質(zhì)混凝土采用集中生產(chǎn)和軟管泵送現(xiàn)澆施工，與主體結(jié)合緊密。
2 泡沫輕質(zhì)土橋臺路基應用實例
2.1 工程概況
      本文選取廣州至連州高速公路某大橋為研究對象，該大橋位于清遠陽山縣青蓮鎮(zhèn)桂巖村境內(nèi)，為路線跨越國道 G358（原省道 S347）、村莊及鄉(xiāng)村道路、灌溉集而設。此橋原施工圖設計全橋左幅共 8聯(lián)：9（3×30）+2×30，右幅共 8 聯(lián)：9（3×30）+30。需進行方案變更的原因是：橋左幅 K137+051.6~K137+081.6（左幅28#墩~29號臺）地處斜坡段，原設計為半路半橋，左幅采用 30 m PC小箱梁，右幅為路基，與相鄰橋梁之間路基段長度約為 200 m。本路段集中預制梁場設置于此橋與周屋特大橋之間的 200 m路基段上，考慮兩側(cè)架橋機拼裝空間后，梁場設置條件十分緊張。因此變更
為該橋大樁號側(cè)左幅縮短 1 孔后相應增加路基段長度，樁號范圍為左幅 K137+051.6~K137+081.6，路堤填高約 7.2~8.5 m。結(jié)合現(xiàn)場地形、地物及地質(zhì)資料，增加的路基段采用泡沫輕質(zhì)土填筑。平面設計及縱斷面設計如圖 2、圖 3所示。

2.2 配合比設計
      進行泡沫輕質(zhì)土配合比設計時，濕密度和強度應同時滿足表 2中的設計要求。原材料選用 PC42.5硅酸鹽水泥和廣東 SRTJ-A型發(fā)泡劑，為了滿足距離路面結(jié)構(gòu)層底部不同位置的泡沫輕質(zhì)土設計性能要求，分別設計了 FC-1和 FC-2兩種不同濕密度的配合比（見表 3）。
2.3 配合比試驗

進行配合比試驗的前提為原材料檢驗合格；配合比試驗時的泡沫輕質(zhì)土料漿沉降率應滿足《泡沫混凝土用泡沫劑：JC/T2199 2013》一等品的要求，即料漿沉降 率 不 超 過 5%；進行抗壓強度試驗測試的試塊按規(guī)范制成 10 cm× 10 cm×10 cm的立方體，抗壓試驗應在小量程砂漿壓力機進行，強度結(jié)果不應折減；配合比強度試驗需測定7 d齡期和 28 d齡期強度，以 6塊試塊為一組；當配合比試驗施工濕密度、料漿沉降率及強度同時滿足標準要求時，才可作施工配合比。設計配合比經(jīng)檢測，其結(jié)果如表4所示。

      由試驗結(jié)果可得，F(xiàn)C-1和 FC-2泡沫輕質(zhì)土濕密度及 7 d和 28 d抗壓強度均滿足設計要求。
3 泡沫輕質(zhì)土效益分析
3.1 工程效益
      相比傳統(tǒng)的設置橋頭錐坡體系，施工時采用泡沫混凝土階梯型填充橋頭臺背，可減少地基附加應力，提高路堤的穩(wěn)定性，消除材料本身的壓縮沉降；軟管輸送，可減少施工面、縮短施工周期，便捷施工；其自身自立，可消除橋臺附加應力，因而臺背無放坡，增加橋底下空間，減少橋梁長度；施工在形成過程中始終貫徹國家節(jié)能減排的要求，降低了由于施工造成的破壞和環(huán)境污染，同時節(jié)省了大量錐坡處理材料。
3.2 經(jīng)濟效益
      廣州至連州高速公路某大橋施工方案變更后泡沫輕質(zhì)土費用由表 5構(gòu)成，變更前后主要工程數(shù)量及造價比較如表 6所示。方案變更后雖然橋梁工程量減
少了 16.35 m，但采用泡沫輕質(zhì)土的填方路堤增加了30 m，造成泡沫輕質(zhì)土工程量的增加 2 263.3 m3，經(jīng)計 算泡沫輕質(zhì)土綜合單價 360.5 元/m3，土方綜合單價75元/m3，因此造成了總造價增加，增加了造價成本。

4 結(jié)論
      ⑴ 設計了 FC-1 和FC-2 兩種不同濕密度泡沫輕質(zhì)土配合比，配合比設 計 試 驗 得 出 FC-1 和 FC-2滿足設計要求，可用于實際施工。
      ⑵ 施工無橋頭錐坡現(xiàn)澆擋墻泡沫混凝土輕質(zhì)路堤與傳統(tǒng)做法相比，可減少路基附加應力，解決臺前錐坡放坡問題減少橋跨，且質(zhì)量可靠，可控性更高，加速施工，緩解橋臺與路基連接位置剛性突變、減少工后沉降和緩解橋頭跳車。
      ⑶ 泡沫輕質(zhì)土應用于橋臺路基填筑時綜合單價為 360.5 元/m3，與土方綜合單價 75 元/m3相比是其成本的 5倍左右，造價較高。
      ⑷ 泡沫輕質(zhì)土存在吸水率高、干燥收縮較大、抗壓及抗折強度偏低等缺陷，因此改善泡沫輕質(zhì)土吸水率、干燥收縮、抗壓及抗折強度是下一步的研究重點。