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【摘要】根据《现浇泡沫轻质土技术规程》（CECS 249：2008，下称《规程》）的定义，泡沫轻质土是“用物理方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，与必须组分水泥基胶凝材料、水及可选组分集料、掺和料、外加剂按照一定的比例混合搅拌，并经物理化学作用硬化形成的一种轻质材料”。 该材料具有轻质、密度与强度可调、良好的施工性和环保性等特点，其性能偏重于替代常规填土，加快施工工期，减少工后沉降。
【关键词】泡沫 轻质 软基 沉降。
中央大道是连接汉沽、塘沽和大港城区的客运主通道，本工程北起轻纺大道，穿过天津长芦塘沽盐场的盐田，南至轻纺经济区规划轻十路。本标段程桩号范围为K0+109.477-K2+100.000，路线全长1990.523米。施工内容为道路、排水、桥梁及涵洞工程，其中道路面积约7万平方米，桥梁面积约1100平方米，主要构筑物包括1座小桥、4道箱涵。本工程位于大面积盐池内，地下水位大部分埋深较浅，土体含水量较高，路基多处于潮湿、过湿状态，必须进行处理，通过现浇泡沫轻质土的应用，最大限度减少了工后沉降，并能过对基底沉降，基底土压力、挡土墙和台背侧压力的观测，为以后优化桥头引路设计提供了可靠的技术数据，对大力推广现浇泡沫轻质土新材料和新工艺在国内的应用具有一定的意义。
1 工法特点
泡沫轻质土工法对工后沉降的控制较常规工法更有优势，尤其是向原地面以下进行置换填筑时，可显著降低基底应力，有效控制工后沉降。
1) 施工便捷高效，可大幅缩短施工工期。这主要体现在三个方面：
较常规路基土填筑，泡沫轻质土施工准备期短，如常规路基填筑经常需要大量修筑施工便道，而泡沫轻质土填筑施工通过管道泵送实现，可不修或少修施工便道；
泡沫轻质土施工可每天连续进行，无需因碾压问题而间断路基填筑；
泡沫轻质土天然地基工法节省了复合地基桩基施工的时间。就一般的工程项目而言，复合地基从施工到检测合格，因龄期问题，一般都需要3～5个月才能完成。
2) 可垂直填筑，节省永久占地或避免拆迁。
3) 由于采用管道泵送浇筑，施工作业面小，可避免某些地段高压线、通讯管路等的拆迁。
4) 常规复合地基工法多为隐蔽工程，施工质量难以保证。而泡沫轻质土工法属非隐蔽工程，施工质量较易控制，可靠度高。
2 适用范围
桥台台背高路堤软基路段、一般软基路段、新近填海路段、施工作业高度受限软基路段、征地困难或拆迁困难软基路段、抢工期软基路段地下管道、线缆无法迁移路段。
3 工艺原理
3.1 软基沉降变形的本质
软基沉降变形的本质可用有效应力原理来说明：在附加应力的作用下，超孔隙水压力不断消散、有效应力不断增长；与此同时，随超孔压的消散，软土中的自由水不断排出，由此，其体积压缩，表现为沉降的发生。在这个过程当中，对工程起决定作用的主要是三个方面：
1) 附加应力
附加应力的大小决定了软土层最终总沉降量的大小：当附加应力全部转化为有效应力时，总沉降完成；故附加应力越大，总沉降越大。
2) 固结度
固结度Ut可用下式表达:
式中 当前t时刻已完成沉降； —最终总沉降； 软土层有效应力； 软土层附加应力。
固结度的意义在于表征了当前时刻已完成沉降占总沉降的比例。
3) 工后沉降
设工后沉降基准期末的固结度位U1，施工期末的固结度为U2，工后沉降为 ，则工后沉降可用下式表达：
工后沉降通常是软基路段重点控制的指标；从设计到施工，软基路段的一个重要任务就是尽可能降低工后沉降，以确保公路工后的正常使用，并减少工后维修费用。
3.2 控制工后沉降的途径
1) 通过提高St来提高竣工时的固结度U2，以此控制工后沉降。
具体的实现方法为排水预压法：通过设置竖向排水体如袋装砂井或塑料排水板，通过堆载预压或真空预压的方式来加快软土层的固结速率，使竣工时的固结度达到足够大，确保工后沉降满足要求。该法的主要特点是具有较好的经济性，缺陷是需要足够的预压时间，很多时候与工期的要求相矛盾。
2) 降低软土层的附加应力 以降低总沉降 ，以此控制工后沉降。
实现方法有两种方式：桩式复合地基法和轻路堤法。
桩式复合地基是设置一定密度的搅拌桩、CFG桩或预应力管桩等强度远较软土层强度要高的桩体，将上覆荷载大部分转移至这些桩体来承受，从而降低软土层所承受的荷载和附加应力，实现控制工后沉降的方法。该法的特点是时间短，效果显著，但缺陷是造价偏高，同时，桩体的施工会产生侧向挤出效应，对周边的临界结构物会带来不利的影响。
轻路堤法直接降低路堤荷载和软土层的附加应力。传统的轻路堤法有粉煤灰路堤、EPS路堤等。
泡沫轻质土用于路桥过渡段填筑，属于轻路堤法，其控制工后沉降的原理在于降低附加应力；当用于旧路改造项目时，如填筑厚度适当向原地面以下延伸，可使软土层的附加应力小于有效应力，软土层处于超固结状态，从而确保工后沉降为0。
4 工艺流程
泡沫轻质土的施工工艺流程主要包括四大步骤：
1) 泡沫的生成；
2) 水泥浆或水泥砂浆的制备；
3) 泡沫轻质土的生成即泡沫与水泥(砂)浆的混合；
4) 现场浇筑施工。
图4-1 现浇泡沫轻质土施工工艺流程图
5 效益分析
采用现浇泡沫轻质土可以降低桥头引路施工综合成本，缩短引道施工周期，避免桥头路基沉降，特别是在天津市市政工程中的运用，可以减少施工对城市的污染，树立了我公司在天津地区的良好形象。
1) 加快了施工工期，若采用水泥搅拌桩复合路基结构形式，施工周期大约为3个月，而采用现浇泡沫轻质土，施工周期仅为20天；
2) 降低了综合成本，采用水泥搅拌桩复合路基结构形式，施工总成本约为179万，而采用现浇泡沫轻质土，施工总成本为120万，节约59万，若优化挡土墙及台背设计后，成本会进一步降低。
3) 质量稳定，采用泡沫轻质土后，路基无沉降，避免了桥头跳车现象，也无渗水现象，提高了耐久性。
4) 对环境影响小，现浇泡沫轻质土采用商品水泥浆，现场加气泡后进行浇注，避免了水泥浆现场搅拌与灰土拌合、摊铺及碾压，对现场施工环境造成的影响降到了最低。
5) 通过现浇泡沫轻质土在本工程中的成功应用，并通过天津市各科研、设计及施工单位的观摩和学习，进一步推广了这种新材料、新工艺在后续设计、施工中的应用。
【关键词】泡沫 轻质 软基 沉降。
中央大道是连接汉沽、塘沽和大港城区的客运主通道，本工程北起轻纺大道，穿过天津长芦塘沽盐场的盐田，南至轻纺经济区规划轻十路。本标段程桩号范围为K0+109.477-K2+100.000，路线全长1990.523米。施工内容为道路、排水、桥梁及涵洞工程，其中道路面积约7万平方米，桥梁面积约1100平方米，主要构筑物包括1座小桥、4道箱涵。本工程位于大面积盐池内，地下水位大部分埋深较浅，土体含水量较高，路基多处于潮湿、过湿状态，必须进行处理，通过现浇泡沫轻质土的应用，最大限度减少了工后沉降，并能过对基底沉降，基底土压力、挡土墙和台背侧压力的观测，为以后优化桥头引路设计提供了可靠的技术数据，对大力推广现浇泡沫轻质土新材料和新工艺在国内的应用具有一定的意义。
1 工法特点
泡沫轻质土工法对工后沉降的控制较常规工法更有优势，尤其是向原地面以下进行置换填筑时，可显著降低基底应力，有效控制工后沉降。
1) 施工便捷高效，可大幅缩短施工工期。这主要体现在三个方面：
较常规路基土填筑，泡沫轻质土施工准备期短，如常规路基填筑经常需要大量修筑施工便道，而泡沫轻质土填筑施工通过管道泵送实现，可不修或少修施工便道；
泡沫轻质土施工可每天连续进行，无需因碾压问题而间断路基填筑；
泡沫轻质土天然地基工法节省了复合地基桩基施工的时间。就一般的工程项目而言，复合地基从施工到检测合格，因龄期问题，一般都需要3～5个月才能完成。
2) 可垂直填筑，节省永久占地或避免拆迁。
3) 由于采用管道泵送浇筑，施工作业面小，可避免某些地段高压线、通讯管路等的拆迁。
4) 常规复合地基工法多为隐蔽工程，施工质量难以保证。而泡沫轻质土工法属非隐蔽工程，施工质量较易控制，可靠度高。
2 适用范围
桥台台背高路堤软基路段、一般软基路段、新近填海路段、施工作业高度受限软基路段、征地困难或拆迁困难软基路段、抢工期软基路段地下管道、线缆无法迁移路段。
3 工艺原理
3.1 软基沉降变形的本质
软基沉降变形的本质可用有效应力原理来说明：在附加应力的作用下，超孔隙水压力不断消散、有效应力不断增长；与此同时，随超孔压的消散，软土中的自由水不断排出，由此，其体积压缩，表现为沉降的发生。在这个过程当中，对工程起决定作用的主要是三个方面：
1) 附加应力
附加应力的大小决定了软土层最终总沉降量的大小：当附加应力全部转化为有效应力时，总沉降完成；故附加应力越大，总沉降越大。
2) 固结度
固结度Ut可用下式表达:
式中 当前t时刻已完成沉降； —最终总沉降； 软土层有效应力； 软土层附加应力。
固结度的意义在于表征了当前时刻已完成沉降占总沉降的比例。
3) 工后沉降
设工后沉降基准期末的固结度位U1，施工期末的固结度为U2，工后沉降为 ，则工后沉降可用下式表达：
工后沉降通常是软基路段重点控制的指标；从设计到施工，软基路段的一个重要任务就是尽可能降低工后沉降，以确保公路工后的正常使用，并减少工后维修费用。
3.2 控制工后沉降的途径
1) 通过提高St来提高竣工时的固结度U2，以此控制工后沉降。
具体的实现方法为排水预压法：通过设置竖向排水体如袋装砂井或塑料排水板，通过堆载预压或真空预压的方式来加快软土层的固结速率，使竣工时的固结度达到足够大，确保工后沉降满足要求。该法的主要特点是具有较好的经济性，缺陷是需要足够的预压时间，很多时候与工期的要求相矛盾。
2) 降低软土层的附加应力 以降低总沉降 ，以此控制工后沉降。
实现方法有两种方式：桩式复合地基法和轻路堤法。
桩式复合地基是设置一定密度的搅拌桩、CFG桩或预应力管桩等强度远较软土层强度要高的桩体，将上覆荷载大部分转移至这些桩体来承受，从而降低软土层所承受的荷载和附加应力，实现控制工后沉降的方法。该法的特点是时间短，效果显著，但缺陷是造价偏高，同时，桩体的施工会产生侧向挤出效应，对周边的临界结构物会带来不利的影响。
轻路堤法直接降低路堤荷载和软土层的附加应力。传统的轻路堤法有粉煤灰路堤、EPS路堤等。
泡沫轻质土用于路桥过渡段填筑，属于轻路堤法，其控制工后沉降的原理在于降低附加应力；当用于旧路改造项目时，如填筑厚度适当向原地面以下延伸，可使软土层的附加应力小于有效应力，软土层处于超固结状态，从而确保工后沉降为0。
4 工艺流程
泡沫轻质土的施工工艺流程主要包括四大步骤：
1) 泡沫的生成；
2) 水泥浆或水泥砂浆的制备；
3) 泡沫轻质土的生成即泡沫与水泥(砂)浆的混合；
4) 现场浇筑施工。
图4-1 现浇泡沫轻质土施工工艺流程图
5 效益分析
采用现浇泡沫轻质土可以降低桥头引路施工综合成本，缩短引道施工周期，避免桥头路基沉降，特别是在天津市市政工程中的运用，可以减少施工对城市的污染，树立了我公司在天津地区的良好形象。
1) 加快了施工工期，若采用水泥搅拌桩复合路基结构形式，施工周期大约为3个月，而采用现浇泡沫轻质土，施工周期仅为20天；
2) 降低了综合成本，采用水泥搅拌桩复合路基结构形式，施工总成本约为179万，而采用现浇泡沫轻质土，施工总成本为120万，节约59万，若优化挡土墙及台背设计后，成本会进一步降低。
3) 质量稳定，采用泡沫轻质土后，路基无沉降，避免了桥头跳车现象，也无渗水现象，提高了耐久性。
4) 对环境影响小，现浇泡沫轻质土采用商品水泥浆，现场加气泡后进行浇注，避免了水泥浆现场搅拌与灰土拌合、摊铺及碾压，对现场施工环境造成的影响降到了最低。
5) 通过现浇泡沫轻质土在本工程中的成功应用，并通过天津市各科研、设计及施工单位的观摩和学习，进一步推广了这种新材料、新工艺在后续设计、施工中的应用。