地铁工程填充用泡沫混凝土应用技术规程条文说明.docx

地铁工程填充用泡沫混凝土应用技术规程条文说明1总则1.0.1根据我国社会经济发展的需要，地铁交通建设的规模逐年增大。同时，国家建设对地铁交通工程的设计与施工，在节能减排、环境保护方面提出了更高的要求。泡沫混凝土具备节能轻质、自密实、低弹模量等功能性，在地铁交通工程中应用与推广，可优化复杂地质或构造环境的填筑设计、节约材料、减少工序、有效降噪减震、有利环境保护。为了使地铁交通工程泡沫混凝土填筑的设计、施工、验收等有章可循，工程应用中做到安全适用、经济合理、确保质量，本规程的制定对规范和引导行业的良性健康发展意义重大。1.0.2本规程在保证和增强地铁交通工程安全性、耐久性、经济性要求的基础上,对地铁交通工程中的结构顶板、侧墙外侧、路基、隧道二衬与初支结构之间、隧道竖井及横通道、空洞等部位，泡沫混凝土填筑的设计、施工、质量检验做出的规定。1.0.3凡国家现行标准中已有明确规定的，本规程原则上不再重复。在设计、施工及验收中除符合本规程的要求外，尚应满足国家现行有关标准的规定。2术语和符号2.1术语1.1.1 条阐述了泡沫混凝土的定义，考虑泡沫混凝土的制备工艺及原材料。施工中采用流体现浇的工艺，浇注后经过凝结而形成固态的轻质微孔泡沫混凝土填筑体成品。1.1.2 泡沫剂是制备轻质泡沫土的必备原材料，分为物理发泡型和化学发泡型两类。物理发泡型的发泡方式是先采用物理方法将泡沫剂制成水性泡沫，再将泡沫均匀混入胶凝材料、集料、外加剂和水制成的浆料中形成泡沫混凝土拌和物；由于物理发泡型泡沫剂的使用特点，严格来讲不属于外加剂，本条将其定义为种表面活性物质。化学发泡方式则是先将泡沫剂均匀混入胶凝材料、集料、外加剂和水制成的浆料中，泡沫剂在浆料中发生化学反应发泡为水性泡沫，从而形成泡沫混凝土拌和物。1.1.3 -2.1.5由于泡沫混凝土的主要用途之一在于轻质减荷，材料在不同状态下的密度会直接影响荷载计算的精度，本规程对泡沫混凝土不同状态下的密度进行了分类：湿密度最接近泡沫混凝土在常规使用状态下的密度；为便于荷载计算,引入泡沫混凝土浸水饱和后的最大密度作为饱和密度。2.1.6 物理发泡型泡沫剂经发泡制成可用于制作泡沫混凝土的泡沫后，泡沫的单位体积质量。2.1.7 U泡沫混凝土拌和物浇注后，若发生整体沉陷，体积密度增加，从而会导致整体荷载增加的严重后果。由于胶凝材料、集料、泡沫剂等原材料的差异和配合比的不同，不同材料间相互影响，仅通过泡沫剂的密度试验难以保证质量。必须在施工前，通过试验验证泡沫剂与原材料配比的浆料固化沉降率，避免填筑后出现整体沉陷的情况。3材料及性能3.1原材料3.Ll在工程应用中，一般采用通用硅酸盐水泥作为胶凝材料，水泥等级不宜低于32.5级。根据工程情况因地制宜，也可采用快凝水泥、水玻璃、石膏、硅粉等作为胶凝材料，但在使用前应严格进行配合比及性能试验。3.L2水的选用以不影响泡沫混凝土的强度和耐久性为前提，可采用饮用水、自来水、河水、湖泊水，不应含有影响泡沫稳定性、泡沫混凝土强度及耐久性的有机物、油渍等杂质，不宜采用海水、污水、含泥量大的水源。3.1.3泡沫剂是制作泡沫混凝土的关键材料，泡沫剂应无腐蚀性且对环境无不良影响。3.L43.L5集料除采用粉煤灰、细砂外，基于经济性考虑，在砂性土、尾矿粉、石粉、粉砂丰富且价格便宜的地区、在试验验证满足泡沫混凝土性能的基础上,也可作为集料掺入泡沫混凝土中使用；集料最大粒径若超过5m,会造成沉淀，影响泡沫混凝土强度，另一方面不利于泵送，影响施工进度。3 .L6泡沫混凝土常用外加剂主要有减水剂、增稠剂、防冻剂，主要用于特殊施工环境下提高泡沫混凝土性能。4 .1.7由于泡沫混凝土为多脆性材料，大体积填筑后在固结过程中易出现干缩裂缝。采用钢丝网可以抑制裂缝产生，同时补强填筑体。线径太细不利于抵抗锈蚀，太粗不利于节约成本。同时网眼间距过小容易导致加筋层外分裂，太大不利于抗裂。防水土工膜是泡沫混凝土填筑体的防护层，起到防水、隔离的作用。3.2 泡沫混凝土性能3.2.1 泡沫混凝土长期浸水，抗压强度不会出现显著下降趋势，反而随龄期的增长而增长。这种现象是由于泡沫混凝土的强度随着龄期的增长而增大，且增加的强度大于因干湿循环而损失的强度所产生的。泡沫混凝土强度根据工程荷载需要,参照表1在设计文件中提出要求；28d立方体抗压强度乙如不应小于设计值；7d立方体抗压强度（M不应小于0.5倍设计值。泡沫混凝土密度与强度的常规对应关系，是主编单位针对泡沫混凝土与抗压强度的关系进行了长期研究，提出表1数据以便设计时选用。表1中的对应关系是出于经济性考虑，采用经济配合比验证的结果。根据工程需要,提升配合比或改进工艺，在同等密度下可提高泡沫混凝土的强度。工程有较高强度需求时，可在设计文件中提出要求，施工中进行试验验证。表1密度等级与强度的常规关系密度等级DW400DW500DW600DW700DW800DW900DWlOOO强度(MPa)0.40.70.5LO0.81.21.01.51.02.01.0-3.01.03.53.2.2 通过工艺控制，固化后的泡沫混凝土内部的气孔呈分散状，绝大多数气孔相互独立、互不连通。在长期浸水状态下，少量孔壁封闭不严或被水压击穿造成吸水现象，但大部分气孔仍呈封闭状态,不透水。泡沫混凝土浸水后，由于吸水密度增加，气孔含量越多密度增加越多,但总体密度增加应控制在饱和密度之内。3.3 配合比3.3.1泡沫混凝土试配28d强度不应低于设计要求，为避免强度试验导致工期延误，工期较紧时，泡沫混凝土试配7d强度不低于0.5倍设计要求，即可施工。3.3.2为了减少配合比试验的盲目性,常用参考配合比见表2。表2配合比试配试验参考表抗压强度(MPa)(kgm3)材料用量/湿密度(kgm3)流值(mm)水泥集料水0.729802355501700.72332332106901700.71973942048101700.71705101998801700.71506002039501700.713567521010201701.03340256610170LO2602612277501701.02144282168601701.01875612169601701.016264821810301701.014673022711001701.235302646301701.22782782368001701.22264522239001701.219959722610201701.217068022810801701.215376523711501704工程设计4.1一般规定4.Ll本条规定的应用领域中：轨道交通区间、车站结构顶板回填，减少附加荷载；既有轨道交通结构上方地面高程提高、附加荷载等，需要结构减载时换填；地铁车辆段大型上盖楼面建筑找坡；永久屋面防水建筑找坡等泡沫混凝土应用优势明显，在设计中推荐采用。轨道交通车站、区间基坑回填，增加构筑物综合刚度，弱化土压力作用；轨道交通区间隧道二衬外回填、竖井及横通道填筑；轨道交通路基工程以及软基换填处理；溶洞、土洞、管线等部位填筑；既有结构工程塌方段等抢险工程的填筑等泡沫混凝土应用，在设计时考虑主体结构的安全性、耐久性要求，必要时通过试验验证后采用；注意泡沫混凝土填筑体形状的设计对结构受力的影响，填筑界面设计对提供侧向抗力约束的影响。4L34L4泡沫混凝土设计项目应包括性能设计、结构设计和附属工程设计；设计时考虑水文、气象等自然条件，填筑高度、宽度等填筑条件，地基承载力等基础条件，周边环境、管线埋设等周边状况，自重、土压力、静荷载、交通荷载等荷载条件。泡沫混凝土材料性能设计、填筑体强度设计应在设计文件中指明材料密度及强度等级。4.1.5泡沫混凝土相对路面或地面层强度较低，宜作为底基基层或上路床，若埋深过小，在活荷教作用下，有引起路面或地面出现网裂、面层碎落等风险；泡沫混凝土填筑厚度过小，有断裂风险，不利于抵抗土压力及活荷载。但对于大型车辆屋盖或楼宇建筑找坡等情况，最小厚度不低于O.06m即可。4.1.6泡沫混凝土在5m以上水头压力、腐蚀性土壤等特殊环境中，与环境直接接触，在使用前应采取试验验证等延展性研究。4.2 材料性能设计4.2.1 泡沫混凝土在工程应用中替代填土使用，但其特性与土不同。填土为松散性材料，其综合刚度靠压缩比来保证，局部受压状态下，受压区域的土体向周围推挤，从而向侧向约束施力；泡沫混凝土是半刚性的板体材料,具有自立性,综合刚度由材料抗压强度保证，在填筑体局部受压未达到其抗压强度峰值时，泡沫混凝土可视为不可压缩体；当泡沫混凝土填筑体局部受压达到或超过其抗压强度峰值时，受压局部泡沫混凝土的微孔结构发生塌缩变形，吸收局部压力后仍具有较大的残余强度，且受压区域不向周围产生推挤力。4.2.2 -4.2.5本条参考了现行行业标准气泡混合轻质土填筑工程技术规程)CJJT177中关于水位以下填筑时，容重等级、强度等级的规定；也参考了现行协会标准现浇泡沫轻质土技术规程CECS249中关于泡沫混凝土长期浸水条件下，强度变化情况的说明。泡沫混凝土材料的吸水程度受浸水时间、作用水头、气泡壁击穿的程度、外包防水好坏、是否添加憎水剂和填充体周边的设计强度的影响。日本相关学者对此进行了长达7年的研究(见北村佳一、藤岗赖(气泡混合轻质土耐久性研究)，结果显示：在长期浸水的情况下,强度下降幅度在低湿密度时大，接近50乐在高湿密度下小，下降幅度仅有20%。泡沫混凝土填筑不大于在计算水位以下3m,水头渗透压力不大于30kPa,适当的防水措施可以基本隔断渗水或地下水对泡沫混凝土的直接浸泡；当泡沫混凝土填筑位于计算水位3m以下时，水头渗透压力大于30kPa,一般的防水措施很难永久起到防水作用。泡沫混凝土的长期浸泡会引起强度的下降，尤其是低密度情况。因此本规程规定其最小强度等级不小于LOMPa,最小密度等级不低于W800,是考虑即使强度有所下降，亦能满足一般工程的需要，即便密度增加也在饱和密度的可控范围之内。必要时通过试验验证饱和密度抗压强度是否满足浸水部位承载要求。4.3 结构设计4.3.1 泡沫混凝土填筑体结构最小填筑厚度不应小于0.5m,隧道变形层、管道、空洞等狭小空间的回填时可不考虑最小填筑厚度的限制。4.3.2 当用于软土地基、高填方路基边坡等斜坡部位填筑时，需进行填筑体抗滑、抗倾覆稳定性验算。本条参考了现行行业标准公路路基设计规范JTGD30、铁路路基设计规范TB1000K铁路路基支挡结构设计规范)TB10025的规定。(1)抗滑动稳定性及抗倾覆稳定性验算，按下列公式计算：滑动稳定方程：LlG+YQl(Ey+Extan0)-Yq2Eptan0+(1.1G+YQIEy)tan0-YQIEy÷YqzEp>0式中：G一一填筑体重力及作用于填筑体顶面的其他竖向荷载的总和（kN）,浸水填筑体应计入浮力；Ey一填筑体背面主动土压力的竖向分量（A.EX-填筑体背面主动土压力的水平分量（kN）；EP一填筑体前面被动土压力的水平分量（kN）,为偏安全起见，建议取0；0t°一一基底倾斜角（°）;基底水平时小=0;一一填筑体与衔接面间的摩擦系数，无试验资料时可按表3取值；YQi、YQ2一主动土压分项系数、被动土压分项系数，可按表4取值。表3填筑体与衔接面间的摩擦系数地基土的分类摩擦系数软塑黏土0.25硬塑黏土、半硬的黏土、砂类土、黏砂土0.30-0.40碎石类土0.5软质岩石0.40-0.60硬质岩石0.60-0.70表4承载能力极限状态的荷载分项系数情况荷载增大对填筑体有利作用时荷载增大对填筑体不利作用时荷载组合I、mI、II11IVr泡沫混凝土顶部垂直恒载0.91.2主动土压力分项系数YQl10.951.41.3被动土压力分项系数YQ20.30.5水浮力分项系数YQ30.951.1静水压力分项系数YQ40.951.05动水压力分项系数YQ50.951.2抗滑动稳定系数KC按下式计算:_N+(EX-EP)tan00+EPEx-Ntan0NkN式中：一一基底作用力的合力的竖向分量()，浸水部分计入浮力；EPkN填筑体前面被动土压力的水平分量的0.3倍(KN),为偏安全起见,建议取0。倾覆稳定方程：0.8GZg+YQI(EyZX-ExZy)+YQ2EpZp>0式中：ZG一一填筑体重力及作用于填筑体顶面的其他竖向荷载的合力重心至填筑体趾部的距离(m):ZX一主动土压力的竖向分量至填筑体趾部的距离(m);Zy一主动土压力的水平分量至填筑体趾部的距离(m);ZP一一填筑体前被动土压力的水平分量至填筑体趾部的距离(m)。抗倾覆稳定系数Ko按下式计算：_GZG+EyZX+EpZpK。=锅(2)包括地基在内的整体滑动稳定性验算按照相应设计规范的规定进行。(3)基底合力偏心距、基底承载力验算，按下列公式计算：基底合力偏心距/可按下式计算：Mde°F式中：Md一作用于基底形心的弯矩组合设计值（MPa）；Nd-作用于基底上的垂直力组合设计值（KN/m）O在各类荷载组合下，作用效应组合设计值计算式中的分项系数，除被动土压力分项系数YQ2=°3外，其余荷载的分项系数规定为1。基底压应力0应按下式计算：IeI咛时2=（1±?）位于岩石地基上的填筑体：B2Nde>-1=6时，3皿，nB2=O,=-e0O式中：填筑体趾部的压实力（KP%2填筑体踵部的压应力（KPa）；B基底宽度（m）»基底不宜为倾斜面；T112基础底面每延长米的面积（）。本条未规定填筑体的埋深要求。填筑体宜采用明挖基础，在大于5%纵向斜坡上填筑时，基底应设计成台阶形；在横向斜坡地面上填筑时，基础底部埋入地面深度不应小于1m,距地表距离不应小于1mo填筑体受水流冲刷时，应按设计洪水频率计算冲刷深度，基底应置于局部冲刷线以下不小于1m04.3.4 填筑体高度超过5m或背面为陡坡体时，填筑体外侧应预留o.3iO/mO4.3.5 泡沫混凝土填筑体底面的最小断面尺寸不应小于2.0m;当填筑高度不超过2t衔接面可不设置台阶；当填筑高度超过2In时，衔接面宜设置台阶过渡，且台阶宽度不宜小于05m,以便对台阶或基底进行压实作业，并使填筑体与衔接体结合更紧密。衔接面的坡度视工程需要确定，不宜陡于1：U当填筑体顶面有坡度要求时，需要在填筑体顶层通过设置台阶来实现。4.4附属工程设计4.4.2当泡沫混凝土填筑体填筑厚度不大于5m时，每处钢丝网设置成单层即可。当泡沫混凝土填筑体填筑厚度大于5m时，每处钢丝网宜设置成双层。5工程施工5.1浇注区及浇注层划分5.Ll5.L3本条规定了泡沫混凝土填筑的填筑区、填筑层划分。为了避免泡沫混凝土填筑后流动过远造成质量问题，同时抑制裂缝的产生,对填筑区进行划分;单次填筑的厚度太薄不利于填筑层形成足够的刚度，填筑太厚易造成分层离析、塌落等问题，同时不易控制水化热。因此本条对单层填筑的厚度做出了规定，并非因工艺技术达不到一次性填筑更厚。当工期较紧，需要以提高单层填筑厚度来提高效率时，应采取防止分层离析、塌落，控制水化热等质量保证措施。空洞填充、管线回填等工程一般作业面较狭窄，对流动度的要求更强，而对其他指标的要求一般，所以不适用本条。泡沫混凝土填筑层与上一层的填筑间隔，根据气温、原材料的凝结速度等特性，宜间隔8h以上。5.2 设备调控5.2.1 泡沫混凝土拌和制作，因采用的搅拌机与搅拌方式的差异，搅拌时间不能一概而论，应以确保各组分充分混合均匀为判断标准。水泥浆在储料装置中的停滞时间超过2h,会出现部分水泥浆料凝结现象，从而导致制作出的泡沫混凝土出现分层、裂缝、表面起皮等现象，影响泡沫混凝土的质量。对泡沫混凝土拌和制作设备的发泡装置、电子计量及计量精度提出了要求。5.3 浇筑5.3.8通过施工前及施工过程中对湿密度、流动度的检测，控制面工过程中的浆泡拌和物均匀一致；若湿密度、流动度超出许可范围，则需停机，重新调试至符合要求后再继续施工。5.4 辅助工程施工5.4.1 钢丝网施工时应注意防止钢丝网露出泡沫混凝土表面，露出泡沫混凝土表面的钢丝网应进行磨平处理，以防破坏防水层。5.5 养护与维护5.5.1 泡沫混凝土的养护主要为保湿养生，气温较低时应注意填筑体的保温，防止冻伤。5.5.4 泡沫混凝土硬化后，直接在填筑体顶面进行机械或车辆作业，压强直接作用于泡沫混凝土表面，易损坏泡沫混凝土表面。作业前，应先铺一层覆盖层，再上机械或车辆。6质量检验与验收6.1 原材料检查现场试配泡沫混凝土固化沉降率试验方法，按现行行业标准泡沫混凝土用泡沫剂JC/T2199的规定执行。泡沫混凝土附属工程中的钢丝网，一般起加筋补强作用，钢丝网仅要求无明显锈迹即可，不做进场复检；防水土工膜，一般起防水作用，要求提供出厂验收资料、合格证即可，不做进场复检。6.2 新拌泡沫混凝土检验泡沫混凝土填筑工程作为分项工程进行工程质量验收。泡沫混凝土的质量检验的分类和次序符合一般地铁交通工程的检验次序。明确了泡沫混凝土质量检验3与验收的基本单元。如果工程质量验收中单个构造单元方量少于100m时,可把三个以内构造单元划分为一个检验批。