1. 引言
西藏作为国家西部交通建设核心区域，近年来桥涵工程建设规模持续扩大。但该区域非永久冻土区存在海拔较高、昼夜温差大(15℃~20℃)、降水集中(7~8月)等特点，使得传统台背回填材料(如土石混合料、细粒土)面临压实度难以达标(高原缺氧导致压路机功效下降30%~50%)、后期沉降量大(年均沉降量 ≥ 15 mm)等问题，极易引发桥头跳车，严重影响行车安全与舒适性[1]。
液态粉煤灰虽因“可泵送、利用固废”曾在部分台背回填中应用，但其强度发展慢(28 d抗压强度 ≤ 1.0 MPa)、吸水率高(≥25%)，在西藏干湿交替环境下易出现开裂渗漏。泡沫轻质土作为一种新型轻质多孔材料，具有“自重轻、强度可调、流动性好、无需压实”等特性，已在平原地区台背回填中验证有效性 [2]。但针对西藏非永久冻土区的环境适应性、质量控制体系及与液态粉煤灰的差异化优势，仍缺乏系统研究。
国内外学者针对寒冷高海拔地区回填技术已开展部分研究：李华等(2022)通过青海玉树工程实践指出，传统土石混合料在海拔4000 m以上地区压实度达标率不足60%，依赖重型压实设备却因高原缺氧导致功效衰减；张磊等(2021)研究发现，液态粉煤灰在藏北非永久冻土区越冬后，经冻融循环(年均≥50次)易产生贯穿裂缝，2年累计沉降量达28 mm；王浩等(2023)尝试在液态粉煤灰中掺入纳米硅灰改良强度，虽28 d抗压强度提升至1.2 MPa，但成本增加30%且施工需额外控温，难以规模化应用[3]-[5]。在泡沫轻质土方面，张伟(2019)、赵明等(2021)的研究集中于平原或中低海拔寒冷地区，未针对西藏“低温–强辐射–缺氧”复合环境开展适配性研究，也缺乏同一高原工程条件下与液态粉煤灰的全面对比[6]。
本研究的创新点与贡献：1) 首次针对西藏非永久冻土区低温(−15℃~8℃)、强紫外线(6000~8000 MJ/m2)环境，揭示泡沫轻质土强度发展规律与辐射稳定性，填补高原特殊环境材料性能研究空白；2) 建立“原材料复检–配合比动态调整–分层浇筑–保温养护”全流程质量控制体系，适配高原缺氧施工条件(无需重型压实设备)；3) 基于同一工程现场(日喀则桑珠孜区)、相同检测标准(GB/T 50081-2019)，完成两种材料的性能、效率对比，并引入全生命周期成本(LCC)与碳足迹模型，为高原工程选材提供量化依据[7]。本文结合西藏日喀则市桑珠孜区某危桥改造工程实例，开展泡沫轻质土台背回填应用研究，为高原地区同类工程提供技术支撑。
2. 泡沫轻质土材料特性与高原适应性
2.1. 材料组成与核心性能
泡沫轻质土由胶凝材料(P.O42.5R水泥)、掺合料(Ⅱ级粉煤灰)、动物性蛋白泡沫剂、水及外加剂(早强减水剂)按比例混合制成，其核心性能通过室内试验确定。
泡沫轻质土的轻质特性(干密度仅为传统土石材料的1/3~1/2)可大幅降低台背回填对地基的附加荷载，避免地基不均匀沉降；其良好流动性(扩展度 ≥ 180 mm)可实现“自密实”浇筑，无需机械压实，适配西藏缺氧环境下的施工条件。
2.2. 高原环境适应性
西藏非永久冻土区年均气温−2℃~8℃，冬季最低温可达−15℃，强紫外线辐射(年辐射量6000~8000 MJ/m2)对材料性能有显著影响。通过模拟试验(低温养护箱控制温度5℃、−5℃，紫外线老化箱模拟强辐射)研究发现：低温环境下，泡沫轻质土强度发展虽较常温(20℃)减缓，但28 d抗压强度仍可达1.1~1.5 MPa (−5℃养护)，满足台背回填强度要求，这得益于早强减水剂对水泥水化进程的促进 [8]；经300 h强紫外线辐射后，泡沫轻质土表面无明显开裂，抗压强度衰减率 ≤ 5%，优于液态粉煤灰(衰减率 ≥ 12%)，表明其在高原强辐射环境下具有良好稳定性。
3. 泡沫轻质土台背回填施工方案
结合西藏某公路K0+041小桥台背回填工程，制定如下施工方案。
3.1. 施工流程
基层处理：清理台背基坑内杂物、积水，对基坑侧壁(原地面坡度1:1.5)采用水泥砂浆抹面(厚度20 mm)，防止浆液渗漏；
配合比调试：根据当日气温调整配合比，当气温 < 10℃时，增加水泥用量5%，早强减水剂掺量提高至1.0%；
浆体搅拌：采用强制式搅拌机，先将水泥、粉煤灰、水、外加剂搅拌3 min，再加入预制泡沫(发泡倍数22倍)搅拌2 min，确保浆体均匀无结块；
泵送浇筑：采用80 m3/h混凝土泵，输送管外包保温棉(厚度50 mm)，防止浆体温度过低；分层浇筑，每层厚度30~40 cm，相邻层浇筑间隔 ≤ 2 h，避免冷缝(如图1所示)；
养护管理：浇筑完成后覆盖土工布 + 保温被，洒水养护7 d (常温)或10 d (低温)，养护期间禁止扰动。
3.2. 质量控制要点
3.2.1. 原材料控制
水泥需经复检(3 d抗压强度 ≥ 17 MPa)，泡沫剂发泡倍数 ≥ 20倍、稳定性 ≥ 2 h (静置2 h，泌水量 ≤ 5%)；粉煤灰需符合Ⅱ级标准(烧失量 ≤ 8%)。
Figure 1. Photo of the concrete pouring construction site
图1. 浇筑施工现场照片
3.2.2. 配合比控制
每工作班检测浆体密度(1次/2 h)，确保在1000~1200 kg/m3范围内；若密度偏差 > 5%，调整泡沫掺入量。
3.2.3. 施工过程控制
浆体搅拌：按配比制浆并掺泡沫(防破裂)，检测性能后40分钟内泵送；
泵送浇筑：浇筑前检测浆体扩展度(≥180 mm)，若流动性不足，适量增加减水剂；分层浇筑时采用插入式振捣棒(振捣频率50 Hz)轻振，避免破坏泡沫结构；
养护管理：保湿/保温，普通路段养护 ≥ 7天、承重路段养护 ≥ 14天。
3.2.4. 成品质量控制
养护结束后，对回填体进行外观检查(无裂缝、空鼓)，并按规范取样检测力学性能。
4. 重点参数检测与结果分析
4.1. 检测参数与方法
根据GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》、JGJ/T 341-2014《泡沫混凝土应用技术规程》、DB33/T 2181-2019《公路泡沫轻质土应用技术规范》(浙江)及西藏实际工程需求，确定核心检测参数及方法[9]，详见现场检测图片(图2~4)及表1泡沫轻质土检测参数及标准。
Figure 2. On-site testing of the fluidity of foamed concrete
图2. 泡沫混凝土的流动度现场检测
Figure 3. On-site sampling and specimen preparation
图3. 现场取样制件
Figure 4. Core sample testing
图4. 取芯检测
Table 1. Test parameters and standards for foamed lightweight soil
表1. 泡沫轻质土检测参数及标准
性能指标 |
检测频率 |
控制标准 |
测试方法 |
浆体密度(kg/m3) |
1次/2 h (施工中) |
1000~1200 |
容量筒法(10 L容量筒) |
干密度(kg/m3) |
1组/500 m3 |
≤1200 |
环刀法 |
7 d抗压强度(MPa) |
1组/500 m3 |
≥0.8 |
压力试验 |
28 d抗压强度(MPa) |
1组/500 m3 |
≥1.2 |
压力试验 |
28 d吸水率(%) |
1组/1000 m3 |
≤20 |
浸水试验(浸水24 h) |
扩展度(mm) |
1次/500 m3 |
≥180 |
流动度试验台法 |
热导率(W/(m∙K)) |
1次/500 m3 |
≤0.25 |
瞬态平面热源法(TPS) |
沉降量(mm) |
1次/30 d (通车后) |
≤5 (通车1年内) |
水准仪监测(布设3个监测点) |
4.2. 现场检测结果
该小桥台背回填施工完成后，持续6个月监测，核心参数检测结果如下：
密度指标：施工中浆体密度均值1090 kg/m3，干密度均值1060 kg/m3，均满足合格标准，且波动范围≤ 3%，表明配合比控制精准；
强度指标：7 d抗压强度均值0.95 MPa，28 d均值1.52 MPa，强度发展稳定，优于设计要求(28 d ≥ 1.2 MPa)；
吸水率：28 d吸水率均值16.8%，低于20%的控制标准，表明其抗渗性能良好；
沉降量：通车后6个月内，最大沉降量3.2 mm，远低于传统土石回填(≥15 mm)，有效解决桥头跳车问题。
5. 与液态粉煤灰的对比分析
选取液态粉煤灰(LFA，配合比：粉煤灰:水:外加剂 = 1:0.4:0.005)作为对比材料，基于同一工程现场(日喀则桑珠孜区，海拔3800 m，气温5℃~12℃)、相同检测标准(GB/T 50081-2019)开展试验，分析两者在台背回填中的适用性[10]，详见表2。
Table 2. Comparison of the properties of foamed lightweight concrete (FLC) and liquid fly ash (LFA)
表2. 泡沫轻质土(FLC)与液态粉煤灰(LFA)性能对比表
对比指标 |
泡沫轻质土(FLC) |
液态粉煤灰(LFA) |
优势方 |
干密度(kg/m³) |
800~1200 |
1300~1500 |
FLC (减重27%~47%) |
28 d抗压强度(MPa) |
1.2~2.0 |
0.5~1.0 |
FLC (强度提升20%~300%) |
28 d吸水率(%) |
15~20 |
25~30 |
FLC (抗渗性更优) |
弹性模量(MPa) |
100~150 |
50~80 |
FLC (变形能力更强) |
5.1. 工程适用性对比(同设备/同现场条件)
施工效率：采用同一80 m3/h混凝土泵，FLC可泵送距离 ≥ 200 m，浇筑速度80 m3/h；LFA因流动性差(扩展度 ≤ 150 mm)，泵送距离 ≤ 100 m，浇筑速度 ≤ 50 m3/h，FLC施工效率提升60%；
沉降控制：通车1年内，FLC最大沉降量3.2 mm，LFA达22.5 mm，FLC可大幅降低桥头跳车风险；
经济性：基于全生命周期成本(LCC)模型[10] (计算边界：20年使用周期，含材料采购、施工、运输(300 km运距)、维护；假设条件：西藏2024年市场价，LFA每5年修补1次(单次费用50元/m3)，FLC无维护)计算：FLC初始单价400元/m3 (含运输35元/m3)，20年LCC为400元/m3；LFA初始单价300元/m3 (含运输35元/m3)，20年LCC为300 + (20/5) × 50 = 500元/m3，FLC综合成本低20%；
环保性：基于ISO 14067碳足迹模型(计算边界：原材料生产–施工结束；假设条件：水泥碳排放因子0.82 t CO2/t，粉煤灰0.05 t CO2/t，运输油耗0.1 L/km∙t、柴油因子2.68 kg CO2/L)计算：FLC单位碳足迹280 kg CO2/m3，LFA 350 kg CO2/m3，FLC碳排放低20% (因轻质减少运输能耗，且水泥用量虽100 kg/m3高于LFA的50 kg/m3，但粉煤灰掺量60 kg/m3低于LFA的180 kg/m3，且发泡剂低碳)。
5.2. 选材建议
泡沫轻质土适合西藏非永久冻土区需要严控工后沉降(如桥涵台背)、施工空间狭窄、强度要求≥1.0 MPa的场景；液态粉煤灰可用于预算有限、强度要求<1.0 MPa的普通路基，但需注意西藏本地粉煤灰供应不足(依赖区外调入)的问题。
6. 结论与展望
6.1. 研究结论
泡沫轻质土(干密度800~1200 kg/m3、28 d抗压强度1.2~2.0 MPa)在西藏非永久冻土区具有良好的环境适应性，低温(−5℃)下强度发展稳定，强紫外线辐射后性能衰减率低；制定的“原材料严控–配合比动态调整–分层浇筑–保温养护”质量控制体系，可确保泡沫轻质土台背回填施工质量，现场检测显示其干密度、强度、沉降量均满足工程要求；与液态粉煤灰相比，泡沫轻质土在轻质特性、强度性能、施工效率及长期稳定性上更具优势，综合成本更低，适合在西藏非永久冻土区桥涵台背回填中推广应用。
6.2. 未来展望
建议后续开展以下研究：泡沫轻质土在西藏强冻融循环(年均≥50次)环境下的长期耐久性；泡沫轻质土与台背混凝土结构的界面粘结性能优化；基于本地固废(如西藏锂矿渣)的泡沫轻质土配合比改良，进一步降低成本与碳排放。
基金项目
项目名称：公路工程桥涵台背回填土缺陷探查与综合控制技术研究(编号：QYXTZX-RKZ2025-01-1)。