固化粉煤灰在结构物台背回填中的应用

浅议固化粉煤灰在台背回填中的应用 完成作者 蔡新宁 单位 中交一公局二公司 摘要 固化粉煤灰施工在台背回填中的应用 是一项新技术 本文结合施工实际 以及以往灰土台背回填 的经验 针对桥头跳车产生原因以及固化粉煤灰施工在实际应用中的优缺点进行分析比较 关键词 固化粉煤灰 台背回填 应用 1 前言 目前我国高速公路在建高速公路桥头跳车是目前较为常见的公路病害之一 引起桥头 跳车的原因主要是路桥之间的沉降差 车辆在高速行驶过程中遇到桥头台背回填沉降时 会产生震动 颠簸 跳车 从而影响了行车的舒适 效益和安全 社会影响差 因此 解 决桥头跳车问题成为高速公路建设的重要课题 本文结合泰州大桥接线工程对结构物的台 背回填 主要针对减小结构物台背的沉降 以及减小填料与桥梁的之间的刚度差 产生桥 头跳车的原因进行分析 提出解决措施 2 桥头跳车原因分析及固化粉煤灰台背回填 公路路基施工规范对结构物回填的要求为 1 填料宜采用透水性材料 轻质材料 无机结合料等 非透水性材料不得直接用于 回填 2 基坑回填必须在隐蔽工程验收合格后方可进行 基坑回填应分层填筑 分层压实 压实厚度宜为 100 200mm 二级及二级以上公路 采用小型夯实机具时 基坑回 填的分层压实厚度不得大于 150mm 并压实到设计要求的压实度 公路路基技术规范要求的非透水性材料不得直接回填 大部分的台背采用 6 石灰处治 土 压实度为 96 的方式进行回填处理 这种回填方式将在很大程度上造成桥头跳车 其 原因如下 1 本标段位于长江三角洲冲积平原区 软土大部分均有分布 厚度不均匀 并具有 层状结构 局部呈千层饼状 层面夹粉砂或粉土薄层 有利于排水固结 但竖向 均匀性较差 由于施工周期短 对于软土地基的沉降量 在施工期完成不到 25 因此工后沉降量大 2 由于台背填土在运行期的排水固结以及地基的排水固结作用 导致台背填土与结 构物搭板之间脱空 车辆运行后易造成路面结构层的破坏 破坏后路面排水不好 形成渗水 3 由于在车辆运行过程中 结构物的刚度大 压缩性小 而回填材料由于刚度小 受力后压缩量大 在反复作用过程中夜易造成路面结构受力破坏 同样形成渗水 现象 4 由于台背回填尺寸的限制 不能满足大型机械作业 小型机具作业时 仍然存在 部分死角 且由于台背回填时间短 填筑期无固结过程 回填的分层厚度控制与 压实机械的选择对台背回填质量的影响很大 难以满足压实度要求 为解决好台背回填的质量通病 针对回填材料 回填工艺进行优化设计 提高台背回 填的刚度 以及减小台背工后沉降 本标段结构物台背采用固化粉煤灰填筑工艺 3 固化粉煤灰特性 3 1 水泥 粉煤灰物理力学性能 1 粉煤灰 表 1 粉煤灰检测要求 序号项目指标 备注 1 SiO2 AL2O3含量 75 2 烧失量 15 3 SO3含量 3 防止遇水膨胀 2 水泥 水泥应符合 GB175 2007 普硅 42 5 标准要求 3 2 固化粉煤灰配合比设计 固化粉煤灰按 8 10 水泥含量 水泥 粉煤灰 7 天设计强度 0 5Mpa 28 天设计强 度 1Mpa 采用平行对比试验确定其配合比为 表 2 固化粉煤灰配合比 水 泥粉煤灰水 911015420 0 091 0 41 3 3 固化粉煤灰物理力学性能 表 3 立方体抗压强度报告 试件试件承压面积破坏荷载抗压强度抗压强度 编号尺寸 AFu 立方体 抗压 强度 mm mm2 kN 测值 fm cu MPa 测定值 fm cu MPa 170 7 70 7 70 73 53 0 7 270 7 70 7 70 73 60 0 7 370 7 70 7 70 73 30 0 7 470 7 70 7 70 73 58 0 7 570 7 70 7 70 73 75 0 8 B 组 7D 670 7 70 7 70 7 4998 3 40 0 7 0 7 170 7 70 7 70 78 53 1 7 270 7 70 7 70 78 60 1 7 370 7 70 7 70 78 30 1 7 470 7 70 7 70 78 58 1 7 570 7 70 7 70 78 75 1 8 B 组 28D 670 7 70 7 70 7 4998 8 40 1 7 1 7 3 4 施工工艺 4 固化粉煤灰台背回填质量分析 台背回填采用固化粉煤灰能够提高台背回填质量的原因分析 1 粉煤灰属于轻质材料 透水性好 填料本身自重小 成型后的沉降量相对减小 采用固化剂施工成型后 能够很好的抵御外界水的作用 由于表面与路面平行 有双向横坡 水易排出 2 固化粉煤灰强度相对较高 固化粉煤灰成型后的立方体抗压强度为 f7d 0 5MPa f28d 1 0MPa 相对 6 石灰土的承载力 300Kpa 高得多 提高了台背 回填的刚度 提高了与结构物刚度的比值 较小了刚度差 加强了结构物与路基 刚度过渡 3 没有施工死角 台背固化粉煤灰施工采用强制式搅拌机拌和 振捣棒振捣的工艺 不存在灰土回填的压实死角问题 4 施工密实度好 由于固化粉煤灰施工是采用浇筑混凝土一样的振捣工艺 采用 振捣棒拖振 结合平板振捣器振捣 以表面泛浆 不再下沉为度 密实度容易达 到最大 以减小台背填料本身的压缩 5 台背回填采用如下图示方式进行回填 图 1 结构物台背回填示意图 根据上图示意台背回填 由于采用轻质材料 台背填料形成的楔型块的自身重力 减小了对路基填土的侧压力 亦即减小了土体的压缩变形 减小结构物与台背的 开裂 减小对行车对路面的影响 6 采用灰土包边 图 2 台背回填灰土包边 由于固化粉煤灰强度相对结构物还是很低的 如果长期暴露在外 容易风化 以 及路基排水对边坡的冲刷 对成型后固化粉煤灰的质量不能得到保护 因此设计 采用灰土包边 5 固化粉煤灰现场施工优势 由于固化粉煤灰施工相比较石灰土回填现场施工工艺控制具有更强的可操作性 和可 控性 相对台背灰土回填 固化粉煤灰具有以下优势 1 施工配合比的控制 采用 350 型跌落式搅拌机 搅拌混合料 30 秒 送至施工现 场平铺 35cm 厚 再进行振捣 严格控制水灰比 含水量应控制在 35 40 以内 投料顺序为 粉煤灰 1 2 固化剂 粉煤灰 1 2 水应根据现场粉煤灰含水率的 大小分别控制 2 振捣工艺控制 拌合好的混合料 按已测好的控制桩进行摊铺 每层厚度应控制 在 40cm 以内 边铺边振捣 由于粉煤灰的特殊性能 不能采用点插式 只能采 用拖振 拖振时间距应控制在 30cm 以内 振捣后的表面应该是无松散 泛浆 平整上层施工时 应将搭接缝错开 搭接部位错开距离不小于 60cm 以其递增表 面误差控制在 20mm 以内 3 养护控制 粉煤灰填料浇筑结束后 应及时回填覆盖 如不能及时回填覆盖 应 采用地膜和草帘覆盖 设专人洒水养护 冬季施工时必须有可靠的防冻措施 遇 有冻块及时清除 当气温在 5 8 时停止施工 4 与路基同步施工控制 固化粉煤灰台背回填采用与路基同步施工 路基填筑一定 高度后 采用反开挖的方式进行开挖台阶 基坑修整后再进行固化粉煤灰施工 施工完成后再进行上一台阶的路基填筑 再反开挖进行施工 因此 施工周期短 填筑下一层之前具有一定的时间差 针对软土地基段落具有很好的排水固结周期 6 固化粉煤灰施工存在的问题与对策 由于固化粉煤灰施工在台背回填中的应用较少 工艺不是很成熟 现场施工过程控制 中容易出现质量隐患 针对搅拌机拌和 振捣成型施工工艺 还存在一定的问题 1 水灰比小造成振捣难度大 由于水灰比较小 现场按照设计水灰比施工时 搅拌 后呈团状 流动性差 振捣工艺不能很好的满足要求 因此需加长振捣时间 且 必须减小分层厚度 采用与平板振捣器结合振捣密实 2 与路基结合部位质量难以保证 图 3 路基结合部位 固化粉煤灰强度低 但是相对路基石灰土的强度要高 因此在结合部位存在刚度 差 固化粉煤灰每一台阶施工时与相邻路基的结合部位 在其上一台阶的路基上 土 翻晒 碾压施工时被破坏 且对结合部位的破坏具有可延展性 破坏一点后 就会大面积的破坏 直到压路机作用不到的部位 因此结合部位破坏后松散 碾 压过程中由于其含水量相对较小 对路基的压实度有一定的影响 因此因保证结 合部位的台阶水平 竖直 受力均匀 对压实机具进行作用深度试验 确保填土 厚度满足压实机具作用深度 3 基坑处理难度大 本标段所处段落 水网复杂 地下水位较高 且结构物设计底 标高由于总体填土高度的影响 标高较低 因此在进行结构物台背回填基坑反开 挖时 存在一定的处理难度 一方面由于前期路基填筑过程中容易忽视对其基地 的处理 且在路基填筑时 台背处低 长期积水 另一方面在反开挖后 大型的 机械不能进入基坑底作业 只有采用小型夯具对基坑底进行夯实 小型夯具难以 满足施工要求 甚至部分台背较低 地下水渗透严重 因此需采用回填填筑 40cm 后再进行固化粉煤灰施工 以保证固化粉煤灰能够整体沉降 4 灰土包边施工难度较大 根据施工图设计 外侧采用 1m 宽灰土包边 压实度同相 应层位路基 由于包边土宽度不能满足大型机具作业 因此只能采用小型夯实机 压实 且结合部位处理不好 在填土高度高的地段易形成滑裂面 因此固化粉煤 灰施工时也留置 1m 1m 台阶 确保压实包边土稳定 7 结束语 轻质固化粉煤灰具有振捣成型无需压实 自重轻 强度高等特性 可有效减少路堤与 桥台