沈 正，董 祥，宗 蘭

(南京工程學院 建筑工程學院，南京 211167)

在公路與城市道路工程中，橋頭跳車問題一直是一個未得到完全解決的難題[1-3]。臺背填土與橋梁結構的沉降不均是導致橋頭跳車的主要原因。受施工條件限制，臺背處填土壓實質量很難保證，在自重作用下易發(fā)生固結變形，回填土下的地基也因回填土重的持續(xù)作用而發(fā)生沉降。因此，導致了臺背后不均勻沉降而引發(fā)橋頭跳車現象。

如何減小臺背填土的變形與地基的沉降是解決橋頭跳車的關鍵[4-8]。我國粉煤灰資源較為豐富，而且質量輕，用粉煤灰回填臺背可大大降低路堤下地基的附加荷載，有利于減少地基沉降及路堤對橋臺的側壓力。但由于粉煤灰存在著強度不穩(wěn)定、橋頭施工不易壓實的弱點，限制了粉煤灰在橋頭臺背回填的應用。將粉煤灰添加一定劑量的固化劑，經壓實后，通過其對粉煤灰產生的物理化學作用，使粉煤灰具有較高的強度與整體性，從而也提高了其水穩(wěn)定性。本文對固化劑JNS-1固化粉煤灰在臺背回填中的應用進行了大量的室內試驗研究，最后通過工程實例對其應用效果進行了分析。

1 原材料的性質

試驗用固化劑JNS-1為鎮(zhèn)江市三新建設科技生產的粉煤灰固化劑，它是一種粉煤灰增強膠結材料。由增強劑、I級粉煤灰、MFA激發(fā)劑等材料組成，經過球磨工藝深加工，充分激發(fā)其活性的材料。固化劑的主要技術指標見表1，粉煤灰的基本性質見表2。從表2可以看出，試驗所用粉煤灰活性較高，屬于低鈣粉煤灰。

表1 固化劑JNS-1化學成分分析 %

表2 粉煤灰的基本性質 %

2 JNS-1固化粉煤灰工程性質

2.1 擊實特性

按照《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTG E51—2009)[9]中有關規(guī)定進行了重型擊實標準試驗，以確定混合料的最大干密度和最佳含水量，結果見表3。

由表3可見，JNS-1固化粉煤灰最大干密度不到1.22 g/cm3，而黏土、砂土最大干密度大約為 1.6～1.8 g/cm3，礫石土為1.9 g/cm3左右?？梢奐NS-1固化粉煤灰的最大干密度約為同等密實度砂土、黏性土的2/3，即用粉煤灰混合料填筑路堤比一般素土路堤使地基產生的附加應力小1/3左右，地基沉降當相應減小。

2.2 強度特性

根據表3試驗結果，按95%壓實度制備試件，成型后放置養(yǎng)生室常溫濕氣養(yǎng)生至7 d、14 d、28 d，測試其無側限抗壓強度，結果列于圖1。由圖1可見，在粉煤灰中摻入6% ～12%固化劑，28 d強度都在1.0 MPa以上，已基本硬化，不會發(fā)生固結收縮。因此無需像填土那樣要有足夠長的時間完成自身的再固結，能承受自身荷載和上部汽車荷載的作用。

表3 重型擊實試驗結果

圖1 JNS-1固化粉煤灰抗壓強度

2.3 水穩(wěn)性

由于雨水可能沿橋臺伸縮縫處滲入臺背路堤，造成臺背路堤沖刷破壞。因此，作為臺背回填料，必須對其水穩(wěn)性進行檢驗。水穩(wěn)性以水穩(wěn)系數表示，水穩(wěn)系數=飽水抗壓強度/不浸水抗壓強度。各齡期水穩(wěn)系數試驗結果見圖2。

由圖2中可知，JNS-1固化粉煤灰的水穩(wěn)性都比較好，這是因為JNS-1固化粉煤灰復合材料屬水硬性材料，這表明在過濕條件下，用固化粉煤灰回填臺背路堤，具有十分優(yōu)良的水穩(wěn)性。

2.4 抗凍性

圖2 各齡期水穩(wěn)系數試驗結果

由于地下水隨水位上升或毛細作用上升滲入臺背路堤，以及雨水可能沿橋臺伸縮縫處滲入臺背路堤，在自然條件下產生的凍融循環(huán)反復作用會使臺背回填材料強度逐漸降低。并會產生薄弱面，甚至在薄弱面產生開裂等破壞。因此，作為臺背回填料，必須對其抗凍性進行檢驗?？箖鲂阅茉囼灧椒▍⒄栈炷量箖鲂阅茉囼瀃10]。試件養(yǎng)生期為28 d，循環(huán)時在 －10℃ ±1℃的冰箱凍4 h后，將試件取出置入恒溫室內融化，融化溫度為(20±2)℃，融化時間為12 h，待完全融化后再次安裝試樣進行凍結，重復進行上述試驗操作，本試驗凍融循環(huán)次數為20次。JNS-1固化粉煤灰復合材料抗凍性能試驗結果見圖3。

圖3 JNS-1固化粉煤灰凍融循環(huán)試驗結果

由圖3可知，隨著固化劑含量的增加，JNS-1固化粉煤灰強度損失逐步降低，抗凍性能逐步增強。觀察試驗過程中試件的變化情況，經過20次凍融循環(huán)試驗后，固化劑摻量6%以上試件狀態(tài)較完好，只有個別試件柱身表面出現不明顯橫向裂紋。進行第2次飽水后，試件的外表面及邊緣脫落現象也很輕微。固化劑摻量6%以上試件強度損失 <13%，凍穩(wěn)定系數>87%，抗凍效果十分明顯。因此宜采用較高劑量JNS-1固化劑的固化粉煤灰作為臺背回填材料。

2.5 不同壓實度下的強度特性

該項目研究目的在于，了解粉煤灰混合料在較低壓實度下的強度特點，以判定是否滿足技術要求，進而提出合理的壓實度標準或者混合料配比。試驗結果見圖4。

圖4 不同壓實度下JNS-1固化粉煤灰抗壓強度

由圖4可以看出，JNS-1固化粉煤灰的強度隨壓實度增大而顯著提高。由于越靠近結構物，受施工條件限制，壓實越困難，因此宜采用高劑量JNS-1固化劑的固化粉煤灰材料。

2.6 壓實特性

臺背回填由于受施工條件或工藝順序的限制，橋頭部位的壓實度往往達不到要求。為證實JNS-1固化粉煤灰材料的壓實特性，研究中采用1.5 kW平板振動器以及蛙夯對JNS-1固化粉煤灰的壓實性進行了檢測。試驗結果列于表4。

表4 JNS-1固化粉煤灰的壓實特性試驗 %

由試驗結果可以看出，JNS-1固化粉煤灰隨振動時間增加而逐漸趨于密實。受壓實設備功能的影響，當壓實度達到92%～95%左右時，繼續(xù)振動對壓實度提高已不顯著。進而說明，在小型壓實設備作用2 min后，JNS-1固化粉煤灰混合料93%的壓實度也是容易達到的。因此，結合表4提出用于臺背回填的二灰壓實度不宜低于93%。

2.7 無側限抗壓回彈模量

根據 JNS-1固化粉煤灰壓實特性試驗，分別按90%、93%和95%成型10 cm×10 cm固化粉煤灰抗壓回彈模量試件，試驗方法為規(guī)范(JTG E51—2009)中的頂面法。養(yǎng)生時間為28 d，試驗結果見圖5。

圖5 不同壓實度下JNS-1固化粉煤灰28 d抗壓回彈模量

由圖5可知，固化粉煤灰的回彈模量遠大于砂土、黏土和砂礫土的回彈模量。具有較好的板體性和荷載擴散能力，避免地基在路堤填土荷載作用下發(fā)生不均勻沉降。另外，試驗結果還表明固化粉煤灰的回彈模量及其水穩(wěn)性隨壓實度增大而顯著提高，在試驗范圍內略呈直線相關。

同時由圖5可以看出，摻9% ～12%的JNS-1固化劑的粉煤灰混合料在90%壓實度時，28 d強度達到1.29 MPa以上，模量達209 MPa以上;93%壓實度時，28 d強度可達到1.54 MPa，模量達255 MPa以上。由此可見，摻9% ～12%JNS-1固化劑的粉煤灰混合料完全能滿足承載能力的要求。

3 工程應用

JNS-1固化粉煤灰工程施工類似于灰土施工，其工藝簡單，工作量不大時可采用混凝土攪拌機進行拌合，工作量較大時可采用攪拌臺集中攪拌。拌合均勻后，根據工程施工要求進行分層鋪攤壓實，在靠近臺背及耳墻處的死角，可采用小型平板振動器或蛙夯振壓、成型、養(yǎng)護。本文通過一個工程實例，對JNS-1固化粉煤灰混合料在臺背回填中的應用效果進行分析。

1)工程概況 鎮(zhèn)江市長江路二期工程——平政橋橋頭臺背回填。該工程共有五部分組成，分別標為1#、2#、3#、4#、5#承臺。工程總方量約為5 500 m3。工程設計強度為F7d≥0.4 MPa。施工配合比如下:固化劑∶粉煤灰 =9∶100。

2)施工工藝 ①施工準備:施工前將作業(yè)面的淤泥、松散土、雜物全部清除，另外坑邊緣松散土及雜物也一并清除，以防在施工中，松散土和雜物混入粉煤灰影響質量。②混合料攪拌:現場用強制式攪拌機拌合。根據配合比計算出每盤料的原材料，按照粉煤灰—固化劑—加水—粉煤灰的順序進行。上料完畢后攪拌時間在60 s以上，以保證各種材料拌合均勻，顏色一致。③現場壓實:現場壓實同灰土壓實方法。④養(yǎng)護:壓實或振動成型后的JNS-1固化粉煤灰混合料，應在潮濕狀態(tài)下養(yǎng)生。養(yǎng)生期長短應根據環(huán)境溫度來確定，當環(huán)境溫度在5℃ ～20℃時，養(yǎng)生期不得少于7 d;當環(huán)境溫度在20℃以上時，每天應灑水不得少于2次且養(yǎng)生期不得少于3 d。

圖6是從承臺試壓報告中任意抽取一組的實測結果，表5為彎沉和沉降實測值。

圖6 臺背回填JNS-1固化粉煤灰抗壓強度結果

表5 JNS-1固化粉煤灰橋臺回填應用實測結果

在工程結束后，進行彎沉測量，結果表明，彎沉值很小，儀表不能顯示，幾乎為零讀數。而普通的10%灰土實測彎沉值一般在30～60 mm之間，其剛性遠遠低于JNS-1固化粉煤灰。

4 結論

1)JNS-1固化粉煤灰剛度大，板體性好，具有良好的荷載擴散能力。同時，JNS-1固化粉煤灰干密度小，只有黏土或砂性土的70%左右和礫石土的60%左右。因此，作為臺背回填材料可以大大減輕對地基的荷載作用，達到減小地基沉降的目的。

2)JNS-1固化粉煤灰具有振動易密實性，便于施工，對于壓路機難以正常碾壓的臺背特別有利。在靠近臺背及耳墻處的死角，可采用小型平板振動器或蛙夯振壓，即可達到足夠的壓實度。因此，JNS-1固化粉煤灰填料解決了普通填料在臺背回填處難以壓實的問題，方便了施工。

3)試驗結果可知，JNS-1固化粉煤灰混合料28 d強度在1.00 MPa以上，模量達到310 MPa以上，已基本硬化不會發(fā)生固結收縮。因此，無需像填土那樣需要足夠的壓實度和有足夠長的時間完成自身的再固結，極大地提高了施工效率。

4)現場應用實測結果表明，JNS-1固化粉煤灰材料回填臺背具有后期強度高、穩(wěn)定性好、沉降小的優(yōu)點，是臺背回填的良好材料。

綜上所述，JNS-1粉煤灰具有質輕、良好的壓實性、強度高和剛度大等工程特性，非常適合在公路構造物臺背回填中應用，具有廣闊的應用前景。

[1]梁輝，王明.高速公路橋頭跳車原因與防治[J].路基工程，2008(6):193-194.

[2]周建普，李小川.某高速公路橋頭路基跳車原因分析[J].鐵道建筑，2008(5):81-84.

[3]張文.橋頭跳車原因分析及防治對策[J].路基工程，2007(3):163-164.

[4]趙興祥，楊麗君.上海軟土地基路橋過渡段沉降分析及治理方法研究[J].蘭州交通大學學報，2002，27(6):37-40.

[5]黃瑞強.復合地基在解決橋頭跳車問題中的應用[J].中外公路，2007，27(4)，188-190.

[6]沈正，黃曉明.軟土地基橋臺后回填固化粉煤灰工后沉降與差異沉降分析[J].公路交通科技，2007(6):53-56.

[7]傅珍，王選倉，李宏志，等.EPS在安新高速公路改擴建工程橋頭臺背中的應用[J].公路，2008(6):92-94.

[8]蔣應軍，李明杰，陳忠達.石灰粉煤灰在臺背回填中的應用研究[J].公路交通科技，2005，22(4):41-43.

[9]中華人民共和國交通部.JTG E51—2009 公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].北京:人民交通出版社，2010.

[10]中華人民共和國水利部.SL18—2004 渠道防滲工程技術規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社，2005.