張海林

（山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與臺(tái)背回填沉降基于不同的原理，在車輛荷載作用下易產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，從而導(dǎo)致路橋過(guò)渡段會(huì)出現(xiàn)橋頭跳車的現(xiàn)象[1]。因橋頭跳車造成的維護(hù)與事故對(duì)經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失，因此對(duì)于該現(xiàn)象宜采取有效的預(yù)防措施[2-4]。

我國(guó)電力以火力發(fā)電為主，粉煤灰資源極其豐富，具有活性且質(zhì)輕，作為填料使用可減少對(duì)地基的附加應(yīng)力。而粉煤灰本身強(qiáng)度低，遇水難以成型且不易壓實(shí)，通常以水泥為固化劑摻入其中，改善其工程性質(zhì)后使用[5]。道路工作者對(duì)于固化粉煤灰作為臺(tái)背的回填料進(jìn)行了相關(guān)研究。傅國(guó)才等通過(guò)固化粉煤灰的配合比設(shè)計(jì)與實(shí)際工程應(yīng)用，認(rèn)為固化粉煤灰可應(yīng)用在臺(tái)背、管涵與擋土墻的回填[6]。成高勇驗(yàn)證了固化粉煤灰的力學(xué)特性并通過(guò)試驗(yàn)段驗(yàn)證了其推廣使用的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益[7]。王照宇構(gòu)建了路橋過(guò)渡段的有限元模型，模擬了臺(tái)背回填固化粉煤灰后在車輛動(dòng)荷載作用下的沉降，發(fā)現(xiàn)采用固化粉煤灰可有效降低伸縮縫兩側(cè)的沉降差異[8]。費(fèi)汝勇等依托實(shí)際工程發(fā)現(xiàn)固化粉煤灰在舊橋維護(hù)中有著良好的應(yīng)用效果與前景[9]。鑒于此選取一種固化劑依據(jù)當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)對(duì)固化粉煤灰的工程性質(zhì)進(jìn)行研究，并提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1 原材料與回填方案

1.1 原材料

粉煤灰取自工程所在地臨近某火力發(fā)電廠，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。固化劑采用鎮(zhèn)江建科集團(tuán)生產(chǎn)，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2、參考文獻(xiàn)[10]。

表1 粉煤灰的技術(shù)指標(biāo) %

表2 固化劑的技術(shù)指標(biāo)

1.2 臺(tái)背回填分析

相比于常規(guī)臺(tái)背填料，固化粉煤灰在最佳含水率下的密度通常約為1 450 kg/m3，與水泥穩(wěn)定碎石相比，粉煤灰中富含SiO2與Al2O3，在固化劑的作用下會(huì)反應(yīng)生成硅酸反應(yīng)物，凝結(jié)固化時(shí)間大于水泥的初凝時(shí)間，且凝結(jié)后強(qiáng)度高，具有較好的抗彎拉性能，與石灰土相比，固化粉煤灰成型后能達(dá)到前者的數(shù)倍。鑒于固化粉煤灰的優(yōu)點(diǎn)，需要進(jìn)一步對(duì)其工程性質(zhì)進(jìn)行研究。

2 固化粉煤灰的工程性質(zhì)

2.1 擊實(shí)特性

固化劑摻量參考規(guī)范取5%～9%，依據(jù)無(wú)機(jī)結(jié)合料試驗(yàn)規(guī)程中的重型擊實(shí)試驗(yàn)方法確定固化粉煤灰的最大干密度與最佳含水率，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同固化劑含量下的重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，固化粉煤灰的最大干密度不超過(guò)1.23 kg/m3，常用的填筑材料如黏土、砂土或礫石則約在1.7 kg/m3。在相同的碾壓條件下，固化粉煤灰的密度約為常規(guī)填筑材料的72%，對(duì)地基至少可減少25%的附加應(yīng)力，從而產(chǎn)生的沉降更小。規(guī)范中最大干密度宜為1.18～1.216 kg/m3，最佳含水率宜為25%～28%，根據(jù)測(cè)試結(jié)果固化劑含量宜取7%～8%。

2.2 強(qiáng)度與水穩(wěn)定性

評(píng)價(jià)固化粉煤灰的強(qiáng)度成型100 mm×100 mm×100 mm的立方體試塊，以95%的壓實(shí)度進(jìn)行制備，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下分別養(yǎng)護(hù)7 d、14 d、28 d。水分會(huì)沿著橋臺(tái)搭板與伸縮縫的縫隙進(jìn)入臺(tái)背回填范圍內(nèi)，從而造成沖刷破壞，因此作為臺(tái)背回填材料需要具備一定的水穩(wěn)定性。水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用固化粉煤灰立方體的飽水抗壓強(qiáng)度與不飽水抗壓強(qiáng)度之比進(jìn)行比較，不同齡期下的水穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同固化劑含量與不同齡期下的水穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

由表4可知，在95%的壓實(shí)度時(shí)，不同的固化劑摻量下，28 d的抗壓強(qiáng)度均不低于2.0 MPa，在同等齡期下已高于石灰土，且無(wú)需較長(zhǎng)的時(shí)間固結(jié)后再形成板體性，利于縮短工期、早日開放交通。不同齡期下、不同固化劑摻量下固化粉煤灰的水穩(wěn)定系數(shù)均不小于0.8，水穩(wěn)定性優(yōu)于石灰土與二灰填料。因固化劑的摻入，整體屬于水硬性材料，即使在極端條件下有水分滲入回填范圍也不會(huì)發(fā)生沖刷現(xiàn)象。

2.3 碾壓特性

臺(tái)背由于橋臺(tái)背墻以及耳墻的限制，壓實(shí)度通常難以達(dá)到要求，為驗(yàn)證固化粉煤灰的壓實(shí)特性，采用平板振動(dòng)器對(duì)固化粉煤灰的壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同固化劑含量與工作時(shí)間下的壓實(shí)度

由表5可知，壓實(shí)度隨著振動(dòng)器工作時(shí)間的增加而增加，增幅則逐漸趨緩，說(shuō)明采用小型夯實(shí)設(shè)備工作120 s易于達(dá)到93%的壓實(shí)度，因此在橋臺(tái)背墻與耳墻一側(cè)宜取93%的壓實(shí)度進(jìn)行控制。

2.4 板體性

根據(jù)以上固化粉煤灰的碾壓特性，以93%的壓實(shí)度成型試件，養(yǎng)護(hù)28 d測(cè)試其抗壓回彈模量，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同固化劑含量下的抗壓回彈模量

由表6可知，固化粉煤灰的抗壓回彈模量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)臺(tái)背回填材料，具有良好的板體性，在荷載作用下不易發(fā)生不均勻沉降。

3 臺(tái)背填筑質(zhì)量控制要點(diǎn)

a）配合比控制 原材料宜在標(biāo)定后使用，先在部分粉煤灰中摻入固化劑而后加入水，坍落度控制在40～80 mm。

b）為防止污染宜采用集中廠拌形式，拌和不宜少于60 s，以拌和均勻、色澤均一為準(zhǔn)。

c）施工時(shí)應(yīng)分層填筑，每層厚度不宜超過(guò)300 mm，頂層不宜超過(guò)200 mm；在橋臺(tái)背墻與耳墻一側(cè)采用小型機(jī)械進(jìn)行人工夯實(shí)，作業(yè)保證連續(xù)。

d）夏季施工時(shí)應(yīng)撒水保濕，避免表層開裂。冬季施工時(shí)應(yīng)采取覆蓋措施。

e）每臺(tái)班宜在現(xiàn)場(chǎng)取樣制作立方體試塊，制作方法同水泥混凝土試塊，每200 m3留置不應(yīng)少于4組試塊，其中2組在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，2組作為同條件養(yǎng)護(hù)，溫度宜在15℃～30℃，濕度宜在50%～70%。

4 結(jié)語(yǔ)

a）在相同的碾壓條件下，固化粉煤灰的密度約為常規(guī)填筑材料的72%，對(duì)地基至少可減少25%的附加應(yīng)力，從而產(chǎn)生的沉降更小。

b）在95%的壓實(shí)度、不同的固化劑摻量下，28 d的抗壓強(qiáng)度均不低于2.0 MPa，利于縮短工期、早日開放交通。不同齡期下、不同固化劑摻量下固化粉煤灰的水穩(wěn)定系數(shù)均不小于0.8，水穩(wěn)定性優(yōu)于石灰土與二灰填料。

c）固化粉煤灰的抗壓回彈模量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)臺(tái)背回填材料，具有良好的板體性，在荷載作用下不易發(fā)生不均勻沉降。

d）綜上所述，固化劑摻量宜取7%～8%，提出了固化粉煤灰填筑臺(tái)背的質(zhì)量控制要點(diǎn)。