片石流態(tài)水泥粉煤灰臺(tái)背回填施工工法

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-（2012）112-0156-02

隨著公路工程建設(shè)的飛速發(fā)展，尤其是高速公路建設(shè)在山嶺地區(qū)的快速發(fā)展，公路橋臺(tái)和涵洞（通道）施工后因?yàn)槠渑_(tái)背回填作業(yè)面狹窄，很難利用大型施工機(jī)械作業(yè)，臺(tái)背填土在施工過(guò)程中壓實(shí)不夠及工后繼續(xù)沉降過(guò)程中與橋涵構(gòu)筑物剛性砼本身出現(xiàn)的差異沉降，使車輛在通過(guò)時(shí)發(fā)生騰空跳躍現(xiàn)象（俗稱為“橋頭跳車”），因?yàn)樯綆X地區(qū)地勢(shì)復(fù)雜，且多以石質(zhì)地層為主，臺(tái)背回填施工很難達(dá)到應(yīng)用大型施工機(jī)械的作業(yè)面要求，故橋頭跳車病害較平原地區(qū)公路更加容易發(fā)生和難以預(yù)防。橋頭跳車不僅乘車舒適性不能得到保證，而且行車安全性也大大的降低。

粉煤灰是燃煤電廠排出的一種工業(yè)廢棄物，全國(guó)電廠每年排出的粉煤灰數(shù)量可觀，既占用了大量的土地資源，同時(shí)對(duì)環(huán)境也產(chǎn)生了很嚴(yán)重的污染。如采用合理、科學(xué)的技術(shù)手段將粉煤灰應(yīng)用于臺(tái)背回填，不僅能解決臺(tái)背填筑的技術(shù)問(wèn)題，將橋涵臺(tái)背處的不均勻沉降減小到最少，解決橋頭跳車問(wèn)題，提高行車舒適性與安全性，同時(shí)還可以減少占用耕地及對(duì)環(huán)境的污染。隨著近年來(lái)各行業(yè)對(duì)粉煤灰的開發(fā)利用，粉煤灰使用成本也逐漸提升，根據(jù)山區(qū)公路施工優(yōu)質(zhì)片石多、且易就近取材價(jià)格便宜的特點(diǎn)，在流態(tài)水泥粉煤灰臺(tái)背回填過(guò)程中參入一定比例的片石，既減少了純水泥粉煤灰回填施工的壓縮性和干縮性，同時(shí)也進(jìn)一步降低了臺(tái)背回填的造價(jià)。通過(guò)多年高速公路臺(tái)背回填施工工程實(shí)踐證明，此方法對(duì)預(yù)防和減少橋頭跳車有較好的效果。

1 工法特點(diǎn)

片石流態(tài)水泥粉煤灰臺(tái)背回填施工方法類似于片石混凝土施工工藝，流態(tài)水泥粉煤灰具有流動(dòng)性強(qiáng)、凝固后強(qiáng)度高的特點(diǎn)，用其回填基坑及橋涵臺(tái)背，可以將大型壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)不到和小型機(jī)械不易壓實(shí)的部位充分填充密實(shí)，從而解決這些部位用普通土做填料回填的沉降問(wèn)題。此方法有如下特點(diǎn)：

1）不要重新開挖大型壓實(shí)機(jī)械回填施工作業(yè)面。山嶺區(qū)公路橋涵橋臺(tái)大部分位于挖方段落，且石質(zhì)地質(zhì)情況較多。橋涵臺(tái)背施工完成以后，橋涵基坑及臺(tái)背處地勢(shì)一般比較陡峭，橋涵臺(tái)背基坑深度一般可達(dá)3 m-5 m，有的薄壁臺(tái)身臺(tái)背回填深度可達(dá)6 m-7 m，且空間比較狹窄。利用小型機(jī)械回填普通土，因?yàn)閴簩?shí)功小和施工人員素質(zhì)影響，壓實(shí)質(zhì)量沒(méi)有保障，利用大型機(jī)械回填壓實(shí)又不具備施工作業(yè)空間無(wú)法實(shí)施。如采用片石流態(tài)水泥粉煤灰澆注填筑工藝，只要先將基地虛土清除即可，無(wú)需再機(jī)械開挖甚至是爆破開挖大型機(jī)械填筑作業(yè)面。

2）施工機(jī)械簡(jiǎn)單。如果施工現(xiàn)場(chǎng)施工便道方便，可以將干粉煤灰及其他原材料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，用滾筒攪拌機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拌合配合溜槽施工即可；或者采取混凝土拌和機(jī)集中拌合后用混凝土罐車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)配合溜槽澆注施工。

3）粉煤灰非常普遍且價(jià)格便宜，質(zhì)量也容易控制，充填用片石可以就地取材。有燃煤發(fā)電廠的地方就有粉煤灰，粉煤灰作為一種工業(yè)廢棄物在全國(guó)分布比較廣泛，比較容易采購(gòu)，同時(shí)粉煤灰的質(zhì)量和燃燒的原煤質(zhì)量有直接的關(guān)系，所以一定地區(qū)范圍內(nèi)的粉煤灰質(zhì)量穩(wěn)定性較好，但是隨著各行業(yè)對(duì)粉煤灰的開發(fā)利用，粉煤灰的使用成本也逐漸升高，片石作為此施工方法中的充填材料，可以就近取材，大大降低了此方法的施工成本，提高了此工藝的推廣前景。

4）施工方法操作簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量容易保證。施工采用普通的砂漿攪拌機(jī)或混凝土拌和機(jī)攪拌，和普通混凝土拌合施工工藝一樣，只要按照配合比對(duì)原材料計(jì)量準(zhǔn)確即可保證質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)填筑施工只要先把基坑內(nèi)松散土石清除干凈即可，流態(tài)粉煤灰回填澆注過(guò)程中無(wú)需振搗，只需其自由充填即可密室整個(gè)基坑和臺(tái)背，充填片石施工采取分層拋填于未凝固的粉煤灰中即可，施工質(zhì)量很容易保證。

2 應(yīng)用范圍

此施工方法適用于公路橋涵臺(tái)背、基坑及擋土墻墻背、基坑的回填作業(yè)，尤其對(duì)于山嶺區(qū)石質(zhì)路段公路的臺(tái)背、墻背回填施工，可以充分利用其澆注靈活的特點(diǎn)，可以減少臺(tái)背、墻背基坑的開挖范圍，減少了臺(tái)背回填的施工范圍和臺(tái)背回填的工程量，從而降低了臺(tái)背回填的造價(jià)。

3 工藝原理

流態(tài)水泥粉煤灰具有早期流動(dòng)性好、施工方便和后期強(qiáng)度較高、滿足公路行車承載力要求的特點(diǎn)。水泥粉煤灰早期反應(yīng)主要是：水泥遇水后產(chǎn)生水解與水化反應(yīng)，生成硅酸鈣、鋁酸鈣晶體，這些晶體產(chǎn)生部分強(qiáng)度，粉煤灰中含有大量的SiO2、Al2O3等能反應(yīng)產(chǎn)生凝膠的活性物質(zhì)，它們?cè)诟稍锓勖夯抑惺且郧蛐尾Ａw的形式存在的，這種球形玻璃體比較穩(wěn)定，表面又相當(dāng)致密，不易水化，但當(dāng)水泥水化生成的氫氧化鈣，通過(guò)液相擴(kuò)散到粉煤灰球形玻璃體表面時(shí)，會(huì)發(fā)生化學(xué)吸附和侵蝕作用，生成水化硅酸鈣與水化鋁酸鈣，水化產(chǎn)物以凝膠體出現(xiàn)，隨著凝結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)，凝膠物轉(zhuǎn)化為纖維狀晶體，晶體相互交叉，形成連鎖結(jié)構(gòu)，填充混合物的孔隙，形成較高的強(qiáng)度。隨著粉煤灰活性的不斷調(diào)動(dòng)，使水泥粉煤灰不僅具有較高的早期強(qiáng)度，同時(shí)獲得較高的后期強(qiáng)度。

4 施工工藝及操作要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

1）對(duì)進(jìn)場(chǎng)的原材料進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可使用。

2）配合比設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。規(guī)范中建議的室內(nèi)配合比為：水泥：粉煤灰：水=（6-10）：（94-90）：（65-75），外加劑為水泥用量的1%-3%，試驗(yàn)室驗(yàn)證主要指標(biāo)為強(qiáng)度和流動(dòng)度，強(qiáng)度根據(jù)施工圖紙要求確定，如沒(méi)有要求則7天強(qiáng)度應(yīng)不低于0.4 Mpa，28天強(qiáng)度應(yīng)不低于0.6 Mpa，為便于施工流動(dòng)度應(yīng)控制在12 cm左右。

3）對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行全面檢查、調(diào)整，以保證設(shè)備處于良好狀態(tài)，應(yīng)有充分的備用電源和設(shè)備，確保施工連續(xù)進(jìn)行。

4）回填基坑的處理。人工清理基坑內(nèi)的廢渣和浮土，清理出基坑側(cè)面及基底的原狀態(tài)；根據(jù)分層填筑的高度，首先要在臺(tái)前、錐坡及橋涵側(cè)墻部位填筑包邊土；和路基搭接部位的處理，如果為土方路基，應(yīng)按照要求開挖出臺(tái)階，如果為石方路基，則要將邊坡上的松散石塊檢撬干凈并清除。

4.2 混合料的拌合

施工之前，試驗(yàn)人員要根據(jù)粉煤灰含水量的檢測(cè)結(jié)果，調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工配合比，施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制各種材料用量，配料數(shù)量允許偏差（各成分均以質(zhì)量計(jì)）為：水泥±0.5%，粉煤灰±3%，水、外加劑±2%，為保證外加劑在混合料中拌制均勻，外加劑使用前應(yīng)調(diào)成適當(dāng)稠度的溶液加入拌和機(jī)拌和，采用強(qiáng)制式拌和機(jī)拌合時(shí)，拌合時(shí)間不小于2 min，如用自落式拌和機(jī)拌合要適當(dāng)延長(zhǎng)拌合時(shí)間。

4.3 混合料的運(yùn)輸

根據(jù)施工方法不同，在施工現(xiàn)場(chǎng)拌和時(shí)，可將拌合好的混合料直接經(jīng)流槽注人回填基坑；當(dāng)采用拌合站集中拌和時(shí)，采用混凝土運(yùn)輸車運(yùn)輸，要求在混合料初凝至前完成運(yùn)輸和澆筑。

4.4 混合料的澆筑

流態(tài)水泥粉煤灰澆筑時(shí)，傾斜落差高度不宜大于2 m，高差較大時(shí)要設(shè)置溜槽。要按一定厚度、順序和方向分層澆筑，每澆筑完一層流態(tài)粉煤灰，用刮板進(jìn)行整平（也可以移動(dòng)溜槽的位置通過(guò)變化下料位置的控制），然后人工由一端向另一端水平拋填片石，并附以鐵鈀和撬棍將片石擺放穩(wěn)定，拋填片石以露出粉煤灰澆筑面1/3為宜，然后再進(jìn)行水平澆筑上層粉煤灰和拋填片石施工，每次澆筑的粉煤灰厚度以30 cm為宜，上層混合料要在下層混合料初凝之前澆筑完成，連續(xù)澆筑至搭板底45 cm。

4.5 混合料的養(yǎng)生

澆筑完成后，應(yīng)在表層結(jié)硬后灌注適量水進(jìn)行養(yǎng)生，或?yàn)⑺蟾采w塑料膜養(yǎng)生，也可覆蓋10 cm厚的粘性土并澆水養(yǎng)生，養(yǎng)生時(shí)間不少7 d。養(yǎng)生期間禁止車輛、行人通過(guò)。

4.6 頂面封層施工

為了減少后期降雨及地表滲水對(duì)粉煤灰填料的水毀影響，粉煤灰臺(tái)背填料的頂面在養(yǎng)生完畢后應(yīng)進(jìn)行封層施工處理，頂層封層材料一般采用8%的石灰土，壓實(shí)度不小于98%。

4.7 施工質(zhì)量效果檢查

為了檢驗(yàn)該施工工藝的使用效果，對(duì)臺(tái)背回填范圍進(jìn)行了沉降觀測(cè)，水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在不受垂直和水平方向變形影響的橋臺(tái)背墻上，觀測(cè)點(diǎn)位于臺(tái)背一側(cè)，在粉煤灰回填施工過(guò)程中預(yù)埋φ30鋼筋作為觀測(cè)點(diǎn)，待粉煤灰凝固后進(jìn)行第一次觀測(cè)，接下來(lái)第一個(gè)月每7 d觀測(cè)一次，第二個(gè)月至第三個(gè)月每15 d觀測(cè)一次，從第四個(gè)月起每一個(gè)月觀測(cè)一次，連續(xù)三個(gè)次觀測(cè)的沉降量平均不超過(guò)

5 mm時(shí)，可認(rèn)為沉降穩(wěn)定。

5 材料與設(shè)備

5.1 水泥

水泥應(yīng)采用強(qiáng)度大于32.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)指標(biāo)滿足試驗(yàn)規(guī)程要求。

5.2 粉煤灰

粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3等化合物的有效含量應(yīng)大于70%，粉煤灰的燒失量應(yīng)小于20%，結(jié)塊的粉煤灰應(yīng)打碎、過(guò)篩。

5.3 外加劑

外加劑應(yīng)能夠激發(fā)粉煤灰早期活性，具有早強(qiáng)、增稠和減水作用，一般采用高效減水劑即可。

5.4 片石

片石強(qiáng)度應(yīng)不小于30 Mpa，表面應(yīng)潔凈，不得有影響片石和水泥粉煤灰粘接的風(fēng)化層、污垢及水銹，為便于人工分層拋填施工，尺寸以30 cm左右為宜。

5.5 施工機(jī)械

1）機(jī)械組合一：滾筒攪拌機(jī)+人工小推車+混合料溜槽；

2）機(jī)械組合二：混凝土拌和機(jī)+混凝土運(yùn)輸罐車+混合料溜槽。

6 質(zhì)量控制

流態(tài)水泥粉煤灰質(zhì)量控制和驗(yàn)收的指標(biāo)主要是28天抗壓強(qiáng)度不小于0.6 Mpa；施工完成后沉降觀測(cè)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間小于180天；頂面高程滿足搭板底面設(shè)計(jì)要求；頂面封層灰劑量及壓實(shí)度滿足要求；臺(tái)背回填寬度滿足路基設(shè)計(jì)寬度。

7 安全措施

1）應(yīng)遵照中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求組織施工。

2）施工現(xiàn)場(chǎng)要設(shè)置專職安全員，監(jiān)督檢查糾正違反操作規(guī)程的行為。

3）在基坑邊坡處設(shè)置安全警示標(biāo)志和安全欄桿，防止邊坡墜落事故發(fā)生。

4）施工過(guò)程中加強(qiáng)基坑邊坡穩(wěn)定性觀測(cè)，預(yù)防邊坡坍塌事故發(fā)生。

5）施工人員進(jìn)行干燥粉煤灰拌合時(shí)應(yīng)佩戴防塵口罩，避免粉煤灰吸入體內(nèi)。

8 環(huán)保措施

1）干燥粉煤灰應(yīng)采取噴水等措施進(jìn)行降塵，防止污染空氣環(huán)境，影響周邊村民正常生活及勞作。

2）大風(fēng)天氣不宜進(jìn)行粉煤灰的拌合施工。

3）粉煤灰在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)采用專門的顆粒物運(yùn)輸車輛進(jìn)行，如采用箱式貨車運(yùn)輸時(shí)必須進(jìn)行覆蓋。

9 效益分析

采用片石流態(tài)水泥粉煤灰施工工藝進(jìn)行臺(tái)背回填，比傳統(tǒng)的機(jī)械壓實(shí)施工工藝在預(yù)防橋頭跳車方面有了明顯的提高，傳統(tǒng)機(jī)械壓實(shí)施工工藝由于受填筑作業(yè)面大小、施工機(jī)械壓實(shí)功、填筑材料的可壓實(shí)性能以及施工人員責(zé)任心等諸多因素的影響，橋臺(tái)后期的差異沉降不可避免，而采用流態(tài)粉煤灰施工工藝從工藝方面保證了臺(tái)背填筑的密實(shí)性，通過(guò)參加水泥、充填片石等措施保證了填筑材料的強(qiáng)度及壓縮性滿足了行車所需的承載力要求，基本消除了臺(tái)背處的差異沉降。同時(shí)此工藝在經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益方面有如下優(yōu)勢(shì)：

1）此工藝采用的是燃煤電廠的工業(yè)廢棄物，減少了廢棄物存放占用耕地，減少了空氣的顆粒物污染源，減少了工業(yè)廢棄物處理的費(fèi)用，有著顯著的社會(huì)效益。

2）此工藝添加使用了一定比例的片石，片石是一種可以因地制宜、就近取材的廉價(jià)建筑材料，大大降低了臺(tái)背回填的工程造價(jià)。

3）目前有的工程嘗試采用漿砌片石施工工藝回填橋涵臺(tái)背，而水泥粉煤灰回填臺(tái)背施工工藝較前者具有節(jié)約水泥工業(yè)原料、降低工程造價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。

4）此施工方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，參與施工的人員和設(shè)備簡(jiǎn)單且數(shù)量少，施工質(zhì)量和施工安全均有很好的保障。

10 應(yīng)用實(shí)例

1）河北保（保定）阜（阜平）高速公路，為山嶺區(qū)高速公路，橋涵比例高達(dá)48%，臺(tái)背回填工作量大，臺(tái)背回填施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到路面施工質(zhì)量的好壞和行車舒適性、安全性，此項(xiàng)目采用了片石流態(tài)水泥粉煤灰進(jìn)行臺(tái)背回填工藝，經(jīng)施工期沉降觀測(cè)及運(yùn)營(yíng)期觀察效果較好。附現(xiàn)場(chǎng)施工圖：

2）山西忻（忻州）保（保德）高速公路，為山嶺區(qū)高速公路，橋隧比例39%，臺(tái)背回填數(shù)量多，此項(xiàng)目采用了片石流態(tài)水泥粉煤灰進(jìn)行臺(tái)背回填工藝，經(jīng)沉降觀測(cè)效果較好。