简论高流态粉煤灰回填路基三背施工工艺及控制方法

摘要:高流态粉煤灰混合料流动度大,施工方便,不用碾压,尤其适合施工作业面狭窄,大型机械无法作业的路基三背回填工程。本文主要探讨其施工工艺及质量控制,对相关施工提供参考。 论文 联盟

关键词:高流态粉煤灰;回填路基;质量控制

1前言

对于公路桥台和涵洞(通道),其病害主要体现为公路路面施工完成后桥涵构筑物本身与台背填土在继续沉降过程中出现的差异沉降使车辆通过时发生的腾空跳跃现象(俗称为“桥头跳车”)。桥头跳车现象在高等级公路中危害极大,高速行驶的车辆跳跃时不仅乘车舒适性不能得到保证,而且行车安全性大大降低。

粉煤灰是燃煤电厂排出的一种工业废弃物,全国电厂每年排出的粉煤灰约1.2~1.5亿t,各大城市电厂中均有很大的储量,占用了大量的土地资源。采用合理、科学的技术手段,经过改性和拌和技术将这些粉煤灰利用起来,不仅能解决路基三背填筑技术问题,将桥台台背处不均匀沉降减小到最低限度,解决桥头跳车问题,提高行车舒适性与安全性,并使处理桥头跳车病害的效果～成本比达到最大,降低桥头跳车的养护管理费用。还可以减少工业废料的堆放占地面积及对环境的污染,减少路堤填筑的取土毁地面积,有利于环保。因此,本文(以高流态粉煤灰回填路基三背)的研究具有很大的经济效益和社会效益。

2高流态粉煤灰回填路基三背施工工艺及质量控制

2.1高流态粉煤灰回填路基三背技术方案

高流态粉煤灰混合料回填路基三背施工工艺流程(图1):

①施工准备。

1)对进场的原材料严格把关,做到分批分量进行抽测;

2)对所需施工机械进行检修、调试,保证能够连续作业;

施工前应对施工设备进行全面检查、调整,以保证设备处于良好状态、应有充分的电源和设备,确保施工连续进行。

高流态粉煤灰混合料施工工艺主要有三种:

a、在回填现场采用滚筒式拌和机直接拌和,然后通过自制的流槽回填。

b、采用混凝土拌和楼拌和,罐车运输浇灌。

c、对回填量较大的工地可修建搅拌池,经过多级搅拌后回填。

通过调查比较,可以看出,第二种工艺计量准确,拌和均匀,强度较高;第一种工艺比较简单,适合于工程量较小的施工;第三种工艺搅拌均匀,适合于工程量较大,没有混凝土拌和楼的情况。施工中可以根据现场情况进行选择。

本工程施工机械可采用如下搭配:2台或2台以上滚筒式搅拌机+4台人工小推车+2副流槽或1台大型强制式搅拌机+2台砼运输车+2副流槽。

3)明确人员分工,做到各司其职;

4)现场准备,包括基坑清理和台阶开挖。

当采用流态粉煤灰进行台背及挡墙内侧基坑回填时,回填的范围应按图纸设计中所要求的控制。

首先用人工清理开挖基坑内的废渣和浮土,清理出基坑侧面及基底的硬土,并用小型夯实机具(气夯)将基底夯实,压实度达到91%。

有必要时,先按路基填筑要求自原地面填筑包边土、台前及锥坡至设计标高。包边、台前及锥坡填筑砂砾每20cm检测1点压实度,压实度标准为96%。

考虑到台背回填需要在与路基的搭接部位开挖台阶,现场控制开挖不小于1m宽的台阶。由于本工程项目大型构造物较多,台背填方高,如果路基填筑到顶后再开挖台阶,土方数量太多,人工清理量太大,土方外运量大,不利于施工。针对现场的具体情况,采用分台阶浇筑流态粉煤灰的方法,即在浇筑完基坑后,路基每填筑1—2 m,就开挖台阶,人工清理干净,将土重新利用于路基,然后浇筑高流态粉煤灰。

②混合料拌和。

对混合料拌和工艺的要求如下:

1)要在拌和场地标识正确的配合比设计。各种衡器均要保证计量准确;

2)用强制式搅拌机进行混合料的拌和,时间不小于3min,浆体流动度控制在22cm范围之内;

3)根据材料(粉煤灰)含水量的检测结果,严格控制各种材料用量,如使用连续式拌和设备施工时,应通过拌和设备测试,确定各种原材料的传输速度,严格控制其比例关系,防止失调,外加水量以混合料能够流动为原则,不宜过大或过小,配料数量允许偏差(各成分均以质量计)为:水泥±0.5%、粉煤灰±3%、水、外加剂±2%;

4)外加剂使用前需调成适当稠度的溶液加入拌和机拌和;

5)每天在开工后一小时及收工前一小时取成品混合料做试件检测抗压强度。

③混合料的运输。

1)现场拌和时可将混合料直接顺导流槽倒人基坑;

2)集中拌和时采用混凝土运输车运输,一定要在混合料初凝时间前送达现场,且保证连续供应、不离析。

④混合料的浇筑。

1)模板检查:模板支设要牢固,接缝要填塞密实,防止跑模、漏浆,污染环境。

2)混合料倾斜高度不宜大于2m,高差较大时要设置导流槽;

3)混合料应按一定厚度、顺序和方向分层浇筑,层与层之间的连接在初凝之前完成。

4)当基坑中高流态粉煤灰混合料有明显的离析时,用铁耙等工具进行搅拌。

5)当为高流态粉煤灰回填基坑时,浇筑完毕后对基坑中高流态粉煤灰混合料用刮板进行整平,浇筑高度为距离原地面20cm时停止施工。

6)当为高流态粉煤灰台背回填时,应先做包边土,厚度稍高于每次流态粉煤灰的浇筑厚度,宽度不小于1m,并用夯夯实达到规定的压实度,内侧切成立面,填至搭板以下45 cm时停止施工。

7)当气温低于5℃时不宜进行高流态粉煤灰施工。

⑤养护。

混合料浇筑完成后,应在表层结硬后灌注适量水进行养生,或洒水后覆盖塑料膜养生,亦可覆土养生,养生7d。养生期间禁止车辆、行人通过。

⑥封层。

养生完毕后应对基坑或台背进行封层处理。基坑封层结构一般为8%的石灰土,压实标准符合原地基处理标准,封层施工完毕后应与原地面平齐;台背、涵背回填封层宜用石灰土和灰土碎石回填,压实度不小于96%。

2.2高流态粉煤灰回填路基三背质量控制

①严格进场材料的检验工作,必须符合相关检测频率及质量标准。

②粉煤灰结块时必须粉碎处理,否则不能使用。建议过筛(筛孔为0.5cm~1.0cm),使混合料的掺拌更为均匀。

③浇筑体上层要留有封顶层60cm,不能浇筑到路槽部位。

④室内配合比设计是以干料重量为参数进行的,而施工现场粉煤灰或大或小都有一定的天然含水量,这将会直接影响到混合料含水量的大小及各种原材料的比例关系。

假定水泥用量为m1,粉煤灰用量为m2,粉煤灰的天然含水量为w粉,施工现场粉煤灰实际用量为:m2'=m2·(1+w粉)

则混合料固有含水量为w混合料=(m2'-m2)/(m1+m2)

实际需外加水量=(m1+m2)·(w设计-w混合料)

以m1:m2=5:95,w设计=70%,w粉=30%,每盘混合料水泥用量25kg为例,通过以上公式计算粉煤灰实际用量为617.5kg,而水用量为207.5kg。

其比例关系为:水泥:粉煤灰:水=5:123.5:41.5

由此可见,粉煤灰含水量的测定和控制是关键环节,是必须且至关重要的。

因而在操作中要做到:1)对进场粉煤灰进行多次、多点取样检测,测定其含水量大致范围,及时调整各种原材料的比例关系;2)对粉煤灰进行必要的覆盖,这样既可使含水量得到较好的控制,也可防止因扬尘而造成对环境的污染。

⑤为了在保证质量的前提下使施工更加便利、快捷,在反复实践的基础上,流动度一般在200-230mm之间,稠度应达到12cm以上或能保证浆体流动的最低流动度。

⑥强度检验。

施工过程中每天至少做2组试件(用70.7×70.7×70.7mm试模,制作方法与砂浆相同),检测现场强度。要求7d强度不低于0.2mpa,28d强度路床部分大于0.4mpa,路堤部分大于0.3mpa。

如试件试压不合格或对现场质量有怀疑时,可用钻芯取样结果评判。

⑦监理旁站

监理单位要全过程旁站,从原材料的检验、拌和站的搅拌运输,到现场的施工、检测,都要做到旁站监理,并做好监理单位的检测记录。

⑧裂缝处理

裂缝对于高含水量的流态粉煤灰混合料来说是不可避免的,而且气温升高,野外风速较大,也加快了流态粉煤灰混合料的失水收缩,造成裂缝。因此,对于裂缝来说,只能从施工工艺的角度尽量降低其对施工质量的不利影响。比如,可分层施工或工后采用标号较高的水泥粉煤灰浆灌缝,以增加混合料的整体强度。

3现场观测

为了检验该施工工艺的使用效果,按照要求对该台背进行了沉降观测。

①观测点位的布设

在台背设置一组沉降观测点,观测点位于台背一侧,离涵背约2m处。

②观测频率

第一个月每7d观测一次,第二个月至第三个月每15d观测一次,从第四个月起每一个月观测一次。

③水准点的设置

水准点应设在不受垂直和水平方向变形影响的坚固的地基或永久建筑物上,其位置应尽量满足观测时不转点的要求,每三个月用路线测设中设置的水准点作为基准点,对设置的临时水准点校核一次。

④台背沉降稳定的判断及观测结果

当连续三个月观测的沉降量平均不超过5mm时,可认为沉降稳定。

4排水设计

填方段的排水措施很重要,对于土体材料而言水的侵入可导致材料的强度、刚度下降造成填方的附加沉降。由于桥台和路堤结合部存在一个界面,水分更容易从界面下渗因此对于台背排水应该比普通路堤排水要求要高些。按照《公路排水设计规范》(jtj018-97)要求,对于路堤与台背或墙背结合部,应设有上下贯通的完整排水系统,把桥头下渗水迅速排出路堤。桥台和支挡构造物排水,回填料表面应采取措施防止地表水渗入,并在台身或墙身内设置泄水孔等排水措施。

设计不当的排水系统也会导致几个其他沉降问题。首先,如果填料和基础材料的含水量比较高,回填体的承载力较低,导致土壤的沉降或位移和降低引道的高程。其次,因为填筑材料和基础土壤逐渐变化,公路引道下的回填体发生流蚀,这也会造成搭板高程的降低。因此,排水系统的设计和施工是一个很重要的问题。路基排水系统要总体布置,首先应查明水源与有关地质等自然条件,充分利用有利地形及天然水系与桥涵,因势利导,分别选用合适的排水设施,合理调配流量,从地表和地下两个排水系统着手,进行综合布置,组成一个完整的有组织排水系统,使多种设施互相配合,提高路基的排水效果。

5经济效应分析

目前国内处理路桥过渡段跳车问题的应用较为广泛的方法是在台背填筑透水性材料。一般采用的材料有:碎石、砂砾、中砂等。本文根据《公路基本建设工程概算、预算编制办法》分别对5m、10m和20m高台背回填采用砂砾回填和本文方法—高流态粉煤灰混合料进行经济比较。鉴于分析目的在于经济比较,因此本文仅计算工机料直接费。在比较中,不考虑缺少砂砾材料地区的额外运输费用。各种材料价格采用《公路工程预算定额》综合单价计算。计算结果如表1所示。

通过经济比较可以发现,采用本文方法解决桥头跳车问题,在费用上即使处理较低台背也比采用透水性材料回填费用低。随着台背处理高度的增加,采用本文高流态粉煤灰混合料在经济上的优势越来越明显,在台背高度达到20m以上时,采用高流态粉煤灰混合料比用透水性材料处理费用节省近70%。

6结束语

本文总结了高流态粉煤灰回填路基三背的施工工艺,提出了现场质量控制要求、工后沉降观测指标,以及在施工过程中需要控制的地方提出了一些方案;对排水提出了总体要求;最后对高流态粉煤灰混合料回填路基三背的经济效应进行了分析,结果表明,高流态粉煤灰混合料造价低,效果好,有广阔的应用前景。

参考文献:

[1]韩璐.高速公路:通车里程从零到世界第二.