液態粉煤灰在大直徑波紋管涵三角區回填中的應用

樊 凜，吳榮峰，李志鵬，薄士威

（1.中國建設基礎設施有限公司，北京市 100029；2.中國建筑一局（集團）有限公司，北京市 100161；3.甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 引 言

波紋鋼管涵因其具有地基承載力要求低，變形能力強，施工工期短、工藝簡單[1]等幾方面的優勢，近年來在甘肅省黃土地區高速公路建設中應用的越來越廣。6～8 m的大直徑波紋鋼管涵也因其泄洪能力強，可滿足汽車通行的特點，逐步在實際工程中展開應用。在甘肅省G341線白銀至中川至永登公路二期工程（白銀至中川段）項目中，6 m波紋鋼管涵按照設計文件宜采用凹槽式基礎（見圖1），此基礎在實際施工過程中存在弧形槽施做后壓實度無法保證問題，所以調整為平齊式基礎（見圖2）。但此種方式由于管涵兩側三角區域空間狹小，同樣存在常規大型機械無法進入，小型機械碾壓無法保證94%壓實度要求的問題，另外對于并排雙孔波紋管亦然（見圖3）。假如采用混凝土填筑，剛性材料限制了波紋管的變形能力，后期地基不均勻沉降可能引起混凝土變形開裂、應力集中，造成波紋管涵破損，故而也不宜采用。經研究參考國內其他項目工程經驗，筆者首次提出采用液態粉煤灰對大直徑波紋鋼管涵涵背三角區進行回填的方法，粉煤灰屬于半剛性材料，既能隨鋼管涵同步變形，也可滿足強度要求，不僅保證了工程質量，還可縮短工期，節約成本，在實際工程中起到了積極的作用。新方法的應用也可今后其他類似工程的提供思路與經驗借鑒。

圖1 凹槽式基礎

圖2 平齊式基礎

圖3 雙排波紋管示意圖

1 液態粉煤灰具有的優勢

液態粉煤灰是由粉煤灰、水泥、水、外加劑按不同配合比攪拌而成，具有一定的流動性，經一段時間的養護之后具備一定強度的混合料[2]。具有材質輕、密實度高、壓縮性小等特點，且易施工、對涵側壓力小、后期強度高，較多應用于橋頭涵背回填，目前已在石張高速、石黃高速、貴州遵畢高速等多項工程中成功應用，具有很好的借鑒意義。

2 最優配合比確定

根據國內其他工程經驗、參考文獻[3]及查閱河北省地方標準《液態粉煤灰水泥混合料施工技術指南》[4]，筆者初步擬定了三組配合比，并通過試驗分別測定其7 d、28 d抗壓強度和每10 m裂縫數量，匯總見表1。

表1 不同配合比7 d、28 d抗壓強度及裂縫數量對比表

對應三種配合比情況下抗壓強度變化曲線見圖4。

圖4 三種配合比抗壓強度變化曲線

由表1和圖4可知，液態粉煤灰強度與水泥含量密切相關，水泥含量越多，對應液態粉煤灰強度越高，但其干燥收縮性越強，越容易產生干縮裂縫，水泥含量從4%提高至10%時，液態粉煤灰的干縮率提高了約6.7%5，裂縫數量明顯增加。所以在強度滿足工程要求、裂縫數量較少的情況下，同時考慮到水泥、粉煤灰的品質偏差，為保證實體工程的質量可靠性，最終決定在G341項目中采用水泥：粉煤灰∶水=8∶92∶50（每方水泥：粉煤灰∶水=91 kg∶1 044 kg∶567 kg）作為最優配合比。

3 施工流程及工藝控制關鍵點

3.1 施工流程

液態粉煤灰涵背回填施工流程包括：混合料拌合→運輸→澆筑→拆模→養護五個環節。

3.1.1 拌合

拌合前加強對原材料的把控，粉煤灰采用等級應不低于Ⅱ級，嚴格按照配合比控制材料用量，混合料應使用機械攪拌，攪拌時間控制在90～120 s。

3.1.2 運輸

混合料采用罐車運輸，運輸能力應滿足混合料澆筑需要，以保證澆筑工作的連續性。

3.1.3 澆筑

澆筑前應對模板進行檢查，模板內不應有雜物積水，模板內涂脫模劑。澆筑時應合理配置施工機械及人員，保證工作效率，且澆筑溫度不小于5℃，見圖 5。

圖5 現場立模澆筑實景圖

3.1.4 拆模

澆筑3～4 d后可以進行拆模，拆模時應保證液態粉煤灰達到0.2 MPa，并防止粘模。

3.1.5 養護

養護期溫度應控制在5℃以上，養護時間3～4 d，保證強度持續增長，7 d抗壓強度達到0.4 MPa后，方可進行后續填筑碾壓作業。

3.2 施工工藝控制關鍵點

3.2.1 原材料把控

粉煤灰采用等級不低于Ⅱ級，具體要求滿足《公路橋涵施工技術規范》JTG/T F50—2011[6]第F.0.1的規定，見表2。

3.2.2 出倉溫度及澆筑溫度

通過實際施工可知，出倉溫度一般在12℃～15℃，澆筑溫度控制在5℃以上，液態粉煤灰和易性、流動性及后期質量均可得到較好保證。

3.2.3 含水量控制

試驗數據顯示，含水量應控制在50%左右，具體根據稠度控制（13～15 s），可保證混合料的流動性、強度，并減少干縮裂縫的產生。

表2 粉煤灰的分級和質量指標及適用范圍

3.2.4 澆筑范圍控制

單管澆筑范圍為管道圓心兩側管壁垂直投影至基礎頂面。雙管涵洞之間澆筑高度為基礎頂面至圓心以上，可滿足正常機械碾壓的寬度，見圖6。

圖6 波紋管填筑范圍示意圖

3.2.5 同批次試件抗壓強度檢測

施工時應注意同步制配同標準試件，每天至少做2組試件，并檢測現場強度。其中試驗室及現場抽檢抗壓強度均應滿足7 d達到0.7 MPa、28 d達到1.8 MPa。

4 液態粉煤灰與常規砂礫填料性能及經濟效益分析

通過分析對比涵側三角區采用液態粉煤灰與常規砂礫回填，可得出以下結論。

4.1 性能方面

砂礫回填壓實度一般可達94%～96%，經實際檢測地基承載力大于250 kPa，而液態粉煤灰7 d抗壓強度一般可達0.7 MPa，28 d抗壓強度可達1.8 MPa,抗壓強度性能高于砂礫，同時密實度也明顯優于砂礫，可充分滿足工程質量要求。

4.2 經濟效益分析

參照《公路工程施工定額》JTG 2009[7]對G341線鋼管涵三角區實際填筑液態粉煤灰進行造價分析，詳細情況見表3。

表3 波紋鋼管涵三角區液態粉煤灰造價分析表 m3

由表3可知，液態粉煤灰綜合單價188.64元/m3，對比項目清單中填筑砂礫單價226元/m3，每m3可節約成本37.36元，以48 m長1～6 m波紋管涵計，每道鋼管涵可節約成本6 927元，經濟效益明顯。

4.3 工期對比

砂礫回填每天可填筑3層（每層15 cm），回填高度達到3 m需7 d，粉煤灰回填高度為3 m時支模、澆筑、拆模需3～4 d，工期可縮短3～4 d。

5 結 論

通過在G341線白銀至中川機場公路項目中首次采用液態粉煤灰填筑大直徑波紋鋼管涵涵背三角區，既保證了施工質量，也取得了明顯的經濟成效和施工經驗，可得出以下結論：

（1）應用液態粉煤灰對大直徑波紋鋼管涵涵背三角區進行填筑，可隨管涵同步變形，具有強度高、施工周期短、工藝簡單等特點，既有效解決了涵背回填問題，也保證了工程質量，可在今后其他類似項目中推廣應用。

（2）混合料中水泥含量越多，干燥收縮性越強，越容易產生干縮裂縫，所以在滿足強度需求的情況下，水泥含量不易過高，一般控制在8%左右，其7 d抗壓強度保證0.7 MPa，28 d抗壓強度保證1.8 MPa。

（3）液態粉煤灰相對于砂礫回填品質好，強度高，經濟性好，48 m波紋管鋼涵可節約成本約6 927元。