固化粉煤灰在臺背回填中的應(yīng)用研究

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)生錯臺，從而導(dǎo)致路橋過渡段會出現(xiàn)橋頭跳車的現(xiàn)象[1]。因橋頭跳車造成的維護與事故對經(jīng)濟造成了巨大的損失，因此對于該現(xiàn)象宜采取有效的預(yù)防措施[2-4]。

我國電力以火力發(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地基的附加應(yīng)力。而粉煤灰本身強度低，遇水難以成型且不易壓實，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]。道路工作者對于固化粉煤灰作為臺背的回填料進行了相關(guān)研究。傅國才等通過固化粉煤灰的配合比設(shè)計與實際工程應(yīng)用，認為固化粉煤灰可應(yīng)用在臺背、管涵與擋土墻的回填[6]。成高勇驗證了固化粉煤灰的力學(xué)特性并通過試驗段驗證了其推廣使用的經(jīng)濟、社會效益[7]。王照宇構(gòu)建了路橋過渡段的有限元模型，模擬了臺背回填固化粉煤灰后在車輛動荷載作用下的沉降，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]。費汝勇等依托實際工程發(fā)現(xiàn)固化粉煤灰在舊橋維護中有著良好的應(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)準對固化粉煤灰的工程性質(zhì)進行研究，并提出了相應(yīng)的質(zhì)量控制要點。

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)見表1。固化劑采用鎮(zhèn)江建科集團生產(chǎn)，技術(shù)指標(biāo)見表2、參考文獻[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 臺背回填分析

相比于常規(guī)臺背填料，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反應(yīng)生成硅酸反應(yīng)物，凝結(jié)固化時間大于水泥的初凝時間，且凝結(jié)后強度高，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到前者的數(shù)倍。鑒于固化粉煤灰的優(yōu)點，需要進一步對其工程性質(zhì)進行研究。

2 固化粉煤灰的工程性質(zhì)

2.1 擊實特性

固化劑摻量參考規(guī)范取5%～9%，依據(jù)無機結(jié)合料試驗規(guī)程中的重型擊實試驗方法確定固化粉煤灰的最大干密度與最佳含水率，結(jié)果見表3。

表3 不同固化劑含量下的重型擊實試驗結(jié)果

由表3可知，固化粉煤灰的最大干密度不超過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)測試結(jié)果固化劑含量宜取7%～8%。

2.2 強度與水穩(wěn)定性

評價固化粉煤灰的強度成型100 mm×100 mm×100 mm的立方體試塊，以95%的壓實度進行制備，在標(biāo)準養(yǎng)護條件下分別養(yǎng)護7 d、14 d、28 d。水分會沿著橋臺搭板與伸縮縫的縫隙進入臺背回填范圍內(nèi)，從而造成沖刷破壞，因此作為臺背回填材料需要具備一定的水穩(wěn)定性。水穩(wěn)定性評價采用固化粉煤灰立方體的飽水抗壓強度與不飽水抗壓強度之比進行比較，不同齡期下的水穩(wěn)定性測試結(jié)果見表4。

表4 不同固化劑含量與不同齡期下的水穩(wěn)定性測試結(jié)果

由表4可知，在95%的壓實度時，不同的固化劑摻量下，28 d的抗壓強度均不低于2.0 MPa，在同等齡期下已高于石灰土，且無需較長的時間固結(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發(fā)生沖刷現(xiàn)象。

2.3 碾壓特性

臺背由于橋臺背墻以及耳墻的限制，壓實度通常難以達到要求，為驗證固化粉煤灰的壓實特性，采用平板振動器對固化粉煤灰的壓實度進行檢測，試驗結(jié)果見表5。

表5 不同固化劑含量與工作時間下的壓實度

由表5可知，壓實度隨著振動器工作時間的增加而增加，增幅則逐漸趨緩，說明采用小型夯實設(shè)備工作120 s易于達到93%的壓實度，因此在橋臺背墻與耳墻一側(cè)宜取93%的壓實度進行控制。

2.4 板體性

根據(jù)以上固化粉煤灰的碾壓特性，以93%的壓實度成型試件，養(yǎng)護28 d測試其抗壓回彈模量，測試結(jié)果見表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高于傳統(tǒng)臺背回填材料，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 臺背填筑質(zhì)量控制要點

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。

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

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

e）每臺班宜在現(xiàn)場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)準條件下養(yǎng)護，2組作為同條件養(yǎng)護，溫度宜在15℃～30℃，濕度宜在50%～70%。

4 結(jié)語

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%的壓實度、不同的固化劑摻量下，28 d的抗壓強度均不低于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高于傳統(tǒng)臺背回填材料，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背的質(zhì)量控制要點。