浅析水撼砂法台背回填

徐鹏

(唐山市交通勘察设计院有限公司,河北唐山 063000)

浅析水撼砂法台背回填

徐鹏

(唐山市交通勘察设计院有限公司,河北唐山 063000)

分析台背回填采用天然砂砾进行施工时,水撼砂法的施工工艺及具体控制措施,较适用于深挖以及不利于机械碾压部位的回填作业,具有质量可靠、工期短、操作简单、密实度能有效保证等优点。

天然砂砾；水撼砂；振捣；台背回填

0 引言

现阶段我国道路工程中桥头跳车问题普遍存在,其指桥涵与路基的衔接处因台背回填的沉降而产生高差,造成行驶的车辆到此产生跳动的现象,因此在桥涵工程施工中,台背回填质量,直接影响到工程建成通车后的行车安全性、舒适性和工程质量及工程使用寿命。

分析其原因是因为台背回填施工作业面狭窄,并且考虑对混凝土结构物的成品保护,不能采用大型压实机械,致使其在结合部位的局部地方压实度不足,再加上桥台混凝土属于刚性材料,为保证地基强度和承载力要求,都进行了地基处理,一般沉降量很小,而台背回填施工完成后虽经压实但未充分达到自然沉降稳定,其工后沉降量往往大于桥台混凝土结构的沉降量,造成混凝土结构物和台背回填沉降不一致,产生高差。

现阶段,为更好的保证台背回填质量,通常选择天然砂砾,采用水撼砂法施工桥涵台背,现就水撼砂法的施工工艺及具体控制措施进行浅要分析。

1 水撼砂法施工原理

在松散砂砾的表面灌上水后,砂砾间的压力及内部摩擦系数变小,加之砂砾内部形成的气泡向上运动形成破坏能量,致使砂砾的内部平衡遭到破坏,砂砾开始自行运动。同时,在振捣棒的作用下,不同大小的颗粒反复调整位置和姿态,重排和相互嵌实。在外力反复的作用下,砂砾个体相互之间的接触面积和摩擦阻力加大,砂砾逐步达到堆积合理状态,此时砂砾结构较难破坏,若要将其破坏,需要的能量较高。

水撼砂法施工原理就是利用水的流动性和砂砾的透水性,通过振捣棒的震动,依靠水的下渗形成的动水力加剧粒料间隙携带超细料渗透至填料的每个裂隙,填满砂砾孔隙,从而达到最大密实状态,具备抵抗较强内外部荷载的能力。

2 水撼砂法的施工工艺

2.1 材料准备

台背回填材料采用洁净、颗粒级配良好、渗水性好的天然级配砂砾,大于5 mm的砾石含量大于77%,含水量达到最佳含水量,压碎值不大于30%,含泥量不大于5%,5～10 cm粒料宜大于50%,利于透水和细粒径材料渗透,达到密实状态。

2.2 机械、人员准备

振捣棒4套；水泵4台,并配有足够长水管；发电机组1台；施工技术负责人1名,经培训的专业技工4名。

2.3 施工准备

(1)已施工的桥涵墙身砼强度必须达到80%后,方可进行台背回填工作。

(2)按照设计和规范要求将桥涵结构物的台后路基挖成台阶,开挖出基坑,清理基槽,排干淤泥和积水,清除回填范围内的杂物和不适宜材料,保证基底无浮土,并用小型夯实机械撼实基底,压实度要求达到93%以上。

(3)在桥涵两侧的台身上,用红色油漆分别做出每层50 cm厚的横线标尺,以控制填筑厚度不超过规范要求。

(4)根据台背回填范围,在两侧做好围堰。

(5)将砂砾回填到基坑,并人工整平(松铺厚度为50 cm)

2.4 施工工艺

(1)装载机配合人工将砂砾均匀的摊平,每层松铺厚度为50 cm。

(2)在砂砾上根据振捣半径插上标识布置出振捣位置。

(3)用水泵抽水浇到砂砾上,水位控制略高于回填砂砾顶面,待水注好后,采用振捣棒按对角线不超过30 cm的间距依次插入振捣［1］。

(4)振捣过程中,振捣棒要垂直的直上直下,而且操作振捣棒时要使振捣棒快插慢拔,切忌漏振,振捣棒要上下抽动,保持振捣棒处于运动中,层与层间要搭扣,本层振捣时要深入到下面一层为好,以保证两层的连续,振捣时间不少于40 s,直至砂砾表面不再下沉,且无气泡冒出,无泛水,表面平坦时为止,此时密实质量最好。在振捣过程中,根据砂砾表层水位变化可适当随时加水。

(5)一个振捣处完成,振捣棒就移动到下一个振捣点振捣,振捣方法同上一次振捣。

(6)如此依次类推,把整个砂砾面振捣一遍。这一层施工就完成了,同时保证砂砾表面水位略高于回填砂砾顶面(水量不足可适当加水)。

(7)接下来安排专人观测砂砾层及水平面沉降数值,待沉降趋于稳定时安排进行含水量及压实度检测,若压实度满足要求,可重复以上工序填筑下一层［2］。

3 水撼砂法的具体控制措施

3.1 施工要求

(1)施工要点是用插入式振捣棒,插入厚度要深入到下面一层15 cm处为好,注意掌握“快进慢出”原则。

(2)在回填过程中,对桥涵结构物宜在安装完成上部结构后进行对称回填,防止单侧用力损坏墙身［3］。

(3)必须将衔接路基填筑至台背位置并开挖台阶后施工,同时要挖切到路基密实的地方。

(4)桥台锥坡应与台背回填同步［4］。

3.2 注意事项

(1)振捣棒插入间距要小于30 cm,否则密实效果可能不佳。

(2)振动过程中,若发现密实效果不好时,可适当填补一些粒径适合碎石或细料。

(3)在进行台背回填以前,必须做好基坑清理。

(4)红油漆标识刻度标尺,应经现场监理确认。

(5)台背回填每层要注意保存影像资料。

(6)做围堰时,围堰要做夯实处理,夯实要牢固,并且在围堰的下部预留出水口,以便施工过程中的水顺利排出。

4 水撼砂法与传统施工工艺的比较

某高速公路两座不同结构物台背回填采用了传统施工工艺“轻型压路机配小型振动压实机械”和“水撼砂”法两种不同的施工工艺,回填材料为同种天然级配砂砾,在2011年竣工后至2012年12月通车运营15个月,经过用水准仪对桥头连接处测量,测量对比结果如下：

(1)采用轻型压路机配小型振动压实机械的压实工艺

K112+450桥采用此种工艺按规定每10 cm厚一层进行压实作业,两层检测一次压实度,施工过程中进行压实度跟踪检测,直到压实度不再增加而停止压实施工［5］。K112+450桥平面见图1,高程见表1。

图1 K112+450桥平面图

表1 高程汇总表(一)

由上述结果可知,台背路面与桥面有高差,有轻微的跳车现象。

(2)采用水撼砂法施工的压实工艺

K120+510桥采用此种工艺压实施工。其平面见图2,高程见表2。

由上述结果可知,台背路面与桥面高差基本为零,无桥头跳车现象。

5 水撼砂法与传统施工工艺的优缺点

(1)传统回填采用轻型压路机配小型振动压实机械的特点

a. 采用此种方法的优点：压实度基本能达到设计要求的标准。

图2 K120+510桥平面图

表2 高程汇总表(二)

b. 采用此种方法的缺点：需要开挖压路机下到基坑里的坡道或吊运压实设备,增加了台背回填的工程量,并且要求压路机在施工过程中离砼要有一定的距离,不能离砼太近,同时边角需要配合小型振动压实机械夯实,总体需要设备较多,碾压遍数多,施工难度大,边角部位不易压实,难于保证压实度。

(2)水撼砂法施工的特点

a. 水撼砂法回填台背的优点：需要机械设备少,施工简单方便,只需要将砂砾倒运至台背位置并整平,不用开挖坡道。由于它通过振捣棒振捣容易使砂砾密实,同时能保证边角部位密实,总体压实度效果好于传统工艺,在施工过程中,不会因为施工的原因破坏到砼,较适用于深挖以及不利于机械碾压部位的回填作业。

b. 水撼砂法回填台背的缺点：该施工工艺受制于砂砾这类透水性天然材料,现阶段不易获取,同时需要大量水源。

(3)通过以上分析,充分说明了“水撼砂”法施工台背回填是效果比较好的,它质量可靠、工期短、操作简单、不受场地等条件的限制,又解决了台背回填桥涵处不能使用重型压实机械且碾压不到位的薄弱部位,而且压实度不但满足规范和设计要求,且超过了轻型压实机械压实作业的压实度,值得推广。因此,

6 结语

通过对“水撼砂”法台背回填的施工工艺的分析及数据对比得出,此种方法能从根本上消除桥头跳车现象,基本降低桥头的不均匀沉降系数,减少工后沉降,从而证明“水撼砂”法施工桥涵台背回填是一种较有成效的方法。

［1］ 许鹏，何海波，曹满清.风冷热泵除霜控制模式的选择［J］.中国科技财富，2010(14):242，263.

［2］ 明照勇.山东省典型路基填料的路用性能参数研究［D］.山东济南:山东建筑大学，2013.

［3］ 谢光跃.桥梁台背路基回填质量控制［J］.建筑与文化(学术版)，2013(6):67-67.

［4］ 罗根传.高速公路“三背”回填施工及质量控制探讨［J］.西部交通科技，2012(5):26-29.

［5］ 武银君.压实度实时检测技术应用研究［J］.筑路机械与施工机械化，2013(3):27-31.

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1009-7716(2015)09-0156-03

2015-05-08

徐鹏(1983-),男,河北唐山人,工程师,从事路桥设计工作。