固化粉煤灰在台背回填中的应用研究

张海林

（山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中 030600）

0 引言

桥梁结构基础与台背回填沉降基于不同的原理，在车辆荷载作用下易产生错台，从而导致路桥过渡段会出现桥头跳车的现象[1]。因桥头跳车造成的维护与事故对经济造成了巨大的损失，因此对于该现象宜采取有效的预防措施[2-4]。

我国电力以火力发电为主，粉煤灰资源极其丰富，具有活性且质轻，作为填料使用可减少对地基的附加应力。而粉煤灰本身强度低，遇水难以成型且不易压实，通常以水泥为固化剂掺入其中，改善其工程性质后使用[5]。道路工作者对于固化粉煤灰作为台背的回填料进行了相关研究。傅国才等通过固化粉煤灰的配合比设计与实际工程应用，认为固化粉煤灰可应用在台背、管涵与挡土墙的回填[6]。成高勇验证了固化粉煤灰的力学特性并通过试验段验证了其推广使用的经济、社会效益[7]。王照宇构建了路桥过渡段的有限元模型，模拟了台背回填固化粉煤灰后在车辆动荷载作用下的沉降，发现采用固化粉煤灰可有效降低伸缩缝两侧的沉降差异[8]。费汝勇等依托实际工程发现固化粉煤灰在旧桥维护中有着良好的应用效果与前景[9]。鉴于此选取一种固化剂依据当地标准对固化粉煤灰的工程性质进行研究，并提出了相应的质量控制要点。

1 原材料与回填方案

1.1 原材料

粉煤灰取自工程所在地临近某火力发电厂，技术指标见表1。固化剂采用镇江建科集团生产，技术指标见表2、参考文献[10]。

表1 粉煤灰的技术指标 %

表2 固化剂的技术指标

1.2 台背回填分析

相比于常规台背填料，固化粉煤灰在最佳含水率下的密度通常约为1 450 kg/m3，与水泥稳定碎石相比，粉煤灰中富含SiO2与Al2O3，在固化剂的作用下会反应生成硅酸反应物，凝结固化时间大于水泥的初凝时间，且凝结后强度高，具有较好的抗弯拉性能，与石灰土相比，固化粉煤灰成型后能达到前者的数倍。鉴于固化粉煤灰的优点，需要进一步对其工程性质进行研究。

2 固化粉煤灰的工程性质

2.1 击实特性

固化剂掺量参考规范取5%～9%，依据无机结合料试验规程中的重型击实试验方法确定固化粉煤灰的最大干密度与最佳含水率，结果见表3。

表3 不同固化剂含量下的重型击实试验结果

由表3可知，固化粉煤灰的最大干密度不超过1.23 kg/m3，常用的填筑材料如黏土、砂土或砾石则约在1.7 kg/m3。在相同的碾压条件下，固化粉煤灰的密度约为常规填筑材料的72%，对地基至少可减少25%的附加应力，从而产生的沉降更小。规范中最大干密度宜为1.18～1.216 kg/m3，最佳含水率宜为25%～28%，根据测试结果固化剂含量宜取7%～8%。

2.2 强度与水稳定性

评价固化粉煤灰的强度成型100 mm×100 mm×100 mm的立方体试块，以95%的压实度进行制备，在标准养护条件下分别养护7 d、14 d、28 d。水分会沿着桥台搭板与伸缩缝的缝隙进入台背回填范围内，从而造成冲刷破坏，因此作为台背回填材料需要具备一定的水稳定性。水稳定性评价采用固化粉煤灰立方体的饱水抗压强度与不饱水抗压强度之比进行比较，不同龄期下的水稳定性测试结果见表4。

表4 不同固化剂含量与不同龄期下的水稳定性测试结果

由表4可知，在95%的压实度时，不同的固化剂掺量下，28 d的抗压强度均不低于2.0 MPa，在同等龄期下已高于石灰土，且无需较长的时间固结后再形成板体性，利于缩短工期、早日开放交通。不同龄期下、不同固化剂掺量下固化粉煤灰的水稳定系数均不小于0.8，水稳定性优于石灰土与二灰填料。因固化剂的掺入，整体属于水硬性材料，即使在极端条件下有水分渗入回填范围也不会发生冲刷现象。

2.3 碾压特性

台背由于桥台背墙以及耳墙的限制，压实度通常难以达到要求，为验证固化粉煤灰的压实特性，采用平板振动器对固化粉煤灰的压实度进行检测，试验结果见表5。

表5 不同固化剂含量与工作时间下的压实度

由表5可知，压实度随着振动器工作时间的增加而增加，增幅则逐渐趋缓，说明采用小型夯实设备工作120 s易于达到93%的压实度，因此在桥台背墙与耳墙一侧宜取93%的压实度进行控制。

2.4 板体性

根据以上固化粉煤灰的碾压特性，以93%的压实度成型试件，养护28 d测试其抗压回弹模量，测试结果见表6。

表6 不同固化剂含量下的抗压回弹模量

由表6可知，固化粉煤灰的抗压回弹模量远高于传统台背回填材料，具有良好的板体性，在荷载作用下不易发生不均匀沉降。

3 台背填筑质量控制要点

a）配合比控制 原材料宜在标定后使用，先在部分粉煤灰中掺入固化剂而后加入水，坍落度控制在40～80 mm。

b）为防止污染宜采用集中厂拌形式，拌和不宜少于60 s，以拌和均匀、色泽均一为准。

c）施工时应分层填筑，每层厚度不宜超过300 mm，顶层不宜超过200 mm；在桥台背墙与耳墙一侧采用小型机械进行人工夯实，作业保证连续。

d）夏季施工时应撒水保湿，避免表层开裂。冬季施工时应采取覆盖措施。

e）每台班宜在现场取样制作立方体试块，制作方法同水泥混凝土试块，每200 m3留置不应少于4组试块，其中2组在标准条件下养护，2组作为同条件养护，温度宜在15℃～30℃，湿度宜在50%～70%。

4 结语

a）在相同的碾压条件下，固化粉煤灰的密度约为常规填筑材料的72%，对地基至少可减少25%的附加应力，从而产生的沉降更小。

b）在95%的压实度、不同的固化剂掺量下，28 d的抗压强度均不低于2.0 MPa，利于缩短工期、早日开放交通。不同龄期下、不同固化剂掺量下固化粉煤灰的水稳定系数均不小于0.8，水稳定性优于石灰土与二灰填料。

c）固化粉煤灰的抗压回弹模量远高于传统台背回填材料，具有良好的板体性，在荷载作用下不易发生不均匀沉降。

d）综上所述，固化剂掺量宜取7%～8%，提出了固化粉煤灰填筑台背的质量控制要点。