淺析水撼砂法臺背回填

徐鵬

(唐山市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司,河北唐山 063000)

淺析水撼砂法臺背回填

徐鵬

(唐山市交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司,河北唐山 063000)

分析臺背回填采用天然砂礫進(jìn)行施工時(shí),水撼砂法的施工工藝及具體控制措施,較適用于深挖以及不利于機(jī)械碾壓部位的回填作業(yè),具有質(zhì)量可靠、工期短、操作簡單、密實(shí)度能有效保證等優(yōu)點(diǎn)。

天然砂礫；水撼砂；振搗；臺背回填

0 引言

現(xiàn)階段我國道路工程中橋頭跳車問題普遍存在,其指橋涵與路基的銜接處因臺背回填的沉降而產(chǎn)生高差,造成行駛的車輛到此產(chǎn)生跳動的現(xiàn)象,因此在橋涵工程施工中,臺背回填質(zhì)量,直接影響到工程建成通車后的行車安全性、舒適性和工程質(zhì)量及工程使用壽命。

分析其原因是因?yàn)榕_背回填施工作業(yè)面狹窄,并且考慮對混凝土結(jié)構(gòu)物的成品保護(hù),不能采用大型壓實(shí)機(jī)械,致使其在結(jié)合部位的局部地方壓實(shí)度不足,再加上橋臺混凝土屬于剛性材料,為保證地基強(qiáng)度和承載力要求,都進(jìn)行了地基處理,一般沉降量很小,而臺背回填施工完成后雖經(jīng)壓實(shí)但未充分達(dá)到自然沉降穩(wěn)定,其工后沉降量往往大于橋臺混凝土結(jié)構(gòu)的沉降量,造成混凝土結(jié)構(gòu)物和臺背回填沉降不一致,產(chǎn)生高差。

現(xiàn)階段,為更好的保證臺背回填質(zhì)量,通常選擇天然砂礫,采用水撼砂法施工橋涵臺背,現(xiàn)就水撼砂法的施工工藝及具體控制措施進(jìn)行淺要分析。

1 水撼砂法施工原理

在松散砂礫的表面灌上水后,砂礫間的壓力及內(nèi)部摩擦系數(shù)變小,加之砂礫內(nèi)部形成的氣泡向上運(yùn)動形成破壞能量,致使砂礫的內(nèi)部平衡遭到破壞,砂礫開始自行運(yùn)動。同時(shí),在振搗棒的作用下,不同大小的顆粒反復(fù)調(diào)整位置和姿態(tài),重排和相互嵌實(shí)。在外力反復(fù)的作用下,砂礫個(gè)體相互之間的接觸面積和摩擦阻力加大,砂礫逐步達(dá)到堆積合理狀態(tài),此時(shí)砂礫結(jié)構(gòu)較難破壞,若要將其破壞,需要的能量較高。

水撼砂法施工原理就是利用水的流動性和砂礫的透水性,通過振搗棒的震動,依靠水的下滲形成的動水力加劇粒料間隙攜帶超細(xì)料滲透至填料的每個(gè)裂隙,填滿砂礫孔隙,從而達(dá)到最大密實(shí)狀態(tài),具備抵抗較強(qiáng)內(nèi)外部荷載的能力。

2 水撼砂法的施工工藝

2.1 材料準(zhǔn)備

臺背回填材料采用潔凈、顆粒級配良好、滲水性好的天然級配砂礫,大于5 mm的礫石含量大于77%,含水量達(dá)到最佳含水量,壓碎值不大于30%,含泥量不大于5%,5～10 cm粒料宜大于50%,利于透水和細(xì)粒徑材料滲透,達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。

2.2 機(jī)械、人員準(zhǔn)備

振搗棒4套；水泵4臺,并配有足夠長水管；發(fā)電機(jī)組1臺；施工技術(shù)負(fù)責(zé)人1名,經(jīng)培訓(xùn)的專業(yè)技工4名。

2.3 施工準(zhǔn)備

(1)已施工的橋涵墻身砼強(qiáng)度必須達(dá)到80%后,方可進(jìn)行臺背回填工作。

(2)按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求將橋涵結(jié)構(gòu)物的臺后路基挖成臺階,開挖出基坑,清理基槽,排干淤泥和積水,清除回填范圍內(nèi)的雜物和不適宜材料,保證基底無浮土,并用小型夯實(shí)機(jī)械撼實(shí)基底,壓實(shí)度要求達(dá)到93%以上。

(3)在橋涵兩側(cè)的臺身上,用紅色油漆分別做出每層50 cm厚的橫線標(biāo)尺,以控制填筑厚度不超過規(guī)范要求。

(4)根據(jù)臺背回填范圍,在兩側(cè)做好圍堰。

(5)將砂礫回填到基坑,并人工整平(松鋪厚度為50 cm)

2.4 施工工藝

(1)裝載機(jī)配合人工將砂礫均勻的攤平,每層松鋪厚度為50 cm。

(2)在砂礫上根據(jù)振搗半徑插上標(biāo)識布置出振搗位置。

(3)用水泵抽水澆到砂礫上,水位控制略高于回填砂礫頂面,待水注好后,采用振搗棒按對角線不超過30 cm的間距依次插入振搗［1］。

(4)振搗過程中,振搗棒要垂直的直上直下,而且操作振搗棒時(shí)要使振搗棒快插慢拔,切忌漏振,振搗棒要上下抽動,保持振搗棒處于運(yùn)動中,層與層間要搭扣,本層振搗時(shí)要深入到下面一層為好,以保證兩層的連續(xù),振搗時(shí)間不少于40 s,直至砂礫表面不再下沉,且無氣泡冒出,無泛水,表面平坦時(shí)為止,此時(shí)密實(shí)質(zhì)量最好。在振搗過程中,根據(jù)砂礫表層水位變化可適當(dāng)隨時(shí)加水。

(5)一個(gè)振搗處完成,振搗棒就移動到下一個(gè)振搗點(diǎn)振搗,振搗方法同上一次振搗。

(6)如此依次類推,把整個(gè)砂礫面振搗一遍。這一層施工就完成了,同時(shí)保證砂礫表面水位略高于回填砂礫頂面(水量不足可適當(dāng)加水)。

(7)接下來安排專人觀測砂礫層及水平面沉降數(shù)值,待沉降趨于穩(wěn)定時(shí)安排進(jìn)行含水量及壓實(shí)度檢測,若壓實(shí)度滿足要求,可重復(fù)以上工序填筑下一層［2］。

3 水撼砂法的具體控制措施

3.1 施工要求

(1)施工要點(diǎn)是用插入式振搗棒,插入厚度要深入到下面一層15 cm處為好,注意掌握“快進(jìn)慢出”原則。

(2)在回填過程中,對橋涵結(jié)構(gòu)物宜在安裝完成上部結(jié)構(gòu)后進(jìn)行對稱回填,防止單側(cè)用力損壞墻身［3］。

(3)必須將銜接路基填筑至臺背位置并開挖臺階后施工,同時(shí)要挖切到路基密實(shí)的地方。

(4)橋臺錐坡應(yīng)與臺背回填同步［4］。

3.2 注意事項(xiàng)

(1)振搗棒插入間距要小于30 cm,否則密實(shí)效果可能不佳。

(2)振動過程中,若發(fā)現(xiàn)密實(shí)效果不好時(shí),可適當(dāng)填補(bǔ)一些粒徑適合碎石或細(xì)料。

(3)在進(jìn)行臺背回填以前,必須做好基坑清理。

(4)紅油漆標(biāo)識刻度標(biāo)尺,應(yīng)經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理確認(rèn)。

(5)臺背回填每層要注意保存影像資料。

(6)做圍堰時(shí),圍堰要做夯實(shí)處理,夯實(shí)要牢固,并且在圍堰的下部預(yù)留出水口,以便施工過程中的水順利排出。

4 水撼砂法與傳統(tǒng)施工工藝的比較

某高速公路兩座不同結(jié)構(gòu)物臺背回填采用了傳統(tǒng)施工工藝“輕型壓路機(jī)配小型振動壓實(shí)機(jī)械”和“水撼砂”法兩種不同的施工工藝,回填材料為同種天然級配砂礫,在2011年竣工后至2012年12月通車運(yùn)營15個(gè)月,經(jīng)過用水準(zhǔn)儀對橋頭連接處測量,測量對比結(jié)果如下：

(1)采用輕型壓路機(jī)配小型振動壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)工藝

K112+450橋采用此種工藝按規(guī)定每10 cm厚一層進(jìn)行壓實(shí)作業(yè),兩層檢測一次壓實(shí)度,施工過程中進(jìn)行壓實(shí)度跟蹤檢測,直到壓實(shí)度不再增加而停止壓實(shí)施工［5］。K112+450橋平面見圖1,高程見表1。

圖1 K112+450橋平面圖

表1 高程匯總表(一)

由上述結(jié)果可知,臺背路面與橋面有高差,有輕微的跳車現(xiàn)象。

(2)采用水撼砂法施工的壓實(shí)工藝

K120+510橋采用此種工藝壓實(shí)施工。其平面見圖2,高程見表2。

由上述結(jié)果可知,臺背路面與橋面高差基本為零,無橋頭跳車現(xiàn)象。

5 水撼砂法與傳統(tǒng)施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)傳統(tǒng)回填采用輕型壓路機(jī)配小型振動壓實(shí)機(jī)械的特點(diǎn)

a. 采用此種方法的優(yōu)點(diǎn)：壓實(shí)度基本能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 K120+510橋平面圖

表2 高程匯總表(二)

b. 采用此種方法的缺點(diǎn)：需要開挖壓路機(jī)下到基坑里的坡道或吊運(yùn)壓實(shí)設(shè)備,增加了臺背回填的工程量,并且要求壓路機(jī)在施工過程中離砼要有一定的距離,不能離砼太近,同時(shí)邊角需要配合小型振動壓實(shí)機(jī)械夯實(shí),總體需要設(shè)備較多,碾壓遍數(shù)多,施工難度大,邊角部位不易壓實(shí),難于保證壓實(shí)度。

(2)水撼砂法施工的特點(diǎn)

a. 水撼砂法回填臺背的優(yōu)點(diǎn)：需要機(jī)械設(shè)備少,施工簡單方便,只需要將砂礫倒運(yùn)至臺背位置并整平,不用開挖坡道。由于它通過振搗棒振搗容易使砂礫密實(shí),同時(shí)能保證邊角部位密實(shí),總體壓實(shí)度效果好于傳統(tǒng)工藝,在施工過程中,不會因?yàn)槭┕さ脑蚱茐牡巾?較適用于深挖以及不利于機(jī)械碾壓部位的回填作業(yè)。

b. 水撼砂法回填臺背的缺點(diǎn)：該施工工藝受制于砂礫這類透水性天然材料,現(xiàn)階段不易獲取,同時(shí)需要大量水源。

(3)通過以上分析,充分說明了“水撼砂”法施工臺背回填是效果比較好的,它質(zhì)量可靠、工期短、操作簡單、不受場地等條件的限制,又解決了臺背回填橋涵處不能使用重型壓實(shí)機(jī)械且碾壓不到位的薄弱部位,而且壓實(shí)度不但滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求,且超過了輕型壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)作業(yè)的壓實(shí)度,值得推廣。因此,

6 結(jié)語

通過對“水撼砂”法臺背回填的施工工藝的分析及數(shù)據(jù)對比得出,此種方法能從根本上消除橋頭跳車現(xiàn)象,基本降低橋頭的不均勻沉降系數(shù),減少工后沉降,從而證明“水撼砂”法施工橋涵臺背回填是一種較有成效的方法。

［1］ 許鵬，何海波，曹滿清.風(fēng)冷熱泵除霜控制模式的選擇［J］.中國科技財(cái)富，2010(14):242，263.

［2］ 明照勇.山東省典型路基填料的路用性能參數(shù)研究［D］.山東濟(jì)南:山東建筑大學(xué)，2013.

［3］ 謝光躍.橋梁臺背路基回填質(zhì)量控制［J］.建筑與文化(學(xué)術(shù)版)，2013(6):67-67.

［4］ 羅根傳.高速公路“三背”回填施工及質(zhì)量控制探討［J］.西部交通科技，2012(5):26-29.

［5］ 武銀君.壓實(shí)度實(shí)時(shí)檢測技術(shù)應(yīng)用研究［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2013(3):27-31.

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1009-7716(2015)09-0156-03

2015-05-08

徐鵬(1983-),男,河北唐山人,工程師,從事路橋設(shè)計(jì)工作。