张伟
江苏省交通工程集团有限公司
1.新材料概况
在高速公路建设中，普遍存在一个问题:路面在台背回填处出现不同程度的沉降断裂，据资料显示，最大的沉降值达到60mm，造成了车辆的大幅度减速，使车辆通过时产生跳跃和冲击，不仅使司机和乘客感到颠簸不适，甚至严重的可导致交通事故，而且对桥涵和路面造成附加的冲击荷载，减少桥梁的使用寿命。因此，必须解决好桥头跳车的问题。造成桥头跳车的原因有多方面，究其实质，最重要的还是台背回填不实。
液态粉煤灰台背回填是垣渑高速施工中推广的一项新材料和新工艺，它利用了流态粉煤灰自重轻、密实性好、压缩性小的特点，大大减小了台背基底土的附加应力，有利于减少桥台与路基的不均匀沉降，对减少桥头跳车起到了较好的作用。该法适用于台背面积狭窄，不适合机械作业以、填土较高及软土地基和距粉煤灰料源较近地段。液态粉煤灰宜采用拌和站集中拌和用罐车运到现场浇筑。
2.主要内容
2.1、粉煤灰主要成分为Si02、Al203、Fe203及少量的CaO、MgO组成，粉煤灰具有一定的火山灰质材料的活性，即在调水后本身并不能硬化，但是在与碱性物质混合后，加水拌和，不但能在空气中硬化还能在水中继续硬化的性质。其活性的本质是基于硅铝质玻璃体在碱性介质中, 0H-离子打破了AL-O、SI-O键的网络，使聚合度降低成为活性状态，并与Ca(OH)2反应生成水化铝酸钙和水化硅酸钙，从而生成强度。
2.2、粉煤灰与水泥反应，从力学观点上能产生多种效应:形态效应、活性效应和微集料效应，早期以形态效应和微集料效应的物理作用为主，后期以化学活性效应为主。影响活性的因素:主要是玻璃体含量、化学组成、颗粒组成、比表面积和比重。一般而言,玻璃体含量越高,尤其是低铁玻璃体含量越高,活性越好，而石英、莫来石、赤铁矿含量越少越好。颗粒组成越细越好，比表面积越大越好，比重越大形成强度越高。
2.3、综上分析，水泥、粉煤灰、水经过充分拌和后，进行一系列的物理化学反应，经过一定的时间后成为具有一定强度的胶结物，当各种原材料比例适当、混合料搅拌均匀、养生得当，其强度就能达到高等级公路路用材料的承载力要求，成为具有良好的板体性、密实性和满足承载力要求的路基承力结构层。
2.4、液态粉煤灰具有单位体积质量轻的特点，只有1.40-1.50g/cm3，自重较石灰土、砂砾等传统回填材料密度，通常在1.85g/cm3上下，小得多，施工控制良好的混合料具有均匀一致的良好的板体性、密实度和强度，施工过程中能充斥到任何孔隙当中，因而其工后在自重和行车荷载作用的沉降是很小的，这对解决桥头跳车、浇注高填方路段的空隙及空洞;回填采空区等不易碾压密实部位问题非常有利。
3.应用效益
目前液态粉煤灰的质量检测控制标准是以强度为指标的，我标段上控制强度的方法采用双轨制，一是每天或每工作班制取强度试件，试件的做法与砂浆试件相同，要求28天强度大于等于0.6Mpa。二是施工结束28天后，用钻机钻取试件，检验现场28天强度是否达到0.6Mpa的设计要求。
根据现场实测情况，液态粉煤灰回填的混合料试件28天抗压强度分别为1.5Mpa、 1.4Mpa 满足0.6Mpa设计要求。严格按照设计配合比施工，控制好水泥用量，对保证混合料强度是很重要的。另外，液态粉煤灰浇筑完成后的裂缝虽然是不可避免的，但太多的裂缝必然会影响结构物的使用性能，所以如何在施工过程中控制，减少裂缝显得尤为重要。控制和减少裂缝有以下俩种方法，第一，严格控制用水量;经施工总结，浇筑过程中每盘用水量越大，裂缝越多，反之越少。第二，在原配合比的基础上，适当增加水泥用量，这样可有效减少裂缝。以上两种方法，均对混合料的强度有利而无弊，但第二种方法会增加施工成本，建议在浇筑最后一层时，即收面时使用。
液态粉煤灰回填台背是一项较新的施工工艺，其工艺简单、设备常见、施工组织简单，可操作性强，是解决桥涵台背跳车的一个有效途径和方法，在近年来得到了广泛的应用。并且粉煤灰原来作为发电厂的工业废料，对环境造成比较大的影响。液态粉煤灰在台背回填中的应用对于解决煤发电厂的工业废料问题提供了途径，同时它对于环境的可持续发展起到一定的促进作用。在今后的发展中，液态粉煤灰回填在高速公路建设中定会得到广泛的应用与发展，为国家高速公路建设贡献力量。
4.适用范围
高速公路桥涵台背回填处理。
5.应用技术指导
5.1、回填范围
从工程造价方面来控制，液态粉煤灰回填范围不宜过大,因为其单位造价相对石灰土、砂砾等传统回填方式要高得多,因此要严格控制回填范围。一般可按下面推荐的尺寸控制，现场施工时以开到边界硬茬为控制标准，保证其四周及底面是满足压实度要求的坚实的交界面。下述尺寸不包括构造物开挖后的基坑尺寸，基坑清理后宜与台背一起回填液态粉煤灰。
长度：底面长度一般是背离台身边2米,顶面长度为搭板长度加1米(涵背为从基础顶背离台身边2米处按1:1放坡)。
高度:液态粉煤灰自原地面做至搭板下40-60cm的位置,其顶面至搭板间做40-60cm防水层结构，一般做灰土和水泥稳定碎石混合结构防水层(涵背回填高度一般为涵洞基础顶至涵身顶)。
宽度为路基顶面设计宽度，边坡、台前填土作为流态水泥粉煤灰的包边土(相当于模板)。
从施工范围来看，宜采用反开挖方式回填，因为台背承重结构由水泥粉煤灰结构承担，因此其台前填土、边坡填土可适当降低压实标准(与主路基接茬面不得降低标准)，这对施工控制是十分有利的。
5.2、施工流程
清理基坑、压实原地面→路基接茬开挖台阶→拍照备查→支两侧模板→浇注流态水泥粉煤灰→拆模→填筑路基
5.2.1原地面及基坑清理、包边土填筑或缺口封堵
回填前应将基坑底或原地面的浮土、杂物和积水清除干净,将基底夯实，有缺口的用钢模板封堵，支撑牢固，或填土压实封堵。与主路基接茬面分级开挖台阶，台阶宽度和高度以满足到达上顶面长度为准，台阶开到硬茬，拍摄照片留存。
5.2.2混合料拌和、浇注
将搅拌机安装就位于台背一侧,每台搅拌机倾倒混合料后，混合料流动的距离宜不超过8米，搅拌机数量可据此确定，搅拌机距离坑边不小于1米安全净距。在实际施工过程中,为了避免单侧浇筑对结构物产生的单侧推力,在条件允许的情况下，尽量采用两侧对称浇筑。储水罐安置在搅拌机旁,溜槽接搅拌机出料口，调试设备使其处于良好状态。
现场测量出粉煤灰的含水量，据此按每拌拌和容量精确计算出各种材料的用量。粉煤灰:经标定后用小装载机装盛倒进料斗内。粉煤灰结块较严重的，应过筛剔除结块，一般情况可在装料时将结块的粉煤灰人工粉碎即可;水泥使用小皮桶盛，用磅秤称量合适后倒人料斗内。水用量通过搅拌机自动控制流量的方式控制,即根据每拌用水量,在未拌和前控制进水时间(精确到秒)，称量水的重量，记录水重量与设计用量相同时的进水时间，以此时间控制每拌加水量。
拌和：每拌混合料拌和时间不小于120s,严格按试验所取得经验数据配料,现场量测混合料的稠度,使其流动性满足要求。由于水泥的用量较小，必须严格控制好拌和时间，使水泥均匀的分散到粉煤灰中。
分次浇注:混合料搅拌均匀后,出料,通过溜槽注人坑内，混合料自由倾落高度不超过1.5米,遇阻时应人工使用工具导流。原则上在下层混合料初凝或重塑前浇注完成上层混合料。当拌和时用水量过大，造成自由水过多时，为尽可能减少自由水量，采用分级浇注、分次晾晒的方法进行回填。或在泌水多的地方洒-些干水泥以减少自由水。
浇注完毕后将混合料顶面梳理平整，并测量高程，高程误差±2cm。
5.2.3养护
混合料晾晒期间不得扰动混合料，全部浇筑完成后先晾晒2-3天，之后加盖次土工布覆盖养生，养生时间一般为15天左右，期间严禁车辆行人通过。15天后，在其上加盖一层防渗土工膜,保证路基渗水不浸泡混合料,并在其上覆盖至少20cm土后，取消交通管制。在施工过程中，浇注后出现裂缝是必然的，可用纯水泥浆灌缝。
6.工程应用实例
河南渑池至山西垣曲高速公路河南段TJ-4标连霍保通中桥台背处理。
质量控制要点：
6.1、周界面填土的密实度:基底必须压实，台阶要开到硬茬,基底、原地面、台阶土、包边土、台前填土、锥坡土必须检测压实度，保证压实度达到设计要求，拍照留查;
6.2、原材料质量控制:必须严格按原材料质量要求进场合格的材料,水泥质量一般较好控制，粉煤灰的质量却是差别很大，如果粉煤灰活性成分少，将严重影响混合料的后期强度。从使用效果上看:刚出炉不久的粉煤灰，细度较高，浇筑效果相当好,但由于其热量还没有完全散尽，大量囤积于现场会造成粉煤灰大面积结块,从而影响使用，所以刚出炉的粉煤灰必须现拉现用;对于已经过沉积的粉煤灰，本身会有少许结块，但经过处理之后并不影响使用,且大量囤积也不会结块，所以适合大量备料。经过长期的施工实践发现，刚出炉的粉煤灰粘聚性好，但初凝时间较长；沉积久的粉煤灰粘聚性稍差，容易产生泌水现象，但初凝时间较短，有利于缩短工期。所以综合考虑，沉积久的粉煤灰在使用性能上较刚出炉的粉煤灰好。
6.3、施工配合比的控制:尤其是现场拌合，不是采用自动计量的设备生产，人为影响因数非常大，因此，施工现场要有专人控制施工配合比，称量各种材料的数量。要特别控制用水量，因为按理论配合比施工时，稠度较大，混合料的流动性能一般不是很好，很容易造成人为加水拌和增加流动性的做法，这种做法对混合料强度的不良影响是致命的。混合料应使用机械搅拌，应搅拌均匀，一般搅拌时间不应小于2分钟。
6.4、结块粉煤灰的粉碎:粉煤灰一般 都是存放了相当长时间，结块现象很普遍,不管是使用跌落式搅拌机还是强制式搅拌机，都很难彻底将结块粉煤灰完全搅拌开来，这就要求进料时人工将结块的粉煤灰粉碎或过筛，保证水与粉煤灰颗粒完全接触以顺利进行化学反应。一旦结块的粉煤灰进入混合料中，就会成为夹心，造成局部强度不足。
6.5、施工中分层晾晒:液态粉煤灰施工后,水量是比较大的，不可能都进人水化反应，为尽可能获得高的强度，每施工一定高度后，进行一定时间的晾晒，使水分充分蒸发出来是十分必要的，晾晒时间一般为2-3天，分层高度为1.5 米左右。
6.6、浇注过程严格分层，避免离析:液态粉煤灰的保水能力很差，比较容易泌水，一旦形成-定的高差，低的一侧就会出现水洼，该处强度自然受到影响。因此，在到达顶面前，浇注层应基本是水平的，以防止低洼积水。如果涵洞纵坡较大，可用模板或混合量进行分段,分段浇筑。