淺析水撼砂法臺背回填

徐鵬

(唐山市交通勘察設(shè)計院有限公司,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)計院有限公司,河北唐山 063000)

分析臺背回填采用天然砂礫進行施工時,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、密實度能有效保證等優(yōu)點。

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。

分析其原因是因為臺背回填施工作業(yè)面狹窄,并且考慮對混凝土結(jié)構(gòu)物的成品保護,不能采用大型壓實機械,致使其在結(jié)合部位的局部地方壓實度不足,再加上橋臺混凝土屬于剛性材料,為保證地基強度和承載力要求,都進行了地基處理,一般沉降量很小,而臺背回填施工完成后雖經(jīng)壓實但未充分達到自然沉降穩(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,砂礫開始自行運動。同時,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。在外力反復(fù)的作用下,砂礫個體相互之間的接觸面積和摩擦阻力加大,砂礫逐步達到堆積合理狀態(tài),此時砂礫結(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料滲透至填料的每個裂隙,填滿砂礫孔隙,從而達到最大密實狀態(tài),具備抵抗較強內(nèi)外部荷載的能力。

2 水撼砂法的施工工藝

2.1 材料準備

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%,利于透水和細粒徑材料滲透,達到密實狀態(tài)。

2.2 機械、人員準備

振搗棒4套；水泵4臺,并配有足夠長水管；發(fā)電機組1臺；施工技術(shù)負責人1名,經(jīng)培訓的專業(yè)技工4名。

2.3 施工準備

(1)已施工的橋涵墻身砼強度必須達到80%后,方可進行臺背回填工作。

(2)按照設(shè)計和規(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,并用小型夯實機械撼實基底,壓實度要求達到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,保持振搗棒處于運動中,層與層間要搭扣,本層振搗時要深入到下面一層為好,以保證兩層的連續(xù),振搗時間不少于40 s,直至砂礫表面不再下沉,且無氣泡冒出,無泛水,表面平坦時為止,此時密實質(zhì)量最好。在振搗過程中,根據(jù)砂礫表層水位變化可適當隨時加水。

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

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

(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)定時安排進行含水量及壓實度檢測,若壓實度滿足要求,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,同時要挖切到路基密實的地方。

(4)橋臺錐坡應(yīng)與臺背回填同步［4］。

3.2 注意事項

(1)振搗棒插入間距要小于30 cm,否則密實效果可能不佳。

(2)振動過程中,若發(fā)現(xiàn)密實效果不好時,可適當填補一些粒徑適合碎石或細料。

(3)在進行臺背回填以前,必須做好基坑清理。

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

(5)臺背回填每層要注意保存影像資料。

(6)做圍堰時,圍堰要做夯實處理,夯實要牢固,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“輕型壓路機配小型振動壓實機械”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月通車運營15個月,經(jīng)過用水準儀對橋頭連接處測量,測量對比結(jié)果如下：

(1)采用輕型壓路機配小型振動壓實機械的壓實工藝

K112+450橋采用此種工藝按規(guī)定每10 cm厚一層進行壓實作業(yè),兩層檢測一次壓實度,施工過程中進行壓實度跟蹤檢測,直到壓實度不再增加而停止壓實施工［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工藝

K120+510橋采用此種工藝壓實施工。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

(1)傳統(tǒng)回填采用輕型壓路機配小型振動壓實機械的特點

a. 采用此種方法的優(yōu)點：壓實度基本能達到設(shè)計要求的標準。

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：需要開挖壓路機下到基坑里的坡道或吊運壓實設(shè)備,增加了臺背回填的工程量,并且要求壓路機在施工過程中離砼要有一定的距離,不能離砼太近,同時邊角需要配合小型振動壓實機械夯實,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,難于保證壓實度。

(2)水撼砂法施工的特點

a. 水撼砂法回填臺背的優(yōu)點：需要機械設(shè)備少,施工簡單方便,只需要將砂礫倒運至臺背位置并整平,不用開挖坡道。由于它通過振搗棒振搗容易使砂礫密實,同時能保證邊角部位密實,總體壓實度效果好于傳統(tǒng)工藝,在施工過程中,不會因為施工的原因破壞到砼,較適用于深挖以及不利于機械碾壓部位的回填作業(yè)。

b. 水撼砂法回填臺背的缺點：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機械且碾壓不到位的薄弱部位,而且壓實度不但滿足規(guī)范和設(shè)計要求,且超過了輕型壓實機械壓實作業(yè)的壓實度,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.風冷熱泵除霜控制模式的選擇［J］.中國科技財富，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］.山東濟南:山東建筑大學，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.壓實度實時檢測技術(shù)應(yīng)用研究［J］.筑路機械與施工機械化，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)計工作。