煤矸石在橋梁臺(tái)背回填中的應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：U445.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.053

文章編號(hào)：1673-4874（2025）04-0190-03

0 引言

煤矸石是在煤炭開采過程中產(chǎn)生的廢棄物，開采后做堆棄處理需要占用大量的土地資源1。而我國土體資源緊缺，煤矸石長期堆積也會(huì)產(chǎn)生一定的污染，影響周邊農(nóng)作物生長。另外，煤矸石堆放過程中會(huì)產(chǎn)生自燃，雨水的\"淋溶作用\"還會(huì)污染周邊地下水[2-3]。選擇強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的煤矸石用于路基填方材料，可變廢為寶，提高煤矸石的綜合利用率。本文以工程項(xiàng)目為依托，研究煤矸石在橋梁臺(tái)背回填施工中應(yīng)用的可行性，通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定煤矸石回填施工參數(shù)，對(duì)臺(tái)背回填路段壓實(shí)質(zhì)量、彎沉值進(jìn)行檢測，并開展現(xiàn)場沉降監(jiān)測，分析沉降變化規(guī)律，確定橋梁臺(tái)背煤矸石回填施工方案的合理性。

1依托橋梁工程概況

某高速公路設(shè)計(jì)車速為 100km/h ，路基設(shè)計(jì)寬度為25.5m，采用雙向四車道設(shè)計(jì)。施工沿線有多個(gè)煤礦企業(yè)，煤炭開采過程中產(chǎn)生了大量煤矸石，煤矸石堆積會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境產(chǎn)生一定破壞。為綜合利用煤矸石，降低環(huán)境污染，全線橋梁和涵洞臺(tái)背回填材料均選用煤矸石。施工路段跨越山嶺地區(qū)，沿線分布有16座橋梁，26座涵洞。本文以 5^? 大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，橋梁全長247m，橋面凈寬為25. 5m ，墩高為 14～42m 橋梁上部結(jié)構(gòu)采用30m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁，柱式墩、柱式臺(tái)，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，最大樁長為 23m。

2橋梁臺(tái)背煤矸石回填施工方案

煤矸石取自施工沿線煤礦企業(yè)，在使用前取樣送試驗(yàn)室檢測煤矸石主要物理力學(xué)性能指標(biāo)，為后續(xù)制定施工方案提供參考依據(jù)。為保證橋梁臺(tái)背施工質(zhì)量，施工前嚴(yán)格控制煤矸石級(jí)配，對(duì)比確定燒失量較低和內(nèi)部已燃燒過的煤矸石級(jí)配較好，不得選用粒徑較大，級(jí)配較差的煤矸石4。為了保證煤矸石填層的壓實(shí)質(zhì)量，控制煤矸石最大粒徑 ?80mm ，嚴(yán)格控制煤矸石中小粒徑粒料的比例，5mm以下粒料所占比例 ?40% ，且0.075mm以下粒料所占比例應(yīng) lt;5%^[5-6] 。對(duì)煤矸石取樣檢測壓碎值和承載比，控制壓碎值 ?30% ，承載比 ≥20% 即為合作者簡介：李登偉（1982一），工程師，研究方向：土木工程施工。

另外，煤矸石中不穩(wěn)定成分在長時(shí)間堆積后會(huì)產(chǎn)生崩解或分解，影響煤矸石填層的穩(wěn)定性，尤其是浸水工況下尤為嚴(yán)重。因此，應(yīng)控制煤矸石燒失量 ≤20% ，30d浸水崩解量 ，保證煤矸石強(qiáng)度符合要求]。

本文以 5^? 大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，在橋臺(tái)與路基之間設(shè)置過渡段，過渡段底面回填長度為 5m ，頂部回填長度為12.88m，路基一側(cè)開挖臺(tái)階，高度為1m，寬度1 .5m 橋梁與路基接觸部位設(shè)置橋頭搭板，厚度為60cm，長度為6m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橋梁臺(tái)背回填如圖1所示。為了保證排水，基底處理后在地基頂部回填砂礫，設(shè)置排水管和排水盲溝。橋梁臺(tái)背回填施工設(shè)備主要有蛙式振動(dòng)夯、裝載機(jī)、推土機(jī)、自卸汽車等設(shè)備，壓實(shí)采用振動(dòng)壓實(shí)機(jī)，局部邊角壓實(shí)采用蛙式振動(dòng)夯。各施工設(shè)備之間生產(chǎn)能力相互協(xié)調(diào)，施工中設(shè)備盡量不出現(xiàn)閑置現(xiàn)象，保證施工效率。

圖1橋梁臺(tái)背回填示意圖

3煤矸石臺(tái)背回填質(zhì)量檢驗(yàn)

3.1壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，橋梁臺(tái)背回填壓實(shí)度 9% ，壓實(shí)設(shè)備選用蛙式振動(dòng)夯和18t振動(dòng)壓路機(jī)，松鋪厚度分別為20cm、25cm和30cm，邊角位置振動(dòng)夯擊遍數(shù)為 2～4 遍。按照每50m抽檢一個(gè)測點(diǎn)的頻率，不同碾壓遍數(shù)壓實(shí)度檢測結(jié)果如圖2所示。

對(duì)比分析圖2壓實(shí)度檢測結(jié)果可知，在不同碾壓遍數(shù)下，隨松鋪厚度增加壓實(shí)度隨之下降，在碾壓遍數(shù) lt;6 遍時(shí)壓實(shí)度增長速度較快， gt;6 遍后明顯變緩。當(dāng)煤矸石填層松鋪厚度為20cm、25cm時(shí)，在碾壓遍數(shù)達(dá)到6遍時(shí)壓實(shí)度分別為96. 5% .96. 2% ，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，當(dāng)松鋪厚度為30cm時(shí)，在碾壓10遍后壓實(shí)度達(dá)到96. 3% ，碾壓遍數(shù)較多。因此，煤矸石填層松鋪厚度選擇25cm較為合理，碾壓遍數(shù)確定為6遍。

圖2不同碾壓遍數(shù)下壓實(shí)度變化曲線圖

3.2路基彎沉檢測分析

為分析橋梁臺(tái)背回填后路基的整體強(qiáng)度，在施工現(xiàn)場開展彎沉檢測。該項(xiàng)目采用貝克曼梁檢測8，每個(gè)檢測斷面設(shè)置8個(gè)測點(diǎn)，分別位于左幅和右幅車道上。橋梁臺(tái)背彎沉值檢測結(jié)果如圖3所示。

圖3橋梁臺(tái)背彎沉值檢測結(jié)果曲線圖

分析圖3橋梁臺(tái)背彎沉值檢測結(jié)果可知，各檢測斷面彎沉值均較小，低于設(shè)計(jì)要求的 220（0.01mm） ，臺(tái)背回填后彎沉值滿足設(shè)計(jì)要求，整體強(qiáng)度合格。各測點(diǎn)彎沉值最大值為 93（0.01mm） ，最小值為 53（0.01mm） ，彎沉值檢測結(jié)果相差不大。通過計(jì)算得出所有回填路段代表彎沉值為 87.62（0.01mm） ，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值220（0.01mm） ，說明采用煤矸石回填可以保證臺(tái)背回填位置的強(qiáng)度，承載能力較好，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。

3.3臺(tái)背回填沉降現(xiàn)場監(jiān)測分析

3.3.1沉降監(jiān)測方案

為了分析臺(tái)背回填路段沉降變化規(guī)律，分別在路基中心和兩側(cè)路肩位置埋設(shè)沉降管和沉降磁環(huán)，在施工過程中開展現(xiàn)場沉降監(jiān)測。 5^? 大橋臺(tái)背回填高度為 5.5m ，項(xiàng)目沉降監(jiān)測斷面距橋臺(tái)4m，沉降磁環(huán)埋設(shè)深度分別為 0m ，2.5m.5.5m ，共布置9個(gè)沉降磁環(huán)，如圖4所示。

圖4臺(tái)背回填路段沉降觀測點(diǎn)布置示意圖

沉降監(jiān)測時(shí)間自沉降磁環(huán)埋設(shè)完成后開始，結(jié)束時(shí)間為通車后半年，監(jiān)測總時(shí)長為346d。其中 0～122 d為堆載預(yù)壓期， 123～162 d為路面施工期， 163～346 d為運(yùn)營通車期。

3.3.2現(xiàn)場沉降監(jiān)測結(jié)果分析

在整個(gè)施工過程中通過沉降磁環(huán)對(duì)橋梁臺(tái)背回填斷面分層沉降進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，由于路基左右兩側(cè)路肩沉降接近，因此只取右側(cè)路肩和路基中央分隔帶位置監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，整理監(jiān)測數(shù)據(jù)得到沉降曲線如圖5和圖6所示。

圖5右側(cè)路肩沉降變化曲線圖

圖6路基中央分隔帶沉降變化曲線圖

分析圖5和圖6橋梁臺(tái)背回填路段沉降監(jiān)測結(jié)果可知，在回填施工完成后經(jīng)歷了一個(gè)快速沉降階段，隨后逐漸穩(wěn)定，路面施工階段沉降略有增加，而后逐漸穩(wěn)定。路基中心位置沉降量高于路肩位置，且地基沉降占整體沉降的比例較高，煤矸石填方體自身固結(jié)沉降相對(duì)較小。路基中心位置沉降量較高，監(jiān)測完成時(shí)最大沉降量為44. 2mm 其中地基沉降為32. ，占整體沉降的72. 4% ，煤矸石填方體自身固結(jié)沉降為 12.2mm ，為整體沉降的 27.6% ，地基沉降量相對(duì)較大。路肩位置沉降量最大值為29. 7mm ，其中地基沉降為 17.4mm ，為整體沉降的58. 6% ，同樣占比較高。因此，采用煤矸石作為橋梁臺(tái)背回填材料可有效降低沉降，提升承載能力，具有較好的推廣價(jià)值。

4結(jié)語

為驗(yàn)證煤矸石作為橋梁臺(tái)背回填材料的實(shí)用性，本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行分析，在施工過程中對(duì)施工路段壓實(shí)質(zhì)量、彎沉值進(jìn)行檢測，并選取代表斷面開展現(xiàn)場沉降監(jiān)測，分析實(shí)測數(shù)據(jù)得出結(jié)論：（1）通過對(duì)比不同松鋪厚度煤矸石填層壓實(shí)度檢測結(jié)果，確定最合理的松鋪厚度為25cm，碾壓遍數(shù)為6遍；（2整理分析橋梁臺(tái)背回填路段彎沉值檢測結(jié)果，得出代表彎沉值為87.62（0.01mm） ，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求的 220（0.01mm） ，說明采用煤矸石回填橋梁臺(tái)背整體強(qiáng)度高，承載能力好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求；（3）分析現(xiàn)場沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在橋梁臺(tái)背回填施工后經(jīng)歷了一個(gè)快速沉降階段，在路面施工期間沉降略有增加，沉降主要組成部分為地基沉降，煤矸石填方體固結(jié)沉降占整體沉降的比例較小，且各部位沉降均較小，說明選用煤矸石作為臺(tái)背填料可提升路基與橋臺(tái)連接部位的承載能力，控制沉降，具有良好的推廣價(jià)值。

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