液态粉煤灰在大直径波纹管涵三角区回填中的应用

樊 凛，吴荣峰，李志鹏，薄士威

（1.中国建设基础设施有限公司，北京市 100029；2.中国建筑一局（集团）有限公司，北京市 100161；3.甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030）

0 引 言

波纹钢管涵因其具有地基承载力要求低，变形能力强，施工工期短、工艺简单[1]等几方面的优势，近年来在甘肃省黄土地区高速公路建设中应用的越来越广。6～8 m的大直径波纹钢管涵也因其泄洪能力强，可满足汽车通行的特点，逐步在实际工程中展开应用。在甘肃省G341线白银至中川至永登公路二期工程（白银至中川段）项目中，6 m波纹钢管涵按照设计文件宜采用凹槽式基础（见图1），此基础在实际施工过程中存在弧形槽施做后压实度无法保证问题，所以调整为平齐式基础（见图2）。但此种方式由于管涵两侧三角区域空间狭小，同样存在常规大型机械无法进入，小型机械碾压无法保证94%压实度要求的问题，另外对于并排双孔波纹管亦然（见图3）。假如采用混凝土填筑，刚性材料限制了波纹管的变形能力，后期地基不均匀沉降可能引起混凝土变形开裂、应力集中，造成波纹管涵破损，故而也不宜采用。经研究参考国内其他项目工程经验，笔者首次提出采用液态粉煤灰对大直径波纹钢管涵涵背三角区进行回填的方法，粉煤灰属于半刚性材料，既能随钢管涵同步变形，也可满足强度要求，不仅保证了工程质量，还可缩短工期，节约成本，在实际工程中起到了积极的作用。新方法的应用也可今后其他类似工程的提供思路与经验借鉴。

图1 凹槽式基础

图2 平齐式基础

图3 双排波纹管示意图

1 液态粉煤灰具有的优势

液态粉煤灰是由粉煤灰、水泥、水、外加剂按不同配合比搅拌而成，具有一定的流动性，经一段时间的养护之后具备一定强度的混合料[2]。具有材质轻、密实度高、压缩性小等特点，且易施工、对涵侧压力小、后期强度高，较多应用于桥头涵背回填，目前已在石张高速、石黄高速、贵州遵毕高速等多项工程中成功应用，具有很好的借鉴意义。

2 最优配合比确定

根据国内其他工程经验、参考文献[3]及查阅河北省地方标准《液态粉煤灰水泥混合料施工技术指南》[4]，笔者初步拟定了三组配合比，并通过试验分别测定其7 d、28 d抗压强度和每10 m裂缝数量，汇总见表1。

表1 不同配合比7 d、28 d抗压强度及裂缝数量对比表

对应三种配合比情况下抗压强度变化曲线见图4。

图4 三种配合比抗压强度变化曲线

由表1和图4可知，液态粉煤灰强度与水泥含量密切相关，水泥含量越多，对应液态粉煤灰强度越高，但其干燥收缩性越强，越容易产生干缩裂缝，水泥含量从4%提高至10%时，液态粉煤灰的干缩率提高了约6.7%5，裂缝数量明显增加。所以在强度满足工程要求、裂缝数量较少的情况下，同时考虑到水泥、粉煤灰的品质偏差，为保证实体工程的质量可靠性，最终决定在G341项目中采用水泥：粉煤灰∶水=8∶92∶50（每方水泥：粉煤灰∶水=91 kg∶1 044 kg∶567 kg）作为最优配合比。

3 施工流程及工艺控制关键点

3.1 施工流程

液态粉煤灰涵背回填施工流程包括：混合料拌合→运输→浇筑→拆模→养护五个环节。

3.1.1 拌合

拌合前加强对原材料的把控，粉煤灰采用等级应不低于Ⅱ级，严格按照配合比控制材料用量，混合料应使用机械搅拌，搅拌时间控制在90～120 s。

3.1.2 运输

混合料采用罐车运输，运输能力应满足混合料浇筑需要，以保证浇筑工作的连续性。

3.1.3 浇筑

浇筑前应对模板进行检查，模板内不应有杂物积水，模板内涂脱模剂。浇筑时应合理配置施工机械及人员，保证工作效率，且浇筑温度不小于5℃，见图 5。

图5 现场立模浇筑实景图

3.1.4 拆模

浇筑3～4 d后可以进行拆模，拆模时应保证液态粉煤灰达到0.2 MPa，并防止粘模。

3.1.5 养护

养护期温度应控制在5℃以上，养护时间3～4 d，保证强度持续增长，7 d抗压强度达到0.4 MPa后，方可进行后续填筑碾压作业。

3.2 施工工艺控制关键点

3.2.1 原材料把控

粉煤灰采用等级不低于Ⅱ级，具体要求满足《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50—2011[6]第F.0.1的规定，见表2。

3.2.2 出仓温度及浇筑温度

通过实际施工可知，出仓温度一般在12℃～15℃，浇筑温度控制在5℃以上，液态粉煤灰和易性、流动性及后期质量均可得到较好保证。

3.2.3 含水量控制

试验数据显示，含水量应控制在50%左右，具体根据稠度控制（13～15 s），可保证混合料的流动性、强度，并减少干缩裂缝的产生。

表2 粉煤灰的分级和质量指标及适用范围

3.2.4 浇筑范围控制

单管浇筑范围为管道圆心两侧管壁垂直投影至基础顶面。双管涵洞之间浇筑高度为基础顶面至圆心以上，可满足正常机械碾压的宽度，见图6。

图6 波纹管填筑范围示意图

3.2.5 同批次试件抗压强度检测

施工时应注意同步制配同标准试件，每天至少做2组试件，并检测现场强度。其中试验室及现场抽检抗压强度均应满足7 d达到0.7 MPa、28 d达到1.8 MPa。

4 液态粉煤灰与常规砂砾填料性能及经济效益分析

通过分析对比涵侧三角区采用液态粉煤灰与常规砂砾回填，可得出以下结论。

4.1 性能方面

砂砾回填压实度一般可达94%～96%，经实际检测地基承载力大于250 kPa，而液态粉煤灰7 d抗压强度一般可达0.7 MPa，28 d抗压强度可达1.8 MPa,抗压强度性能高于砂砾，同时密实度也明显优于砂砾，可充分满足工程质量要求。

4.2 经济效益分析

参照《公路工程施工定额》JTG 2009[7]对G341线钢管涵三角区实际填筑液态粉煤灰进行造价分析，详细情况见表3。

表3 波纹钢管涵三角区液态粉煤灰造价分析表 m3

由表3可知，液态粉煤灰综合单价188.64元/m3，对比项目清单中填筑砂砾单价226元/m3，每m3可节约成本37.36元，以48 m长1～6 m波纹管涵计，每道钢管涵可节约成本6 927元，经济效益明显。

4.3 工期对比

砂砾回填每天可填筑3层（每层15 cm），回填高度达到3 m需7 d，粉煤灰回填高度为3 m时支模、浇筑、拆模需3～4 d，工期可缩短3～4 d。

5 结 论

通过在G341线白银至中川机场公路项目中首次采用液态粉煤灰填筑大直径波纹钢管涵涵背三角区，既保证了施工质量，也取得了明显的经济成效和施工经验，可得出以下结论：

（1）应用液态粉煤灰对大直径波纹钢管涵涵背三角区进行填筑，可随管涵同步变形，具有强度高、施工周期短、工艺简单等特点，既有效解决了涵背回填问题，也保证了工程质量，可在今后其他类似项目中推广应用。

（2）混合料中水泥含量越多，干燥收缩性越强，越容易产生干缩裂缝，所以在满足强度需求的情况下，水泥含量不易过高，一般控制在8%左右，其7 d抗压强度保证0.7 MPa，28 d抗压强度保证1.8 MPa。

（3）液态粉煤灰相对于砂砾回填品质好，强度高，经济性好，48 m波纹管钢涵可节约成本约6 927元。