公路工程路基建造新技术及案例PPT.pptx
,路基建造新技术及案例,1 软土路基处理技术及工程案例,软土路基是在工程建设中遇到最多的需要处理的软弱地基，其具有含水量高、压缩性高、渗透性低、固结时间长、塑性指数大等特性。在软土上修筑路基时，极易引发沉降不均匀及承载力不足等问题，给工程建设带来很大的技术困难,2.1.2 地基处理方法分类 地基处理的基本方法按原理普遍分为五大类：置换、挤密、排水、加筋和胶结。随着路基荷载逐渐加大，地基处理厚度逐渐加深，地基处理范围逐渐变广，单一的地基处理方法已经不能够达到理想的效果，很多工程采取多种措施相结合的地基处理方法。 （1）置换法 置换法是指利用如砂、碎石等强度较高的材料置换出天然土中性质不良的土体，置换材料与周围土体相互作用形成的复合地基能够增强地基承载力，减弱地基变形能力的一种地基处理方法。由于使用的置换材料与施工工艺不同，又产生了不同的置换方式。如振冲置换法利用振动的冲头，振实填入孔洞中的碎石，形成碎石桩；石灰桩法利用生石灰固化剂本身的物理化学作用，将生石灰填入机械成孔的孔洞中形成石灰桩，提高桩体周围土体的物理力学性质；强夯置换法夯击填入孔洞中的碎石，形成深度36m，直径2m左右的碎石柱体，与周围形成复合地基。还有换土垫层法、挤淤置换法、褥垫法、和砂桩置换法、气泡轻质填土法和EPS超轻质料填土法等方法。置换法所适用的土质主要为砂土、粉土、粉质黏土、淤泥以及淤泥质黏土等，最大的置换深度不超过5m。 公路和铁路软土路基置换处理时，常采用如下方法：换土垫层法；挤淤置换法；褥垫法；砂石桩置换法；强夯置换法；石灰桩法；EPS超轻质料填土法。,（2）挤密法 挤密法对于松软砂性土湿陷性黄土等土质是一种很有效的地基处理方法。它是利用振动或冲击等方式在地基中形成钻孔，并向钻孔中填入砂、碎石等材料，使得土体在横向上受到挤压作用，增加了桩周土的密实度。当桩周土体距桩越近，土体的密度越接近相应含水率的最大干密度。挤密法能够提高挤密桩间或挤密桩周围土的密实度，对于孔隙率大，压缩性高的土，经过挤密后，使得土的孔隙率变小，压缩性降低。同时，挤密法提高了地基土的隔水性，使得土体的防水、隔水性能比同条件下的垫层好。挤密法处理地基的深度一般以不超过15m的范围较为合宜，若超过15m，则对施工进度和地基处理效果造成阻碍，同时大大地增加了工程费用。 公路和铁路软土路基挤密处理时，常采用如下方法：表层原位压实法；强夯法；振冲密实法；挤密砂石桩法；爆破挤密法；土桩、灰土桩；夯实水泥土桩法；孔内夯扩法。 （3）排水固结法 排水固结法又称为预压法，特别适用于如软土这样的含水率高同时渗透性又很低的土体。在天然条件下，这种土体因外荷载的作用土中水被大量排出，但由于土体的低渗透性使得土体的排水固结过程相当缓慢。排水固结法由排水系统和加压系统组成（如图2.1-1所示），其作用原理为先在天然土体中设置排水系统，然后通过加压系统作用于土体，此时土中水沿着排水系统快速排出，固结时间急剧缩短，土体强度显著增加。排水系统增加了土中水的排出途径，变相地提高了土体的渗透性，加压系统则是人为地控制荷载的大小与作用时间，使得土体的固结时间与固结后的强度均能满足设计与施工的要求。值得注意的是排水固结法只是加速了地基土体排水固结的时间，并没有减小地基土的沉降量，这是与其它地基处理措施的区别。,图2.1-1 排水固结法的组成与分类 公路和铁路软土路基排水固结处理时，常采用如下方法：堆载预压法（超载、等载或欠载）；真空预压法；电渗法；降低地下水法；真空联合堆载预压法。,（4）胶结法 胶结法的本质是化学加固。它是利用粒状浆液或化学浆液（如图2.1-2所示）通过注浆管把浆液注入土体中，挤压土体的同时又与周围的土体混合胶结形成一个强度高、抗水性好的胶结体。胶结法与挤密法有所不同，挤密法在土体中只会使土体在横向上发生挤密作用，而胶结法在挤密土体的同时又能与土体发生胶结作用形成新的一种结构体。但是两种方法都能起到提高地基土的隔水性与加固地基的作用。 公路和铁路软土路基胶结处理时，常采用如下方法：深层搅拌法；高压喷射注浆法；水泥加固地下连续墙（TRD）法；渗入性灌浆法；劈裂灌浆法；挤密灌浆法；化学注浆；微生物灌浆。,图2.1-2 胶结法,图2.1-3 胶结法浆液材料,（5）加筋法 加筋法是指在土中加入如纤维组织物、网格片等抗拉材料，提高土体的强度和稳定性。由于土的抗拉强度基本为零，在土体中置入加筋体能够有效地限制土的侧向位移，形成土筋复合体，变相地增加了土体的抗拉能力。因此加筋法特别适用于路堤边坡加固、开挖支护、挡墙结构维护等工程。加筋法分为加筋土、土工聚合物、土钉等方法。 公路和铁路软土路基加筋处理时，常采用如下方法：加筋土垫层法；加筋土挡墙法；土钉支护法；锚杆支护法；锚定板挡土结构；树根桩法；柔性桩复合地基法；刚性桩复合地基法；长短桩、长板-短桩复合地基；加筋碎石桩复合地基法。,图2.1-4 加筋土 图2.1-5 土工聚合物,2.1.3 沪通铁路地基处理工程实例 沪通铁路为连接上海市与南通市的国家铁路级干线，速度目标值200km/h，沿线工程软基及松软土路基长约27.199km，配套工程增（新）建线路软基长6.36km。沪通铁路共分为7个标段，沿线软土厚度分布不均匀。 I标路基地基加固处理形式为旋喷桩、水泥搅拌桩。II标路基地基处理形式：袋装砂井、水泥搅拌桩、钢筋混凝土管桩。III标路基地基加固处理形式为CFG桩。IV标路基地基处理形式：袋装砂井、水泥搅拌桩、预应力混凝土管桩、钻孔桩、真空预压。V标路基地基处理形式：双向水泥搅拌桩、PHC管桩，碎石垫层。VI标路基地基处理形式：高压旋喷桩、碎石注浆桩、板梁结构。 （1）袋装砂井联合真空预压排水固结法 排水固结法分为排水系统与加压系统。此法的排水系统为具有竖向排水体性质的袋装砂井，加压系统为真空预压。 袋装砂井是砂井法的延续，是将散体砂贯入以化纤织物为材质细而长的袋内并将砂袋置入软土中作为竖向排水体的一种排水系统。根据砂井固结理论可知，砂井的直径与间距可直接影响土体的排水固结时间。当砂井直径不变时，砂井间距减小一倍，排水固结时间大约缩短三倍；当砂井间距不变时，砂井直径增加一倍，排水固结时间大约为原来的三分之一。因此减小砂井间距产生的效果大大优于增加砂井直径产生的效果，所以通常采用“细而密”的原则。在加压系统的作用下，袋装砂井能够加快地基土的排水固结时间。 袋装砂井设置完毕后，在地面上铺设一层横向排水的砂垫层，然后在砂垫层顶部铺设一层密封薄膜使得土体与大气隔绝，通过砂垫层中埋设的吸水管道用真空泵或其他抽真空设备进行抽气，产生大气负压，软土层在负压的作用下开始排水固结。,图2.1-6 沪通铁路袋装砂井联合真空预压施工现场照片,（2）搅拌桩加固法 水泥搅拌法属于胶结法，其浆液材料是不稳定粒状浆材水泥或水泥砂浆。这种方法是利用水泥等浆液材料通过大型搅拌机械将制备的浆液与土体强制搅拌，使之发生复杂的物理化学反应，共同胶结成强度高和隔水性能强的水泥土胶结体。水泥土搅拌法应用广泛，通常用于软土地基的加固，隔水帷幕、边坡的加固与防护、基坑加固等工程。 沪通铁路沿线用于地基加固的填料十分匮乏，大多数填料都需要远距离外运，但搅拌桩加固法能够最大限度地利用原土，使软土地基的加固对填料的需求大大降低。修建沪通铁路存在临近营业线的情况，若施工不当，将影响营业线列车的安全运行，而搅拌桩加固法在施工时具有无振动、无噪声和无污染等优势，大大降低了施工给营业线带来的安全风险。因此，搅拌桩加固法被大量地应用于沪通铁路软土地基处理过程中。,图2.1-7 沪通铁路搅拌桩加固施工现场照片,（3）预应力管桩加固法 预应力管桩按桩的张拉工艺可分为先张法预应力管桩和后张法预应力管桩56。现代预应力管桩的生产方式大多采用先张拉再离心成型技术，因为此法相对于后张法而言能够使管桩桩身抗压强度达到C80以上，同时提高了桩身的抗裂抗弯性能。预应力管桩能够将桩深入到土体下较硬的土层或岩层上，其成桩长度不一，短则为56m，长则能够达到50m以上。当遇到深厚软土时，一般的处理措施不能满足设计要求，预应力管桩则能够很好地处理这类情况。沪通铁路沿线存在着大量的深厚软土地基，预应力管桩加固法则成为了深厚软土的主要加固处理方法。,图2.1-8 沪通铁路预应力管桩施工现场照片,2 流态粉煤灰水泥混合料轻质路堤及台背填筑技术,1 工程背景 软土通常具有含水率高、压缩性大、渗透性低、灵敏度高等特点，建造在软土地基上的高等级公路易出现累计沉降量大、差异沉降明显等问题，严重影响道路的通行质量和养护费用，甚至会对道路的行车安全产生不利影响。对此，为提高软土地基的承载能力、控制道路的工后沉降变形量，目前工程中通常采用排水固结法或复合地基对含深厚软基的路段进行处理，也取得了较好的加固效果，但各加固方法均存一定不足，如排水固结法加固路基的后期沉降变形量通常较大、复合地基的有效加固深度有限且处理费用高、不同地基处理路段衔接处的差异沉降明显，导致路段的沉降变形异常问题累见不鲜。在路堤结构设计过程中，为降低路堤结构的重量，一些工程中采用轻质填土材料(如气泡混凝土、EPS轻质土或粉煤灰等)替代普通回填土填筑路堤。这一措施可有效降低路堤填筑在路基中引起的附加应力，减小路基沉降变形量。对于高路堤也可采取填筑轻质路堤的方式减小路基和路堤的沉降量及差异沉降量。,对于桥台和涵洞，路面施工完成后桥涵构造物本身与台背填土在继续沉降过程中出现的差异沉降导致的车辆通过时产生的腾空跳跃现象，俗称“桥头跳车”。桥头跳车现象在高等级公路中危害极大，高速行驶的车辆跳跃时不仅乘车舒适性得不到保证，而且行车安全性也大大降低。因跳车不得不在桥头频繁减速、加速，既影响了道路的通行能力，又增加了车辆的损耗和废气排放。此外，桥头跳车还会对桥梁的工作状况产生不利影响，加速桥头路面及伸缩缝的破坏。国内外资料表明，因桥头跳车而增加的道路维修费大得惊人，美国大约25的桥梁（约150000座）受到桥头跳车的影响，全国每年为此花费的修理费用达1亿美元以上。另外，跳车问题也会损害运输部门在公众心中的形象。因此，如何有效控制桥头跳车保证公路交通安全和高速运营越来越引起人们的重视。鉴于桥头跳车的危害，如何解决这一世界性难题已成为广大路桥工作者及相关科研人员非常关注的问题。桥头台背、基坑回填大部分施工作业面较窄，大型压实机械作业困难，小型设备又难压实，桥涵台背沉降产生的原因归结为以下几个方面：路堤下天然地基的沉降；路堤填筑材料的压缩；排水不畅及填土流失；桥台与台后填土的刚度差异；施工中压实度不足。国内外大量文献资料就台背回填材料以及回填中的沉降、稳定性问题进行了分析研究。理论上工程中采用砂砾土或碎石土等透水性较好、强度高、稳定性较好的材料可以降低回填部分的工后沉降，但是由于这些填料具有容重大、不易压实的缺陷，实际工程中处置不当也容易产生较大的工后沉降，致使过渡段出现错台、路面沉陷、搭板断裂等病害。应用轻质填料及减轻路堤自重，进而减小桥台台背处地基的沉降和不均匀沉降被认为是解决桥头跳车的较好办法。因此，级配砂砾、土工泡沫EPS、气泡混合轻质土及无砂大空隙混凝土等许多台背回填材料应运而生，一些工程在路桥过渡段中还尝试采用土工格栅加筋回填材料，以降低路桥过渡段的差异沉降。,流态粉煤灰水泥混合料是利用工业废渣粉煤灰掺入一定量的水泥及外加剂形成一种初期流动性强，后期具有一定强度且成型速度快的混合料。该浆体具有质轻、流动性好、施工性简便（无需振捣和机械碾压）、耐久性好等优点，其自身压缩沉降非常小，刚性比一般的填土路基要好得多，可大大地减轻自身荷载，降低地基应力，抑制软基的沉降、侧移和破坏。通过在桥台背部填充恰当形状的楔形轻质体，可大大缩减桥台与路基连接附近的差异沉降，使沉降曲线连续、缓慢而均匀地变化，从根本上消除桥头跳车问题。 流态粉煤灰水泥混合料施工工艺简单，无须碾压和振捣，依靠混合料自身的流动性即可达到密实效果，具有较高的承载力，同时具有自重轻和减少工后地基压缩沉降的特点，施工工期短，成本低，并且能有效解决由于粉煤灰存放造成的环境污染问题，符合当前大力提倡的环境友好型交通的发展需求。适用于桥台背、基坑、房建、市政建设中不易碾压的沟槽、洞坑等部位的回填施工。,2 流态粉煤灰水泥混合料配合比设计 2.1 原材料 2.1.1粉煤灰 粉煤灰是原煤经粉碎加工在高温条件下燃烧熔化后冷凝残留的烧结物，以玻璃体形态存在。粉煤灰组织疏松，其中5070为空心的玻璃质球体。不同电厂的燃料种类、煤粉细度、收集方式不同，其化学成分和物理性质也不同。按燃料种类，粉煤灰分为硅铝型粉煤灰和硫钙型粉煤灰两种。硅铝型粉煤灰是由部分结晶物质和非结晶物质组成的混合体，含大量的硅、铝及少量的钙和硫；硫钙型粉煤灰由褐煤燃烧而成，钙、硫为主要成分。 常用氧化物分析描述粉煤灰的化学成分，我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为SiO2、Al2O3、Fe2O3及少量的CaO、MgO等。粉煤灰本身并无胶凝性，只有在碱性的激发下才具有活性，粉煤灰的活性主要来自活性SiO2（玻璃体SiO2）和活性Al2O3（玻璃体Al2O3）。粉煤灰中的钙含量在3%左右，它对胶凝体的形成是有利的。有些粉煤灰本身含有足量的游离石灰，无须再加石灰就可和水反应，称为自凝性。因此，粉煤灰中的活性SiO2、活性Al2O3和f-CaO（游离氧化钙）都是活性的有利成分。粉煤灰粒径大小不等，形状也不规则，一般呈银灰色或灰色，粒径为0.5-300 m，颗粒组成以微细玻璃球体为主。,在流态粉煤灰水泥混合料中，粉煤灰主要评价指标包括比重、细度、需水量比、烧失量及化学组分。 (1）粉煤灰比重较小，质轻，粉煤灰颗粒内呈蜂窝结构。 (2）粉煤灰的细度通常用一定孔径的筛余量表示，也可用比表面积表示。 (3）烧失量反映了粉煤灰中残留碳粉的高低，这是因为粉煤灰烧失量绝大部分来源于残留碳分，粉煤灰的残留碳分越高，粉煤灰的烧失量越大，品质越差。 (4）需水性对于粉煤灰的工程性质是非常重要的指标。粉煤灰需水量可以定义为粉煤灰和水混合物达到某一流动度的情况下所需的用水量，粉煤灰的需水量越小，相应的工程利用价值越高。工程中通常采用需水量比表示粉煤灰的需水性。 (5）河北省地标流态粉煤灰水泥混合料施工技术指南(DB13/T1510-2012）中规定了用于流态粉煤灰水泥混合料中的粉煤灰细度（比表面积）2500cm2/g)，烧失量20%，SiO2、Al2O3、Fe2O3总含量） 70%。 2.1.2水泥 水泥在流态粉煤灰水泥混合料浆体中主要起胶结料的作用，并能提高浆体强度。水泥掺量对浆体的强度、收缩、固结沉降以及抗压回弹模量等都有一定影响。可选用32.5和42.5硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其技术性质和技术标准应满足现行国家标准。 2.1.3外加剂 为了优化流态粉煤灰水泥混合料性能，可以在其中掺加高效减水剂、早强剂及引气剂，以改善流态粉煤灰水泥混合料水泥浆体的强度、收缩、固结沉降以及抗压回弹模量等性能指标。,2.2 配合比设计 稠度和强度是流态粉煤灰水泥混合料的主要技术指标，是流态粉煤灰水泥混合料配 合比设计的主要依据。 2.2.1设计指标 1）强度指标 车辆荷载产生的附加应力在道路内随着深度的增加而逐渐降低，因此对道路材料强度的要求也是随着深度的增加而逐渐减小。流态粉煤灰水泥混合料用于桥梁台背、基坑回填，其强度与路基相当即可，可以比路面基层、底基层材料的强度低。用于高速公路底基层的二灰混合料强度标准为不小于0.6MPa，因此流态粉煤灰水泥混合料的立方体抗压强度可依此标准进行设计：路堤部分不小于0.2MPa（7天）或0.3MPa（28天）；路床部分不小于0.2MPa（7天）或0.4MPa（28天）。原则上以28天设计强度为准，如果工期紧，可按照7天强度进行设计。 2）稠度指标 稠度又称流动性，是指浆体在自重或外力作用下流动的性能。稠度是流态粉煤灰水泥混合料浆体的一项重要指标，是施工需要的重要性能。直接用罐车、滚筒加流槽以及泵送浇筑时，流态粉煤灰水泥混合料的稠度宜为1012cm。具体根据现场确定，尽可能在可浇筑的情况下采用较低值，对强度和收缩等后期性能都有利。,2.2.2配合比设计方法 （1）初选配合比 当水泥采用32.5普通硅酸盐水泥时，参考配合比可选为水泥：粉煤灰610:9490，用水量为5565%（外掺），要求扣除粉煤灰含水量。当采用42.5普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥时，适当减少水泥掺量，若粉煤灰品质有所提高时，水泥掺量也可适当减少。 （2）实验室配合比 对一系列水泥剂量的流态粉煤灰水泥混合料制件进行标养，在压力机上对流态粉煤灰水泥混合料试件进行立方体抗压强度的测定。选择满足设计强度要求的配比作为实验室配比。 （3）工地配合比 工地配合比采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量多0.5%1.0%，采用具有电子计量的混凝土拌和设备时，可增加0.5%，采用滚筒式搅拌机拌和时，宜增加1。 2.2.3粉煤灰含水量对配合比的影响 室内配合比设计是以干料重量为参数进行的，而施工现场粉煤灰或大或小都有一定的天然含水量，这将直接影响混合料含水量的大小及各种原材料的比例。以下以实例说明配合比设计中粉煤灰含水量及各种材料用量的计算过程。 配合比设计为水泥：粉煤灰=8：92。假定水泥用量为m1，粉煤灰用量为m2，则m1: m2=8:92；粉煤灰的天然含水量为 ，施工现场粉煤灰实际用量为 ；则混合料固有含水量为 ；实际需外加水量 ；以粉煤灰含水量为30%，每盘混合料水泥用量25kg为例，通过以上公式计算粉煤灰实际用量为373.75kg，而水用量为123.125kg。其比例关系为水泥：粉煤灰：水=8：119.6：39.4。 由此可见，粉煤灰含水量的测定和控制是关键环节，是必须且至关重要的。因此在操作中要做到：对进场粉煤灰进行多次、多点取样检测，测定其含水量大致范围，及时调整各种原材料的比例关系；对粉煤灰进行必要的覆盖，这样既可减小粉煤灰含水量的波动，还可防止因扬尘而造成对环境的污染。,3 流态粉煤灰水泥混合料性能 3.1 流动性 流态粉煤灰水泥混合料的流动性是指在本身自重作用下能够流动并均匀密实的性质，流态粉煤灰水泥混合料这一流动性使其具有自密实的工程特性，这就为其在桥台背、基坑回填中应用提供了条件。流动性大小与加水量、水泥用量等因素有关。 检测方法如下： （1）采用高度200mm，内径100mm的金属坍落度圆筒进行试验。 （2）湿润坍落度筒及底板，坍落度筒内壁和底板上应无明水。底板应放置在坚实水平面上，并把筒放在底板中心，然后用脚踩住两边的脚踏板，坍落度筒在装料时应保持固定的位置。 （3）将新拌的含有要求水泥掺量的流态粉煤灰水泥混合料材料填满坍落度筒。 （4）清除筒边底板上的混凝土后，垂直平稳地提起坍落度筒至15cm以上，提离过程在5s内完成；从开始装料到提离坍落度筒的整个过程应不间断进行，并应在120s内完成。 （5）提起坍落度筒后，用钢尺测量拌和物最终的最大直径和最小直径，在这两个直径之差小于50mm的条件下，用其算术平均值作为稠度测试值，否则，此次试验无效。拌和物的稠度值以mm为单位，测量精确至1mm。,3.2 强度 3.2.1强度形成机理 在新拌流态粉煤灰水泥混合料中，粉煤灰微珠既有独特的“滚珠轴承”和“解絮”行为，又能与水泥共同发挥微集料作用。在混合料的后期硬化中，粉煤灰表现出优异的火山灰活性。 （1）粉煤灰的活性行为。粉煤灰的活性行为包括火山灰-Ca(OH)2，火山灰-水泥矿物以及火山灰-硅酸盐水泥这3个系统的水化反应。 （2）粉煤灰的充填行为和致密作用。普通粉煤灰密度为1.82.3g/cm3，约是硅酸盐水泥的2/3。虽然粉煤灰的密度比水泥的密度小，但是应用优质粉煤灰的水泥混合料的密度却有所增加，这表明粉煤灰在水泥混合料中的充填行为可以增加混合料的密实程度，这种现象可以认为粉煤灰在混合料中具有充填性特点。 在新拌混合料阶段，粉煤灰充填于水泥颗粒之间，使水泥颗粒“解絮”扩散，改善了和易性，增加了粘聚性，从而使混合料初始结构致密化；粉煤灰的细度小，颗粒强度比较高，粉煤灰的致密作用对混合料强度的发展十分有利，而且粉煤灰致密作用减少了混合料中的孔隙体积和较粗的空隙，特别是填塞了浆体毛细孔的通道，对耐久性也十分有利。,3.2.2抗压强度测试方法 （1）试件制作与养护 选择尺寸为70.7mm70.7mm70.7mm的带底试模。制作流态粉煤灰水泥混合料试件时，将试模内壁事先涂刷薄层机油或脱模剂。成型时，将拌制好的混合料一次性装满试模，用捣棒均匀地由边缘向中心按螺旋式插捣25次，插捣过程中如混合料低于试模口，应随时添加，可用油灰刀插捣数次，并用手将试模一边抬高510mm，各振动5次，使混合料高出试模顶面68mm。待表面水分稍干后，将高出试模部分的混合料沿试模顶面刮去并抹平。试件制作后应在（20 5）温度 环境下放置一昼夜（24 2)h，当气温较低时，可适当延长时间，但不应超过两昼夜，然后对试件进行编号并拆模。试件拆模后，应在标准养护条件下，继续养护至规定龄期，然后进行试压。标准养护条件温度为（20 3），相对湿度6080%，养护期间，试件彼此间隔不少于10mm。,3.2.3强度影响因素 根据某回填工程项目试验成果，论证出流态粉煤灰水泥混合料强度影响因素。 （1）用水量 保持水泥剂量以及粉煤灰量不变，掺入占胶凝材料总量2的高效减水剂（减水率为2.5%）制作试件，用水量分别选择55%、60、62、65。将试件在标准条件下养生至规定龄期，然后进行抗压强度试验，测试结果见表1。 表1 用水量对强度的影响 流态粉煤灰水泥混合料浆体的稠度与用水量有着密切的关系，当用水量较小时浆体较稠、流动性差，不能满足施工要求。随着用水量增大，浆体的稠度迅速下降，同时泌水变得严重。当用水量超过某一界限时，浆体迅速稀化，流动性突然变大，这种现象在施工过程中也时有出现，施工人员在加水时感觉稠度有一个突变。因此要控制浆体的稠度，严格控制用水量。 流态粉煤灰水泥混合料浆体的强度随用水量的增大而不断减小，在用水量超过60%以后强度有明显下降。,（2）水泥用量 采用6%、8%和10%的水泥剂量分别制作试件测试其7天、14天、28天、60天、90天和180天的硬化浆体抗压强度，试验结果见表2。 表2 水泥用量对强度的影响,由表2可知流态粉煤灰水泥混合料的抗压强度随水泥剂量的增加而增加。分析原因可知流态粉煤灰水混合料硬化浆体的抗压强度主要泥由水泥决定，所以在同一龄期下，流态粉煤灰水泥混合料硬化浆体的抗压强度随水泥剂量的增加而增加。 同一水泥剂量的流态粉煤灰水泥混合料硬化浆体的抗压强度随着龄期的增加而增加。究其原因，在新拌混合料中粉煤灰以惰性填料的方式填充混合料孔隙，几乎不参与水化反应；7天后，在水泥的水化产物Ca(OH)2的激发下，粉煤灰的火山灰效应得以发挥，二次水化反应开始，粉煤灰中的活性组分SiO2和Al2O3与水泥中的Ca(OH)2发生反应，生成水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙凝胶。水化产物填充水泥浆体的孔隙，增加水泥浆体的密实度，所以后期强度仍有显著提高。,3.3 收缩性能 流态粉煤灰水泥混合料浆体在硬化过程中暴露于空气中，由于水分蒸发而引起的体积收缩变形称为干燥收缩。浆体浇筑完成后，一部分水分留在浆体内部，一部分从浆体表面蒸发，而且表面的水分损失先于内部，水的蒸发使浆体发生干缩。在浆体硬化后，内部的游离水会由里及表逐渐蒸发失水，导致浆体由表及里逐渐产生干燥收缩。 流态粉煤灰水泥混合料浆体干燥收缩是由于水分蒸发导致的毛细管张力作用、吸附水及分子间力作用、层间水作用和碳化作用等引起的收缩的宏观表现。当水分蒸发时，毛细管水面下降，弯液面的曲率半径变小，致使毛细管压力增大，从而产生收缩。毛细水蒸发完结后，随着相对湿度的继续减小，浆体的吸附水开始蒸发，使颗粒表面水膜变薄，颗粒间距离变小，分子力增大，导致宏观体积进一步收缩。其收缩量要比毛细管作用的影响大得多。当吸附水膜减薄到一定程度后，收缩量逐渐减小，直至终止收缩。 塑性收缩是新拌流态粉煤灰水泥混合料浆体表面脱水导致失水引起的收缩，浆体在初凝前由于水分蒸发，浆体内部水分不断向表面迁移，形成浆体在塑性阶段体积收缩。新拌浆体颗粒之间的空间完全充满水，当高风速、低相对湿度、高气温等因素作用时，水从浆体内部向表面移动使表面脱水，当内部水分向表面迁移供应不上蒸发量的情况下，产生毛细管负压力使浆体收缩。 流态粉煤灰水泥混合料中的粉煤灰在早期不参与水化反应，而是以填料的方式填充空隙，因此，粉煤灰对减少收缩起到一定的积极作用，在后期因其二次水化反应生成更多固相成分而弥补收缩。因此煤灰的掺入无论是在水化早期还是在后期，都能很好地抑制化学收缩的发展。 水泥剂量对收缩特性的影响：不同水泥剂量的流态粉煤灰水泥混合料浆体的累计收缩量随着时间的增加而增加，大约192h后趋于稳定。收缩后期，水泥剂量为8的混合料比6的累计收缩量大，但可以看出，在120h之前，水泥剂量为6%的浆体累计收缩量是最大的，由此可知收缩主要发生在前期。总的来看，累计收缩量与水泥剂量的变化之间没有明显的关系。在96h之前水泥剂量为10和8的流态粉煤灰水泥混合料浆体出现短暂的膨胀现象，这与室内湿度的波动有关。 裂缝的防治措施：裂缝对于高含水量的流态粉煤灰水泥混合料是不可避免的，而且大风、高温天气，也会加快流态粉煤灰水泥混合料的失水收缩造成裂缝。通过对实体工程的施工调查发现，裂缝一般出现在即将凝固前。为此，采用分层灌注工艺、在混合料凝固前加盖塑料布保水等方式，减少裂缝的发生；采用高标号水泥粉煤灰浆灌缝处理，以增加混合料的整体强度。,3.4抗压回弹模量 路基作为路面结构的基础，其抗变形能力对路面结构的强度、刚度和稳定性起着决定性的作用，路基回弹模量是路面设计中的重要力学参数。研究表明，流态粉煤灰水泥混合料的模量与5%的水泥土的模量值接近。因此流态粉煤灰水泥混合料的抗压回弹模量值能够满足路堤、桥台背、基坑回填的要求。 水泥掺量对回弹模量的影响：流态粉煤灰水泥混合料硬化浆体的抗压回弹模量随着水泥剂量的增加而增加。 3.5 流态粉煤灰水泥混合料水稳定性能 3.5.1抗渗透性 桥头台背多存在水损害问题，用流态粉煤灰水泥混合料作为桥头台背的回填材料，需要了解流态粉煤灰水泥混合料的渗透特性。流态粉煤灰水泥混合料硬化浆体的渗透系数测试方法参照土工渗透试验中变水头试验进行。采用水泥剂量为8的流态粉煤灰水泥混合料制作试件后标养28天进行透水试验结果表明，流态粉煤灰水泥混合料硬化浆体的渗透系数非常低，即使有水的渗入，也具有良好的不透水性能。 3.5.2软化系数 软化系数是饱水后与饱水前的抗压强度之比，是描述材料浸水后强度性能变化的指标。试验表明流态粉煤灰水泥混合料硬化浆体的渗透系数非常低，软化系数较高，具有良好的水稳性。,4.3下承层处理 下承层处理包括基坑清理和台阶开挖。 当采用流态粉煤灰水泥混合料进行路堤、台背及挡墙内侧基坑回填时，回填的范围应符合图纸要求。首先用人工清理开挖基坑内的废渣和浮土，清理出基坑侧面及基底的硬土，并用小型夯实机具（气夯）将基底夯实，压实度达到91。 考虑到路堤、台背回填需要在与路基的搭接部位开挖台阶，现场控制开挖不小于1m宽的台阶。如果大型构造物较多，台背填方高，可采用分台阶浇筑流态粉煤灰水泥混合料的方法，即在浇筑完基坑后，路基每填筑12m开挖一个台阶。人工清理干净，将土重新用于路基，然后浇筑流态粉煤灰水泥混合料。这种处理方法可以避免路基填筑到顶后再开挖台阶，解决土方数量太多，人工清理量太大，土方外运量大，不利于施工的问题。 4.4排水处理 排水是保证流态粉煤灰水泥混合料硬化浆体浇筑质量的重要环节之一。当与桥台搭接处为路基，桥台基坑基底也为路基时，需要专门进行排水设置，如果路基材料为砂砾等透水性材料，则搭接处及基底不考虑排水。 4.5混合料拌和 对混合料拌和工艺的要求如下。 （1）要在拌和场地标识正确的配合比设计，各种计量器均要保证计量准确。 （2）拌和时间：要求混合料必须充分拌和均匀、达到适宜流动性。拌和开始阶段是粉煤灰的润湿阶段，润湿时间与粉煤灰的品质有关。球型体多时，润湿时间短，相应拌和时间短。碎颗粒多，则吸水多，润湿表面的水分减少，则润湿时间长，相应拌和时间长。经验表明润湿时间不少于3min，滚筒式拌和机拌和均匀至少要4min，具体根据稠度确定，如果较稠，拌和时间要适当延长。 （3）根据材料（粉煤灰）含水量的检测结果，严格控制各种材料用量，如使用连续式拌和设备施工时，应通过拌和设备测试，确定各种原材料的传输速度，严格控制比例关系，防止失调。外加水量以混合料能够流动为原则。 （4）外加剂使用前需调成适当稠度的溶液加人拌和机拌和。 （5）每天在开工后一小时及收工前一小时取成品混合料做试件检测抗压强度。,4.6混合料运输 （1）现场拌和时可将混合料直接顺导流槽倒入基坑。 （2）集中拌和时采用混凝土运输车运输，一定要在混合料初凝时间前送达现场，且保证连续供应、不离析。 4.7混合料浇筑 （1）模板检查：模板支设要牢固，接缝要填塞密实，防止跑模、漏浆、污染环境。 （2）溜槽使用的必要性。尽管流态粉煤灰水泥混合料不像水泥混凝土拌和物那样容易产生离析，但是浇筑高度过高，倾倒过程中浆体会呈现中间高、两边低的现象，这将直接导致浇筑的不均匀性；当下一车倾倒时，由于太高，会将已稍微凝结的浆体冲散，水分聚集到凹处，而且新浇筑的浆体在隆起处很难流淌，混合料倾斜高度不得大于2m，否则必须采用导流槽进行浇筑，使浆体能够顺着导流槽均匀、平整地流到基坑里（图3）。 图3 流态粉煤灰水泥混合料浇筑导流槽浇筑 （3）分层浇筑顺序及厚度。混合料应按一定厚度、顺序和方向分层浇筑，层与层之间的连接在初凝之前完成。如果太薄，一部分水分会很快被下层浆体吸收，另一部分水分蒸发，这样容易产生早期开裂。如果太厚，则排水将太慢。因此，需要有一个合适的分层厚度，根据试验工程观测，厚度为3050cm时较为适宜。 （4）人工辅助摊铺。在浇筑流态粉煤灰水泥混合料的同时进行人工辅助摊铺，尤其当基坑中流态粉煤灰水泥混合料有明显的离析时，应用铁耙等工具进行搅拌，使得浆体流动均匀，效果更好。 （5）当采用流态粉煤灰水泥混合料回填基坑时，浇筑完毕后对基坑中流态粉煤灰水泥混合料用刮板进行整平，浇筑至距离原地面20cm时停止施工。 （6）当进行台背回填时，应先做包边土，厚度稍高于每次流态粉煤灰水泥混合料的浇筑厚度，宽度不小于1m，并夯实至规定的压实度，内侧切成立面，填至搭板以下45cm时停止施工。 （7）当气温低于5时不得进行流态粉煤灰水泥混合料施工。 （8）浇筑过程中进行分仓可有效保证流态粉煤灰水泥混合料硬化浆体的浇筑质量。首先浇筑第一个仓，待已浇筑浆体的切面比较坚硬时，拆除分仓所用的模板，再进行下一仓浇筑。经工程验证分仓浇筑效果良好。,养生 混合料浇筑完成后，应在表层结硬后灌注适量水进行养生，或洒水后覆盖塑料膜养生，亦可覆土养生，养生7天。养生期间禁止车辆、行人通过。 养生湿度和龄期对流态粉煤灰水泥混合料硬化浆体强度有着显著影响，在浆体硬化初期进行保湿养生，可以保证水泥水化需水量。在温度适宜的条件下，保湿养生的强度要高于空气养生，可防止由于失水过多而产生早期裂缝。浆体浇筑后如不及时养生，或养生不到位，易产生塑性收缩裂缝和早期收缩裂缝。,5 流态粉煤灰水泥混合料工程实例 5. 1流态粉煤灰水泥混合料在石家庄市环城公路桥涵台背中的应用 5.5.1工程概况 石家庄市环城公路主线全长46.1km，设计标准为一级，全立交、双向六车道，设计时速为80km/h。该工程建设工期紧、技术要求高、施工难度大、沿线桥涵构造物很多，大小台背200余个。台背填方较高，如果按常规的石灰土或砂砾进行台背回填处理，很难解决压实度不足、碾压留有死角、地基沉降等问题。根据工程特点，为保证桥涵台背施工质量，应用流态粉煤灰水泥混合料回填技术。 5.5.2原材料与配合比 （1）粉煤灰的技术指标 粒径：0.0010300mm； 含水量：32； 松方干密度：0.899/cm3； 比表面积：3200cm2/g； SiO2、Al2O3、Fe2O3之和：88.41%； 烧失量：12.5。 （2）水泥 采用P.0 32.5水泥，初凝时间为200min。 （3）外掺剂 外掺剂的作用是与粉煤灰混合后激发粉煤灰的活性，本工程中所用外掺剂为FSSV型高效减水剂，粉末状材料，该减水剂的技术标准如下。 比表面积：3900cm2/g； 筛余量（0.08mm)：6； 单浆可泵时间：31h凝固； 初凝时间：25min； 减水率：11； 抗压强度比：3天 125.8；7天 122.5；28天 121.7。 （4）配合比 本工程中流态粉煤灰水泥混合料中各种材料用量（重量比）为水泥：粉煤灰：水：外掺剂=84:864:54:1.29。用水量根据实际情况调整，保证拌和物呈流塑状。,表9 流态粉煤灰水泥混合料抗压强度抽检结果,（6）混合料浇筑过程中浇筑速度应与拌和速度相匹配，使浇筑工作可以连续进行。 （7）浇筑完成后的结构层应进行覆盖养护，期间严禁车辆、行人通行。,3 工业废渣复合固化疏浚淤泥路基建造技术,1 工程背景 疏浚淤泥是一种高含水率并含有污染物的固体废弃物，大多于长三角、珠三角、“三湖三河”地区和许多的港口航道周边地区产生。例如云南昆明滇池大规模疏浚工作，至今已从滇池及周边河流中疏浚出1.0107m3的淤泥，但这仅占湖区淤泥预计总量的十分之一左右，预计还有8107至1.2 109m3的淤泥待疏浚。每年长江口深水航道的维护工程就会清理出2000万m3疏浚淤泥。湖北省内的东湖、沙湖、长江航道等处也先后开展了疏浚淤泥的施工，产生了大量的疏浚淤泥。疏浚淤泥的传统处置方法为堆填（内陆地区）或抛弃（海洋），部分疏浚淤泥中存在重金属含量超标、有机质较多的特点，由于抛泥量大，海洋无法完全消纳分解污染物，破坏海洋环境；而内陆地区通常设置堆场进行堆放。例如无锡市自2002 年开始，已经对超过 1 000 万m3的底泥进行了清淤，设置的堆场有雪浪堆场、渔港堆场、孔湾堆场、白旄湾堆场、周铁堆场等。在南水北调东线的建设中，第一期工程产生的疏浚淤泥及弃土占地征地费占该期工程总费用的 60%。如果待自然蒸发和固结沉降完成后再利用，需要经过数年时间才能完成，处理不当还会造成二次污染。随着城镇化进程的快速推进，交通基础设施的建设对路基填土、砂石等天然材料的需求日益强烈，通过耕地开挖、江河采砂、山区采石获取筑路材料会破坏生态环境，消耗自然资源。结合疏浚淤泥的处理，若将疏浚淤泥通过资源化再生利用，作为道路的建筑材料，不但减少土地占用，保护环境，而且降低道路的造价，可取得较好的经济效益。 工业废渣复合固化疏浚淤泥固化原理主要有以下两点：（1）絮状水化硅酸钙(CSH)吸附在淤泥颗粒表面，将各淤泥颗粒胶凝连接在一起形成稳固整体，提高土体整体强度；（2）固化剂与淤泥发生水化反应所生成的膨胀性水化物（水化硫铝酸钙）体积更大，膨胀挤压土团粒，可减少淤泥固化土内部孔隙，使土体变得更为致密，强度进一步得到提高。,（2）配合比设计流程 固化剂配制。根据高炉矿渣、电石渣、磷石膏、碱渣复合固化剂配合比，首先将碱渣、电石渣与矿渣微粉进行混磨，然后再加入磷石膏进行机械混合，即得到工业废渣复合固化剂。需要注意的是，配合比试验时固化剂各组分混合后掺入脱水淤泥质土中，在实际施工过程中由于拌合量大，需要考虑水化物生成顺序对固化土强度的影响来设计掺入顺序。 根据磷石膏和碱渣的各自特点(磷石膏对矿渣具有硫铝酸盐激发作用，电石渣、碱渣对矿渣具有碱激发作用)，对二者进行复合使用，得到以高炉矿渣、电石渣、磷石膏、碱渣为原材料的新型固化剂。 工业废渣复合固化剂用量高炉矿渣、电石渣、磷石膏、碱渣质量/固化疏浚淤泥质量。工业废渣复合固化疏浚淤泥试验参照公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTG E51-2009）执行，击实试验确定最大干密度和最佳含水率。 最佳含水量和最大干密度测试。 根据淤泥固化土强度设计要求，初选脱水疏浚淤泥与工业废渣复合固化剂掺入比（高炉矿渣、电石渣、磷石膏、碱渣掺量为9%1%、
