氣泡混合輕質(zhì)土臺(tái)背回填檢測(cè)報(bào)告

氣泡混合輕質(zhì)土臺(tái)背回填檢測(cè)報(bào)告1.前言12.工程概況13.監(jiān)測(cè)目的24.監(jiān)測(cè)方案及儀器設(shè)備25.監(jiān)測(cè)結(jié)果86.監(jiān)測(cè)結(jié)論101.前言陜西通宇公路研究所有限公司受西安市市政道路設(shè)計(jì)研究院的委托，對(duì)陽(yáng)光大道（東風(fēng)路-尚稷路）-幸福渠臺(tái)背回填所采用的氣泡混合輕質(zhì)土實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位的大力配合下，于2014年12月至2015年6月成功對(duì)臺(tái)背回填用氣泡混合輕質(zhì)土應(yīng)用效果進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，現(xiàn)根據(jù)監(jiān)測(cè)資料編寫(xiě)本監(jiān)測(cè)報(bào)告。2.工程概況陽(yáng)光大道（東風(fēng)路-尚稷路）位于北三環(huán)以外，為南北向道路，承擔(dān)城市主干道的交通功能。陽(yáng)光大道為現(xiàn)狀道路，道路沿線(xiàn)整體地勢(shì)為南高北低，東西兩側(cè)較平坦。道路在K2+147.531處與幸福渠相交，該處現(xiàn)狀為一座2×10m簡(jiǎn)支預(yù)應(yīng)力空心板梁橋，梁高0.4m，橋?qū)?4m，橋梁中心線(xiàn)與幸福渠中心線(xiàn)右前方夾角為55度。幸福渠為兩側(cè)護(hù)砌水渠，在現(xiàn)狀橋梁西側(cè)為敞口水渠，東側(cè)水渠為有蓋板的暗渠，蓋板上面為綠化帶。幸福渠兩側(cè)為鋪砌河堤道路。（見(jiàn)圖1、2、3、4）圖1現(xiàn)狀幸福渠橋圖2橋梁西側(cè)幸福渠圖3橋梁東側(cè)幸福渠圖4橋梁東側(cè)幸福渠蓋板一般橋梁設(shè)計(jì)中采用臺(tái)后搭板的形式來(lái)避免橋頭跳車(chē)，對(duì)臺(tái)后填土密實(shí)度要求高，施工復(fù)雜，效果難以保證。為了解決此問(wèn)題,同時(shí)加大對(duì)新型材料的推廣應(yīng)用，西安市市政設(shè)計(jì)研究院對(duì)此臺(tái)背應(yīng)用了氣泡混合輕質(zhì)土新型材料。氣泡混合輕質(zhì)土是以水泥為膠凝材料，澆筑時(shí)通過(guò)發(fā)泡系統(tǒng)引入大量氣泡，經(jīng)凝結(jié)固化形成蜂窩狀多孔輕質(zhì)混凝土材料。本臺(tái)背回填方案中設(shè)計(jì)的濕容重為6.0kN/m3，強(qiáng)度為0.6MPa。3.監(jiān)測(cè)目的氣泡混合輕質(zhì)土是一種新型的水泥基多孔材料，其濕容重可在3.0kN/m3-15.0kN/m3范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，抗壓強(qiáng)度范圍為0.3MPa-10.0MPa，具有質(zhì)量輕、抗壓強(qiáng)度高、凝結(jié)自立性、施工性能好、采用泵送施工，不需機(jī)械碾壓振搗等特點(diǎn)。為了進(jìn)一步監(jiān)測(cè)氣泡混合輕質(zhì)土是否具有輕質(zhì)高強(qiáng)、凝結(jié)自立性以及是否對(duì)臺(tái)背產(chǎn)生側(cè)壓力，我們對(duì)此臺(tái)背回填用氣泡混合輕質(zhì)土進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析與總結(jié)，探索氣泡混合輕質(zhì)土能否在臺(tái)背回填、軟基處理等路段得到大面積的推廣應(yīng)用，同時(shí)為氣泡混合輕質(zhì)土的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。4.監(jiān)測(cè)方案及儀器設(shè)備本監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土對(duì)地基產(chǎn)生的土壓力、臺(tái)背的側(cè)壓力以及是否會(huì)產(chǎn)生路基沉降等問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因此本監(jiān)測(cè)方案主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行。4.1土壓力監(jiān)測(cè)方案及儀器設(shè)備4.1.1土壓力監(jiān)測(cè)所用儀器設(shè)備簡(jiǎn)介土壓力盒是一種埋入式通用土壓力傳感器，適用各種條件下土體內(nèi)部應(yīng)力的測(cè)量，適應(yīng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化測(cè)量，充分了解被測(cè)點(diǎn)的壓力狀態(tài)。典型應(yīng)用有：公路、鐵路、堤壩、礦山等行業(yè)的路基、抗滑樁、擋土墻、隧道等工程的土壓力測(cè)量。本項(xiàng)目所采用的土壓力盒是江蘇海巖工程材料儀器有限公司生產(chǎn)的TXR-2020振弦式土壓力盒(見(jiàn)圖5)，其具體參數(shù)見(jiàn)表1所示。圖5土壓力傳感器圖6BP數(shù)據(jù)采集儀表1土壓力盒技術(shù)參數(shù)型號(hào)測(cè)量范圍（MPa）分辨力(%F.S)TXR-20200—0.1≤0.08土壓力盒主要測(cè)試原理是用BP振弦頻率讀數(shù)儀(見(jiàn)圖6)采集不同時(shí)期的數(shù)據(jù),記錄傳感器的頻率值、儀器編號(hào)、設(shè)計(jì)編號(hào)和測(cè)量時(shí)間。然后通過(guò)式4.1進(jìn)行計(jì)算。振弦式土壓力的計(jì)算公式：P=K(fi2-f02)式4.1式中：P—被測(cè)土壓力值（MPa）。K—土壓力標(biāo)定系數(shù)（MPa/Hz2）。f0—孔壓計(jì)的初始頻率值；fi—土壓力盒工作頻率值；4.1.2土壓力監(jiān)測(cè)方案本項(xiàng)目土壓力盒安裝在K2+189.999斷面上,具體方案為在機(jī)動(dòng)車(chē)道上距離底面50cm處布置一層壓力傳感器（共3個(gè)，編號(hào)為4（初始采集數(shù)據(jù)為959.0HZ）、5（初始采集數(shù)據(jù)為1030.3HZ）、6（初始采集數(shù)據(jù)為986.2HZ）），間距為200cm，距離底面高度100cm處再布置一層壓力傳感器（共3個(gè)，編號(hào)為1（初始采集數(shù)據(jù)為1010.3HZ）、2（初始采集數(shù)據(jù)為1014.3HZ）、3（初始采集數(shù)據(jù)為1021.6HZ）），間距同樣為200cm(見(jiàn)圖6、圖7)。壓力傳感器編號(hào)及初始數(shù)據(jù)采集值見(jiàn)附表1。監(jiān)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)為每月采集一次數(shù)據(jù)。圖7土壓力監(jiān)測(cè)平面布置圖圖8土壓力監(jiān)測(cè)縱斷面布置圖圖9氣泡混合輕質(zhì)土現(xiàn)場(chǎng)澆筑圖10壓力傳感器的安裝及初始數(shù)據(jù)采集4.2.臺(tái)背壓力監(jiān)測(cè)方案4.2.1臺(tái)背側(cè)壓力監(jiān)測(cè)所用儀器設(shè)備簡(jiǎn)介臺(tái)背側(cè)壓力所采用的壓力盒及數(shù)據(jù)采集儀同4.1.1。4.2.2側(cè)壓力監(jiān)測(cè)方案本項(xiàng)目土壓力盒安裝在距離底面高度為50cm和100cm處，機(jī)動(dòng)車(chē)道中間臺(tái)背上（見(jiàn)圖11和圖12）布置兩個(gè)壓力盒，編號(hào)分別為7（初始采集數(shù)據(jù)為980.4HZ）和8（初始采集數(shù)據(jù)為1014.2HZ），具體編號(hào)及初始數(shù)據(jù)采集見(jiàn)附表2。監(jiān)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)為每月采集一次數(shù)據(jù)。圖11臺(tái)背側(cè)壓力監(jiān)測(cè)平面布置圖圖12臺(tái)背側(cè)壓力監(jiān)測(cè)縱斷面布置圖圖13臺(tái)背壓力傳感器安裝圖14數(shù)據(jù)采集4.3地基沉降監(jiān)測(cè)方案及儀器設(shè)備4.3.1沉降板及沉降觀測(cè)儀器簡(jiǎn)介（1）沉降板及沉降觀測(cè)儀（水準(zhǔn)儀）簡(jiǎn)介地基沉降監(jiān)測(cè)主要采用沉降板（見(jiàn)圖15）和水準(zhǔn)儀（見(jiàn)圖16）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，沉降板采用500×500（mm），厚10（mm）鋼板，外接沉降管（直徑16mm的圓鋼管），并保證每節(jié)長(zhǎng)不超過(guò)50（cm）。沉降管外設(shè)直徑500mm的PVC塑料保護(hù)管，隨著氣泡混合輕質(zhì)土澆筑高度的增高，測(cè)桿與套管亦相應(yīng)增高。水準(zhǔn)儀采用河北珠峰儀器儀表設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DSZ2自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)試。（2）水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置觀測(cè)基礎(chǔ)沉降首先要保證水準(zhǔn)點(diǎn)本身不能發(fā)生沉降。為方便沉降觀測(cè)應(yīng)從全橋水準(zhǔn)控制網(wǎng)向每個(gè)沉降監(jiān)測(cè)處設(shè)置2～3個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，以相互校核。水準(zhǔn)點(diǎn)距監(jiān)測(cè)點(diǎn)的距離控制在30～50m。圖15沉降板與沉降管圖16水準(zhǔn)儀4.3.2地基沉降監(jiān)測(cè)方案布置為了對(duì)比氣泡混合輕質(zhì)土路基與普通土路基路基沉降之間的差異，我們分別在氣泡混合輕質(zhì)土路基（距臺(tái)背中間5000cm，機(jī)動(dòng)車(chē)道中間位置）和一般土路基（機(jī)動(dòng)車(chē)道中間位置）中安裝了沉降板（見(jiàn)圖18、19），編號(hào)為沉1（氣泡混合輕質(zhì)土路基）、沉2（普通土路基）。具體布置見(jiàn)圖17所示，并對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集。監(jiān)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)為每月采集一次數(shù)據(jù)。圖17沉降板布置平面圖圖18輕質(zhì)土路基沉降儀安裝圖19土路基沉降儀安裝5.監(jiān)測(cè)結(jié)果5.1.土壓力盒監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)安裝在氣泡混合輕質(zhì)土路基上的壓力傳感器在澆筑完成且路面鋪設(shè)完成測(cè)試1次，然后每個(gè)月對(duì)其測(cè)試1次。共測(cè)試了7次，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)附表3-4所示，從附表3、4中我們可以發(fā)現(xiàn)：1）底層4、5、6初始測(cè)試為24.46KPa、24.49KPa和23.21KPa，而過(guò)了一個(gè)月之后壓力明顯降低；距離底面100cm處1、2和3號(hào)壓力盒初始測(cè)試為22.42KPa、21.37KPa和22.87KPa，過(guò)了一個(gè)月之后壓力也明顯降低,并隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值。這是由于氣泡混合輕質(zhì)土為水泥基材料，水化反應(yīng)之后，多余（未參加水化反應(yīng)）的水分揮發(fā)，導(dǎo)致自身重量減小，因而傳遞給壓力傳感器的力就會(huì)減小。2）4、5、6三個(gè)壓力盒的壓力（平均為24.05KPa）明顯比距離底面100cm處的三個(gè)壓力盒1、2、3（平均為22.22KPa）處的壓力大，這是由于輕質(zhì)土本身有一定的重量，因而底部的壓力大。但是由于氣泡混合輕質(zhì)土自身容重較小（6.0kN/m3），僅為普通填土的1/3,因此兩層壓力盒的平均壓力只差1.83KPa。在不考慮路面外部動(dòng)載荷的情況下,土壓力盒上所受的壓力等于氣泡混合輕質(zhì)土的重量與路面結(jié)構(gòu)層的重量之和,因此土壓力盒所受的理論壓力計(jì)算公式可按式5.1進(jìn)行計(jì)算。式5.1式中：F—被測(cè)土壓力（N）。G1—路面結(jié)構(gòu)層重量（N）。G2—輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)層重量（N）S—受力面積(m2)；—路面結(jié)構(gòu)層密度(kg/m3)—輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)層密度(kg/m3)—路面層厚度（m）—輕質(zhì)土路基厚度（m）—重力加速度（N/kg）；我們將氣泡混合輕質(zhì)土的密度600kg/m3，路面結(jié)構(gòu)層的密度2400kg/m3（路面結(jié)構(gòu)層厚度為74cm），代入式5.1，可以計(jì)算出1、2、3號(hào)壓力盒（高度取值為50cm）的理論壓強(qiáng)為20.76Kpa，4、5、6號(hào)壓力盒（高度取值為100cm）的理論壓強(qiáng)為23.76Kpa。理論計(jì)算數(shù)據(jù)與首次實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)有一定的差異，但是差異不大，因此我們認(rèn)為實(shí)際測(cè)量值與理論計(jì)算值基本吻合。但是理論計(jì)算值與土壓力盒穩(wěn)定后的測(cè)量值還是有一定的差異，這是因?yàn)闅馀莼旌陷p質(zhì)土一般水灰比較大，水化反應(yīng)之后多余的水分揮發(fā)之后，容重就會(huì)降低。因此隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，土壓力有一定的降低。同時(shí)通過(guò)理論計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，土壓力盒所受的壓力基本上來(lái)自路面結(jié)構(gòu)層的壓力17.76Kpa（），而輕質(zhì)土本身的重量較輕。因此可以考慮在一些地基比較薄弱的地帶應(yīng)用此新型材料。5.2臺(tái)背側(cè)壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)安裝在臺(tái)背上的土壓力盒在澆筑完成且路面鋪設(shè)完成之后測(cè)試1次，之后每個(gè)月對(duì)其測(cè)試一次，具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)附表5。由附表5我們可以發(fā)現(xiàn):第一次測(cè)試的側(cè)向土壓力平均值為2.66KPa（7和8的側(cè)向土壓力為2.9KPa和2.42KPa），但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氣泡混合輕質(zhì)土的側(cè)向土壓力幾乎變?yōu)?KPa(2015.6監(jiān)測(cè)的7和8的側(cè)向土壓力為0.65KPa和-0.30KPa)，這是因?yàn)闅馀莼旌陷p質(zhì)土水化反應(yīng)之后能夠直立，不再產(chǎn)生對(duì)橋臺(tái)的壓力，因此側(cè)壓力幾乎為0KPa。5.3路基沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果我們對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土路基與一般土路基所安裝的沉降傳感器進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，成果見(jiàn)附表6所示。由附表6沉降觀測(cè)成果表可以看出：氣泡混合輕質(zhì)土的累計(jì)沉降與普通路基的累計(jì)沉降波動(dòng)范圍沒(méi)有一定的規(guī)律，但累計(jì)沉降波動(dòng)量都較小。氣泡混合輕質(zhì)土路基最終累計(jì)沉降為-0.6mm，普通土路基最終沉降數(shù)據(jù)平均值為-0.8mm，考慮到測(cè)量誤差，氣泡混合輕質(zhì)土路基與普通土路基在監(jiān)測(cè)時(shí)間范圍內(nèi)均未發(fā)生明顯沉降。6.監(jiān)測(cè)結(jié)論在業(yè)主單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位的密切配合下，結(jié)合氣泡混合輕質(zhì)土臺(tái)背回填的施工過(guò)程，按照預(yù)定方案對(duì)氣泡混合輕質(zhì)土監(jiān)測(cè)各個(gè)傳感器進(jìn)行安裝并按計(jì)劃對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)的整理及分析，得到的主要結(jié)論如下：1.本橋臺(tái)所采用的氣泡混合輕質(zhì)土及普通路基在監(jiān)測(cè)時(shí)間范圍內(nèi)均未出現(xiàn)地基沉降。即氣泡混合輕質(zhì)土與橋臺(tái)剛性材料之間不存在差異沉降，可應(yīng)用在臺(tái)背回填工程中，明顯改善橋頭橋車(chē)問(wèn)題；2.氣泡混合輕質(zhì)土完全固化后對(duì)臺(tái)背的側(cè)壓力幾乎為零，即氣泡混合輕質(zhì)土具有直立性；3.氣泡混合輕質(zhì)土對(duì)地基的土壓力隨填筑深度的不同，有所不同，但相差較小。且地基所承受的土壓力較小。因此氣泡混合輕質(zhì)土對(duì)地基的承載力要求較低，可以在一些軟基路段應(yīng)用，大大降低軟基處理的費(fèi)用。附表1土壓力盒編號(hào)及初始數(shù)據(jù)采集值工程名稱(chēng)氣泡混合輕質(zhì)土臺(tái)背回填安裝位置傳感器編號(hào)傳感器序列號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)系數(shù)(10-8)零點(diǎn)應(yīng)變（HZ）(米)Mpa/HZ2（1）（2）（3）平均值底面401548147.921010.21010.31010.41010.3501512148.401014.31014.31014.31014.3601536148.321021.61021.71021.61021.6頂面101509147.72959.0959.0958.9959201519148.171030.31030.31030.21030.3301489147.79986.1986.2986.2986.2附表2臺(tái)背土壓力盒編號(hào)及初始數(shù)據(jù)采集值工程名稱(chēng)氣泡混合輕質(zhì)土臺(tái)背回填路段名稱(chēng)傳感器編號(hào)傳感器序列號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)系數(shù)(10-8)零點(diǎn)應(yīng)變（HZ）(米)Mpa/HZ2（1）（2）（3）平均值底面801410148.331014.21014.21014.21014.2頂面701454147.41980.3980.4980.4980.4附表34、5、6號(hào)土壓力盒監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)壓力盒編號(hào)測(cè)試時(shí)間系數(shù)(10-8)零點(diǎn)應(yīng)變（HZ）測(cè)試頻值（HZ）壓力（KPa）Mpa/HZ2平均值(1)(2)(3)平均值42014.127.921010.31153.111531153.11153.0724.462015.017.921010.31144.91144.91144.91144.9022.982015.027.921010.31133.51133.41133.41133.4320.912015.037.921010.31131.31131.31131.21131.2720.522015.047.921010.31139.81139.81139.91139.8322.062015.057.921010.31132.81132.81133.71133.1020.852015.067.921010.31131.51132.71132.71132.3020.7052014.128.41014.31149.111491149.11149.0724.492015.018.41014.31129.91129.91129.91129.9020.822015.028.41014.31121.51121.41121.41121.4319.222015.038.41014.31124.31124.31124.21124.2719.752015.048.41014.31122.81122.81122.91122.8319.482015.058.41014.31125.81125.81125.71125.7720.042015.068.41014.31122.51122.71122.71122.6319.4562014.128.321021.61150.111501150.11150.0723.212015.018.321021.61139.91139.91139.91139.9021.272015.028.321021.61137.51137.41137.41137.4320.812015.038.321021.61138.31138.31138.21138.2720.972015.048.321021.61135.81135.81135.91135.8320.502015.058.321021.61133.81133.81133.71133.7720.112015.068.321021.61134.51134.71134.71134.6320.28附表41、2、3號(hào)土壓力盒監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)壓力盒編號(hào)測(cè)試時(shí)間系數(shù)(10-8)零點(diǎn)應(yīng)變（HZ）測(cè)試頻值（HZ）壓力（KPa）Mpa/HZ2平均值(1)(2)(3)平均值12014.127.729591100.111001100.11100.0722.422015.017.729591078.11078.21078.11078.1318.742015.027.729591079.71079.61079.51079.6018.982015.037.729591072.11072.21071.11071.8017.682015.047.729591075.81075.21075.41075.4718.292015.057.729591077.11077.41077.31077.2718.592015.067.729591076.41076.31076.91076.5318.4722014.128.171030.31150.21150.41150.11150.2321.372015.018.171030.31135.21135.41135.11135.2318.572015.028.171030.31136.21136.41136.21136.2718.762015.038.171030.31138.41138.41138.41138.4019.152015.048.171030.31137.21137.21137.21137.2018.932015.058.171030.31135.31135.31135.31135.3018.582015.068.171030.31136.11136.11136.21136.1318.7332014.127.79986.21125.21125.41125.11125.2322.872015.017.79986.21106.21106.31106.21106.2319.572015.027.79986.21105.31105.41105.11105.2719.402015.037.79986.21103.21103.31103.31103.2719.052015.047.79986.21104110411041104.0019.182015.057.79986.21103.91103.81103.91103.8719.162015.067.79986.21103.61103.61103.61103.6019.11附表57、8號(hào)臺(tái)背土壓力盒監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)壓力盒編號(hào)測(cè)試時(shí)間系數(shù)(10-8)零點(diǎn)應(yīng)變（HZ）測(cè)試頻值（HZ）壓力（KPa）Mpa/HZ2平均值(1)(2)(3)平均值72014.128.331014.21031.31031.21031.21031.232.902015.018.331014.21028.71028.71028.61028.672.462015.028.331014.21027.21027.11027.11027.132.202015.038.331014.21024.21024.21024.11024.171.692015.048.331014.21025.21025.31024.91025.131.862015.058.331014.21021.71021.61021.61021.631.262015.068.3