气泡混合轻质土台背回填检测报告

气泡混合轻质土台背回填检测报告1.前言12.工程概况13.监测目的24.监测方案及仪器设备25.监测结果86.监测结论101.前言陕西通宇公路研究所有限公司受西安市市政道路设计研究院的委托，对阳光大道（东风路-尚稷路）-幸福渠台背回填所采用的气泡混合轻质土实际应用效果进行监测。在业主单位、设计单位和施工单位的大力配合下，于2014年12月至2015年6月成功对台背回填用气泡混合轻质土应用效果进行了监测，现根据监测资料编写本监测报告。2.工程概况阳光大道（东风路-尚稷路）位于北三环以外，为南北向道路，承担城市主干道的交通功能。阳光大道为现状道路，道路沿线整体地势为南高北低，东西两侧较平坦。道路在K2+147.531处与幸福渠相交，该处现状为一座2×10m简支预应力空心板梁桥，梁高0.4m，桥宽24m，桥梁中心线与幸福渠中心线右前方夹角为55度。幸福渠为两侧护砌水渠，在现状桥梁西侧为敞口水渠，东侧水渠为有盖板的暗渠，盖板上面为绿化带。幸福渠两侧为铺砌河堤道路。（见图1、2、3、4）图1现状幸福渠桥图2桥梁西侧幸福渠图3桥梁东侧幸福渠图4桥梁东侧幸福渠盖板一般桥梁设计中采用台后搭板的形式来避免桥头跳车，对台后填土密实度要求高，施工复杂，效果难以保证。为了解决此问题,同时加大对新型材料的推广应用，西安市市政设计研究院对此台背应用了气泡混合轻质土新型材料。气泡混合轻质土是以水泥为胶凝材料，浇筑时通过发泡系统引入大量气泡，经凝结固化形成蜂窝状多孔轻质混凝土材料。本台背回填方案中设计的湿容重为6.0kN/m3，强度为0.6MPa。3.监测目的气泡混合轻质土是一种新型的水泥基多孔材料，其湿容重可在3.0kN/m3-15.0kN/m3范围内调节，抗压强度范围为0.3MPa-10.0MPa，具有质量轻、抗压强度高、凝结自立性、施工性能好、采用泵送施工，不需机械碾压振捣等特点。为了进一步监测气泡混合轻质土是否具有轻质高强、凝结自立性以及是否对台背产生侧压力，我们对此台背回填用气泡混合轻质土进行了监测。通过对监测数据的分析与总结，探索气泡混合轻质土能否在台背回填、软基处理等路段得到大面积的推广应用，同时为气泡混合轻质土的推广应用提供参考依据。4.监测方案及仪器设备本监测主要是针对气泡混合轻质土对地基产生的土压力、台背的侧压力以及是否会产生路基沉降等问题进行监测。因此本监测方案主要从以下3个方面进行。4.1土压力监测方案及仪器设备4.1.1土压力监测所用仪器设备简介土压力盒是一种埋入式通用土压力传感器，适用各种条件下土体内部应力的测量，适应长期监测和自动化测量，充分了解被测点的压力状态。典型应用有：公路、铁路、堤坝、矿山等行业的路基、抗滑桩、挡土墙、隧道等工程的土压力测量。本项目所采用的土压力盒是江苏海岩工程材料仪器有限公司生产的TXR-2020振弦式土压力盒(见图5)，其具体参数见表1所示。图5土压力传感器图6BP数据采集仪表1土压力盒技术参数型号测量范围（MPa）分辨力(%F.S)TXR-20200—0.1≤0.08土压力盒主要测试原理是用BP振弦频率读数仪(见图6)采集不同时期的数据,记录传感器的频率值、仪器编号、设计编号和测量时间。然后通过式4.1进行计算。振弦式土压力的计算公式：P=K(fi2-f02)式4.1式中：P—被测土压力值（MPa）。K—土压力标定系数（MPa/Hz2）。f0—孔压计的初始频率值；fi—土压力盒工作频率值；4.1.2土压力监测方案本项目土压力盒安装在K2+189.999断面上,具体方案为在机动车道上距离底面50cm处布置一层压力传感器（共3个，编号为4（初始采集数据为959.0HZ）、5（初始采集数据为1030.3HZ）、6（初始采集数据为986.2HZ）），间距为200cm，距离底面高度100cm处再布置一层压力传感器（共3个，编号为1（初始采集数据为1010.3HZ）、2（初始采集数据为1014.3HZ）、3（初始采集数据为1021.6HZ）），间距同样为200cm(见图6、图7)。压力传感器编号及初始数据采集值见附表1。监测时间节点为每月采集一次数据。图7土压力监测平面布置图图8土压力监测纵断面布置图图9气泡混合轻质土现场浇筑图10压力传感器的安装及初始数据采集4.2.台背压力监测方案4.2.1台背侧压力监测所用仪器设备简介台背侧压力所采用的压力盒及数据采集仪同4.1.1。4.2.2侧压力监测方案本项目土压力盒安装在距离底面高度为50cm和100cm处，机动车道中间台背上（见图11和图12）布置两个压力盒，编号分别为7（初始采集数据为980.4HZ）和8（初始采集数据为1014.2HZ），具体编号及初始数据采集见附表2。监测时间节点为每月采集一次数据。图11台背侧压力监测平面布置图图12台背侧压力监测纵断面布置图图13台背压力传感器安装图14数据采集4.3地基沉降监测方案及仪器设备4.3.1沉降板及沉降观测仪器简介（1）沉降板及沉降观测仪（水准仪）简介地基沉降监测主要采用沉降板（见图15）和水准仪（见图16）进行监测，沉降板采用500×500（mm），厚10（mm）钢板，外接沉降管（直径16mm的圆钢管），并保证每节长不超过50（cm）。沉降管外设直径500mm的PVC塑料保护管，随着气泡混合轻质土浇筑高度的增高，测杆与套管亦相应增高。水准仪采用河北珠峰仪器仪表设备有限公司生产的DSZ2自动安平水准仪进行测试。（2）水准点设置观测基础沉降首先要保证水准点本身不能发生沉降。为方便沉降观测应从全桥水准控制网向每个沉降监测处设置2～3个水准点，以相互校核。水准点距监测点的距离控制在30～50m。图15沉降板与沉降管图16水准仪4.3.2地基沉降监测方案布置为了对比气泡混合轻质土路基与普通土路基路基沉降之间的差异，我们分别在气泡混合轻质土路基（距台背中间5000cm，机动车道中间位置）和一般土路基（机动车道中间位置）中安装了沉降板（见图18、19），编号为沉1（气泡混合轻质土路基）、沉2（普通土路基）。具体布置见图17所示，并对初始数据进行了采集。监测时间节点为每月采集一次数据。图17沉降板布置平面图图18轻质土路基沉降仪安装图19土路基沉降仪安装5.监测结果5.1.土压力盒监测结果对安装在气泡混合轻质土路基上的压力传感器在浇筑完成且路面铺设完成测试1次，然后每个月对其测试1次。共测试了7次，具体测试数据见附表3-4所示，从附表3、4中我们可以发现：1）底层4、5、6初始测试为24.46KPa、24.49KPa和23.21KPa，而过了一个月之后压力明显降低；距离底面100cm处1、2和3号压力盒初始测试为22.42KPa、21.37KPa和22.87KPa，过了一个月之后压力也明显降低,并随着时间的延长逐渐趋于一个稳定值。这是由于气泡混合轻质土为水泥基材料，水化反应之后，多余（未参加水化反应）的水分挥发，导致自身重量减小，因而传递给压力传感器的力就会减小。2）4、5、6三个压力盒的压力（平均为24.05KPa）明显比距离底面100cm处的三个压力盒1、2、3（平均为22.22KPa）处的压力大，这是由于轻质土本身有一定的重量，因而底部的压力大。但是由于气泡混合轻质土自身容重较小（6.0kN/m3），仅为普通填土的1/3,因此两层压力盒的平均压力只差1.83KPa。在不考虑路面外部动载荷的情况下,土压力盒上所受的压力等于气泡混合轻质土的重量与路面结构层的重量之和,因此土压力盒所受的理论压力计算公式可按式5.1进行计算。式5.1式中：F—被测土压力（N）。G1—路面结构层重量（N）。G2—轻质土结构层重量（N）S—受力面积(m2)；—路面结构层密度(kg/m3)—轻质土结构层密度(kg/m3)—路面层厚度（m）—轻质土路基厚度（m）—重力加速度（N/kg）；我们将气泡混合轻质土的密度600kg/m3，路面结构层的密度2400kg/m3（路面结构层厚度为74cm），代入式5.1，可以计算出1、2、3号压力盒（高度取值为50cm）的理论压强为20.76Kpa，4、5、6号压力盒（高度取值为100cm）的理论压强为23.76Kpa。理论计算数据与首次实际测试数据有一定的差异，但是差异不大，因此我们认为实际测量值与理论计算值基本吻合。但是理论计算值与土压力盒稳定后的测量值还是有一定的差异，这是因为气泡混合轻质土一般水灰比较大，水化反应之后多余的水分挥发之后，容重就会降低。因此随着时间的延长，土压力有一定的降低。同时通过理论计算我们发现，土压力盒所受的压力基本上来自路面结构层的压力17.76Kpa（），而轻质土本身的重量较轻。因此可以考虑在一些地基比较薄弱的地带应用此新型材料。5.2台背侧压力监测结果对安装在台背上的土压力盒在浇筑完成且路面铺设完成之后测试1次，之后每个月对其测试一次，具体监测数据见附表5。由附表5我们可以发现:第一次测试的侧向土压力平均值为2.66KPa（7和8的侧向土压力为2.9KPa和2.42KPa），但随着时间的延长，气泡混合轻质土的侧向土压力几乎变为0KPa(2015.6监测的7和8的侧向土压力为0.65KPa和-0.30KPa)，这是因为气泡混合轻质土水化反应之后能够直立，不再产生对桥台的压力，因此侧压力几乎为0KPa。5.3路基沉降监测结果我们对气泡混合轻质土路基与一般土路基所安装的沉降传感器进行了监测，成果见附表6所示。由附表6沉降观测成果表可以看出：气泡混合轻质土的累计沉降与普通路基的累计沉降波动范围没有一定的规律，但累计沉降波动量都较小。气泡混合轻质土路基最终累计沉降为-0.6mm，普通土路基最终沉降数据平均值为-0.8mm，考虑到测量误差，气泡混合轻质土路基与普通土路基在监测时间范围内均未发生明显沉降。6.监测结论在业主单位、设计单位和施工单位的密切配合下，结合气泡混合轻质土台背回填的施工过程，按照预定方案对气泡混合轻质土监测各个传感器进行安装并按计划对数据进行采集，通过对采集数据的整理及分析，得到的主要结论如下：1.本桥台所采用的气泡混合轻质土及普通路基在监测时间范围内均未出现地基沉降。即气泡混合轻质土与桥台刚性材料之间不存在差异沉降，可应用在台背回填工程中，明显改善桥头桥车问题；2.气泡混合轻质土完全固化后对台背的侧压力几乎为零，即气泡混合轻质土具有直立性；3.气泡混合轻质土对地基的土压力随填筑深度的不同，有所不同，但相差较小。且地基所承受的土压力较小。因此气泡混合轻质土对地基的承载力要求较低，可以在一些软基路段应用，大大降低软基处理的费用。附表1土压力盒编号及初始数据采集值工程名称气泡混合轻质土台背回填安装位置传感器编号传感器序列号线长系数(10-8)零点应变（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顶面101509147.72959.0959.0958.9959201519148.171030.31030.31030.21030.3301489147.79986.1986.2986.2986.2附表2台背土压力盒编号及初始数据采集值工程名称气泡混合轻质土台背回填路段名称传感器编号传感器序列号线长系数(10-8)零点应变（HZ）(米)Mpa/HZ2（1）（2）（3）平均值底面801410148.331014.21014.21014.21014.2顶面701454147.41980.3980.4980.4980.4附表34、5、6号土压力盒监测数据压力盒编号测试时间系数(10-8)零点应变（HZ）测试频值（HZ）压力（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号土压力盒监测数据压力盒编号测试时间系数(10-8)零点应变（HZ）测试频值（HZ）压力（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号台背土压力盒监测数据压力盒编号测试时间系数(10-8)零点应变（HZ）测试频值（HZ）压力（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