氣泡混合輕質土臺背回填檢測報告1.前言12.工程概況13.監測目的24.監測方案及儀器設備25.監測結果86.監測結論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計研究院的委托，對陽光大道（東風路-尚稷路）-幸福渠臺背回填所采用的氣泡混合輕質土實際應用效果進行監測。在業主單位、設計單位和施工單位的大力配合下，于2014年12月至2015年6月成功對臺背回填用氣泡混合輕質土應用效果進行了監測，現根據監測資料編寫本監測報告。2.工程概況陽光大道（東風路-尚稷路）位于北三環以外，為南北向道路，承擔城市主干道的交通功能。陽光大道為現狀道路，道路沿線整體地勢為南高北低，東西兩側較平坦。道路在K2+147.531處與幸福渠相交，該處現狀為一座2×10m簡支預應力空心板梁橋，梁高0.4m，橋寬24m，橋梁中心線與幸福渠中心線右前方夾角為55度。幸福渠為兩側護砌水渠，在現狀橋梁西側為敞口水渠，東側水渠為有蓋板的暗渠，蓋板上面為綠化帶。幸福渠兩側為鋪砌河堤道路。（見圖1、2、3、4）圖1現狀幸福渠橋圖2橋梁西側幸福渠圖3橋梁東側幸福渠圖4橋梁東側幸福渠蓋板一般橋梁設計中采用臺后搭板的形式來避免橋頭跳車，對臺后填土密實度要求高，施工復雜，效果難以保證。為了解決此問題,同時加大對新型材料的推廣應用，西安市市政設計研究院對此臺背應用了氣泡混合輕質土新型材料。氣泡混合輕質土是以水泥為膠凝材料，澆筑時通過發泡系統引入大量氣泡，經凝結固化形成蜂窩狀多孔輕質混凝土材料。本臺背回填方案中設計的濕容重為6.0kN/m3，強度為0.6MPa。3.監測目的氣泡混合輕質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范圍內調節，抗壓強度范圍為0.3MPa-10.0MPa，具有質量輕、抗壓強度高、凝結自立性、施工性能好、采用泵送施工，不需機械碾壓振搗等特點。為了進一步監測氣泡混合輕質土是否具有輕質高強、凝結自立性以及是否對臺背產生側壓力，我們對此臺背回填用氣泡混合輕質土進行了監測。通過對監測數據的分析與總結，探索氣泡混合輕質土能否在臺背回填、軟基處理等路段得到大面積的推廣應用，同時為氣泡混合輕質土的推廣應用提供參考依據。4.監測方案及儀器設備本監測主要是針對氣泡混合輕質土對地基產生的土壓力、臺背的側壓力以及是否會產生路基沉降等問題進行監測。因此本監測方案主要從以下3個方面進行。4.1土壓力監測方案及儀器設備4.1.1土壓力監測所用儀器設備簡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部應力的測量，適應長期監測和自動化測量，充分了解被測點的壓力狀態。典型應用有：公路、鐵路、堤壩、礦山等行業的路基、抗滑樁、擋土墻、隧道等工程的土壓力測量。本項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的TXR-2020振弦式土壓力盒(見圖5)，其具體參數見表1所示。圖5土壓力傳感器圖6BP數據采集儀表1土壓力盒技術參數型號測量范圍（MPa）分辨力(%F.S)TXR-20200—0.1≤0.08土壓力盒主要測試原理是用BP振弦頻率讀數儀(見圖6)采集不同時期的數據,記錄傳感器的頻率值、儀器編號、設計編號和測量時間。然后通過式4.1進行計算。振弦式土壓力的計算公式：P=K(fi2-f02)式4.1式中：P—被測土壓力值（MPa）。K—土壓力標定系數（MPa/Hz2）。f0—孔壓計的初始頻率值；fi—土壓力盒工作頻率值；4.1.2土壓力監測方案本項目土壓力盒安裝在K2+189.999斷面上,具體方案為在機動車道上距離底面50cm處布置一層壓力傳感器（共3個，編號為4（初始采集數據為959.0HZ）、5（初始采集數據為1030.3HZ）、6（初始采集數據為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，編號為1（初始采集數據為1010.3HZ）、2（初始采集數據為1014.3HZ）、3（初始采集數據為1021.6HZ）），間距同樣為200cm(見圖6、圖7)。壓力傳感器編號及初始數據采集值見附表1。監測時間節點為每月采集一次數據。圖7土壓力監測平面布置圖圖8土壓力監測縱斷面布置圖圖9氣泡混合輕質土現場澆筑圖10壓力傳感器的安裝及初始數據采集4.2.臺背壓力監測方案4.2.1臺背側壓力監測所用儀器設備簡介臺背側壓力所采用的壓力盒及數據采集儀同4.1.1。4.2.2側壓力監測方案本項目土壓力盒安裝在距離底面高度為50cm和100cm處，機動車道中間臺背上（見圖11和圖12）布置兩個壓力盒，編號分別為7（初始采集數據為980.4HZ）和8（初始采集數據為1014.2HZ），具體編號及初始數據采集見附表2。監測時間節點為每月采集一次數據。圖11臺背側壓力監測平面布置圖圖12臺背側壓力監測縱斷面布置圖圖13臺背壓力傳感器安裝圖14數據采集4.3地基沉降監測方案及儀器設備4.3.1沉降板及沉降觀測儀器簡介（1）沉降板及沉降觀測儀（水準儀）簡介地基沉降監測主要采用沉降板（見圖15）和水準儀（見圖16）進行監測，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），并保證每節長不超過50（cm）。沉降管外設直徑500mm的PVC塑料保護管，隨著氣泡混合輕質土澆筑高度的增高，測桿與套管亦相應增高。水準儀采用河北珠峰儀器儀表設備有限公司生產的DSZ2自動安平水準儀進行測試。（2）水準點設置觀測基礎沉降首先要保證水準點本身不能發生沉降。為方便沉降觀測應從全橋水準控制網向每個沉降監測處設置2～3個水準點，以相互校核。水準點距監測點的距離控制在30～50m。圖15沉降板與沉降管圖16水準儀4.3.2地基沉降監測方案布置為了對比氣泡混合輕質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土路基（距臺背中間5000cm，機動車道中間位置）和一般土路基（機動車道中間位置）中安裝了沉降板（見圖18、19），編號為沉1（氣泡混合輕質土路基）、沉2（普通土路基）。具體布置見圖17所示，并對初始數據進行了采集。監測時間節點為每月采集一次數據。圖17沉降板布置平面圖圖18輕質土路基沉降儀安裝圖19土路基沉降儀安裝5.監測結果5.1.土壓力盒監測結果對安裝在氣泡混合輕質土路基上的壓力傳感器在澆筑完成且路面鋪設完成測試1次，然后每個月對其測試1次。共測試了7次，具體測試數據見附表3-4所示，從附表3、4中我們可以發現：1）底層4、5、6初始測試為24.46KPa、24.49KPa和23.21KPa，而過了一個月之后壓力明顯降低；距離底面100cm處1、2和3號壓力盒初始測試為22.42KPa、21.37KPa和22.87KPa，過了一個月之后壓力也明顯降低,并隨著時間的延長逐漸趨于一個穩定值。這是由于氣泡混合輕質土為水泥基材料，水化反應之后，多余（未參加水化反應）的水分揮發，導致自身重量減小，因而傳遞給壓力傳感器的力就會減小。2）4、5、6三個壓力盒的壓力（平均為24.05KPa）明顯比距離底面100cm處的三個壓力盒1、2、3（平均為22.22KPa）處的壓力大，這是由于輕質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載荷的情況下,土壓力盒上所受的壓力等于氣泡混合輕質土的重量與路面結構層的重量之和,因此土壓力盒所受的理論壓力計算公式可按式5.1進行計算。式5.1式中：F—被測土壓力（N）。G1—路面結構層重量（N）。G2—輕質土結構層重量（N）S—受力面積(m2)；—路面結構層密度(kg/m3)—輕質土結構層密度(kg/m3)—路面層厚度（m）—輕質土路基厚度（m）—重力加速度（N/kg）；我們將氣泡混合輕質土的密度600kg/m3，路面結構層的密度2400kg/m3（路面結構層厚度為74cm），代入式5.1，可以計算出1、2、3號壓力盒（高度取值為50cm）的理論壓強為20.76Kpa，4、5、6號壓力盒（高度取值為100cm）的理論壓強為23.76Kpa。理論計算數據與首次實際測試數據有一定的差異，但是差異不大，因此我們認為實際測量值與理論計算值基本吻合。但是理論計算值與土壓力盒穩定后的測量值還是有一定的差異，這是因為氣泡混合輕質土一般水灰比較大，水化反應之后多余的水分揮發之后，容重就會降低。因此隨著時間的延長，土壓力有一定的降低。同時通過理論計算我們發現，土壓力盒所受的壓力基本上來自路面結構層的壓力17.76Kpa（），而輕質土本身的重量較輕。因此可以考慮在一些地基比較薄弱的地帶應用此新型材料。5.2臺背側壓力監測結果對安裝在臺背上的土壓力盒在澆筑完成且路面鋪設完成之后測試1次，之后每個月對其測試一次，具體監測數據見附表5。由附表5我們可以發現:第一次測試的側向土壓力平均值為2.66KPa（7和8的側向土壓力為2.9KPa和2.42KPa），但隨著時間的延長，氣泡混合輕質土的側向土壓力幾乎變為0KPa(2015.6監測的7和8的側向土壓力為0.65KPa和-0.30KPa)，這是因為氣泡混合輕質土水化反應之后能夠直立，不再產生對橋臺的壓力，因此側壓力幾乎為0KPa。5.3路基沉降監測結果我們對氣泡混合輕質土路基與一般土路基所安裝的沉降傳感器進行了監測，成果見附表6所示。由附表6沉降觀測成果表可以看出：氣泡混合輕質土的累計沉降與普通路基的累計沉降波動范圍沒有一定的規律，但累計沉降波動量都較小。氣泡混合輕質土路基最終累計沉降為-0.6mm，普通土路基最終沉降數據平均值為-0.8mm，考慮到測量誤差，氣泡混合輕質土路基與普通土路基在監測時間范圍內均未發生明顯沉降。6.監測結論在業主單位、設計單位和施工單位的密切配合下，結合氣泡混合輕質土臺背回填的施工過程，按照預定方案對氣泡混合輕質土監測各個傳感器進行安裝并按計劃對數據進行采集，通過對采集數據的整理及分析，得到的主要結論如下：1.本橋臺所采用的氣泡混合輕質土及普通路基在監測時間范圍內均未出現地基沉降。即氣泡混合輕質土與橋臺剛性材料之間不存在差異沉降，可應用在臺背回填工程中，明顯改善橋頭橋車問題；2.氣泡混合輕質土完全固化后對臺背的側壓力幾乎為零，即氣泡混合輕質土具有直立性；3.氣泡混合輕質土對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。因此氣泡混合輕質土對地基的承載力要求較低，可以在一些軟基路段應用，大大降低軟基處理的費用。附表1土壓力盒編號及初始數據采集值工程名稱氣泡混合輕質土臺背回填安裝位置傳感器編號傳感器序列號線長系數(10-8)零點應變（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臺背土壓力盒編號及初始數據采集值工程名稱氣泡混合輕質土臺背回填路段名稱傳感器編號傳感器序列號線長系數(10-8)零點應變（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號土壓力盒監測數據壓力盒編號測試時間系數(10-8)零點應變（HZ）測試頻值（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號土壓力盒監測數據壓力盒編號測試時間系數(10-8)零點應變（HZ）測試頻值（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號臺背土壓力盒監測數據壓力盒編號測試時間系數(10-8)零點應變（HZ）測試頻值（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