砂砾垫层实验段实验研究毕业论文.doc

砂砾垫层实验段实验研究毕业论文目 录第一章 引言61.1 工程概况. .6 1.2、 现场条件6 1.3、 处理方案 6第二章 砂砾垫层的作用及料的工程特性82.1 软路基处理方法82.2 砂砾垫层的作用92.2.1提高地基承载力92.2.2 减少地基沉降量92.2.3加速软弱土层排水固结92.2.4防止冻胀和消除膨胀土的胀缩作用102.3 砂砾垫层料工程特性10第三章 砂砾垫层实验段的施工 123.1天然级配的砂砾垫层施工123.2 人工级配的砂砾垫层施工 123.3 施工过程: 133.3.1 准备工作基层准备 133.3.2 放样. . . 133.4 砂砾垫层施工的控制要点: . . .143.5 砂砾垫层施工质量检测. 15第四章 试验成果分析 164.1、试验成果分析 164.2 结论19结论14参考文献：14砂砾垫层实验段实验研究第一章 引言1.1 工程概况鞍山至海城的高速公路，是辽宁省境内的高速路一部分，是沟通鞍山、海城乃至辽西北的交通要道。我所在的驻地办是鞍海第二合同段,K23+000K30+500,全长7.5公里,其中有两座匝道,一座服务区,一个收费站,分别为四面城匝道,金家匝道,金家服务区,和金家收费站.主要施工砂砾垫层,混凝土基层.和沥青面层. 本标段全路段所经地区属温带大陆性季风气候，光照充足，气候湿润，昼夜温差大，大风天气多，年平均气温为6.3，夏季, 天气气候特征是高温、湿润和多雨, 但有时会持续的暴雨或局地强降雨及有时热带气旋所挟带的暴风雨的发生, 冬季，主要为变性极地大陆气团所控制, 天气气候特征是降水少和低温、干燥。尤其的寒潮或强冷空气天气过程，持续时间长，影响范围广. 鞍海高速公路的修建，将会给辽西北地区带来经济繁荣，具有显著的经济效益和社会效益。但是,鞍海高速公路沿线地质情况复杂，起点四面城县境内30的路段为软土路基，软土层变化较大，软土 地基的稳定及变形比较突出，为了解决普通路基及路桥结合部位的工后沉降问题，使大部分沉降量在施工期内完成，尽量降低公路使用期的残余沉降量，设计上采用挖除换填，抛石挤淤和砂砾垫层方案,根据现场试验资料结果,本文谨对砂砾垫层施工方案进行研究、讨论。1.2、现场条件鞍海高速公路第二合同段，地处宁强县境内玉带河中上游，路线跨河多处，与原有乡镇公路相交多处，河道天然砂砾储量丰富，路基范围多为稻田、池塘，淤泥厚度一般为0.5米，地下水位高度一般为1.2米。根据室内试验结果分析，有机质含量小于5.0%，天然含水量大于35，孔隙比大于1.0，快剪内磨擦角小于5，属于粘质土类型。若按其成因分析，以有机质土及软粘土为主，含砂砾夹层，属于河漫滩相沉积。1.3处理方案 工程开工后，按照施工技术规范的要求，首先截源引流，排除地表积水，其次采用推土机配合装载机和自卸汽车，将地表淤泥清理外运，进行晾晒、压实,根据当地的实际情况,设计时采用铺设砂砾垫层,用已处理路基的不良情况.根据设计的要求以及工程上的安排,在正式的铺垫层之前,需要先做实验,最后以做的实验的数据为准,再确定该如何铺垫层,所以我所在的项目部就在取得监理的同意后,在监理的监督下选取所交的K23+000K23+500之间作实验段,用以观察效果情况及将成果作为以后施工的依据.第二章 砂砾垫层的作用及料的工程特性2.1 软路基处理方法由于本合同段的路基情况属于软路基,严重的影响路基的承载力,并会造成许多负面的影响.因此,首先进行基底处理，以提高基底承载力，减小路堤的沉降量。软基处理方法，基本可利用改善荷载法、改善地基法及综合法三大类。软土路基填筑时，要常观测路基的沉降量，当每天的沉降量大于10mm或边桩位移大于5mm时，应暂停填土。路基填土终止后一个月内，每天观测一次，满载预压期间每周观测一次，沉降观测仪根据地质变化情况，一般每200m300m设一个。软基段的涵洞工程，可在路基预压期满，沉降基本完成之后再开槽施工。2.1.1换填土（砂）(1)、根据设计和试验选择符合要求的换填材料。(2)、将软土挖除干净，并将底部整平。如软土底部起伏较大，报监理工程师处理。视情况可设置台阶或缓坡。(3)、换填前，根据设计和技术规范对基底进行验收，并通过监理工程师签认。(4)、人工级配的砂石填料，应将砂石拌合均匀后，再填筑压实。(5)、压实时，注意不破坏基坑底面和侧面土的强度。2.1.2、抛石挤淤(1)、根据设计选择符合要求的石料，注意级配质量，最大粒径以小于20cm为宜。(2)、施工要点a、施工时应先从路堤中部开始抛填，中部向前突进后再逐渐向两侧扩展，以使淤泥向两旁挤出。b、当软土或淤泥底面有较大的横坡时，抛石应从高的一侧向低的一侧扩展，并在低的一侧多填一些。c、抛填第一层要厚些，以便能承受住压路机，待上一层抛填物压入泥中，再抛填下一层，直至用重型压路机碾压不再下降为止（用测量沉降法确定）。2.1.3、爆炸法处理软土地基爆炸处理软土地基的方法主要有“爆夯法”、“堤下爆炸挤淤法”和“爆炸排淤填石法”三种，根据实际情况选用。其中爆炸排淤填石法又分为堤侧爆炸排淤填石法和堤头爆炸排淤填石法。使用时应根据水深、淤泥厚度及基底持力层的倾角和倾向等因素确定。2.2砂砾垫层的作用根据实际的情况,按照设计的要求,我所在的项目部用的是砂砾垫层来处理 路基的问题,因此它的作用就作用和工程特性就很重要.砂砾垫层所用的砂石料具有强度高、压缩性小、透水性良好和容易碾压密实等特点，在工程中主要作用有以下几点:2.2.1提高地基承载力由于浅基础的地基承载力与基础下卧层的抗剪强度有关，以抗剪强度较高的砂石垫层置换较软弱的土层，可提高地基的承载力；另外，砂砾垫层密实度大、强度高，可将建筑物基底压力扩散传递到其下2.2.2 减少地基沉降量一般地基浅层部分的沉降量在总沉降量中所占的比例都较大，以压缩模量高、压缩性小的砂砾垫层置换上部软弱土层，可以显著的减少这部分的沉降量。此外，由于砂砾垫层对应力的扩散作用，使作用在其下卧软土层上的压力减小，也相应减少了下卧层土的沉降量，改善了地基变形条件。2.2.3加速软弱土层排水固结建筑物的不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载的作用下，软弱土地基中的水被迫绕出两 侧排出，延长了渗径，因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而产生破坏的危险。砂砾垫层透水性能好，软弱土层受压后，垫层可作良好的排水面，可使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和强度的提高，避免地基土破坏。2.2.4防止冻胀和消除膨胀土的胀缩作用 因为粗颗粒的砂石垫层材料孔隙大，不易产生毛细管现象，因此可防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀，也可消除膨胀土的胀缩作用。正是由于砂砾垫层在地基处理上具有以上诸多作用和优点，而且在不少地区料源也相当丰富，所以根据其所起的不同作用，在各类工程中都得到相当广泛的应用。2.3砂砾垫层料工程特性砂砾垫层料可归于无粘性粗颗粒土。一般砂砾垫层填料有天然级配和人工级配2种。国内工程习惯用固定粒径5 mm作为分界粒径，把小于5 mm的颗粒称为细粒料，把大于5 mm的颗粒称为粗粒料，用P5表示大于5 mm粒径的粗颗粒的百分含量。根据粗颗粒土有关理论3，结合西北院多年来在水利水电筑坝技术中对粗颗粒土工程特性的研究成果，一般认为，粗粒料形成骨架，细粒料充填孔隙，充填愈好，整个土体密度愈大，抗剪强度愈高，沉陷变形愈小，承载力愈高。从粗颗粒土粗料含量与干密度的试验资料表明，尽管粗粒土的产地、矿物成分、颗粒性质、颗粒组成等可能不同，但干密度随粗粒料含量的变化有共同的规律，即当P5约在70左右时，粗粒料可形成完整骨架，细料又能填满骨架孔隙，此时粗、细料共同传递外力，颗粒间结合紧密，干密度值最大，土体最密实，压缩沉降变形也最小。十几年来，在西北地区高（多）层建筑物基础处理中，应用砂砾垫层的工程实践经验表明，要使砂砾垫层具有较高的压实密度和承载力，填料应满足以下几条原则：2.3.1砂砾垫层的填料，应选用质地坚硬的粒料，不应混入风化料、软岩 破碎料或其它有机杂物。2.3.2对于一般建筑物基础，砂、石材料含泥量（01 mm颗粒含量）不应超过5，碎卵石最大粒径可放宽至70 mm；对于用作排水固结地基或高层建筑物基础的砂、石材料，含泥量不宜超过3，碎砾石最大粒径不宜大于50 mm。2.3.3当采用天然级配的砂砾石时，应级配良好，其颗粒的不均匀系数最好不小于10，曲率系数Cu13。当采用人工级配砂、砾（碎）石混合料时，应通过相对密度试验对不同的砂、石比例进行试验，优化级配，找出最佳的砂石比，使其干密度达到最大值，粗、细颗粒间结合紧密，共同传递、分散压力。2.3.4砂石垫层中的砂，应为洁净的中、粗砂，避免使用细砂。 第三章 砂砾垫层实验段的施工31天然级配的砂砾垫层施工对于以天然砂砾石作为填料的砂石垫层，施工中可由人工分层铺平，12 t以上压路机碾压812遍。由于天然级配的砂砾石颗粒多呈浑圆状，颗粒间咬合力远小于尖角状碎石料，表层砾石临空面大，极易松动，直观感觉会认为压实度不够。但从现场试验检测试坑开挖情况看，当试坑开挖到被监测层下面一层时，2层结合面往往较清晰，下部层面砂砾石密实，不易松动，试坑开挖困难。由此表明，原表层圆粒易松动是材料几何形状所反映的现象，当上覆填筑层继续填筑碾压，砂砾石颗粒固定，并不影响该层的填筑密度。从室内砂砾石大型压缩试验及大型三轴试验结果看，对于同样级配与密实度的砂砾石料和碎石料，施加同样大的压力，一般情况下，浑圆状的砂砾石料的压缩沉降量要比有棱角的碎石料小。这主要是由于碎石料在受到较大外力作用下，其棱角容易受到挤压而破碎，使沉降量增大，颗粒破碎率越大，相应沉降量也越大。3.2人工级配的砂砾垫层施工在以往的人工级配砂石垫层施工质量检测中，常发现砂石拌和不均匀，出现砂聚集和粗粒料相对集中，或局部区域填料粒径均匀等现象，其结果是无论碾压多少遍，密实度也无法达到设计要求，令施工单位大伤脑筋。究其原因，是由于施工单位按砂石比将填料预先拌和均匀，但在垫层施工时，由于拌和均匀的砂石料在装车、运输、卸车、铺填过程中多次产生分离，造成砂、石分离，粒径均匀料聚集，结果使预先拌和均匀的砂石料因离析而级配不良所致。 鉴于此，在实践中总结出，对于人工级配的砂石垫层施工，采用“砂、石分层铺填，薄层碾压”方案比较好。根据多年的工程实践，人工级配的砂石垫层施工采用“砂、石分层铺填，薄层碾压”方案均取得了很好的效果，证明是切实可行的。3.3 施工过程：3.3.1准备工作基层准备a.砂土层必须用1215t三轮压路机或等效的碾压机械进行碾压（压34遍）。在碾压过程中，如发现过干、表层松散，应适当洒水；如过湿、发生“弹簧”现象，应采取挖开晾晒、换土、掺石灰或粒料等措施进行处理。 b.对于底基层，根据压实度检查（或碾压检验）和弯沉测定的结果，凡不符合设计要求的路段，必须根据具体情况，分别采用补充碾压、加厚底基层、换填好的材料、挖开晾晒等措施，使达到标准。c.底基层上的低洼和坑洞，应仔细填补及压实。底基层上的搓板应刮除；松散处，应耙松洒水并重新碾压。d.逐一断面检查土基层标高是否符合设计要求。下承层标高的误差应符合规范规定。e.新完成的土基，必须按规范进行验收。凡验收不合格的路段，必须采取措施，使其达到标准后，方能在上铺筑基层或底基层。f.在槽式断面的路段，两侧路肩上每隔一定距离（510m）应交错开挖泄水沟。3.3.2放样: a.在土基层上恢复中线。直线段每1520m设一桩，平曲线段每1015m处设一桩，并在对应断面的路肩外侧设指示桩。 b.进行水平测量。在两侧指示桩上用红漆标出基层或底基层边缘的设计高。 c 施工前要统一放置标高及清除干净基底的杂草浮土，同时应严禁搅动下卧层及周边土质层； (1) 为防止下雨造成边坡塌方，施工作业前应在基坑内及四周做好排水措施，从而确保边坡稳定； (2) 如基底尚存在较小厚度淤泥质土，为防止碾压时冒出泥浆或脱层，可在施工前往该处抛石挤密，或将基层压入置换再作底层； (3) 应分层分级夯铺，每层铺设厚度应小于300mm，如采用大型碾压机械，其铺设厚度可控制在500mm以内。3.4砂砾垫层施工的控制要点:1、施工前应取得土路基及路槽的合格验收资料。 对路基应根据压实度检查（或碾压检查）和弯沉测定的结果，凡不符合设计要求的路段，必须根据具体的情况，分别采取补充碾压、换填好的材料、挖开晾晒等措施，使达到标准。2、路槽质量复验合格后，应及时摊铺并做到边摊铺边碾压。3、运到工地的砂砾应粗细均匀，运料及摊铺宜先远后近，循序进行。4、厚度松铺系数由实践确定，人工摊铺混合料时，一般可用1.31.4之间的松铺系数，摊铺后进行试压。为有利于砂砾压实，砂砾石表面宜湿润，如需洒水必须控制水量，防止泡软下层土路基。5、碾压宜先用双轮压路机（810t）稳压, 自路边压向路中，稳压两遍后，即时检测、找补，同时如发现砂窝或梅花现象应将多余的砂或砾石挖出，分别掺入适量的砾石或砂，彻底翻拌均匀，并补充碾压，不能采取用粗砂或砾石覆盖处理。找细平洒水后，当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时，立即用12t以上的三轮压路机进行碾压，碾压一直进行到要求的密实度为止，碾压全过程应随碾压随洒水，使其保持最佳含水量。碾压轮迹应重叠，重叠宽度30cm,碾压后轮迹深度 10mm.后轮压完路面全宽时，即为一遍。碾压一直进行到要求的密实度为止。一般需碾压68遍，应使表面无明显轮迹。压路机的碾压速度，头两遍以1.51.7km/h为宜，以后用2.02.5km/h。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上掉头或急刹车。试验人员应在碾压好的路段及时检测压实度，作到及时、准确的控制现场压实度。6、碾压中局部有“软弹”、“翻浆”现象，应立即停止碾压，待翻松晒干，或换含水量合适的材料后再进行碾压。7、两作业段的衔接处，应搭接拌和。第一段拌和后，留58m不进行碾压，第二段施工时，将前段留下未压部分，重新拌和，并与第二段一起碾压。8、现场施工单位质量员应随时用路拱板和3m直尺校正路拱、平整度、厚度等。3.5砂砾垫层施工质量检测沙砾垫层施工质量检测可分为2个阶段进行。第一阶段为施工跟踪检测，主要进行含水量试验、含泥量试验、砂石比试验和填筑密度试验（灌砂法或灌水法），目的是检测每一层填料的含泥量是否超标，级配是否良好，砂石比是否合适，填筑干密度及压实系数等是否满足设计要求。第二阶段为质量验收检测，主要进行静载荷试验，测定垫层总沉降量及沉降量极差是否符合有关规定，垫层承载力是否达到设计要求。第四章 试验成果分析根据相关规范，按照理论与实际统一的原则，以现场工程具体条件为依据，以测试成果为基础，以数理统计分析为手段，以土力学基本理论为指导，区别不同厚度，不同机械组合，不同检查方法对实际测定值的影响，从而判断其数据的可靠性。4.1实验类型4.1.1 当松铺厚度为30cm，采用光轮振动压路机压实（如表1）。 施工方法:推土机配合平地机整平，光轮压路机稳压一遍，振动光轮压路机压实。表1碾压遍数平均含水量（）平均压实度（）标准差（S）保证率平均值 (K)平均沉降量(mm)二4.8289.680.80989.302.73四4.9193.940.68193.621.77六5.3096.390.80796.011.68八4.7995.840.34195.681.64十4.5495.320.34995.160.54 试验表明，随着碾压遍数的增加,含水量增加；当碾压遍数达到一定程度（第六遍）时，含水量在不断减小。这说明，试验结果是符合砂砾层压实规律的。因为，在砂砾压实过程中，随着压实频率（振动频率）的增加，砂砾中毛细水在不断上升，表现在垫层表面呈湿润状态。但由于该试验层在施工过程中，前两遍是在晚上压实的，第二天早上开始检测，故显示含水量上升不明显。当上午施工第四、第六遍时，含水量上升达0.4个百分点，升幅是比较明显的。但由于当天天气晴朗，温度较高，使砂砾层压实过程中失水过多，致使其含水量下降迅速，只碾压到第八遍，含水量即下降了0.5个百分点，若此时适当补充水分，相信压实度还会微弱升高的，但试验结果已经满足了试验目的和施工技术规范的要求。 试验还表明，随着碾压遍数的增加，压实度增加，当压实遍数达到一定程度（第六遍）时，压实度反而减小了。这说明砂砾层的压实度是符合土的压实规律的。试验发现，砂砾层在碾压过程中，随着振动频率的不断增加，其表层砂砾出现部分离析现象，这与含水量的损失有关，说明了砂砾层压实是不能超越某一压实遍数的。否则，它会破坏压实层表层结构和增加机械运行负担。试验发现，试坑超粒径石量（38mm）比率比较稳定。从一百个试样分析，超粒径石料含量平均为14.84%，并未发现大于60mm的粗粒石料（少量过大粒径已经捡走）。按照公路土工试验规程JTJ05093的规定，试样中粗粒组质量多于总质量50的土称粗粒土，粗粒土中砾粒组质量多于总质量50的土称砾类土。砾类土是可以采用灌砂法检测压实度的，且能满足公路路基路面现场测试规程的要求。试验还发现，砂砾层的压实沉降与压实度成正比关系。但是，沉降量的检测存在一定的难度。实际施工中，某些测点在同一碾压遍数下，不可能都满足沉降量要求。若采取局部压实时，设备调头会破坏周围压实层结构；若采取施工段内全部碾压，又会出现压实反弹现象。因此，单一的沉降量与路其压实标准不相适应，无形中提高了压实标准。按照公路工程质量检验评定标准JTJ07198附录B的规定，路基压实度代表值K，即保证率平均值是对算术平均值增加（或减少）一个按要求的保证率所确定的保证值。高速公路路基保证率为95，按照评定标准，当KK0且单点压实度Ki全部大于等于压实度规定值减2个百分点时，评定路段的压实度可得规定满分。如第四遍最小K值为93.62，规定的压实度K0为93时，减2为91，且单点Ki全部大于91，说明该机械组合碾压四遍即能满足90区、93区的压实标准。同理，第六遍最小K值为96.01%，大于K095，减2为93，且单点Ki全部大于93，所以碾压六遍即能满足95区之要求。4.1.2当.铺厚度为30cm，采用拖式振动羊角碾碾压实(如表2)。 施工方法:推土机配合平地机整平，光轮压路机稳压二遍，羊角碾压实后，再采用光轮压路机碾压一遍。表2碾压遍数平均含水量（）平均压实度（）标准差（S）保证率平均值 (K)平均沉降量(mm)二4.8494.381.04893.922.05四4.6194.861.35694.271.36六4.6198.160.79997.811.50八4.7497.381.35896.791.45十5.3995.840.95195.420.91试验表明，振动羊足碾碾压与公路路基施工技术规范JTJ033-95第7.3.2条“羊足碾不适用砾类土的路基压实”的规定相符合。即从砂砾层压实含水量分析，并无规律可寻。虽然压实度符合路基压实标准，但是，砾料碾压时离析严重，破碎较多，表面含水量损失过大。所以，经分析羊足碾不适宜于砂砾垫层压实工作。4.1.3 当松铺厚度20cm，采用光轮振动压路机压实（如表3）。施工方法:推土机配合平地机整平，光轮压路机稳压一遍，振动光轮压路机压实。表3碾压遍数平均含水量（）平均压实度（）标准差（S）保证率平均值 (K)平均沉降量(mm)二4.8490.681.06290.212.23四5.0994.060.93093.831.05六5.3397.000.98396.570.95八5.0896.480.88096.090.73试验表明，若采用同类型机械组合施工，虽然压实层厚度不一致，但压实曲线是符合土的压实规律的。对比4.1.1机械组合，松铺厚度20cm仍需碾压四遍、六遍才能达到技术规范的要求，这显然是不经济的。试验发现，每个试样超粒径石料含量不一致，说明料场砂砾的不均匀性，这就要求我们对试验检测干密度进行校正。4.2 结果分析4.2.1通过试验路成果分析，砂砾垫层现场压实，其最佳机械组合为：68T平面光轮压路机，1625T振动光轮压路机，T-120型推土机，D850型平地机，EQ140型洒水汽车；最佳松铺厚度为30cm；最佳含水量取值范围为4.5%6.5%;碾压遍数对于90区、93区大于等于四遍，95区大于等于六遍，