碎石土在公路建设中的应用.doc

碎石土在公路建设中的应用第32卷第4期2006年12月湖南交通科技HUNANCOMMUNICATIONSCIENCEANDTECHNOLOGYVo1.32No.4Dec.2()06文章编号:1008844X(2006)04003304碎石土在公路建设中的应用徐建军.王桂尧(长沙理工大学桥梁与结构工程学院,湖南长沙410076)摘要:碎石土作为填筑材料有良好的力学性质,可广泛在路基填筑中应用.通过对碎石土内部结构的分析,介绍了填筑碎石土的施工控制和检测方法.并由工程实例说明使用碎石土填筑路基在山区公路建设中可行性.关键词:碎石土;级配;沉降观测;动力触探;弯沉中图分类号:U414文献标识码:B当今社会,随着科技的不断进步,公路技术也得到了迅猛发展,人类对公路的要求也随之提高.路基在实际运行中起到承上启下的作用,谈到路基就一定会联想到土方,可以说土方的弃取作为一个十分重要的问题一直贯穿着公路建设的始终.在路基建设中,填筑材料的合理选择对于整个工程的效益以及工程质量都起着重要的影晌.碎石土作为一种填土材料,具有渗水性好,力学强度大,不易压缩等特点,因而被普遍认为是一种良好的填筑材料.特别在山区修筑公路时,可以就地取材,这样既节省了建设资金,又可以解决填挖土方的平衡问题.本文就湖南某高速公路的实例,说明碎石土在路基及台背同填中应用的方法及效果.1碎石土的分类及在外力条件下其内部结构的作用机理1.1碎石土分类碎石土理论上是?种混合土,其分类足一个复杂的问题,往往由于分类不当而造成错误的评价.例如:对于含多量碎石的混合土,若将其作为土看待,过低地估计了这种混合土的承载力,造成了浪费;反之,若把它做为碎石看待,则又过高地估计r其承载力,而造成了潜在的不安全.所以应该根据其组成材料不同,呈现的性质不同针对具体情况,慎重对待.本文采用的定义,将大于38mm碎石颗粒含量超过30%的土称为碎石土,可将其分为密实型和空隙型2种:密实型:大于38mm颗粒含量为3%一50%的碎石土;空隙型:大于38mm颗粒含量为50%以上的碎石土.1.2碎石土的特点碎石土透水性好,在压缩过程中土体排水固结速度快,达到压缩稳定所需的时间短,以便压实.并且在压实后在自重应力和荷载作用下,产生沉陷变形小.由于碎石土颗粒搭配适当,大颗粒形成稳定骨架而次级颗粒填充大颗粒的空隙,因此不仅密实,而且土体结构稳定,承载能力大,沉陷变形小.碎石土能形成嵌锁骨架结构,土体抗剪强度高,承载能力大,沉陷变形小,但若级配不好,则会影响密实度.对碎石土可预先压缩以降低沉陷量,预先压缩的效果不仅取决于压实功能而且取决于含水状态,压缩方法和压缩时间.压缩变形主要是塑性变形,延长压缩时间可以提高压缩效果,但在施工过程中,不可压缩时间过长,要加快固结速度必须尽量减少碎石土中粘土的含量.1.3碎石土在外力条件下其内部结构的作用机理对于用碎石二填筑的路基来说,在重型机具的碾压下,常产生下列现象:使大小土块重新排列和相互靠近;使单个土颗粒重新排列和相互靠近;使土块内部的土颗粒重新排列和相互靠近;使小颗粒进入大颗粒的孔隙中.在碾压过程中,主要发生的现象是颗粒重新排列,相互靠近和小颗粒进入大颗粒的孔隙中.碎石土中,水和单个小颗粒是不可压缩的,空气只有在密封容器内才是可压缩的,它在土体内是不可压缩的,因此,要使单位体积内的固体颗粒增加,收稿日期:20060421作者简介:徐建军(1982一),男.硕士研究生,主要从事岩土工程研究.34湖南交通科技32卷只有采取措施使土体内的空气和水排出.由于在碾压阶段施压时间较短,水是不会及时被排出的,所以只能将土颗粒问的空气排出,才能有效的提高土的压实程度.2碎石土良好级配的选择准则碎石土由于其内部颗粒粒径分布较连续,所以可以采用连续级配准则.目前国内外常用的计算公式均是建立在连续级配理论基础上的.最常用的主要是以下3种i1)富勒公式.w?B富勒(W?BFuller)根据实验提出:级配曲线愈接近抛物线时,其密实度愈大,空隙率愈小.因此当级配曲线为抛物线时为最大密度曲线,可用下式表示:/-y-P00式中:P为粒径为d时集粒通过的百分率,%;D为集粒的最大粒径,film;d为欲计算的某级集粒的粒径.2)泰波公式.A?H泰波(A?HTalbo1)对富勒公式提出了修正.他认为实际集粒的级配由于各种因素影响,允许在一定范围内波动.故将富勒公式改为n次常数公式,即:P:100f1D,式中:P,d,D的意义同上;n为实验指数.一般n=O.30.6之间,级配具有良好的密实度.3)我国的简化公式.我国道路工作者在实践基础上提出参数为i的计算公式(此方法仅在粒径按1/2递减时应用):P=100(i)式中:P为第X级集料的通过百分率,%;X为集料按粒径分级的顺序数;i为通过百分率的递减率.3普通压实度的检测方法和碎石土的施工控制在一般土方段,施工质量由压实度来控制,而国内压实度主要采用灌砂法来测定.但使用碎石土后,由于凿孔和取土样方面有一定困难,因此灌砂法测压实度在碎石土填筑段并不适用.而灌水法测压实度的工序比较麻烦,检测频率义不易过高,因此也不太适用.在实际中,主要采用以下方法对碎石土施工段进行质量控制:1)沉降观测法对路基填筑进行控制把关:沉降观测法主要在路基填筑过程中广泛使用,在实践中我们会在路基底部埋置地基沉降板,在路基主要控制断面和不稳定段埋设典型断面沉降板,当路基铺设结束时埋设总沉降板,并专门成立路基沉降观测小组,对沉降板随时进行跟踪观测.通过对地基沉降观测可以及时掌握地基的沉降变化情况,及时发现沉降偏大的地基(如隐伏软基,未探明的溶洞等),以便在施工过程中及时处理;在路基的主要控制断面埋设分层沉降板并对其进行跟踪观测,可以起到检测控制路基压实程度的作用,其原理同标高控制法;对总沉降板的观测可随时掌握路基的总体沉降.对不同沉降板的观测,起到的作用不同,即路基基础=>填筑过程的压实程度=>填筑完成的总沉降,可见沉降观测对路基的整体施工都具有指导意义.2)标高控制法对构造物的回填进行控制把关:根据实际情况,对于不同的填筑材料首先进行实验,总结规律,确定各控制参数.例如:可将一台水准仪架设在路外一坚硬稳定处,在填筑区选几个有代表性的点(如左,中,右各选一点),分别测出标高.压一遍,测一遍.设测得次数(即碾压遍数)为/7,所选点测得的标高值为h,松铺料找平并初压后标高为h.,可得nh曲线(见图1),反映碾压次数与标高变化的关系.n/次O】2457R9101112图1nh曲线可见,在该例子中:当碾压次数n大于6次时,碾压前后的标高差已经趋于常数,即此时固定点的高程已经不会有很大变化,这时碾实程度已经较高了.3)采用动力触探及弯沉试验对已完成路段进行质量评定:由于有些路段对路基要求比较高,为此我们可以采取以触探检测为主,弯沉检测为辅的榆测方法对路基质量进行综合整体的评定.根据规范要求,采用触探方法可以测定回填材料(集料)的质量和级配,碾压厚度,承载力以及通过承载力换算出来的相应压实度并能查明回填材料的含水量,渗透4期徐建军,等:碎石土在公路建设中的应用35性,地下水的分布对构造物的影响,从而为施工验收评定提供客观的,定性的依据与定量数据.例如:湖南省交通建设质量监督试验检测中心多年对台背填土质量检测进行探索研究,通过计算和工程实例总结认为:采用标准贯入试验和重型动力触探试验进行原位测试时,当测试结果满足容许承载力r,200MPa时,其压实效果与压实度95%相同.另外,弯沉检测也可做为一个检测项目,对路基,台背进行检测.因为弯沉值能从另外一个角度说明填土的表面的回弹模量.采用这种原位试验和弯沉检测的方法在检测桥,涵以及通道等构造物的回填情况中已经得到了广泛应用.4工程实例4.1工程概况醴潭高速公路是上海至瑞丽国道主干线在湘境内的?段,是我国中西部地区交通运输大动脉,也是湖南.五期间公路建设重口,上-程之一,对国家的西部大开发战略有着积极而深远的意义.醴潭高速公路全长70km,分l2个标段,全线不良地基主要是浅层软基,还有部分采空区和岩溶发育区,根据全线路基的地质与填土情况,采取了路基沉降观NIl,组,对路基的沉降进行全程跟踪监测.由于全线桥梁,通道和涵洞等构造物数量较多,专门成立了台背回填质量检测小组,专门对构造物的回填情况进行检测.4.2用沉降值对路基回填情况进行检测沉降值在道路施工中起着重要的作用,及时准确的沉降数据可以正确地指导下一步施工,并对前步施工结果进行评定,甚至可以预测工后沉降.通过在路基底部埋设沉降板,在每层填土后,均对沉降板进行观测.清淤换填段的监测数据见表1.通过以上观测数据,可知:沉降量和沉降速率的变化趋势几乎一致,主要是随着压实程度,填土速表1清淤换填段的观测值012345678月份图2时间与沉降量,沉降速率及填土厚度曲线度,下部地基情况以及天气状况而变化.该路段当月最大沉降量为l5.65mm,最大月沉降速率为l7.94mm/月.由于沉降和侧向水平位移的绝对值并不能很好地表明地基的稳定程度,更重要的指标是地基的沉降速率和侧向水平位移速率.行业标准公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JYJ017096)中对地基稳定性的观测项目包括地表面位移边桩的水平位移观测,地面隆起量观测和测斜管水平位移观测.规范对稳定性的控制标准:沿路堤中心线地面沉降速率不宜大于10mm/d;坡脚水平位移速率不宜大于5mm/d.依照规范,可以得出用碎石土填筑的这段路基还是符合规范要求的.4.3用重型动力触探及弯沉试验对台背回填情况进行检测桥头,台背填土是公路路基填筑过程中的关键环节,填筑的好坏直接影u向着行车安全,速度,合适性和人们对公路的整体评价,同时也影响着行车的寿命.因此对构造物回填情况的检测绝不能忽视.为此我们使用GY一50型冲击钻机2台,BZZ一100检测车和贝克曼梁弯沉仪各一台套对该条公路上的盖板式涵洞,通道,拱涵,和桥梁等构造物的台背进行钻芯及弯沉检测(注:所涉及弯沉值为经折算后台背的代表弯沉值).部分台背(碎石士填筑)的检测结果:台背抽芯检测结果,检测构造物数量127个,承载力9300MPa的127个,合格率为100%;弯沉检测结果,检测构造物数量85个,弯沉值180(0.01mm)为61,合格率为72%.根据醴潭高速公路的质量要求:台背回填土的压实度96%,经压实后填土承载力300kPa,弯沉值180(0.01mm).由卜表可知:用碎石土回填构造物,压实度和承载力都能够达到规范要求;弯沉检测的合格率不是很理想,这是由于弯沉检测试验受外界条件干扰较大,如:车速,天气,场地平整度,表面填筑的压实情况,表层含水量等都会对弯沉值产生影响.因此,在路基填筑未完成时(构造物刚完成),弯沉值不能做为一个挚体,全面的指标来评36湖南交通科技32卷价一个台背的回填质量.值得讲的是由于施工进度和施工顺序不同,在路基填筑后的验收过程中,弯沉值可作为一个重要的依据来评定路基的填筑情况.5结束语1)通过以上的分析及实例表明,碎石土作为一种填筑材料在路基及构造物回填方面有着较强的实用性和推广性,特别是在中西部多山,丘陵省份,采用碎石土作为回填材料,因地取材,即节省资金又能保证施工质量.2)沉降观测法可作为碎石土路基施工的主要控制手段,对于沉降板的跟踪观i贝4,可以了解施工情况,还可以作为工后路基沉降的重要参考依据.3)在碎石土回填台背的质量检测中,可将动力触探作为主要检测手段,由于弯沉检测主要反应的是最上面几层土的压实情况,不能完全反映深层土的压实程度,因此本人建议:在台背检测中,应采用以动力触探为主的检贝4方法.在路基回填结束后,在验收过程中对台背进行弯沉检测,此时的弯沉值则更有意义.4)水对碎石土的影响十分大,当含水量较小时,不易压实,增加含水量町以起到润滑作用,减小颗粒之间的磨擦力,提高压实效果;但是,如若含水量很大,由于水是不可压缩的,水在短时间之内又不可能被排出,因此又不利于碎石土的压实.所以,如何选定该最佳含水量,还有待于进一步探讨.参考文献:1周明坤,孙立春,朱风云.关于碎石土路摹施工的几点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