西汉高速公路土石混填路基施工控制技术研究

西汉高速公路土石混填路基施工控制技术研究

分类号：TU4107lO一20040005YIIIIlllllllll',lllll',!qllqlllIHIIllll；lqlll52803㈣7Y1谖孝太海硕士学位论文西汉高速公路土石混填路基施工控制技术研究刘保林导师姓名职称折学森教授申请学位级别硕士学科专业名称岩土工程论文提交日期2007年3月28日论文答辩日期2007年4月7日学位授予单位长安大学答辩委员会主席学位论文评阅人王晓谋李晓明n摘要针对西汉高速公路沿线大量土石混合料填筑路基的情况，本文对陕南地区土石混合料的基本性质及分类、室内外试验、路基沉降变形、路基稳定性及土石混填路基施工技术开展了较为深入系统的研究和探索，主要研究工作包括以下内容：(1)通过国内外资料调研及工程调查，总结了土石混填路基施工技术的研究现状，提出了土石混填路基施工控制过程中存在的主要问题。(2)根据土石混合料的结构及强度形成特点，基于操作简便又能反映土石混合料工程特性等原则，提出以岩性和粗颗粒含量作为分类指标，对土石混合料进行了工程分类。(3)通过土石混填路基施工技术的室内足尺试验，提出了不同碾压遍数与路基表面沉降、弯沉值、贯入量、回弹模量及压实度之间的关系。(4)在现场试验的基础上，结合国内外资料调研及工程调查，提出了土石混填路基填料的选用、施工机械选择与配套组合、现场摊铺和整平、压实施工工艺、边坡码砌等施工技术：并对高速公路土石混填路基施工技术进行了总结。(5)针对土石混填路基的特点，提出了非等时距灰色理论GM(2，1)预测路基工后的沉降模型。关键词：土石混填路基；施工控制技术；工后沉降：稳定性；灰色理论nAbstractInviewofthesubgradewithalargenumberofearth-rockmixturesalongtheXiHanHighway．Anin-depthandsystematicstudywasconductedontheessentialnatureandclassification；thelaboratoryandfieldtestsoftheearth-rockmixturesinthesouthofShaanxiProvience；Settlementanddeformation；Stabilityofsubgradeandearth-rocksubgradeconstructiontechnology．Themaincontentswerepresentedasthefollowing：(1)Accordingtotheresearchonengineeringandsurveydatadomesticandabroad，asummarywasgiventothepresentsituationoftheresearchontheconstructiontechnologyoftheearth-rocksubgrade．Andthemainproblemsintheconstructioncontrolingprocessoftheearth-rocksubgradewereputforward．(2)Accordingtothestructureandstrengthformationcharacteristicsofearth·rockmixtures，basedontheprinciplesofsimpleorperatingandreflectingengineeringpropertiesofearth-rockmixtures，theguidelineofclassificationwasputforward，whichwasaccordingtothelithologyandthecontentofcoarseparticlesofearth-rockmixtures．Andtheengineeringclassificationofearth-rockmixtureswasalsoconducted．(3)Throughindoorfull—scaletestontheearth-rocksubgradeconstructiontechnology,relationshipsamongthedifferentrollingcompactiontimesandsubgradesettlement；deflectionvalue；penetrationvolume；modulusandthedegreeofcompactionwereproposed．(4)Onthebasisofthefieldtest，conbiningtheresearchesdomesticandabroadandengineeringsurveydata，Constructiontechnologieswereproposedonthestonefillingselection；constructionmachinerychoicesandallocatingcombinations；thewholescenespreadingandcompactingprocess，theslopebuildsandSOon．Andtheconstructiontechniquesofthehighwayearth—rocksubgradewerealsosummarized．(5)Inviewofthecharacteristicsoftheearth-rocksubgrade，non·andSOontimecurvegreytheory(2，1)wasproposedtoforecastthesubgradesettlementmodel．nKeywords：subgradefilledwithearth·rockmixtures：constructioncontroltechnique：post己onstructionsettlemenhstability：graytheory山n论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成甲木0本声明的法律责任由本人承担。⋯～：匆’＼僻叩年；月谗日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：匆。l保朱印年岁月粕钟一砌獗∥俨多月扔n长安大学硕士学位论文1．1研究课题的提出及意义第一章绪论弟一早三百T匕公路是国民经济的重要基础设施，它承担着经济建设繁重的运输任务。随着我国国民经济的迅速发展，国内公路建设得到较大的发展，尤其是高等级公路的大量建设，对新工艺、新技术、新设备的开发和引进之多前所未有。路基作为公路的基础，路基的质量好坏直接关系到整个公路的使用品质。通过多年实践我们认识到，提高路基的强度和稳定性是保证公路交通运行的关键，而要达到这个目的，必须对路基进行有效的压实质量控制，增加路基填料的强度和稳定性，使路基在使用过程中不会由于进一步的压实而产生有害的变形。近年来，我国公路交通得到了大力发展，作为西部开发战略的一部分，我国将在中西部地区修建大量高等级公路。我国地势西高东低，中西部多为山岭重丘区，在山区高等级公路的建设中，普遍采用路堑或隧道开挖的土石混合料来修筑路堤。《公路路基施工技术规范》(JTJ033．93)【1l将土石路堤定义为“利用卵石土、块石等天然土石混合材料修筑的路堤称为土石路堤”。在工程实践中，一般把用粗颗粒含量在30％一--70％之间的填料修筑的路基称为土石混填路基，粗颗粒指粒径大于或等于5mm的填料。在陕南山区高等级公路建设中，将会遇到大量采用不同类型和比例的土石混合材料填筑路基的情况。这种情况在我国西部及中部各省区公路建设中也将普遍存在。各地土体性质、岩体强度、风化程度及水稳定性存在差异。不同类型及比例土石混合材料的路用性能以及路基施工技术是当前需要研究的重要技术课题。其中，包括填料的分类选用，施工压实工艺和机具配套组合，施工质量控制技术，以及路基的稳定性和沉降规律等方面的研究内容。对此，一些省也曾结合具体工程对施工工艺和施工质量控制技术开展了一定的探索，但不深入，缺乏系统性，有关方面的设计和施工规范、标准尚需补充完善。综上所述，为了总结西汉高速公路建设经验，指导西汉高速公路以及陕西省内其它公路建设，本文对土石混填路基的施工控制技术开展了系统研究。1．2土石混填路基施工技术研究现状本文结合国内外已采用土石混合料填筑路基的一些工程实例，详细分析了土石混填路基施工控制技术的研究现状，提出了土石混填路基修筑技术方面存在的问题。n第一章绪论1．2．1土石混合料的基本性质土石混合料是由土和石组成的松散体，土的种类和石料的强度及两者含量不同，压实成型后，其物理结构和力学特性亦不同。研究资料表明，以往人们对土石混合料的工程力学性质研究主要集中在剪切特性和压实特性研究方面。关于土石混合料的剪切特性，各个部门结合实际工程，通过三轴试验对其进行了较为系统的研究。1997年云南公路研究所武明等人【2】采用大、中型三轴仪对土石混合料进行剪切和压缩试验，并建立了大、中型剪切试验结果之间的统计关系。1998年徐刚等人【31，采用1000kN大型电液伺服粗粒土动、静三轴试验机对10组土石混合料进行动强度试验，并利用双对数坐标求出动应力与破坏振次之间的关系。1999年郭庆副41，通过室内大型三轴试验，得到了土石混合料的强度破坏准则为：f，-c+彳爿(o／只)矗式中：f，为抗剪强度；c为抗剪强度参数，对于无粘性粗粒土，c值反映了颗粒间的咬合力，对于有粘性的粗粒土，c值为颗粒间咬合力和粘结力之和；盯为法向应力；A、B为强度参数。2002年李振等人15】采用ZJ500．1型大型直接剪切仪对土石混合料进行直剪试验，得到了干密度相同情况下，粗颗粒含量的变化对抗剪强度参数的影响规律，以及同一土石混合料干密度变化时对抗剪强度参数的影响规律，其中内摩擦角与干密度之间近似为线性关系。同年张林洪等人[61，通过三轴试验和资料整理，得到土石混合料的强度破坏准则，并建立了土石混合料弹塑性增量本构模型。关于压实特性研究方面，主要是配制不同粗颗粒含量的土石混合料进行大、中型击实试验，建立土石混合料最大干密度和最佳含水量与粗颗粒含量之间的关系。1996年武明17】参照水电部的标准，对土石混合料进行大型击实试验，得出了土石混合料最大干密度及最佳含水量与粗颗粒含量之间的关系曲线，以及粗颗粒含量对击实后粗粒料破碎率的影响规律。此外，2000年华北大学孙耀东等人【8一】对不同粗颗粒含量的土石混合料采用中型击实筒进行了上置式表面振动压实研究，得出了不同粗颗粒含量的土石混合料的最佳振动时间、频率及振幅等压实参数。2001年马松林等人【10】也采用上置式振动装置对不同粗颗粒含量的土石混合料进行了压实研究，总结出多土类、中间类及多石类三种结构类型2n长安大学硕士学位论文的土石混合料最佳室内成型工艺，并得到了最大干密度和最佳含水量与粗颗粒含量之间的线性统计关系：P。～-0．5006P5+1．95880s只s70％R2·0．97％--7．154P5+11．560sBs70％R2Ilt0．87以上概括介绍了土石混合料剪切特性和压实特性方面的研究成果。其中剪切特性试验及理论方面研究比较深入，总结出土石混合料抗剪强度的影响因素，并提出了土石混合料的屈服准则及弹塑性增量本构理论。大量的试验研究成果表明，土石混填路基的密实程度直接影响土石路基的施工质量控制，密实程度越高的土石混合料，其路基的稳定性越好，变形量也越小。因此，本文结合施工过程中的试验和沉降变形与稳定性分析对土石混填路基的施工进行有效的控制。1．2．2土石混合料的分类对于土石混合料，从不同的角度可将其分为很多种类，其中，公路工程方面的分类研究现状主要如下：国内方面，<公路土工试验规程》(JTJ051．93)In】根据粒组的含量大小将填料划分成巨粒组、粗料组和细粒组(见图1．1)，再依据细颗粒含量(2mm,,-0．074ram)和类别t以及级配情况(不均匀系数、曲率系数)继续加以细分。此外，部分学者认为土石混合料与沥青混合料相类似【12,13】，按照粗颗粒含量的多少可将其分为悬浮——密实、密实——骨架和骨架——空隙结构。2006020520．50．250．0740．002hm)巨粒组粗粒组细粒组砾(角砾)砂漂石卵石粉粒粘粒(块石)(小块石)粗由细粗中细图1．1粒组划分图国外方面，美国公路工作者协会主要是按承载力进行划分，其中粗颗粒分为A1、A2、A3三类；法国道路、堤坝压实规范中主要是按照各粒组含量进行分类，对于带细颗粒的砂砾则必须结合塑性指数和含砂当量进行分类；澳大利亚道路研究局(ARRB)道路技术委员会根据粗颗粒的最大尺寸和通过0．075ram筛的颗粒含量等，将土石混合料分为块石填方和不规则填方；日本道路公团对土石混合料的分类则是依据岩质的坚硬、风化程度来划分的。3n第一章绪论1．23土石混合料压实特性的影晌因素土石混合料的压实特性直接影响到路基的变形和稳定性，而路基的变形和稳定性是土石混填路基施工控制的主要方面。从现有研究资料来看，土石混合料压实特性的主要影响因素有最大粒径、粗颗粒含量(d=5mm)、级配及粗颗粒自身的物理性质等。其中，粗颗粒含量对土石混合料的压实特性影响较大，当粗颗粒含量小于30％时，混合料的压实特性受细颗粒材料的影响较大，且含水量的影响也较为明显；当粗颗粒含量在30％一70％左右时，土石混合料经压实后最能形成密实——骨架结构，强度最高，变形最小，稳定性最好；当粗颗粒含量大于70％时，容易产生架空和粗颗粒集中现象，施工过程中应按填石路基要求进行压实。1．2．4土石混填路基施工工艺长期以来公路部门对填方材料的压实特性、检测标准的试验和研究都是建立在细粒土基础上，有关土石混填路基施工技术方面的研究比较薄弱。现行《公路路基施工技术规范》(JTJ033--95)【1】中涉及土石混填路基的条目较少。目前，土石混填路基施工方面的主要成果如下：①当土石混合料中所含石料强度大于20MPa时，石块的最大粒径不得超过压实层厚的2／3；当所含石料为软质岩(强度小于15MPa)时，石料最大粒径不得超过压实层厚。②土石混填路堤均应压实并宜选用工作质量在12t以上的重型振动压路机或工作质量2．5t以上的夯锤压(夯)实，填筑厚度不宜超过40cm。③压实后渗水性差异较大的土石混合料应分层或分段填筑，不宜纵向分幅填筑。如确需纵向分幅填筑，应将压实后渗水良好的土石混合料填筑于路堤两侧。④当土石混合料来自不同路段，其岩性或土石混合比相差较大时，应分层或分段填筑。如不能分层或分段填筑，应将含硬质石块的混合料铺于填筑层的下面，且石块不得过分集中或重叠，上面再铺含软质石料的混合料，然后整平碾压。⑤土石混合填料中，当粗颗粒含量超过70％时，应先铺填大块石料，且大面向下，放置平稳，再铺小块石料、石渣或石屑嵌缝找平，然后碾压；当粗颗粒含量小于70％时，土石可混合铺填，但应避免硬质石块(特别是尺寸大的硬4n长安大学硕士学位论文质石块)集中。⑥高速公路及一级公路土石混填路堤的路床顶面以下30"--50cm范围内应填筑符合路床要求的土并分层压实，填料的最大粒径不大于10cm。1．2．5土石混填路基沉降变形及稳定性分析12．5．1沉降预测方法以往工程中常用指数曲线法、双曲线法及星野法对路基工后沉降进行预测，多数资料分析表明，传统的双曲线和指数曲线等模型存在一些不足之处，预测中的沉降误差比较大。为此，近年来有关学者针对路基沉降特点，提出了基于各种理论基础上的沉降预测模型。2001年，王国辉等人114】利用最小方差法对岩土工程中的变形问题进行了预测，计算结果中预测曲线与实测曲线在预测初期比较接近，随着时间延长，预测曲线逐渐偏离了实测曲线，预测精度降低。2002年，张仪萍等人【15】对Asacoka法预测路基沉降进行了计算和分析，计算时平均时间间隔垃的取值对结果影响较大，血过小，拟合点的波动性较大，相关系数较小：At过大，s；点过少，易产生较大偏差，且难以判断固结阶段。2003年，赵明华等人1161利用龚帕兹成长曲线沉降预测软土路基的沉降，龚帕兹曲线不过原点，并存在反弯点，前期呈加速度增长，经过一段时间后增长速度变缓，趋于一限值，其散点图好象一条压扁的S型曲线，与软土地基沉降变化过程极为相似。近年来，许多学者【17．18·19】将灰色理论应用到路基沉降预测中，如《灰色理论在路堤沉降预测中的应用》【刎、《高路堤沉降分析的灰色预测》[21l等，灰色预测模型仅需掌握短期的实测资料(一般要求不少于5个)就可建模，能减少长期观测工作量，且可靠性好，具有较高精度。但以往的预测模型均为GM(1，1)灰色模型，根据GM(n，h)灰色理论，阶次11越高，预测模型的精度越高，同时，求解也越困难。其中，灰色模型原始数据选取时应遵循以下原N．-(1)每个数据是等时距的，若不是等时距，则应修正成等时距的数据；(2)原始数据是每时间步长中的沉降增量，而不是该时刻的总沉降。本文在灰色理论的基础上建立了GM(2，1)路基工后沉降预测模型，其中非等时距实测沉降值采用拉格朗日多项式插值函数转变为等时距沉降序列。1．2．5．2土石混填路基稳定性分析一般路基是套用典型的横断面进行设计，无需加以论证和验算。一般边坡路基稳定性分析方法较多，按其理论基础和分析原理分为如下几类【22】：极限平衡分析法、极限分5n第一章绪论析法、随机理论分析法、数值分析法还有另外其他方法(变分法、运动单元法、模糊理论分析法、神经网络模型法等)，以上各种方法在分析边坡稳定性时有其各自的优缺点。2003年，钟守宾等人【23】利用简化极限平衡法中的通用条分法的求解过程，并结合现代优化方法，提出了一种新型的混合演化算法对高填石路堤的稳定性进行分析，近年来，许多学者124’25】从码砌边坡、内部填料、地基等的力学作用与力学特性出发，导出了填石路基稳定性计算公式，通过不同的施工措施，对如何提高路基稳定性进行了探讨。1．3主要研究内容及技术路线1．3．1主要研究内容本文在国内外资料调研及工程调查的基础上，结合西汉高速公路建设，对陕南地区土石混填路基施工技术开展了较为深入系统的研究。主要研究工作包括以下内容：(1)土石混合料的定义及基本性质；(2)土石混合料的分类及工程分级；(3)土石混填路基施工质量控制技术；(4)土石混填路基的压实机械配套组合及施工压实工艺；(5)土石混填路基的沉降变形及稳定性分析。13．2技术路线6n长安大学硕士学位论文土石混填路基施工控制技术研究1r上、，上资料调研工程调研理论分析l，上◆1r山1r士土石混合料的基本土石混填路基施工土石混填路基现场性质及分类技术的室内足尺试验试验及工后观测◆士J上占0山定结分试现义构类验场及类及概结试基型工况果验本程与及段方结性分方分概案果质级案析况及分步析骤上◆★土石混填路基施工技术总结土石混填路基沉降变形及稳定性分析上施地压填路填沉稳工基实料基料降定准处机的边的及变性备理械摊坡工稳形分及要选铺施程定分析填求型整工与性析料及平技力影的配及术学响选套压特因用组实点素’厶口图1．2研究技术路线7n第二章土石混合丰：l的幕本性质及分类第二章土石混合料的基本性质及分类2．1土石混合料的定义及基本性质2．1。l±石混合料的定义土石混合料是由岩石和表层土经外力作用而形成，尤其在山区工程中，经爆破等手段而形成：在河流沉积地段，也会形成砾石与土的混合料。土石混合料目前来说还没有明确统一的定义。如法国道路压实规范将dO％径颗粒，最大粒径不应大于压实层照试验段路基旌类15MPa，吸水软=100％厚；压实时宜采用振动羊足碾或凸工工艺填筑，路基化性强，干湿循块振动压路机与光轮振动乐路机强度可满足要求。环后易崩解破相结合的办法。其中松铺厚度和碾碎。压遍数根据试验段确定。粗颗粒经过处理碾压前洒水软化石块，必要时采用后，路基强度的大主要包括：泥质推土机破碎；施工时一般碾压机械小主要受最佳含砂岩、泥质砾<30％均能满足要求，但必须严格控制松水量的影响，超过岩、泥板岩、凝铺厚度及填料含水量。最佳含水量强度强度及灰岩。抗压强度降低。抗风化介于15MPa～路基填筑时，松铺厚度与碾压遍数II能力中30MPa之间，根据试验段确定，最火粒径不应犬等类抗风化能力较于松铺厚度的三分之二。碾压前，粗颗粒经过处理强，吸水后有不充分洒水软化彳i块，并采用大蚕4推后，并按试验段填同程度软化，但---30％土机耕耙破碎火粒径颗粒；压实时筑工艺施工，路基不崩解。宜采用振动羊足碾或凸块振动压强度可满足要求。路机与光轮振动压路机相结合的办法。一般碾压机械均能满足要求，但必强度的大小主要<30％须严格控制松铺厚度及填料含水受最佳含水量的主要包括：花岗量。．影响，超过最佳含石、花岗斑岩、水量强度降低。强度高玄武岩、石灰必须用激振力较大的振动压路机强度较高，受粗颗抗风化岩、非泥质的砂--30％进行碾压。松铺厚度及碾压遍数可粒含量影响。粗颗Ⅲ通过试验路段确定。最大粒径不得能力强岩和砾岩。抗压=70％粒是提高强度的类强度火于超过松铺厚度的三分之二。碾压含30MPa，抵抗吸水量可放宽，宁稍湿而勿干。主要因素。水软化性强。参照填彳i路基施：[工艺，即最大粒径不超过松铺厚度的2／3、分层填如按填石工艺施>70％工，强度均能满足石分层嵌缝，以碾压遍数为控制指标。要求。2．3．4土石混合料分类简易鉴别法土石混合料分类现场简易鉴别法是用目测代替筛分法确定粗颗粒含量及其特征：用手捻定性法代替用液塑限联合测定仪测定细粒土的塑性；用铁锤敲击浸水后的岩石代替抗压强度试验来测定岩石的强度。12n长安大学硕上学位论文(1)选择有代表性的土作为试样，摊在一平面上，记录试样中的最大粒径：(2)用铁锤敲击石块，估计岩石的强度等级；将岩石放入水中浸泡一段时间后，再次用铁锤敲击石块，估计浸水后岩石的强度及变化情况。(3)从试样中剔除大于60ram的颗粒，并估计被剔除颗粒所占的重量百分数。剔除大颗粒后，余下的全部试样用于粗、细颗粒的鉴别。(4)肉眼鉴别以5ram为界的粗、细颗粒含量，分别属于不同的种类。2．4综合分析(1)在工程实践中，一般把用粗颗粒含量在30％"--70％之间的填料称为土石混合料，粗颗粒指粒径大于或等于5mm的填料。(2)目前，土石混合料主要依据粗颗卡证含量岩性及最大粒径进行了分类。但由于分类指标单一及分类界限的不统一，各分类方法在工程应用中较为不便。(3)土石混合料是一种复杂的空间结构体系，其结构主要取决于粗颗粒的结构、土性质及土与粗颗粒相互作用等因素。由于各结构组分的变化，从而使土石混合料具有不同的变形特性和强度。根据其组成比例的不同，其结构可以分为悬浮——密实结构、密实——骨架结构及骨架——空隙结构三种形式。(4)目前，对于土石混合料的分类，公路、铁路以及水利部门都有过研究，主要从粗颗粒含量与干密度的关系等方面进行分类，而缺乏从抗剪强度、水稳定性等路用性能方面进一步分类。因此，土石混合料的分类已不只是简单地为土定名，而是在实践中有广泛的实际用途。(5)在操作简便又能反映七石馄合料工程特性等原则基础上，本文提出以岩性和粗颗粒含量作为分类指标，并给出有关指标的界限值。在综合国内外有关资料基础上，本文对土石混合料进行了工程分类，并提}一；了简易的识别方法。13n第=章tim《镕g施I技术的室自足RE鞋第三章土石混填路基施工技术的室内足尺试验3．1试验概况与方案3．1．1试验概况室内足尺试验是在室内进行大比尺试槽模拟实体工程试验。这样，可以在投入较少的人力、物力情况下，开展多次重复性试验，从而较全面了解所研究问题的有关规律。本课题足尺试验场地选择在长安大学工程机械学院性能实验室长108．0m、宽7．5m及深25m的大土槽中进行，试验过程如图3．1所示。该实验室拥有CA25S振动压路机一台，白重10吨，振动力达20吨左右。场地在填筑土石混合料之前采用平板夯进行夯实处理。试验使用了长安大学工程机械学院、公路学院及测试中心等单位的先进测试设备和数据处理设备，同时，根据土石混填路基的施工控制技术要求，本课题组人员【26,27j自行研制了动态贯入仪及试箱等密实度测试设备。(3)图3,1足尺试验过程照片试槽中原填筑有经过压实的黄沙土，为减少试验工作量堤在边坡处受力和变形更接近，在黄沙土地表F挖一定深度4)并保证足尺路堤与实体路按设计尺寸形成试坑，如n长安火学硕：匕学位论文图3．2所示，图中①蛔为沉降观测点。填料选用西汉高速公路的土石混合料，约30m3，其物理力学性质如表3．1所列，表中的最大干密度采用自行研制的大型击实筒求得。表3．1土石混合料的物理力学性质指标细粒土特性不均匀系数曲率系数干比重液限(％)塑性指数C_C』2．67l40．624．812．814．21．1通过室内足尺试验初步分析，采用振动压路机对土石混填路基进行碾压的施工工艺，得出相应吨位振动压路机下最佳碾压遍数与最佳松铺厚度组合：利用目前市场已有的检测设备进行压实质量检测，提出土石混填路基简便有效的施工质量控制及现场检测技术。试验内容如下：0表示沉降观测点图3．2足尺试验尺寸(1)表面沉降量观测。该法是在土石混合料表面设一些参考点，并作好标记，后，量测参考点碾压前后高程的变化，计算其表面沉降量，根据沉降量判断压实程度。(2)静力荷载试验法。弯沉法通过控制土石混合料的整体变形值，来评价其压实。特性；承载板法是通过测量一定荷载作用下直径为30cm的承载板的稳定变形量，来计算压实土的模量。(3)试箱测试土石混合料干密度。由于土石混合料，粒径大且不均匀，课题组未采用灌砂法和水袋法来测定密度，而是自制28个30x30x20cm的试箱，然后，将这些试箱埋入土石混合料中，待碾压一定遍数后将其挖出，称重，并测含水量，即可得到现场干密度，简便易行。表3．2贯入仪基本参数型号锤重(kg)落距(mm)直径(mm)I型4．530050II型4．5500100(4)贯入法【26．271测试土石混合料密实度。该法属小型轻便地基原位测试法，根据室内试验结果并参照动态锥仪原理，加工了两种直径的贯入仪，这两种贯入仪的基本参n第三帝土石混填路基施T技术的室内足尺试验数见表3．2。(5)BAJ一3B表面波仪测试土体密实度。该仪器是以表面波理论为依据，采用电磁、电子及信号处理等高科技研制的新型快速无损检测仪器。测试前，首先对其参数进行设定；测试时，将发射装置放在测点处，接收装置分别安装在互成900的4个方向上，每个方向读取5个波速值，测4方向共获得20个波速值，对测试结果取平均值，得到一个测点的波速值VR。3。1．2试验方案在试坑内分别按松铺厚度为30cm、50cm、70cm分层摊铺并碾压，碾压规定遍数后完成各项试验检测项目，表3．3给出足尺试验时的检测内容。表3．3．1松铺厚度为30cm时碾压过程中检测内容碾压遍数0l23456高程√-0-√弯沉×√、，√、，承载板×√0、，√现场干密度×-0√。√_贯入法√面波仪法√×√_表3．3．2松铺厚度为50cm时碾压过程中检测内容碾压遍数O123456高程_√弯沉×√-√．●√承载板×√、，√现场干密度×√Jt●贯入法√0●√面波仪法√×√4、，√表3．3．3松铺厚度为70cm时碾压过程中检测内容碾压遍数0l2345678高程√’，√、，√弯沉×√0√承载板X×√0√●√16n长安大学硕●：学位论文现场干密度×√J●0●√贯入法√、，√面波仪法、，×√t-’，●√3．1．3试验步骤(1)在进行足尺试验前，首先采用晒凉方法将土石混合料调整到最佳含水量附近。(2)当土石混合料接近最佳含水量时，用铲车将土石混合料运到试槽内，松铺厚度分别为30cm、50cm、70cm，同时，布设测定密度的试箱，最后整平表面。其中，土石混合料中最大粒径不得超过松铺厚度的2／3。(3)用CA25S压路机不带振动碾压一遍，然后布设高程监控点，布设时为了避免位置的错动，采用红布条加铁钉定位，效果较好。(4)碾压过程中每次碾压均采用错半轮方式进行，前后均带振动，前后为一遍，碾压完一遍后测定技术参数。碾压时应先边缘后中间，以减少模拟路基的侧向变形。此外，压路机的振动频率应与填料的固有频率相当，且行进速度由慢至快；开始为2km／h左右：中间为一般为4km／h：最后一般为5．5“．0km／h。(5)松铺厚度为30cm时，碾压遍数为6遍；松铺厚度为50cm时，碾压遍数为6遍；松铀厚度为70cm时，碾压遍数为8遍。3．2试验结果及分析3．2．1碾压遍数与表面沉降量的关系表3．4．1松铺厚度为30cm时不同碾压遍数下的表面沉降最值单位：ram层厚点号】遍2遍3遍4遍5遍6遍7遍8遍l1897l0l’21276l1O38116Ol4787．12l30cm59832O．161I9．12-l713lO20O187121lO平均值10．69．35．10．40．90．317n第三章土石混填路基施丁技术的室内足尺试验表3．4．2松铺厚度为50cm时不同碾压遍数下的表面沉降量值单位：mm层厚点号1遍2遍3遍4遍5遍6遍7遍8遍l231723．11220127．22一l31810453．141711571250cm521924．226l512l327189623．18148232l平均值18．311．03．63．11．30．6表3．4．3松铺厚度为70cm时不同碾压遍数下的表面沉降量值单位：mm层厚点号l遍2遍3遍4遍5遍6遍7遍8遍12215432l0．12l81442432．132316．25321041784．11070cm5217934．12l620126232171918731l820133242l1平均值20．012．94．43．52．61．5l-30．3将土石混合料在不同松铺厚度和不同碾压遍数下测定的表面沉降量列于表3．4和图3．3中。由表3．4和图3．3可以看出：随着碾压遍数的增加，不同松铺厚度下土石混合料表面沉降量开始增加较快，后来逐渐变缓。随着松铺厚度的增加，累计沉降量亦偏大，但并非完全成正比，若要使表面沉降量有大幅度增加，仅靠增加碾压遍数效果较小，只有改变压实机械。例如，松铺厚度为70cm时，碾压8遍后土石混合料表面累计沉降量为46．6mm，最后一遍分级沉降量0．3mm；松铺厚度为50cm时，碾压6遍后的累计沉降量为37．9mm，最后一遍分级沉降量为0．6mm；松铺厚度为30cm时，碾压6遍后的累计沉降量为26．6mm，最后一遍分级沉降量为0．3mm。n长安大学硕：L学位论文50—dO暑嘲30戆20睇100Z46810碾压遍数图3．3沉降量与碾压遍数之间的关系3．2．2碾压遍数与整体弯沉值的关系将不同松铺厚度的土石混合料在不同碾压遍数下的弯沉值列于表3．5和图3．4中。可以看出：(1)不同松钢厚度的土石混合料随着碾压遍数的增加，弯沉值逐渐减小，说明其承载能力逐渐提高，变形能力逐渐降低。(2)弯沉测试规律大体表现为碾压初期8070至：：640鄯100碾雁遍数变形大，而后逐渐减小，这与沉降观测结果较图3．4整体弯沉值与碾压遍数的关系⋯为一致。(3)当松铺厚度为30cm，碾压遍数为6遍时，弯沉值为O．04mm；当松铺厚度为50cm，碾压遍数为6遍时，弯沉值为O．06mm：当松铺厚度为70cm，碾压遍数为7～8遍时，弯沉值为0．1mm。以上数据表明，压实机具一定时，随着松铺厚度的增加，仅靠增加碾压遍数难以提高土石混填路基的整体承载能力。表3．5不同碾压遍数下整体弯沉值单位：O．Olmm松铺厚度2遍3遍4遍5遍6遍7遍8遍30cm381886450cm．54341610670cm72482212lO8103．2．3不同碾压遍数与贯入量的关系将不同松铀厚度的土石混合料在不同碾压遍数下的贯入试验测定值列于表3．6~表3．7，图3．5一图3．10给出了不同松铺厚度情况下贯入试验曲线。19n第三章土石混填路基施工技术的室内足尺试验表3．6不同碾压遍数下土石混合料的贯入量(m=50mm)单位：mm松铺碾压不同锤击次数厚度遍数l5102030405060708090Iool16．842．566．597．8120141．5162178．3196．8210．8220．8228．025．51524．O40．154．164．575．586．092．8100．0103．0111．O30(cm)35．O11．518．O29．148．I56．565．073．082．586．590．O94．044．58．O12．019．224．530．135．540．545．550．052．558．1l21．545．472．3102．6126．4152．1170．8184．5201．2218．6227．4235．6212．022．332．547．859．472．189．798．3102．1110．3115．2124．839．617．426．538．449．662．178．587．196．5103．2109．6115．450(cm)47．214．321．630．940．352．363．578．487．392．197．8103．555．O11．319．228．337．648．259．167．277．384．590．397．264．28．112．118．423．227．533．138．744．448．151．557．1l38．654．882．1107．5130．7158．6180195．2213．6235．4247．6259．3229．443．569．482．697．4114．5128．2145．4163．1180．7193．6212．I318．929．752．163．574．885．297．1108．3119．3131．5140．6151．549．817．344．657．269．282．193．5101．4110．3120．1130．3138．270(cm)57．514．238．347．157．164．27I．479．686．393．810I．5108．465．012．323．532．140．147．456．363．470．780．489．597．474．811．421．230．038．143．551．257．867．273．380．588．784．511．120．228．434．140．144．750．155．461．366．471．8由图3．5～图3．10试验结果可以看出：(1)随着碾压遍数的不断增加，各松铺厚度的土石混合料碾压初期贯入量较大，后期贯入量逐渐减少，说明土石混合料在相应碾压遍数后已逐渐密实。(2)当贯入杆直径、碾压遍数及锤击次数相同时，土石混合料松铺厚度增大，贯入量也增加，但不成正比。(3)在相同的松铺厚度和碾压遍数下，对于不同直径的贯入杆表现出贯入量差别较大，贯入杆直径越大，贯入量越小。从贯入深度的测量方便和误差来考虑，采用①=50mm的贯入杆、击实20次为宜。20n长安大学硕士学位论文表3．7不同碾压遍数下土石混合料的贯入结果(西=lOOmm)单位：ram松铺碾压不同锤击次数厚度遍数1510203040506070809010012．57．014．123．130．536．739．844．048．054．156．16l22．56．38．213．218．121．226．928．031．233．136．240．230(锄)32．667．3lO．313．515．317．220．122．124．326．030．2406．17。111．213．415．117．319．821．222．123．328．213．18．417325．032．539．345．04954．058．O67．070．122．57．114．620．O26．O32．637．041．O47．350．O55．259-332．45．111．218-323．129．231．338．040．044．747．150．350(cm)42．O5．210．517．222．526．429．134．038．O40．042．146．05O．83．38．412．416．320．223．026．O29．832．O34．336．260．43．27．19．213．217．019．521．423．425．O27．029．1I5．913．O19．428．037．547．756．367．377．586．594．3101．523．19．214．122．027．035．O44．052．359．067．673．079．732．46．O12．317．621．226．231．337．843．145．051．058．242．16．211．115．020．023．627．030．O36，039．O43．347．370(cm)51．27．210．O13．3l8．021．O22．029．334．037．540．243．06O．85．O9．512．O17．019．420．224．128．134．336．039．170．53．07．O9．214．O16．018．320．222．023．329．032804．05．O7．29．O11．713．014．O16．418．222．O26．O图3．5松铺厚度30cm、贯入杆直径50mm时的试验曲线2l图3．6松镧厚度50cm、贯入杆直径50ram时的试验曲线n第三章±i混填镕基*I拄术的室内足R试验凹3．7挫铺J孕座70cm、贳入杆直径50ram时的试验曲线蹦3．9橙铺Ⅳ膻50cm、贳入朴直衽100mm时的试验曲线酗3．8松铺厚度30cm、贯^杆直径lOOmm时的试验曲线I20．100g80d60√d0目2003．2．4不同碾压遍数与回弹模量之间的关系将不同松铺厚度的上石混合料在不同碾压遍数下的回弹模量值列于表3．8和图311。由表38和图31l可见：随着碾压遍数的增加，各松铺厚度的土石混合料回弹模量值先是迅速提高，而后逐渐减缓。其中，松铺厚度为30cm．碾压遍数达到4遍后，回弹模量基本不变；松铺厚度为50era．碾压遍数达到5遍后H310松铺厚度70cm、贯八杆直径lOOmm时的试验曲线圈3n士基模量与碾压遍数的关系回弹模量基本不变：松铺厚度为70cm，碾压遍数达到6遍后，回弹模量基本不变。当碾压遍数小于4遍时，相同的碾压遍数情况下随着松铺厚度的增加．土石混合料的回弹模量变小；当碾压遍数大于4遍时，随着碾压遍数的增加，各松铺厚度的土石混合料回弹模量逐渐接近，其中，松铺厚度为30em的土基回弹模量略犬。蓼颡一鞫n长安大学硕士学位论文表3．8不同碾压遍数时土基模量单位：MPa松铺碾压遍数厚度234567830cm71．388．299．4100．8101．250cm52．367．892．396．197．970cm43．163．789．393．294．596．396．93．2．5不同碾压遍数与压实度的关系不同碾压遍数采用试箱法和表面波法测试结果如表3．9～表3．10和图3．12～图3．13所示。试验过程中，当填土厚度较小时(<50cm)，试箱位置为层厚中心；当填土厚度较大时(>50cm)，试箱分别埋置在表面层(距土体顶面O--30cm)和底层(距填土底层O--20cm)处。≥罴2345678松铺厚度(c献1．9752．02l2．0422．0512．05730cm1．9511．9822．0252．0372．04l5)cm上1．9531．9731．9851．9992．0122．0192．02570cm下1．9071．9271．9321．9631．9721．98l1．988表3．10不同碾压遍数下表面波法测试结果(m／s)‘泌2345678松铺厚度(c府卜＼28032539841241530cm26731937639840350cm24129832434935236537870cmn第三章土石混填路基施T技术的室内足尺试验^逻27螂l龆H-1．105295．985碾压遍数500450镪嚣300250200碾压遍数图3．12试箱法干密度测试值与碾压图3．13表面波波速与碾压遍数的关系遍数的关系由表3．9、表3．10和图3．12、图3．13试验结果可见：(1)随着碾压遍数的增加，各松铺厚度的土石混合料干密度逐渐增加，最初3~4遍增加较快，4遍以后增加缓慢。(2)采用试箱法测得不同松铺厚度土石混合料的干密度结果表明：当土石混合料松铺厚度为30cm，碾压遍数超过4遍时，土体的压实度已基本不再增长；当土石混合料松铺厚度为50cm，碾压遍数超过5遍时，土体的压实度仍缓慢增长；当土石混合料松铺厚度为70cm，表层土体的压实度增长规律与前面两种情况基本类似，而底层土体的压实度随着碾压遍数的增加一直增长较慢。这表明，压实机械一定时，仅靠增加碾压遍数来提高深层土体的压实度比较困难，因此，土石混填路基施工时，必须根据经济、技术等方面的要求，确定出相应压实功下合理的松铺厚度和碾压遍数组合。(3)用表面波法测试土石混合料干密度时，不同碾压遍数下面波仪的波速有较明显的变化，尤其是碾压遍数小于5遍时。当土石混合料松铺厚度为30cm和50cm，碾压遍数超过3~4遍时，表面波波速基本不变；当土石混合料松铺厚度为70cm，碾压遍数超过5遍时，表面波波速仍略有增加，但小于相同碾压遍数下松铺厚度为30cm和50cm时的测试结果。n长安大学硕：L学位论文第四章土石混填路基现场试验及工后沉降观测4．1现场试验段概况西汉高速公路是国道主干线(Gz40)二连浩特至河口公路的重要组成部分，也是陕西省“米”字形公路主骨架西安至汉中高速公路的重要路段。该公路位于陕西省西南部，连接西安与汉中，北起户县涝峪口，南至勉县元墩，全长259km，途经户县、洋县、勉县及宁陕县。路基宽度26m，分为整体式和分离式两种。沿河路基高度主要以设计水位控制，由于河道狭窄、弯曲，河流比降大，桥梁、隧道等构造物众多，使得路基连续长度较短。因此，路基排水按照因地制宜，分段自成体系的原则设置。穿越秦岭的路基高度受桥梁、隧道等构造物的制约。填方路基边坡一般采用1：1．5，填高大于12m时，每lOm设一级边坡平台，平台宽2m，上下边坡均为1：1．5。路基填料主要来自隧道弃渣及开山石渣或沿河河道中的砂砾石，粗粒含量一般在40％"--'75％之间，其路用性能差异较大。在公路建设中，哪些材料可用于路基填筑，如何合理地进行土石混填路基的压实质量控制，如何采用经济有效的施工机械组合及碾压遍数等问题尚需开展研究。为此，本文根据土石混合料特点及填方高度等现场实际情况及研究需要，在西汉高速公路沿线选定四处典型路段作为试验观测段，四处作为调查评价路段。试验观测段主要进行试验观测及评价、分析，调查评价路段主要是收集施工试验资料进行评价总结。各试验段大致桩号范围及概况如下：4．1．1试验观测段概况(1)位于l(55+300～飚5+450段(照片4．1)，全长150m，最大填土高度为7m，路基宽度26m，曲线内侧最大加宽2．5m，路基边坡1：1．5．路基走向紧靠汉江，路基全部采用土石混合料填筑。地层构造从上至下依次为20cm厚粘土层、O．5～1m厚中砂层、1m～2．5m厚卵石层及亚粘土层。(2)位于l(27+000～K27+200段(照片4．2)，全长200m，地层构造从上至下依次为：黄褐色可塑亚粘土，为褐色硬塑状粘土，卵砾石层，硬塑亚粘土、花岗岩。路基最大填土高度为lOm，土石混合料中细料较多。(3)位于l(34+000～硒4+100(照片4．3)，路基平均填土高度1．3m左右，分3层填筑，松铺厚度不大于60cm，填料采用五凤村西山砂砾土，5mm以上粗粒含量占72％以上。n第¨章±i棍填路g现％试§艘TE沉晦州测(4)位于K57+170～K57+270(照片4．4)，路基平均填土高度17m左右，边坡坡率1：15，路基填料为隧道弃渣，最小抗压强度大于规范要求的15Mpa，粒径控制在15cm以内，路基顶面控制最大粒径不超过5cm。试验段施工前清除1～3m厚的腐植土，用隧道弃渣换填处理。压实质量采用沉降差小于2mm进行控制。照片4．1K55+30¨K55+450试验段照片4．2K27+000～K27+200试验段照片4．3K34+000～K34+100试验段照片4．4K37+170～K57+270试验段4．1．2调查评价路段概况(1)位于K79+815～K79+925(照片4．5)，原地基厚为05～1．5m的卵石砂砾土层，地基处理采用隧道弃渣换填，同时增设纵横向盲沟。路基平均填土高度1_5m．填料为秦岭3号鹾道弃渣．为保证路堤全断面压实，路堤左侧边坡超填05m，摊铺时人工配合机械用坡度尺挂线修整以达到设计要求，完工后刷坡整平边坡。(2)位于K85+750～K85+900(照片4．6)．路基平均填土高度3m，松铺厚度为30cm，填料来自K86+450～K86+550段的挖方，粒径控制在15cm以内。路基填筑前清除原地表1～2m厚的腐植土，采用隧道弃渣换填，换填后先静压一遍，再用羊足碾振压4遍后压实度达到90％以上。n长宣★学《{。{＆论文照片4．7K88+060～K88+IS0试验段照片48K93+260～K93+360试验段4．2现场试验方案及步骤4．2．1试验方案4．2．1．1试验观测段方案(1)试验段一K55+300～K55+450施工过程中．按虚铺厚度40cm、60cm进行填筑，采用推土机、平地机整平后先用YZl6B振动压路机静压一遍．弱振一遍(松铺厚度60cm时，弱振两遍)，再用TZT20B振动压路机强振两遍(松铺厚度60cm时，强振n’第四章土石混|：il路基现场试验及工后沉降观测四遍)，最后用YZl6B振动压路机静压一遍。碾压时前后相邻区间重叠100"-"150cm，填筑宽度比设计宽度两侧各超出50cm。压实质量控制采用灌砂法压实度检测与沉降差相结合的方法。试验过程中检测内容如表4．1所示。路基施工完成后，在其顶面进行了回弹模量试验。．表4．1K55+300--,K55+450试验段检测内容一1遍2遍3遍4遍5遍6遍7遍8遍9遍表而沉降最√、，√t40cm压实度×●×√颗粒筛分×●×√表而沉降揖●√_√0√60cm压实度×√×●√×√颗粒筛分×√×、，×0×√(2)试验段二K27+000"---K27+200段施工过程中，每层填料虚铺厚度为40cm，采用自重为20t的羊足碾碾压，静压一遍，弱振一遍，强振3遍，碾压遍数为5～6遍，压实质量控制采用灌砂法压实度检测。试验过程检测内容如表4．2所示。路基施工完成后，在其顶面进行了回弹模量试验。表4．2l【27+000～l心7+200试验段检测内容一1遍2遍3遍4遍5遍6遍7遍8遍及检测内容＼表面沉降量√_√t40cm压实度×√×●×√颗粒筛分×√×√×0(3)试验段三K34+000'--'K34+100，分3层填筑。主要施工机械有，振动压路机两台(18t、20t)，羊足碾，185平地机，T140推土机，挖掘机及自卸车等。施工采用两种机械组合方案，方案一，按松铺厚度45cm、40cm、35cm进行填筑。第1遍，TKl8拖式羊足碾静压，第2遍，20t振动压路机弱振，第3遍，20t振动压路机强振1次，第4遍，TKl8拖式羊足碾强振2次，第5遍，18t振动压路机静压。方案二按松铺厚度60cm、n长安大学硕士学位论文40cm、30cm进行填筑。第1遍，18t振动压路机静压，第2遍，20t振动压路机强振1次，第3遍，20t振动压路机强振1次(松铺厚度45cm以上时，重复两遍)，第4遍，TKl8拖式羊足碾强振3次，第5遍，1St振动压路机静压1遍。每一层碾压完毕后，在路基表面用10cmxlocm钢板布设测点，测定标高，然后用20t振动压路机在测点位置以2km／h行进速度碾压两遍，最后测定测点标高，以同一测点两次高差小于2mm时判定为合格。试验过程检测内容如表4．3所示。路基施工完成后，在其顶面进行了回弹模量试验。表4．3K34+000～K34+100试验段检测内容1遍2遍3遍4遍5遍6遍7遍8遍9遍√30cm表面沉降餐×(35cm)颗粒筛分×√×√040cm表面沉降量J’，√0(45cm)颗粒筛分×√×√×’，表面沉降量0√’，√060cm颗粒筛分×●×√×0×●(4)试验段四l(57+170～K57+270，按松铺厚度30cm、40cm、50cm、60cm进行填筑。施工机械组合为：洛阳产LT218(自重18t，最大激振力52t)振动压路机，东风自卸车，日立240挖掘机，CAT320B挖掘机，红旗150推土机，ZLC50装载机，25KJ冲击式碾压机。施工时先静压一遍，然后先弱振后强振振动碾压，相邻轮迹重叠1／3～2届，前后相邻两区纵向重叠1．0'--'1．5m。从第四遍开始，每碾压两遍测一次沉降量，直至沉降量小于等于2mm时，结束该层压实，填筑下一层。试验过程检测内容如表4．4所示。路基施工完成后，在其项面进行了回弹模量试验。表4．4K57+170～'K57+270试验段检测内容童弋1遍2遍3遍4遍5遍6遍7遍8遍9遍及检测内容＼＼表面沉降量×√4√t’，30cm颗粒筛分×●×0×●√40cm表面沉降量√J●√●√n第四章土石混填路基现场试验及工后沉降观测(45cm)颗粒筛分×●×√×●×√表面沉降量J●、，√●-50cm颗粒筛分×√×√×、，×’，表而沉降量'，√0√60cm颗粒筛分×_×√×●×√●4．2．1．2调查评价路段方案(1)K79+815～K79+925，松铺厚度为45cm，填料粗粒含量在30％～80％之间。施工机械组合为：先用LT220B光轮振动压路机静压一遍，振压两遍，然后用羊足碾振压两遍，再用LT220B振动碾压两遍，最后用LT220B静压一遍。最大速度控制在4km／h以内。为检验羊足碾的压实效果，每层在羊足碾振压两遍后进行灌砂压实度检测。压实质量采用最后两遍沉降差小于等于2mm进行控制。(2)K85+750～K85+900，路基压实施工机械组合为：先用YZl6拖式压路机静压1遍，然后用TKl8羊足碾振压两遍，工作质量为50t的拖式压路机振压两遍，最后用TKl8羊足碾振压两遍，工作质量为50t的拖式压路机振压两遍，共计静压1遍，振压8遍。压实质覆采用最后两遍沉降差小于等于2mm进行控制。(3)K88+060～K88+180，摊铺整平首先利用推土机初平，再利用平地机终平并辅以人工配合做好2％的双向横坡。施工机械针l合为：先用YZl8C压路机静压1遍，再用TKl8羊足碾碾压，6遍以下，每压两遍测压实度及含水量，6遍以上，每压1遍测压实度及含水量，压实度检测采用灌砂法。(4)K93+260～K93+360，松铺厚度为38cm，施工机械组合为：先用SXM220压路机静压1遍，然后弱振两遍，强振两遍，最后再静压1遍，压路机最大行驶速度控制．在4km／h以内。碾压时，每2000m2布设4个测点，以同一测点相邻两次碾压无明显轮迹为合格标准。’4．2．2试验步骤(1)路基填筑前，首先对填料进行击实和筛分等试验。(2)路基按松铺厚度要求进行填料。为能控制填料松铺厚度，上料前根据自卸车的容积计算出试验段松铺一定厚度时所需填料的车数，并用石灰布置方格网确定卸料的位置。同时，在路基边线处设置标尺，及时查看填料松铺厚度是否满足要求。n长安大学硕士学位论文(3)填土结束后，首先，用推土机进行初平，再用平地机精平，并根据现场需要适度洒水，确保路基含水量保持在最佳含水量±2个百分点之内。(4)整平结束后，用铁钉加红布条作为沉降标埋设在路基表面，并测出其初始标高。(5)采用不同的施工机械组合进行碾压，每次碾压后做好各项检测试验。压路机碾压时遵循先边线后中间的原则，从路基边缘沿纵向进行逐轮碾压，轮迹间相互重叠宽度不小于轮宽的三分之一。碾压初期1～2遍时压路机行驶速度为2．0km／h，3--'6遍时为4．0km／h。(6)试验段按要求填筑结束后，在其顶面进行回弹模量试验，主要装置包括：后轴重不小于60kN且轮胎冲气压力为0．50MPa的载重汽车一辆、千斤顶、测力计、直径为30cm的承载板及两台弯沉仪等试验仪器。具体试验步骤如下：①根据需要选择有代表性的测点，测点应位于水平的路基上，土质均匀，不含杂物。②仔细平整其土基表面，撒干燥洁净的细砂填平土基凹处，砂子不可覆盖全部土基表面避免形成一层。③安置承载板，并用水平尺进行校正，使承载板置于水平状态。④将试验车置于测点上，在加劲小梁中部悬挂垂球测试，使之恰好对准承载板中心，然后收起垂球。⑤在承载板上安放千斤顶，上面添加钢圆筒、钢板，并将球座置于项部与加劲梁接触。其中，测力计、千斤项及钢圆筒必须保持垂直，以免加压时千斤顶倾倒发生事故并影响数据准确性。⑥安放弯沉仪，将两台弯沉仪的测头分别置于承载板立柱的支座上，百分表对零或其他合适的初始位置上。。⑦用千斤顶进行加载，注视测力环或压力表，至预压0．05MPa，稳压lmin，使承载板与土基紧密接触，同时，检查百分表的工作情况是否正常，然后，放松千斤项油门卸载，稳压lmin后，将指针对零或记录初始读数。⑧用千斤顶加载，采用逐级加载卸载的方法，用压力表或测环控$0／；1载量，荷载小于0．01MPa时，每级增加0．02MPa，以后每级增加0．04Mpa左右，为了使加载和计算方便，加载数值可适当调整为整数。每次加载至预定荷载后，稳定lmin．立即读记两台弯沉仪百分表数值，然后，轻轻放开千斤项油门卸载至0，待卸载稳定lmin后，再31n第四章土石混填路基现场试验及工后沉降观测次读数，每次卸载后百分表不再对零。当两台弯沉仪百分表读数之差小于平均值的30％时，取平均值。如超过30％，则应重测。当回弹变形超过lmm时，即可停止加载。(7)试验段填筑至设计标高后，在路基顶面设置沉降标进行工后沉降观测。4．3现场试验结果分析4．3．1试验观测段试验结果及分析4"3．1．1l(55+300～飚5+450试验段试验结果及分析1)土石混合料的物理力学性质如表4．5～表4．8所示。表4．5土石混合料中细粒料的界限含水量I液限(％)塑限(％)塑性指数(％)40．624．812．8表4．6土石混合料级配情况筛孔尺寸(mm)60402010520．5O．250．074累计筛余(g)0430870132524902550314537654285通过质最(g)428538553415296017951735114052010通过百分率(％)10089．979．769．141．940．426．612．10．2表4．7土石混合料击实试验结果含水量(％)5．37．08．110．012．0wopl29．4％干容重(g／cm3)2．0342．0422．0462．0382．009pdmx=2．0469／em3表4．8土石混合料CBR试验平均含水平均干密平均膨涨平均吸水每层击次C'BR2．．sCBRs．0压实度量(％)度(g／锄3)量(％)量(g)(％)307．2‘1．7412．1302437．37．079．8507．62．0731．7801928．28．195．O987．32．1801．4912010．910．499．92)该试验段在试验过程中开展了压实度检测、颗粒分析、沉降量观测及回弹模量试验等工作。试验结果如表4．9～表4．12、图4．1和图4．2所示。n长安大学硕士学位论文表4．9试验段压实度检测结果层厚深度(cm)2遍4遍5遍6遍8遍40(cm)0～2091．793．995．10～20‘92．093．894．495．895．060(cm)20～4090．691．492．593．292．540～6089．090．591．592．192．O表4．10试验段沉降观测结果单位：mm层厚点号1遍2遍3遍4遍5遍6遍7遍8遍1222015．52-43O227711713．1131618．759O104175637502522191115．342．160cm6328．58．221718．4110．23018131218．1210914171512702110129129-463．1平均19．311．17．753．91．21．5O．612739．2l2158O．23237．1324．1911．115137．42O40cm6716．1047282123083186．19151148O1021395r平均16．09．15．32．40．633n第四帝土石混顷路基现场试验及工后沉降观测979695霎94—93蒙92出919089886050p冒-％40型30ls餐2010OJ，／J＼么j’广／一一!●!～∥／．、v—／／+松铺厚度40cm。P一／+松铺厚度60cm上／+松铺厚度60em中+松铺厚度60cm下0246810碾压遍数图4．1压实度与碾压遍数的关系O68lO碾堰遍数图4．2累计沉降与碾压遍数的关系(1)表4．9和图4．1中填料松铺厚度为40cm时，压路机碾压2遍、4遍、5遍后，压实度检测结测结果分别为91．7％、93．9％和95．1％，压实度分级增长率分别为2．4％和1．2％。结合表4，10中的分级沉降量测试值，松铺厚度为40cm，采用TZT20B压路机碾压时最佳碾压遍数为3"-'4遍。松铺厚度为60cm时，压路机碾压2遍、4遍、6遍、8遍时，0"-'20cm范围内土体压实度分别为92．0％、93．8％、95．8％、95．0％．分级增长率分别为1．9％、2．1％和．0．5％：20-'--'40cm范围内土体压实度为90．6％、91．4％、93．2％、92．5％，分级增长率分别为0．9％、1．9％、．1．1％：40-'--'60cm范围内土体压实度分别为89．9％、90．5％、92．1％、92．O％，分级增长率分别为0．7％、1．6％、-．0．2％。这表明松铺厚度为60cm时，采用TZT20B压路机碾压超过6遍时，填料压实度增长幅度较小，甚至出现反弹现象，且压实遍数的增加主要是提高20"--'40cm范围填料的压实质量，40cm以n长安大学硕士学位论文下范围土体压实度增长缓慢。因此，从压实质量控制和经济的角度考虑，土石混合料填筑厚度一般不要超过50cm，碾压遍数不要超过7遍。(2)表4．10中部分数值为负值，表示沉降标上升。其主要原因可能有两点：①作为沉降标的铁钉刚好处在压路机轮迹边缘，测点处土体在侧向力作用下发生挤出变形；②土体在过多的碾压遍数下发生“反弹”现象。填料松铺厚度为40cm，压路机碾压第4遍时，分级平均沉降量为2．4mm，累计平均沉降量为34．Omm；碾压第5遍时，分级平均沉降量为0．6mm，累计平均沉降量为34．6mm。松铺厚度为60cm，压路机碾压第6遍时，分级平均沉降量为1．2mm，累计平均沉降量为50．3mm；碾压第8遍时，分级平均沉降量为0．6mm，累计平均沉降量为52．4mm。以上数据表明：随着碾压遍数的增加，分级平均沉降量迅速减小，累计平均沉降量趋于稳定；在相同的压实机械作用下，累计平均沉降量随松铺厚度的增大有增大的趋势。(3)表4．11～表4．12给出了不同碾压遍数后土石混合料的颗粒分析结果及颗粒破碎情况。其中，颗粒破碎率为碾压前后粒径大于5mm的颗粒含量变化量与碾压前粒径大于5mm的颗粒含量的比值。由试验结果可见，土石混合料的破碎率随碾压遍数增大而增大，碾压初期，颗粒破碎率较低，随着碾压遍数较大，颗粒破碎率显著增大。表4．1l试验段一颗粒分析结果筛孑L尺寸(mm)层厚压实遍数60402010520．50．250．074分计筛余(％)013．713．49．68．18．09．O5．69．30遍累计筛余(％)013．727．136．744．852．861．867．476．7通过率(％)10086．372．963．355．247．238．232．623．3分计筛余(％)O9．511．211．410．69．58．35．47．O40cm2遍累计筛余(％)09．520．732．142．752．260．565．972．9通过率(％)10090．579．367．957．347．839．534．127．1分计筛余(％)03．27．510．613．49．88．53．16．54遍累计筛余(％)03．210。721．334．744．553．056．162．6通过率(％)10096．889．378．765．355．547．043．937．460cm分计筛余(％)022．225．611．63．74．05．61．73．7O遍累计筛余(％)022．247．859．463．167．172．774．478．1通过率(％)10077．852．240．636．932．927．325．621．9分计筛余(％)020．522．4137．69．16．21．63．52遍累计筛余(％)020．542．955．963．572．678．880．483．9通过率(％)10079．557．144．139．527．421．219．616．135n第pnq章土石混填路基现场试验及工后沉降观测分计筛余(％)O13．719．610．19．O11．58．14．76．44遍累计筛余(％)013．733．343．452．463．972．076．783．1通过率(％)10086．366．756．647．636．128．023．316．9分计筛余(％)06．413．26．35．77．47．95．O7．1累计筛余(％)06．419．625．931．639．O46．951．959．O6遍通过率(oA)10093．680．474．168．461．O53．148．141．0分计筛余(％)O1．69．74．64．05．67．76．412．8累计筛余(％)O1．611．315．919．925．533．239．652．48遍通过率(％)10098．488．784．180．174．566．860．447．6表4．12试验段一不同碾乐遍数时颗粒破碎率／≥跫0246810松铺厚度＼＼'．’-—_-一40cm04．7％22．5％37．9％60cm00．6％17．0％49．9％68．5％3)回弹模量试验结果如表4．13所示。表4．13路基同弹模最汇总表点号123456Eo(MPa)6387．0865．9854．5485．779平均仇72．55由表4．13结果可以看}H：(1)现场回弹模量试验结果路基顶面回弹模量平均值为72．55MPa。(2)回弹模量最小值只有54．54MPa，回弹值最大值达到85．70，‘现场回弹模量的值变化比较明显。(3)土石混合料路基整体性能良好。4)试验段工后沉降观测试验段施工完成后在路基项面设置沉降观测桩进行了沉降观测，观测结果如表4．14及图4．3所示。由表4．14及图4．3可以看出：(1)随着时间的延长，路基工后分级沉降逐渐减小，累计沉降趋于稳定。(2)路基工后沉降较小而且均匀，路基稳定性良好。其中，工后沉降最大为测点1、测点2及测点4，为20mm。工后沉降最小为测点9，为11mm，满足路面对路基的要求。n长安^#畹：k学位论立表4．14路基顶面：I，后沉降观测结果(ram)淤0天60天124天196天305天405天—-一测点2—}ⅫA3—*一Ⅻ削—}W^5—+一测^7一Ⅻ∞酗4．3KSS+300～KS5+450I：后沉降观测结果4．3．1．2K27+000～K27+200试验段试验结果及分析I)土石混合料的物理力学性质如表415～表418所示。表4．15土石混台料中细粒料的界限含水量表4．16土石泥台料级配情况筛孔尺寸(mml6010O．5累计筛余‘g)l砷iii02870MS通过质量‘g)3000292528柏2515189010155341305l通过百分率(％)10083833802n笫pnq帝土石混填路幕现场试验及工后沉降观测表4．17土石混合料击实试验结果I含水量(％)7．149．0611．0813．5013．5W。pl=11．30％l干容重(g／cm3)1．901．962．011．941．86Pdm。=2．01g／cm3●表4．18土石混合料CBR试验平均含水平均干密平均膨涨平均吸水CBR2．5CBR5．0压实度每层击次量(％)g￡(g／crn3)量(％)量(g)(％)306．51．7512．333714．14．881．0505．92．0582．142304．35．495．1986．72．1621．73’1657．38．199．92)该试验段在试验过程中丌展了压实度检测、颗粒分析、沉降量观测及回弹模量试验等工作。试验结果如表4．19"-"表4．23所示。表4．19试验段乐实度检测结果层厚深度(cm)2遍4遍6遍8遍0～2091．793．995．740cm20～4088．890．591．7(1)由表4．19可以看出：当松铺厚度为40cm，振动压路机碾压2遍、4遍、6遍时，0"-'20cm范围内土体压实度分别为91．7％、93．9％、95．7％，压实度分级增长率分别为2．2％，1．8％，20"--'40cm范围内土体压实度分别为88．8％、90．5％、91．7％，分级增长率为1．7％、1．2％。以上数据表明，随着碾压遍数增加，压实度增加，其中，0---20cm的分级增加率大于20～40cm的分级增加率。表4．20试验段沉降观测结果单位：illm层厚点【，1遮2遍3遍4遍5遍6遍7遍12313012．302239128O23912621040cm42298203521127．311．2平均值19．6116．64．2旬．21．24(2)由表4．20可以看出：松铺厚度为40cm，压路机碾压第5遍时，分级平均沉降量为．0．2ram，累计平均沉降量为42．4mm；结合飚5+300～l(55+450试验段测试结果，在松铺厚度相同的情况下，压实机械功率越大，填料的最终累计平均沉降量增大。综合考虑两处试验段沉降观测值，采用YZl6B或TZT20B压路机，松铺厚度为40cm时，最佳碾压遍数为5'-一6遍：松铺厚度为60cm时，碾压遍数达到6遍以上时，填料的分级平n长安大学硕士学位论文均沉降量较小，但深层土体的压实度得不到充分提高。采用20t羊足碾，在松铺厚度为40cm时，最佳碾压遍数为4"--5遍。表4．2l试验段二颗粒分析结果筛孔尺寸(mm)层厚一压实遍数60402010520．50．250．074分计筛余04．8713．296．538．127．007．082．7010．410遍累计筛余04．8718．1624．6932．8139．8146．8949．5960．0通过率(％)10095．1381．8475．3167．1960．1953．1150．4140．0分计筛余04．418．9212．6412．7411．608．402．699．482遍累计筛余04．4113．3325．9738．7150．3158．7161．4070．8840cm通过率(％)10095．5986．6774．0361．2949．6941．2938．6029．12分计筛余05．034．179．5811．5611．819．913．098．914遍累计筛余O5．039．2018．7830．3442．1552．0655．1564．06通过率(％)10094．9790．8081．2269．6657．8547．9444．8535．94分计筛余014．118．3511．0711．179．672．737．366遍累计筛余014．1122．4633．5344．7054．3757．1064．46通过率(％)10085．8977．5466．4755．3045．6342．9035．54表4．22试验段二不同碾压遍数时颗粒破碎率≥茨O2468松铺脬皮＼40cm018．0％7．5％22．O％(3)表4．21给出了颗粒分析结果，表4．22给出了不同碾压遍数后填料的颗粒变化情况，从表4．21及表4．22中的数据可以看出，随着碾压遍数的增大，颗粒的破碎率总体呈增大趋势，与试验段一反映的规律一致。3)现场回弹模量试验结果见表4．23。表4．23路基回弹模量汇总表点号123456Eo(MPa)636662677069平均值66由表4．23结果可以看出：(1)路基项面回弹模量平均值为66MPa。(2)不同的点回弹模量变化很小，填料整体性良好。(3)试验段二的现场回弹模量较试验段一的现场回弹模量略低，说明沿线土石混39n第网章土石混填路基现场试验及工后沉降观测合料的非均质性。4)试验段工后沉降观测试验段施工完成后在路基顶面设置沉降观测桩进行了沉降观测，观测结果如表4．24及图4．4所示。由表4．24及图4．4可以看出：(1)随着时问的延长，路基工后分级沉降逐渐减小，累计沉降趋于稳定。(2)路基工后沉降较小而且均匀，路基稳定性良好。其中，工后沉降最大为测点1，为22mm。工后沉降最小为测点5，为16mm，满足路面对路基的要求。(3)与试验段一沉降观测结果比较表明，沉降量随着填土高度的增加有增大的趋势，且填土高度越大，土石混填趋于稳定所需的时间越长。’表4．24路基项而jI：后沉降观测结果(ram)＼＼＼时间＼0天60天124天196天305天405天测点＼＼1O10232022201118192030101921204O111619212050915171660917197081719218O1020221990817192010O7141617n*安女学硬士#位论文图4．4K27+000～K27+200工后沉降观测结果4．3．1．3K34+000～K34+100试验段试验结果及分析1)土石混合料基本物理力学性质如表4．25～衷4．27所示。表4．25土石混台科中细粒料的界限含水量表4．26．土石混台料级配情况筛孔尺寸(raml40050．250．074|}景计筛余‘g)37313959j【通过质量‘g)41l通过百分睾(％)1009＆24260．01表4,27土zJ靓台辩击实试验结果古水量(％)l1．63．2I4．816．37．1w甲=48％三!兰!竺!!l!：竺I!：!!l!：!!l!：：!l!：竺L竺：!：兰!!I2)不同松铺厚度、不同碾压遍数下路基沉降检查结果表428及表4．29给出了K34+000～K34+100不同松铺厚度及不同碾压遍数下两种施工方案的沉降差检查结果。由表4．28及表4．29可以看出：(1)在压实机具固定的情况下．压实沉降差和被压实体层厚没有明显关系。就是说，不管压实40cm，还是60cm，只要碾压到一定遍数，在采用该压实机具检测时．其沉降差就n}小于某一值。因此，在压实质量控制中，压实沉降差不能作为唯一标准，必须和施工工艺管理及其他检测方法结合起来，才能进行有效的质量控制。n第四章土石混填路基现场试验及工后沉降观测(2)土石混填路基采用灌砂法压实度检测与沉降量相结合的方法进行质量控制时，必须严格控制一定压实机械功率下土石混合料的松铺厚度及最大粒径等参数。其中，沉降观测时应采用高精度水准仪。(3)现场试验表明，方案一在第一遍静压时采用羊足碾，容易使填料均匀密实，并且在达到同样的压实效果时，强振次数降低两次，相比方案二较为经济，因此，建议采用方案一。表4．28K34+000一-,K34+100方案一沉降检夯表(mm)第一层(45cm)第二层(40cm)第三层(35cm)桩号2遍4遍5遍2遍4遍5遍2遍4遍5遍K34+000521642541K34+02062O531742K34+040532741542l(34+060521752631l(34+100742520620表4．29K34+000～K34+100方案二二沉降检夯表(mm)．第一层(60cm)第二层(40cm)第三层(30cm)桩号2遍4遍5遍2遍4遍5遍2遍4遍5遍l(34+000531630521l<34+020620751531l(34+040531852620硒4+060753631631l(34+100631531642‘3)土石混合料颗粒破碎试验．根据土石混合料岩性及颗粒组成，现场选取典型路段的土石混合料进行颗粒破碎试验，以测定碾压后土石混合料的颗粒破碎情况，为施工选用填料提供参考。表4．30给出了不同碾压遍数及不同松铺厚度下，砂砾土的颗粒破碎的情况。其中，颗粒破碎率为碾压前后粒径大于5mm的颗粒含量变化量与碾压前粒径大于5mm的颗粒含量的比值。42n长安大学硕一I：学位论文表4．30砂砾土不同松铺厚度、不同碾压遍数时颗粒破碎率。，：≮O2468松铺厚度、＼30‘08．0％18．2％30．1％4502．6％10．0％29．9％43．5％60O0．9％2．7％15．9％30．3％由表4．30试验结果可见：(1)土石混合料的破碎率随着碾压遍数的增加而增大。碾压初期，颗粒破碎率较低，随着碾压遍数的增加，颗粒破碎率显著增大。(2)在碾压遍数相同时，路基填筑层松铺厚度大的颗粒破碎率小。松铺厚度大于50cm时，在碾压遍数小于6遍时，土石混和料破碎率增加缓慢，碾压遍数大于6遍时，土石混和料破碎率增加明显。4)现场回弹模量试验结果见表4．31。表4．31路基同弹模罱汇总表点号12345Eo(MPa)68．5796．9175．7987．8178．15平均债81．45由上述试验结果可以看出：路基顶面回弹模量平均值为81．45Mpa，不同点的回弹模量存在差异但不是很大，说明填料虽存在一定程度的不均匀性，但路基的整体性能较好。4．3．1．4l(57+170～K57+270试验段试验结果及分析1)土石混合料基本物理力学性质如表4．32～表4．34所示。表4．32土石混合料中细粒料的界限含水量l液限(％)塑限(％)塑性指数(％)l27216表4．33土石混合料级配情况筛孔尺寸(mm)8060402010521O．50．25累计筛余(g)1043276544805474595060346594683269446993通过质餐(g)59574235252015261050966406168567通过百分率(％)85．160．536。021．815．013．85．82．40．80．1n第网章土石混填路基现场试验及工后沉降观测表4．34土石混合料击实试验结果含水量(％)6．58．810．112．314．3W。Pl=10．1％干容重(g／cm3)1．962．032．0561-991．90PdⅢI=2．056g／em32)碾压遍数、松铺厚度与压实合格率的关系表4．35给出了l(57+170～l(57+270试验段在不同碾压遍数及不同松铺厚度条件下，对试验区9个测点进行沉降观测时的测点合格率。测点布置情况如图4．5所示。①④o◎⑤@③@⑨图4．5路基沉降观测点布置不意图由表4．35可以看出：(1)填料松铺厚度为30cm时，碾压4遍的测点合格率低于松铺厚度为40cm时的测点合格率。其原因是，松铺厚度过小时，粗颗粒在同样压实功时的破碎率高于松铺厚度稍大的情况，从而导致细料、粉料较多，难以形成骨架密实结构。(2)碾压6遍时，不同松铺厚度的测点合格率均达到100％，继续碾压达到8遍时，松铺厚度为30cm的测点合格率降低，这说明碾压遍数超过最佳遍数时，可能破坏已经形成的密实结构。表4．35K57+170～K57+270不同碾压遍数、不同松铺厚度的压实合格率、＼H＼‘>心30cm40cm50cm60cm4897878‘●61008988910010100注：表中H为松铺厚度；i％为合格率；N为碾压遍数。3)松铺厚度、碾压遍数与沉降差的关系图4．6给出了飚7+170～飚7+270试验段不同松铺厚度下碾压遍数与压实沉降差的关系曲线。由图4．6可以看出：n长安大学硕士学位论文(1)松铺厚度为30cm时，达到压实沉降差2mm的要求需要碾压6遍，累计沉降为16．2mm。松铺厚度为40cm时，达到压实沉降差2ram的要求需要碾压6遍，累计沉降为17．2mm。松铺厚度为45cm时，达到压实沉降差2mm的要求需要碾压6遍，累计沉降为17．9ram。松铺厚度30cm时，粗料破碎严重，细料含量增加，不易形成骨架密实结构，因而需要较多的压实功。(2)松铺厚度40cm与45cm反映的碾压遍数与沉降差的规律一致，说明对于土石混填路基以5cm厚度提高一级进行比较并无实际意义。(3)松铺厚度为50cm时，碾压6遍的分级沉降为3ram，累计沉降22mm，在相同压实机械作用下，累计沉降随松铺厚度的增大有增大的趋势。／．、量V删垃蜉林曰oZ468l【)碾压遍数图4．6K57+170～K57+270碾爪遍数与压实沉降差的关系曲线4)土石混合料颗粒破碎试验根据土石混合料岩性及颗粒组成，现场对土石混合料进行颗粒破碎试验，以测定碾压后土石混合料的颗粒破碎情况，为施工选用填料提供参考。表4．36给出了不同碾压遍数及不同松铺厚度下，隧道弃渣的颗粒破碎的情况。其中，颗粒破碎率为碾压前后粒径大于5mm的颗粒含量变化量与碾压前粒径大于5mm的颗粒含量的比值。表4．36隧道弃渣不同松铺厚度、不同碾压遍数时颗粒破碎率静≥≮02468松铺厚度＼30O11．7％22．7％36．3％4505．6％18．0％40．9％58．5％6002．2％12．7％15．9％37．3％由表4．36试验结果可见：452086420n第l，【I章土石混填路摹现场试验及工后沉降观测(1)土石混合料的破碎率随着碾压遍数的增加而增大。碾压初期，颗粒破碎率较低，随着碾压遍数的增加，颗粒破碎率显著增大。(2)在碾压遍数相同时，路基填筑层松铺厚度大的颗粒破碎率小。松铺厚度大于50cm时，在碾压遍数小于6遍时，土石混合料破碎率增加缓慢，碾压遍数大于6遍时，土石混合料破碎率增加明显。(3)与表4．30比较表明，隧道弃渣形成的土石混合料比砂砾土的破碎率大，说明填料的强度越低，其颗粒破碎率越高。5)试验段回弹模量试验结果见表4．37。表4．37路基回弹模最汇总表点号12345Eo(MPa)69．7762．6285．63105．883．06平均值81．38由上述试验结果可以看出：该试验段路基顶面回弹模量平均值为81．38Mpa，测点的非均质性比前三个试验段偏大，其原因主要是料源的不同，该试验段由隧道弃渣形成的土石混合料有不同程度的风化，导致压实后路基性能的差异。4．3．2调查评价段试验结果及分析4．3．2．1K79+815～K79+925试验段试验结果及分析该试验段在羊足碾碾压结束后进行了不同粗颗粒含量下的压实度对比试验，检测结果如表4．38所示。表4．38不同粗粒含量下压实度检测结果(％)粗粒含量30％40％50％60％70％80％194．294．394．094．594．693．6’测293．093。293．894．795．295．0点393．793．493．994．395．093．3压493．193．694．294．495．3实594．093．394．394．994．694．8度693．294．194．595．094．3793．193．994．294．994．494．7893．093．694．095．094．893．8算术平均值(％)93．41393．53794．06394．65094．75094．735n长安大学硕士学位论文均方差0．482370．399780．168500．261860．297610．71913偏差系数(％)0．5160．4270．1790．2770．3140．759X(a=95％)％93．09093．26993．95094．47594．55194．253由表4．38可以看出：羊足碾振压两遍结束后，不同粗粒含量下所有测点的压实度均大于93％，并且从压实度算术平均值对比来看，粗粒含量在30％～70％之间的土石混，合料压实效果好，且得到的压实度结果离散性小，相对而言，压实性能也比较稳定。4．3．2．2K85+750～K85+900试验段试验结果及分析该试验段路基施工完成后，在其项面进行了弯沉检测，检测采用东风140汽车，后轴重10t，具体检测结果如表4．39所示。表4．39K85+760～K85+900试验段弯沉检测结果序号桩号测点1弯沉(0．01mm)测点2弯沉(0．01mm)1K85+760861342K85+7801221163K85+800991224l(85+820130885l(85+840162566K85+8601061027K85+880105968l(85+900110100弯沉_甲均值(0．01mm)115101．7设计弯沉(0．Olmm)213由表4．39可以看出，土石混填路基的弯沉平均值均小于设计允许值2．13mm，说明土石混填路基强度较高，变形较小，整体性能良好，能满足路面对路基的要求‘。4．3．2．3K88+060～K88+180试验段试验结果及分析．图4．7给出了该试验段不同松铺厚度下，碾压遍数与压实度的关系曲线。47n第四章士石混填路基现场试验及工后沉降观铡／入／，、／广多r／r马+松铺厚度40cm／q一松铺厚函59巳046碾龋遍数图4．7K88+060～K88+180试验段碾，K遍数与压实度关系曲线由图4．7可以看出：(1)松铺厚度一定时，随着碾压遍数的增加，压实度逐渐增大，当碾压遍数达到7遍后，随着碾压遍数的增加，压实度不增反降。(2)碾压遍数达到6遍时，压实度为94％以上，碾压遍数达到7遍时，压实度为96％，碾压8遍时，压实度不升反降。松铺厚度大于40cm时，压实度增加较慢，因此，对于砂砾石路基，最佳松铺厚度是40era，最佳碾压遍数6"-'7遍。4．3．2．4K93+260～K93+360试验段试验结果及分析(1)土石混合料级配情况及击实试验如表4．40"--"表4．41所示。表4．40土彳i混合料级配情况筛孔尺寸(ram)80604020105210．50．25累计筛余(g)1074249037924692515451725682582059525997通过质量(g)4926351022081308846828318180483通过百分率(％)82．158．536．821．814．113．85．33．00．8O．05表4．4l土石混合料击实试验结果含水量(％)6．28．610．412．314．0Wopl=10．4％干容重(g／cm3)1．962．032．071．991．92pd。。=2．07g／cm3(2)试验段弯沉检测该试验段路基施工完成后，在其项面进行了弯沉检测，检测采用东风140汽车，后轴重lOt，具体检测结果如表4．42所示。吕；％％舛g}sj叭∞舳朗^Xv巡林出n长安大学硕士学位论文表4．42K93+260～'K93+360试验段弯沉检测结果序号桩号测点1弯沉(0．Olmm)测点2弯沉(0．01ram)1l(93+260771062l(93+280921253K93+3001251504K93+320651425l(93+3401101536K93+360112144弯沉平均值(0．01mm)96．9136．7设计弯沉(0．01ram)213由表4．42可以看出，土石混填路基的弯沉平均值均小于设计允许值2．13ram，说明土石混填路基强度较高，变形较小，整体性能良好，能满足路面对路基的要求。(3)试验段碾压遍数与松铺厚度的关系总结图4．8总结给出了西汉公路各个现场试验段土石混填路基碾压遍数与松铺厚度的关系曲线98强器，嗤65。?＼／、-▲●f304050松钿厚度(cm)60图4．8土石混填路基松铺厚度与碾压遍数的关系由图4．8可以看出：填料最大粒径控制在15cm以内的前提下，松铺厚度在40"-'45cm时，最经济的碾压遍数为6遍。松铺厚度太大或太小，碾压遍数均会增加，因此，单从碾压遍数来看，松铺厚度40cm可以看作是经济厚度，但是具体选择施工参数时，应结合路基填筑高度以及土石混合料的破碎率、级配组成等综合确定经济松铺厚度。4．4综合分析(1)西汉公路属于山岭重丘区，土石混填路段主要施工机械为：挖掘机、装载机、推土机、平地机、羊足碾及振动压路机，其中，羊足碾和振动压路机工作质量均为50t。49n第四章土石混填路基现场试验及工后沉降观测对于土石混合料而言，现场压实时应以振动压路机为主，并且要有足够的能量，一般要求的吨位比较大。(2)施工中一般要求以压实厚度的2／3控制土石混合料的最大粒径，其目的是降低石料与压路机碾压面直接接触的可能性，以保证周围土体的压实功效。在实际施工过程中应根据路基特点及路基填料的不同层位选择不同粒径的材料进行填筑，路基项层应从确保表面平整度的角度对最大粒径加以限制。(3)土石混填路基主要采用以下施工工艺流程：施工场地整理一施工放样一挖掘机装料_自卸车运料一推土机和人工整平一检查松钠厚度_碾压(静压、振压)一检查沉降差_监理验收一下一层土石混填路基施工。(4)松{}lj厚度一定时，采用不同压实机械时的最佳碾压遍数不同，从压实质量控制和经济角度考虑，土石混合料最佳松铺厚度为40"---50cm，最佳碾压遍数为6"-'8遍。(5)由于土石混填路基中石质填料与土质填料的粒径及强度差异均较大，碾压不均匀可能造成路基不均匀沉陷。因此，自卸车卸料时应注意避免石质填料集中，施工现场应及时控制混合料的粒径及均布性。(6)土石混合料的颗粒破碎率随着碾压遍数的增加而增大。松铺厚度大时颗粒破碎率小于松铺厚度小的情况，隧道弃渣形成的土石混合料比砂砾石土石混合料的破碎率大。(7)影响土石混填路基压实的主要因素有填料的力学性质、压实机具的功能、填料的粒径、松铺厚度、填料的级配以及底层的强度和压实度等。(8)现场回弹模尾试验、弯沉检测及工后沉降观测结果表明，土石混填路基整体性能良好，能满足路面对路基的要求。(9)粗粒含量小于30％时，对路基土体整体强度贡献不大，碾压不均匀反而影响同一层填料的整体强度。因此，建议一般情况下，尽量不要采用粗粒含量低于30％的土石混合料填筑路基。粗粒含量在30％～70％之间的土石混合料，压实度的提高显著并且较为稳定，粗、细颗粒含量比较均匀，颗粒间的摩擦力和嵌挤锁结力增大，内摩擦角增大，压实后压实功能均衡地传给各颗粒，土体中孔隙明显减少，从而，单位体积内的密实度增大。(10)部分试验段填筑至路床标高后，采用25KJ冲击压实机进行检验性补压20遍。现场试验表明，由于隧道弃渣有不同程度的风化，冲击碾压后，路基表面石块破碎率很大，导致表层疏松。50n长安大学硕士学位论文第五章高速公路土石混填路基施工技术总结5．1施工准备及填料的选用路基开工前，施工单位应在全面熟悉设计文件和设计交底的基础上，进行现场核对和施工调查，发现问题应及时根据有关程序提出修改意见报请变更设计。大量的试验表明，土石混合料中岩石的强度是影响路基长期稳定性的主要因素，而粒径及其颗粒组成特征为次要因素。因此，路基填料选用时，应首先根据土石料的岩性加以分类，然后，对其最大粒径及级配进行控制。5．1．1强度低、易风化类岩石的抗压强度一般小于15MPa，主要包括泥岩、页岩、泥板岩及一部分泥质砂岩，吸水性强。此类土石混合料一般不易用作路基填料，若必须用作路基填料时，须严格执行有关规定。填筑路基时松铀厚度值控制在30cm左右，最大粒径不得超过压实层的层厚。碾压前，多次洒水让石块干湿循环后充分发生崩解；摊铺时采用大型推土机进行反复耕耙以破碎超粒径颗粒；压实时宜采用振动羊足碾或凸块振动压路机与光轮压路机相结合的办法。5．1．2强度高、抗风化能力强类岩石的抗压强度大于30MPa，主要包括花岗岩、花岗斑岩、玄武岩、石灰岩、非泥质的砂岩和砾岩等，抗吸水软化的能力非常强。填筑路基时，其松铺厚度宜控制在50cm左右，若粗颗粒含量较高并采用50吨振动压路机碾压时，也可增加至60cm。石块的最大粒径以不超过松铺厚度的三分之二为宜，并不宜超过30cm。5．1．3强度及抗风化能力中等类岩石的抗压强度介于15MPa．30MPa，主要包括泥质砂岩、泥质砾岩、泥板岩、凝灰岩等，抗风化能力较强，吸水后有不同程度的软化。松铺厚度宜控制在40cm左右，最大粒径不得超过松铺厚度的2届。碾压前，充分洒水软化石块，并采用大型推土机耕耙破碎大粒径颗粒；碾压时宜采用振动羊足碾或凸块振动压路机与光轮压路机相结合的办法。51n第五章高速公路土石混填路基施工技术总结5．2地基处理要求由于土石混合料粗颗粒含量高时透水性大，水容易从路面、边坡等部位进入基底而造成路基整体的不均匀沉降。同时，土石混填路基多修筑在山区，填筑高度较大，地基承载力不足容易导致土石混填路基工后整体沉降过大，或出现变形模量差异而产生不均匀沉降。因此，有必要针对土石混填路基的承载力提出相应的技术要求，以保证土石混填路基的稳定性。对于土石混填路基而言，尤其是高填方路堤，地基承载力是保证路基压实质量和正常使用性能的前提条件，如若地基承载力不足，必将导致路基的坍塌和失稳，进而使路面产生病害破坏。现行的《公路路基施工技术规范》(JTJ033--95)11】中并没有对路基的地基承载力作出具体的规定，只是提到：“路堤基底应在填筑前进行压实，高速公路、一级公路和二级公路路堤基底的压实度不应小于85％。”然而，保证基底的压实度能否一定保证满足要求的地基承载力，本文认为这应值得研究。本文就土石混填路基的地基处理要求现状，进行了大量施工现场和相关资料的调研。结果表明，由于目前很多设计及施工单位对此问题没有认真重视，在设计及具体施工过程中未对地基加以严格的要求与控制，从而导致路基在竣工后，甚至施工阶段中就由于地基的原因而发生变形破坏的现象一直存在。据此，本文在调研基础上，初步提出土石混填路基的地基承载力技术要求与处理要求：5．2．1土石混填路基的地基承载力技术要求由于土石混填路基对地基的沉降要求较为严格，在土石混填路基填筑前应对地基的承载力进行测试(具体测试方法可参照桥梁基础的规定进行)，地基的承载力应满足路基．不同填筑高度的要求：(1)当土石混填路基填筑高度小于10m时，地基承载力不宜低于150kPa；(2)路基填筑高度为lO,、．20m时，地基承载力不宜低于200kPa；(3)路基填筑高度大于20m时，路基应宜填筑在岩石基底上。5．2．2土石混填路基的土质地基处理要求在土石混填路基填筑前，首先，应该对原地面进行清表。一般耕植土地段原地面应清除表土15cm深，同时，用满足规范要求的土料回填原地面的坑、洞等低凹处，并按规定进行压实。当基底为松散土，且含水量较高时，压实前应先进行翻晒，使其重型52n长安大学硕：b学位论文压实度不小于90％；当土石混填路基高度大于80cm时，基底压实不应小于95％。当路堤基底原状土的强度不符合要求时，应进行换填，其换填深度不小于30cm。若遇到不良地基(膨胀土、盐渍土、黄土等)时，应视具体工程条件采取清淤、排水固结、抛石、换填或复合地基等技术措施进行加固处理。5．2．3土石混填路基对地基的排水要求当粗颗粒含量较高时，土石混填路基的孔隙较大，水较易从边坡或路面等部位进入路基中，而且由于路基填筑体的渗透性好，水很容易浸湿地基，同时，若地基范围内存在地下水，这都会影响土石混填路基的整体稳定。因此，当路堤基底范围内由于地面水或地下水影响路基稳定时，土石路基应采取必要的引排、拦截等措施，或在路堤底部填筑不易风化的片石、砂砾石或块石等透水性材料来设置透水层，其厚度应不小于30cm，以防止水对地基的不良影响。5．2．4土石混填路基对地基坡度的处理要求当原地基有一定的坡度时，为保证土石混填路基的整体稳定性，应对地基进行如下处理：①在地基横坡陡于1：5的地段，应将原地面挖成宽度不小于1．Om，高30cm的搭接台阶，并对台阶进行内倾处理。然后，进行平整压实，使基底强度和密实度达到设计要求；②在地基横坡缓于1：5的地段，当清除树根草皮或腐植土后，承载力满足要求时，可直接在天然地面上填筑土石混填路基。5．2．5土石混填路基对石质地基的处理要求一般认为石质地基较为理想，其承载力较大，能为土石混填路基的稳定性提供较为理想的支承保证。但是应当看到，如果对石质地基的要求过低或施工时处理不当，其承载力的不均匀现象仍然会对路基产生不利的影响。因此，不应对石质地基掉以轻心，放松要求，应确保石质地基的平整性与强度的均匀性。在山区土石混填路基的施工现场经常会遇到岩石和细粒土混合地基。这种地基的强度很不均匀，同时，其表面不易整平，如不采取必要的处理措施将会对路基的稳定性产生较大的影响，尤其是路基填筑高度较高时，会增加不均匀沉降，导致路基路面产生破坏。故在路基填筑前应认真对待，合理处理。对于岩石和细粒土混合的地基，主要问题是由于强度不同，存在承载力差异，故应提高细粒土部位的强度。具体处理方法是将岩53n第五章高速公路土石混填路基施工技术总结石炸平，并在细粒土部位设过渡层。当基底为石牙状时，应将石牙炸除不少于80cm，并用岩石填料置换细粒土，以形成均匀、平整的岩石混合基底。5．3压实机械选型与配套组合与普通的填土路基相比，由于土石混合料的粒径较大，强度较高，需要较大的压实功能才能使其达到较为满意的稳定状态。总的来说，对于土石混填基，压实机械选用原则是：选用工作质量大(18t以上)，激振力大(50t)，振动频率合适(30Hz--45Hz)，高振幅(1．8mm以上)的机型，且最好选用拖式振动压路机。对于土石混填路基压实机械的具体选用标准，可作如下分类：(1)若选用中型及重型单钢轮压路机，则整机质量应在18t以上，振动频率在30Hz一45Hz之间，振幅在1．6mm以上。(2)拖式振动压路机选择工作质量在18t以上，振幅在1．5mm以上：(3)推土机应在200马力以上，自重在20t以上。(4)冲击压路机应选用静压实能在25kJ以上的，但要控制压实遍数，以免冲击压实过度，影响压实质量。5．4填料的摊铺、整平及压实合理的摊铺工艺能使土石混合料形成较为理想的结构状态，从而最大限度地避免填料的离析现象，提高压实效果。土石混填路基的摊铺宜采用渐进式摊铺方法。具体施工过程(图5．1)如下：首先由专人指挥自卸车沿事先安排好的土石混合料运行路线进一车土石混合料卸在填筑地段，推土机根据土石混合料容许松铺厚度推平，然后第2车料卸在第1车料推平的末端，压住第1车料未推完处。自卸车走后，推土机接着往前推，大的块石就均匀地被压在下面，细粒留在表层及嵌缝。这样，土石混填路基表面看不见突石，既平整规范，又便于压实。n长安大学硕士学位论文图5．1渐进式摊铺简图5．4．1填料摊铺、整平控制要点(1)最大粒径的控制要求现场施工时填料的最大粒径应按以下原则进行控制：①要考虑现有普通压实机械的功率应满足压实的要求，不能因为要放松最大粒径限制而一味不切实际地要求施工时提供过大功率的压实机械；②在一定的层厚下，最大粒径的增大是在朝促进路基填筑体的结构更加密实、稳定的范围内显示其优势的，即最大粒径的积极作用是在合理的粒径组成范围内呈现的；③要考虑到不同的松铺厚度，因为最大粒径的增大会导致松铺厚度的相应增大。(2)填料不均匀系数的控制土石混合料的不均匀系数应大于5，使之能够有效地被压实。(3)土石混合料松铺厚度控制实际施工过程中，一般可按照压路机的最大激振力来初步确定土石混填路基的松铺厚度：①强度及抗风化能力强的土石混合料振动压路机激振力为300--400kN，分层松铺厚度可达40cm左右；振动压路机激振力为400—500kN时，分层松铺厚度为50cm左右；②强度及抗风化能力中等的土石混合料振动压路机激振力为300--400kN时，分层松铺厚度为30cm左右；振动压路机激振力为400—500kN时，分层松铺厚度为40cm左右。③强度及抗风化能力低的土石混合料由于推土机耕耙深度一般为30cm左右，为保证强度及抗风能力低的粗颗粒充分破碎，不管压路机激振力如何，此类填料松铺厚度一般为30cm左右。55n第五章高速公路士石混填路基施T技术总结(4)松铺系数对于土石混填路基，松铺系数的参考范围建议值是1．15—1．30。不同岩性的I：石混合料应按下列(表5．1)要求进行摊铺和整平。(5)人工局部找平路肩位置大}进径填料易集中，应加强人工配合整平。友5．1．1强度及抗风化能力高的土石混合料摊铺与整平要求路面层ini以下深度摊铺层厚最火粒径分区不均匀系数松铺系数(m)(cm)(mm)上路堤0．8～1．50≤30小于层厚的2／3≥51．15-1．30‘下路堤>1．50≤50小丁f层J孕的2／3≥51．15-1．30&5．1．2强度及抗风化能力中等类十7i混合料摊铺与整平要求路面臃l而以。卜深摊铺层厚最大粒径分区不均匀系数松铺系数皮(m)(cm)(mm)1．15-1．30上路堤0．8一1．50≤30小于层厚的2／3≥5下路堤>1．50≤40小于层厚的2／3≥51．15_1．30&5．1．3强度及抗风化能力低的土行混合料摊铺与整平要求路面L：lfli以7卜．深摊铺层厚最人粒径分区不均匀系数松铺系数度【m)(cm)(mm)上路堤0．8～1．50≤30不大于压实层厚≥51．15-1．30下路堤>1．50≤30不大于压实层厚≥51．15-1．30．5．4．2填料的压实工艺不同条件下的土石混填路基要想达到最佳压实效果，会对压路机的碾压组合、碾压速度及碾压遍数有不同的要求。(1)压路机碾压组合土石混填路球压实施工的碾压组合原则应是：优先选择拖式振动压路机进行碾压组合，而不应单一选用自行式压路机；优先选用吨位及激振力较大的压路机：碾压组合的n长安大学硕：f二学位论文压路机数量越少越好。土石混填路基宜采用以下碾压组合：18t拖式凸块振动压路机与20t自行式振动压路机的组合；在没有18t拖式凸块振动压路机的情况下，也可考虑使用18t拖式光轮振动压路机与20t自行式振动压路机的组合。若土石混合料的岩性为强度及抗风化能力低类，必须采用洒水配合推土机耕耙的方法，充分破碎石块。(2)碾压速度本文考虑了压实机械的性能、经济性、安全性等综合因素的条件下，建议土石混填路基压实施工的碾压速度是在2km／h～4km／h之间，且压路机的碾压丌始时宜用慢速。但是在具体施工中，还应针对不同岩性的土石混填路基和所选用的压路机，通过铺筑试验路段来选择具体合适的碾压速度。(3)碾压遍数土石混填路基正式施工时的碾压遍数应是通过试验路段来确定的。具体是：事先应进行试验路段铀筑，此时，结合填料具体的工程性质和现场压实机械情况进行碾压遍数与压实质员关系的研究，以寻求满足压实质量要求的前提下较为经济的碾压遍数。施工过程中，可参考表7．2中的施工工艺建议值。表5．2土石混填路基碾压遍数建议值(K=96％)岩性松铺厚度机械组合及施工丁艺强度及抗风化能反复洒水，推-十机耕耙3遍；自行式振动压路机静压1遍，拖式30cm力低凸块振动压路机振压3．4遍，自行式振动压路机振压1遍。强度及抗风化能碾压前洒水，推土机耕耙1"-2遍；自行式振动压路机静压l遍．30-40cm力中等类拖式凸块振动压路机振压4"-'5遍，自行式振动压路机振压2遍。强度及抗风化能碾压前适当洒水；自行式振动压路机静压1遍，拖式凸块振动压30—50cm力高路机振压4"--6遍，自行式振动压路机振压2遍。’5．5路基边坡施工技术5．5．1边坡的厚度与坡度土石混填路基的边坡宜采用码砌施工工艺成型。码砌边坡的形式一般有单坡式和台阶式两种。在实际工程中应视土石混填路基的填筑高度来选定边坡形式。增加码砌的厚度可以提高边坡的稳定性。鉴于土石混填路基的填筑高度较高，而且n第五章高速公路土石混填路暴施‘T技术总结填料的粒径组成较为复杂。因此，在施工中更有必要对于码砌厚度提出较高的要求：①填筑高度小于10m的土石混填路基，边坡码砌厚度不应小于lm：②填方高度大于lOre时，应设台阶分级，每级台阶高度为5-8m，台阶的宽度为3m，台阶上应设排水沟：边坡坡度自上而下依次为1：1．5～1：1．20，边坡码砌厚度不小于2m。⑨软质岩的土石混填路基边坡应按土质路堤边坡处理。5．5．2边坡坡脚《公路路基施工技术规范》(JTJ033--95)111规定，“路堤倾填前，路堤边坡坡脚应用粒径大于30cm的硬质石料码砌。当设计无规定时，高度小于或等于6m时，其码砌的厚度不应小于lm：当高度大于6m时，码砌的厚度不小于2m”。5．5．3边坡码砌方式目前，施工现场的边坡施工主要有两种工艺，一种是先填筑后码砌；另一种是先码砌后填筑。对于二L石混填路基应采用先填筑后码砌的施工方式，即先在超过路基宽度要求的一定范围内将填料摊铺、压实，然后，再按照路基宽度要求进行刷坡，最后将边坡码砌好。n长安大学硕：L学位论文第六章土石混填路基沉降变形与稳定性分析随着我国公路建设的深入发展，土石混填路堤已经成为中西部高等级公路常见的路基形式。尽管我国很早就出现了采用土石混合料修筑的公路，但是总的来说，采用土石混合料修筑高等级公路的时间并不长，对土石混填路堤设计与施工中诸多问题认识的并不充分，相关设计、施工规范规定不够完善。如：(1)对于路堤基底承载力规定不够明确，具体条文上只规定了压实度应达到85％(见《公路路基施工技术规范》(JTJ033．95)‘11)；(2)对高路堤只有稳定验算而没有沉降验算；(3)对土石混填路堤压实质量检测没有行之有效的检测方法；(4)对小同高度土石混填路堤码砌厚度没有设计方法；(5)地形的坡度在什么情况下不宜做土石混填路堤。近几年来，不少采用土石混填路堤的高等级公路在竣工后，甚至在施工过程中就发生诸如沉陷、路面层次裂缝、边坡鼓胀、坍塌，甚至路堤整体沿地表滑移或失稳等一些破坏现象，造成工期的延误和较大的经济损失。因此深入认识土石混填路堤的工程特性，完善土石混填路堤的设计、施工方法，提高土石混填路堤的稳定性成为修筑山区高等级公路的迫切问题。6．1山区土石路堤填料工程与力学特点《公路路基施工技术规范》(JTJ033---95)IlJ将土石路堤定义为：“卵石土、块石等天然土石混合材料修筑的路堤称为土石路堤"。土石路堤对于填料选择的标准是比较低的，工程中一般不对土石材料级配范围、岩块强度进行限制，其适用填筑材料的级配范围是很广的。土石路堤主要填筑材料为开山石料，来源于公路路堑切方开挖、爆破出的石料。因此，用于高路堤填方的填料工程力学性质变化很大，但同一路段内填料变化大，即便在同一层次内，亦不能保证填料质地均匀、来源单一。。土石混合材料是由一定级配的粗粒料和细集料组成的混合物，其力学强度主要由粗颗粒之间的内摩阻力和嵌挤力以及细料与粗料间的粘结、填充力组成。工程中一般采用抗剪强度表征粒料的力学性能。土石料的抗剪强度受以下几方面影响：填石料的级配越好，抗剪强度越大；填石料的级配越不均匀，抗剪强度越小：土石料越不均匀，抗剪强度越小：压实越好，抗剪强度越大。有资料表明，压实后的土石体有着很好的工程性能，但是仍有不少土石路堤在工后或施工过程中，发生病害。本文将结合土石路堤常见的病害如路基沉陷以及地基问题进行分析。59n第六章土石混填路基沉降变形与稳定性分析6．1．1土石料压实标准的探讨作用在路基顶面的荷载包括车辆荷载、路面面层、基层的荷载，根据荷载换算，算为密度1．79／cm3等代土层厚度约1．5m左右。那么20m填方路堤下部填方层所受到的路堤自重荷载比这个荷载大的多，因此从结构在运营过程中的受力特征来看，路堤下部的压实标准应该较上部高才合理。但是我国公路规范为路基的不同层次规定的压实度标准恰恰相反，越往下标准越低。从新的规范取消了路基压实的90区可以看出路基规范的不合理之处。对于填土路堤来说：高路堤的下部填土在当时填筑时压实标准可以稍微低一些，以后随着填土荷载的不断增加，下部填土在上部荷载的作用下进一步密实(可以称其为“自密实”作用)，施工中填土“自密实”所造成的填土压缩沉降可以通过“超填”补偿。但是，对于土石路堤，土石料颗粒之间通过摩擦接触和嵌锁形成骨架。从一般的力学常识可以知道，对于依靠摩擦力接触的物体，如果外力作用小于两者之间的最大静摩擦力，两物体不会发生相对移动，但是一旦外力作用超过最大静摩擦力，两物体会突然发生移动。因此，对于土石路堤下部填料层而言，并不会象普通土一样随着上部荷载的逐步增加填料密实度逐步增加。沉降观测数掘表明，压实后土石层在上部荷载的作用下产生的变形很小，只要上部荷载的作用小于土石的极限承载力，土石体的压缩变形量就很小，但是上部填料产生的荷载应力一旦克服了下部填料颗粒之间的抗力，可能导致颗粒之间“爆发性”的错动，破坏土石颗粒之间已经形成的嵌锁结构，不利于路堤稳定性。另一方面，从土石路堤的压实质量检测方法看，采用压实度方法检测时，土石混合料的最大干密度难以准确确定。另外高路堤填料来源复杂，最大干密度代表性有限，而且检测的工作量办很大，广泛采用该方法榆测土石层的压实质量在工程中很难实现。因此压实度指标对于土石路堤并没有实际积极意义。以轮迹法检测时，受主观因素影响太大，不能通过数掘说明土石体压实质量，使之成为土石路堤不稳定性影啊因素之一。而在课题组还提出的静力惯入法126·27峰十对土石混填路基压实度检测是可行的有效的，更有利的控制土石路基的施工修筑。6．1．2土石路堤对地基、地形的要求承载力和变形是公路路基对其地基永恒的要求。地基承载力不足，必然导致路基的坍塌和失稳，沉降变形过大或不均匀沉降过大，必然导致路面过早损坏。但是，土石材料的工程性能又与粘性土有较大的差异：粘土填筑的路堤本身抗剪强度低，颗粒之间具有粘聚力，土体具有较强的塑性，因此，如果地基发生较大的不均匀沉降，填土路堤的n长安人学硕。I：学位论文沉降可以随着地2占沉降性状共同沉降。但是，以土石混合料为填料的路堤抗剪强度高，在地基不均匀压缩沉降程度较小的时候，颗粒之问的摩擦和嵌锁作用可以保证路堤的整体性，路堤显示一定的刚度，地基所受荷裁并非完全柔性荷载。但是，当地基沉降不断发展，其左右幅不均匀沉降超过一定范围时，路堤内部产生的剪应力及路堤极限抗剪应力时，路堤左右幅就会发生上下错动，导致路基路面破坏。6．2土石混填路基沉降及稳定性影响因素6．2．1地基的稳定性地≥^稳定性无论对填土路堤还是填石路堤都是至关重要的，但地基稳定性对土石混填路堤的影I响或敏感性则更为突出。土石混填路堤接近于"l'-l习ll性，十要靠土和石块的嵌挤胶结而陶成强度与稳定性，其要求地基的强度较高且分和较均匀，一旦地基失稳甚至局部失稳或沉降，都会导致整个土石混填路堤内部产生应力重分布，破坏其已有的嵌挤胶结状态和稳定性，寻求新的嵌挤胶结状态和稳定性，从而导致纵向丌裂现象或局部沉陷现象。因此，地JIL-稳定性是控制土石混填路基稳定性的关键因素之一。6．2．2空隙率土石混填路堤的空隙率是表征它的强度与稳定性的重要指标，其空隙率越大，其渗水情况就越严重，抵抗上部荷载作用的能力和抵抗下部地綦的不均匀沉降所引起的变形能力就越差。经实测，有些路段的空隙率可达50％，一般在20％～30％之间。影响土石混填路堤空隙率的因索主要表现在以下几个方面：(1)片石的粒径与级配土石混填路堤片石的粒径与级配是控制路堤空隙率的关键，西汉路规定，土石混填路堤的最大粒径不大于15cm。但在实际施工中，最大粒径往往超过，有时甚至远远超过规定的要求，这必然导致路堤空隙率大。另外即使粒径都小于规定要求，但如果级配不好，同样会导致空隙率大。经实践表明，土石路堤的最大粒径不宜大于15cm，且应有适当的级配，否则，不利于路堤的稳定。(2)含石量土石混填路堤中土石比例的多少也是影响路堤空隙率的一个重要方面。西汉路有些路段的石土比例达70％以上，其问央有零星的土和碎石，在这种情况下，如果片石的粒径和级配控制不好，其空隙率就会相当大。特别是在雨水的作用下，夹在其问的土颗粒61n第六章土石混填路基沉降变形与稳定性分析及碎石就会不断地被冲刷直至被带走，使路堤产生更大的空隙率，从而导致路堤开裂或失稳。另外，如果含石量太少，片石漂浮在泥土之间起不到嵌锁作用，也不利于土石混填路堤的填筑与稳定，特别是当片石粒径太大时，其周围的空隙就会较大，且压路机不易压实，反而成了路堤的一大隐患。经试验表明，含石量在30％"--70％时，土石混填路堤易被压实，且空隙率较低，有利于土石混填路堤的填筑。(3)填筑层的厚度填筑层的厚度与片石的最大粒径有关，且主要受控于压实的机械和土石料的强度、抗风化能力，不同岩性的土石混合料应按(表5．1)要求进行摊铺和整平，这样能够有利于达到压实的效果。(4)压实的程度西汉路土石混填路堤在填筑过程中采用的压实方式是：先用光轮压路机碾压，再用羊足碾碾压，从检验效果来看，羊足碾比光轮压路机效果稍好，因此在土石混填路堤填筑时应尽量采用强压的压实方式，这样有利于减少路堤空隙率，提高路堤的压实度，从而减少路堤工后沉降量，提高路堤稳定性。压实的程度也与压路机的吨位有关，吨位越大，压实效果越好，则路堤的空隙率越小，稳定性越好；吨位越小，压实效果越差，小到一定吨位的时候甚至不起什么作用，则路堤的空隙率越大，稳定性越差。6．2．3路堤排水实践表明，应对土石混填路堤的基底(山坡上)进行适当的硬化或在地基上(低矮地基)铺一层级配砂砾或级配碎石垫层，消除不均匀沉降的影响和有利于排水，并每隔一定的高度设有一定坡度的改良土隔水层，且应根据其所在的地理位置、地形采取适宜的内部及外部排水方式，把渗入路堤内部的雨水及时排出，这样有利于路堤的稳定。6．2．4路堤的检测目前对土石混填路堤的检测还是一个比较棘手的问题，常规方法无法适用于土石混填路堤的检测，一般的施工控制大多以经验为主或以压实遍数来控制，但是当压路机吨位较小时，压再多的遍数也不会提高土石混填路堤的压实效果。为此在压路机满足要求的前提下特提出两种控制方法。(1)采用课题组研究推荐的静力贯入法【26捌确定土石混填路基的压实质量是否满足规范要求。(2)长期控制即以路堤的沉降稳定来控制。这种方法应以以上各种控制措施为前提，62n长安大学硕士学位论文特别是对大于8m以上的土石混填路堤应进行长期的沉降观测和位移观测。在施工阶段，应观测每天或每增加一层填土的沉降量和位移量以及地基周围的情况，以确定加载的速度；在施工完成后还应继续观测其在各种条件和荷载作用下的稳定性。6．3土石混填路基沉降分析模型的建立及验证6．3．1灰色理论GM(n，h)模型在路基工后沉降预测中的应用[17,28,291灰色理论包含许多内容，其中，灰色模型是核心部分。灰色模型是利用系统部分已知信息，建立起反映系统发展规律的微分数学模型，并通过建立的灰色模型来预测系统的发展。一般的灰色模型为GM(n，h)模型，表示h个变量的n阶微分方程。考虑h个N维时问序列k1’(f)，k-1，2，．．⋯·，^；i·1，2，⋯⋯，Ⅳ}，其相应的一次累加时间序列数据k{1’(f)}，其中，累加算法定义为：工：“)-罗x?(s)爿及相应的以次累减时间序列数据：ta∽工：1’(f)，jf-1，2，．．·，疗}，其中，累减算法定义为：口“’z：1’(f)一a(i-Oxo’(f)一a(／-D工：1’(f—D则可建立如下形式的GM(n，h)模型：笔≠+at昔dn-It(D”．+¨：-)。z：1)+bbl：墨-)+．．．+饥，：-)(6．1)i}i孛扣“扣一石卜z}-2砖”扣一+钆爿’∞J’记微分方程的系数向量为：五-【al,a2，⋯，a．ib，b2⋯，6^．1】f系数向量矩阵可由下式计算：五。[(彳iB)r(彳iB)】_1(Ais)rYⅣ(6．2)式中：At口加一’工乳2)口。一’x义3)口“Jk段Ⅳ)口“以’工义2)口“．2k：”(3)口o’2’x：1’(Ⅳ)口¨’石m2)口a’z段3)口o’z：1)(3)n第六章土石混填路基沉降变形与稳定性分析B一一芝1(z文2)+工：1’(1))一主(工?’(3)+z：1’(2))xn(2)⋯x?’(2)工?’，(3)⋯工默(3)一丢o：1)(Ⅳ)+·zP(Ⅳ一1))x：1)，(Ⅳ)⋯工：1’，(Ⅳ)Y．t【口扣’x：u(2)，an’x：u(3)，⋯口佃’x：”(Ⅳ)】『在GM(n，h)模型中，rl、h取不同的值可得到不同的模型。对于路基沉降观测序列，取h--I，沉降预测模型变为GM(n，1)灰色预测模型，即掣鸲譬+．．咖。砰‰(6．3)—乙≯卜+口-矿+⋯+口一x：”。“‘63’(6．3)式是一个常系数微分方程，方程中的系数是已知的。理论上，方程的阶次越高，预测模型越精确，但高阶次方程考虑的因素较多，对外界因素的干扰也越敏感，求解也比较困难。6．3．2非等时距沉降序列的等时距转换本文采用lagrange多项式插值法来实现非等距沉降序列的等时距转换。设非等时距沉降时间序列为xP-}，纯)／t，∈冗+，it1,2，⋯万}(1)计算平均时间问隔址。”击乳·‘)一扣_)(2)计算等时距的灰色沉降值肖f1’(f)O-1，2，⋯，1)。当i-1时z?(1)一工f∞(f。)当i一订时工：'(n)一工：∞(f。)当i-2,3，⋯娌一1时，利用Lagrange多项式插值函数插值。则有掣)(f，一垡半等拉群掣掣bH)n长安大学硕二f：学位论文+(fl+(f—DAto-tl—1)(fl+(f—DAto-tf+1)从而得到了等时距沉降序列：x：o)-k(f)，．，，’I1。l，z’⋯，n，6．3．3非等时距沉降序列GM(2，1)模型的建立工凡o)(6．4)凡fi+。)等时距沉降序列：工：。)tk：。’(1)，工：。’(2)，xf。’(3)，．．．，z：。’(n)}累加生成序列：其中：xP=k1，(1)，工义2)，x文3)，⋯，x：1，o)}klml,2，⋯，i累减生成序列：口(1)xP—k∽A一,1t。，(1)，口m工：。’(2)，⋯，口m-一1[,1t。’0)}其中口o’xP’O)一工f∞(f)一zf∞(f-1)，i一1,2,---n，x：D的紧邻均值生成序列z：1’=(z：1)(1)，z：1)(2)，⋯，z乳H))，其中z～)-丢。阳+x：1’“-1))，f一地⋯，玎由工：1’可以建立GM(2，1)白化形式的微分方程为等+aI譬+a2x：：m一“i}言”叫其中，参数列五一【al,a：，H】r的最小二乘估计为：式中：五一(Br且)‘1BrYⅣB=一工fo’(2)一工fo)(3)一zfl’(2)一z乳3)一工乳力)-ztl’n)I(6．5)(6，6)、J七，t∞‘lX．．X角蕾、，仃：，(1Xn第六章土石混填路基沉降变形与稳定性分析》N。口1x乳2)口1工乳3)口1工：∞0)x：∞(2)一工：∞(1)．工fo)(3)一x]}∞(2)●zf∞研)一x九，l一1)(1)削矿是等帆譬+口2掣一“方程的特解叫"是对应齐次方程等+口l譬。卵)lo的通解，贝lJzI)’4-XP是GM(2'1)白化方程的通解。(2)齐次方程的通解有以下三种情况：当特征方程，．2+口l厂+a2-o有两个不相等实根，l，乙时，工f1’一cle即+c2e吖；当特征方程有重根厂时，工：1’一e玎(c1+c2t)：当特征方程有一对其轭复根厂l—a+垆，r2一a—i／3时，(3)白化方程的特解有以下三种情况：当零不是特征方程的根时，工f1)．。C当零是特征方程的单根时，工P’’一CX当零是特征方程的重根时，工∥。戗26．3．4模型精度检验记f。时刻残差为￡‘1’“)，则￡‘1’(fi)一x：1’(o)一《1’(‘)残差均值残差方差王∞及方差s12分别为1^Fm·三n∑(Em㈣舒一击扩)(fi)-即2杜昙扩㈤“击砉(椰j)．柏2xfl’=eat(clcos／贾+c2cos,at)(6．7)(6．8)(6．9)(6．10)(6．11)n长安大学硕fJ：学位论文其方差比：小误差概率P为：S2cl—二S1(6．12)P—p{l￡‘1’纯)一∥I‘0．6745s。)(6．13)按上述两项指标，其精度指标见表6．1。表6．1精度检验指标预测精度等级pC好>0．95<0．35合格>0．80<0．50勉强>0．70<0．65不合格sO．70乏0．656．3．5实例计算分析本文结合西汉高速公路飚5+300～l(55+450试验段实测点1、2的沉降资料，运用文献12ll提出的GM(1，1)和本文提出的GM(2，1)灰色模型进行预测，计算结果如表6．2～表6．4和图6．1所示。由计算结果可见，土石混填路基工后沉降较小，其中，非等时距GM(2，1)模型预测路基工后沉降精度总体较GM(1，1)模型高。至于更高阶次的微分方程，理论上预测精度应该更高，通过实际计算，计算工作量较大，且特征方程的根有时并不小于0，因而无法得到最终沉降。表6．2K55+300一K55+450试验段测点1沉降资料序原始沉降等时距沉降GM(1，1)模型GM(2，1)模型号时间实测值时间换算值实测值预测值误差实测值预测值误差(天)(inln)(天)(mm)(mill)(mm)(％)(!IIIll)(mm)(％)1O0O026088110．734588．7135．8．988．1952．2．431241516217．11181514．08566．11514．47233．541961824318．61091817．40413．31817．9434O．353052032420．62062019．70511．52020．0346田．264052040520．O0002020．5358．2．72020．6684．3．37821．121．O67n第六章土石混填路基沉降变形与稳定性分析表6．3K55+300一K55+450试验段测点2沉降资料序原始沉降等时距沉降GM(1，1)模型GM(2，1)模型号时间实测值时间换算值实测值预测值误差实测值预测值误差(天)(mm)(天)(mm)(％)(film)(11211'1)(％)1026078110．931576．46167．777．3562．5．131241716219．11911715．98925．91716．23544．541961924318．07261918，93200．41918．84870．853052032421．46722019．79301．O2020．2004．1．O64052040520．00002019．89580．52020．377．1．97819．913421．7608表6．4各时刻实测值、预测值、残筹及精度检验嘉＼＼02123456精度检验评价测点、＼实测值O8151820Jl-7．99GM(1，1)预测值08．714．117．419．720．5j2—5．23勉强测模删C一0．65￡II)(ff)O．8．96．13．31．5．2．7P-0．8点1实测值O815182020．1jl·7．99GM(2，1)预测值08．214．517．920．020．7J2-2．39好模型c·0．30t0)(f，)O．2．43．50．3加．2．3．3P一1．0实测值07171920jl-9．90GM(1，1)预测值O6．516．018．919．819．9J2-3．33好测模7融c一0．34￡fll(，，)O7．75．90．41．0O．5P-1．0点2实测值07171920slIll9．90GM(2，1)预测值07．416．218．820．220．4s2-3．17好模型c110．32￡‘1’(ff)0．5．14．50．8．1．0．1．9P-1．0图6．1．1测点l沉降随时间的关系曲线n长安大学硕士学位论文2520耳、／15鞋量10隧5O—◆一实测值—●一GM(1。1)模型预测值----／k--GM(2，1)模型预测值0100200300400500时间(天)图6．1．2测点2沉降随时间的关系曲线6．4土石混填路基稳定性分析[23,24,25】近几年来，不少采用土石混填路基的高等级公路竣工后，甚至在施工过程中就发生诸如沉降、路面层次裂缝、边坡鼓胀、坍塌，甚至路堤整体沿地表滑移或失稳等一些破坏现缘，造成工程的延误和较大经济损失。因此，深入认识高填土石路堤的工程特性，完善高填土石路堤的设计、施工方法，提高高填土石路堤的稳定性成为修筑【山区高等级公路的迫切问题。由于路线和设的缘故，西汉高速公路大部分都在陕南llJ区，该地区土石混填路堤的填筑高度较高，填方量大，填料来源广泛，工程力学性质变化很大。不仅如此，由于山区路基高填方与深挖力。往往同时出现，挖方段在同一点从上到下地层岩性不同；路段向前延伸，土质也图6．2码砌边坡稳定计算图式不断变化，采用同样的施工工艺开挖出的填料级配、强度等变异性均很大，不但同一路段内填料性质不同，即使在同一层内，亦不能保证填料的均匀性。因此，压实后的土石混填路堤稳定性是工程人员较为关心的问题。《公路路基设计规范》(JTGD30--2004)l删指出“中硬以上石料的土石混填路堤边坡码砌应和填石路基边坡一样⋯⋯”。可见，在以往路基设计理念中，边坡码砌的作用倾向于保护土石混填路堤边坡表面不被外界环境侵蚀，并未认真从力学角度将边坡码砌层作为土石混填路堤的结构看待。研究表明，压实后的土石混合料内摩擦角在30*--500之间，如果压实后土石混合料的内擦角为350，而设计边坡为1：1．25，坡角38．7：则坡角大于土石混合料的自然安息角，路堤边坡是不稳定的。通过增加人工码砌层后，护住n第六章土石混填路基沉降变形与稳定性分析了边坡，使之不至于垮塌。因此，增加码砌对路堤边坡的稳定性是有利的。但是，在相关的公路路基设计规范中，却没有提供对边坡码砌层进行验算的方法。大坝工程一般采用如下方法对码砌边坡安全系数进行计算。如图6．2所示，增加码砌后的土石路堤边坡破坏滑动面为斜面BC，倾角为口值，因为砌层选用的是形状较为方正的块石，在码砌层内，滑动面是水平的为AB的方向。因此，路堤边坡滑动面为ABC：三角形体ABF沿码砌层水平推动，而BDEF沿边坡下滑，职出现贯通裂缝。稳定计算时，假定安全系数F，有：F。鱼。尝．粤(6．14)l一-一-一In"t'it0’tan9tan9于是，可以通过假定的F值得到计算内摩擦角：tan：=tan％／F(6．15)tan9,：atan妒2／F(6．16)式中：t鼻、t计为滑动而容许剪应力和计算剪应力；仍、仍分别为填料和码砌实际内摩擦角：铭驴■驴；分别为经过安全系数F值折减后的填料和码砌计算内摩擦角。假定一个破裂而倾角0，计算出BCEF对ABF的作用力P(P与BF面法线的火角为妒：)，将P作用在三角形滑块ABF上，看它能否与wl、R2平衡，如果不平衡，重新假定F，重复上述步聚，直到平衡为止，此时得到的F为该假定破裂面倾角0的安全系数。照此方法，假定多个破裂面倾角0值，所求得最小F值为该边坡的安全系数。应用上述方法，可以对土石混填路基边坡进行稳定性验算。例如，对某段土石混填路堤取设计边坡为1：m=l：1．25直线坡，进行边坡稳定分析。填料内擦角％、码砌内摩擦角妒：、码砌厚度d加、路堤计算高度h、取不同值，计算其安全系数，结果见表6．5，分析如下。n长安大学硕士学位论文表6．5边坡安全系数计算结果内摩擦角码砌厚度计算高度安全系数编号(91)(仍)d仙(m)h(m)Fl35。O6．00．875235。0．646．01．000330。1．06．00．870430。2．06．O1．000530。35。1．06．00．947(1)当边坡坡度大于填料内摩擦角时，没有码砌设计的边坡是不稳定的：增加一层码砌(O．64m)后，边玻就稳定了(如数据2)。这说明较薄的码砌也能对路堤边坡的稳定起到较大的作用(即使码砌层的内摩擦角与内部填料的内摩擦角大小相同)，这是因为增加码砌层后，边坡滑动破坏面在码砌层中成为了水平状，变成了形如ABC的折线形，ABF块对边坡的稳定起了很大作用。因此，在施工中对于码砌的石料不但要求粒径大、强度较高、不易风化，还应该对形状有所要求，用于码砌的石料要求形状方正，至少有2个面较为平行，保证块石安放稳定，滑动面AB段的走向水平。(2)如果采用了质量较差的材料填筑路堤或码砌边坡，数据3与数据4的对比表明：增加码砌厚度可以提高边坡的稳定性。因此，本文认为在高填方土石混填路堤填料来源复杂的情况下可以考虑适当增加边坡码砌的厚度。6．5综合分析通过对土石混填路基沉降及稳定性分析，可以可以得出下列认识：(1)影响土石混填路基的稳定性因素较多，但地基的稳定系数、空隙率、路堤的排水、压实方式和路堤的检测是其中最重要的控制要点，缺一不可，否则都有可能导致路基失稳。(2)由于现有规范关于土石混填路基的设计和施工的相关条文较少，因此，对于土石混填路基的设计和施工，要充分考虑到其与填土路堤和填石的区别和联系，要根据不同路段的土石混合料的工程特性，选择最合理的填筑和压实方式，并吸取已建工程的建设经验和教训，完善和补充待建公路土石混填路基的设计内容和施工方法。(3)土石混填路基施工技术的关键问题是如何控制其压实质量、路基的沉降速率71n第六章土石混填路基沉降变形与稳定性分析和工后沉降量，以保证路基的沉降稳定和整体稳定。近30年来，国内外学者提出了很多沉降变形的计算方法，但大多是针对软基提出的，主要途径包括理论计算方法和经验计算法。本文提出的土石路堤工后沉降计算方法，原理简单，预测精度较高，沉降观测在工程中也日趋多见，所以便于工程推广应用。本方法既可计算土石路堤的工后沉降，又可估算高填方填筑体由自重应力引起的自身压缩量，还可以预测工后容许沉降问题。(4)在公路工程中，土石路堤的变形与稳定性是非常重要的：无论是在施工阶段还是公路竣工通车后，土石路堤出现失稳现象都是很难处理的。这些年我国采用土石混合材料修筑高等级取得了一定的经验，但是总的来说，成果不多，有关规范、规程对于土石混填路基设计、施工的规定也不具体，有些规定值得进一步探讨。在公路土石路堤填料来源于沿线可获得的挖方材料，填料工程性质差异较大的情况下，要进一步认识土石材料的工程性质，在设计、施工中重新审视土石路堤的压实标准和施工质量控制，加强地基勘察和处理等途径来提高土石路堤的稳定性。n长安大学硕士学位论文7．1主要结论第七章主要结论与建议以西汉高速公路土石混填路基为依托工程，通过对土石混填路基施工技术的室内足尺试验和现场试验的结果评价，及路基工后沉降预测和稳定性分析，对土石混填路基施工控制技术展开了研究，获得了如下结论：(1)总结西汉高速公路施工经验，结合目前对土石混合料的研究现状，对土石混合料的基本性质及分类得出如下结论：①在工程实践中，一般把用粗颗粒含量在30％"-'70％之间的填料称为土石混合料，粗颗粒指粒径大于或等于5mm的填料。②目前，土石混合料主要依据粗颗粒含量岩性及最大粒径进行了分类。但由于分类指标单一及分类界限的不统一，各分类方法在工程应用中较为不便。③土石混合料是一种复杂的空间结构体系，其结构主要取决于粗颗粒的结构、土性质及土与粗颗粒相互作用等因素。由于各结构组分的变化，从而使土石混合料具有不同的变形特性和强度。根据其组成比例的不同，其结构可以分为悬浮——密实结构、密实——骨架结构及骨架——空隙结构三种形式。④在操作简便又能反映土石混合料工程特性等原则基础上，本文提出以岩性和粗颗粒含量作为分类指标，并给出有关指标的界限值。在综合国内外有关资料基础上，本文对土石混合料进行了工程分类，并提出了简易的识别方法。(2)’通过土石混填路基施工技术的室内足尺试验，提出了不同碾压遍数与路基表面沉降、弯沉值、贯入量、回弹模量及压实度之间的关系。得出如下结论：①随着碾压遍数的增加，不同松铺厚度下土石混合料表面沉降量开始增加较快，后来逐渐变缓。随着松铺厚度的增加，累计沉降量亦偏大，但并非完全成正比，若要使表面沉降量有大幅度增加，仅靠增加碾压遍数效果较小，只有改变压实机械。②不同松铺厚度的土石混合料随着碾压遍数的增加，弯沉值逐渐减小，说明其承载能力逐渐提高，变形能力逐渐降低：弯沉测试规律大体表现为碾压初期变形大，而后逐渐减小，这与沉降观测结果较为一致。③随着碾压遍数的不断增加，各松铺厚度的土石混合料碾压初期贯入量较大，后期贯入量逐渐减少，说明土石混合料在相应碾压遍数后已逐渐密实。当贯入杆直径、碾压n第七章主要结论与建议遍数及锤击次数相同时，土石混合料松铺厚度增大，贯入量也增加，但不成正比。④随着碾压遍数的增加，各松铺厚度的土石混合料回弹模量值先是迅速提高，而后逐渐减缓。(3)在室内外试验的基础上，结合国内外资料调研及工程调查，提出了土石混填路基填料选用、施工机械组合、现场摊铺及整平、压实施工工艺等施工技术要求。得出如下结论：①大量的试验表明，土石混合料中岩石的强度是影响路基长期稳定性的主要因素，而粒径及其颗粒组成特征为次要因素。因此，路基填料选用时，应首先根据土石料的岩性加以分类，然后，对其最大粒径及粗粒含量进行控制。②粗粒含量小于30％时，土石混合料对路基土体整体强度贡献不大，碾压不均匀反而影响同一层填料的整体强度。因此，一般情况下，不宜采用粗粒含量低于30％的土石混合料填筑路基。粗粒含量在30％～70％之间的土石混合料，压实度的提高显著并且较为稳定，粗、细颗粒含量比较均匀，颗粒间的摩擦力和嵌挤锁结力增大，内摩擦角增大，压实后压实功能均衡地传给各颗粒，土体中孔隙明显减少，单位体积内的密实度增大。③西汉公路属于山岭重丘区，土石混填路段主要施工机械为：挖掘机、装载机、推土机、平地机、羊足碾及振动压路机，其中，羊足碾和振动压路机工作质量均为50t。对于土石混合料而言，现场压实时应以振动压路机为主，并且要有足够的能量，一般要求的吨位比较大。采用不同压实机械时的最佳碾压遍数不同，从压实质量控制和经济角度考虑，土石混合料最佳松铺厚度为40"----50cm，最佳碾压遍数为6"-'8遍。④施工中一般要求以压实厚度的2／3控制土石混合料的最大粒径，其目的是降低石料与压路机碾压面直接接触的可能性，以保证周围土体的压实功效。在实际施工过程中应根据路基特点及路基填料的不同层位选择不同粒径的材料进行填筑，路基顶层应从确保表面平整度的角度对最大粒径加以限制。⑤随碾压遍数的增加，各松铺厚度的土石混合料干密度逐渐增加，压实机械一定时，仅靠增加碾压遍数来提高深层土体的压实度比较困难，因此，土石混填路基施工时，必须根据经济、技术等方面的要求，确定出相应压实功下合理的松铺厚度和碾压遍数组合。⑥土石混填路基主要采用以下施工工艺流程：施工场地整理_施工放样_挖掘机装料一自卸车运料_推土机和人工整平叶检查松铺厚度_碾压(静压、振压)_检查沉降差一监理验收_下一层土石混填路基施工。⑦现场回弹模量试验、弯沉检测及工后沉降观测结果表明，土石混填路基整体性能74n长安大学硕士学位论文良好，能满足路面对路基的要求。⑧对于土石混填路基的设计和施工，要充分考虑到其与填土路堤和填石的区别和联系，要根据不同路段的土石混合料的工程特性，选择最合理的填筑和压实方式，并吸取已建工程的建设经验和教训，完善和补充待建公路土石混填路基的设计内容和施工方法。(4)在公路工程中，土石路堤的沉降变形与稳定性是非常重要的：无论是在施工阶段还是公路竣工通车后，土石路堤出现变形失稳现象都是很难处理的。这些年我国采用土石混合材料修筑高等级取得了一定的经验，总结以上经验和对本文研究成果分析得出如下结论：①影响土石混填路基的稳定性因素较多，但地基的稳定系数、空隙率、路堤的排水、压实方式和路堤的检测是其中最重要的控制要点，缺一不可，否则都有可能导致路基失稳。②土石混填路基施工技术的关键问题是如何控制其压实质量、路基的沉降速率和工后沉降量，以保证路基的沉降稳定和整体稳定。近30年来，国内外学者提出了很多沉降变形的计算方法，但大多是针对软基提出的，主要途径包括理论计算方法和经验计算法。本文提出的土石路堤工后沉降计算方法，原理简单，预测精度较高，沉降观测在工程中也同趋多见，所以便于工程推广应用。本方法既可计算土石路堤的工后沉降，又可估算高填方填筑体由自重应力引起的自身压缩量，还可以预测工后容许沉降问题。7．2几点建议(1)目前，对于土石混合料的分类，公路、铁路以及水利部门都有过研究，且在实践中得到实际用应。但大多是从粗颗粒含量与干密度的关系等方面进行研究分类的，今后应从土石混合料的抗剪强度、水稳定性等路用性能方面进一步地研究。(2)由于土石混填路基现场施工一般采用振动压路机，因此，根据不同地区土石混合料的矿物成分、结构特征与振动压实工艺、振动参数的选用等相关关系还需结合实体工程进一步研究。75n参考文献【11中华人民共和国交通部《公路路基施工技术规范》(JTJ033．95)嗍，人民交通出版社，1995【2]iEo芟J．土石混合非均质填料力学特性试验研究【J】．公路，1997，第1期．40-49．【3】徐刚．粗粒土动力特性试验成果整理方法探讨【J】．人民黄河，1994，第3期．34-36．【4】郭庆国．粗粒土的工程特性及应用【M】．黄河水利出版社．1996【5】李振．粗粒土直接剪切抗剪强度指标变化规律【J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