浅谈清伊高速公路改良粉粘土路基施工技术研究

浅谈清伊高速公路改良粉粘土路基施工技术研究

长安大学硕士学位论文清伊高速公路改良粉粘土路基施工技术研究姓名：樊波波申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：杨晓华20100606n摘要本文依托新疆清伊高速公路工程，此地区普遍有大量的低液限粉粘土。而低液限粉粘土具有强度低，不易压实等特点，所以对低液限粉粘土路基进行掺配砂砾、水泥改良、土工格室加筋等处理并进行施工工艺进行系统的研究。首先结合室内大量实验如击实试验、无侧限抗压试验、CBR试验等对改良的低液限粉土进行分析，分析其力学性能等是否符合路用性能要求，并进行对比，从而选出合适的改良方案。其次通过在项目建设中具体实施改良方案，通过现场进行施工技术来研究改良土施工工艺。最后通过利用埋设沉降杯，对改良地区进行沉降观测，并进行数据分析，从而对改良措施进行评价，并提出适合新疆区域特点的低液限粉粘土基础修筑技术的建议，为今后新疆公路设计、施工提供切实可行的技术依据。关键词：低液限粉粘土，路基，改良，施工工艺nAbstractThearticlebasedontheqingyihighwayengineeringofxinjiang．inthisareathereisalotofcohesix；esoilwithlowliquid，andthecohesivesoilwithlowliquidhavethecharacteristicssuchaslowstrengthandcompactedhard，SOthearticlemixedwithgravel，cementimprovement,layinggeocellsuchtreatmentanddothereseachofconstructiontechnologysystemly．Firstly．combiningwiththelargenumberofexperimentssuchascompactiontest,unconfinedcompressiontests，CBRtestsofthecohesivesoilwithlowliquidtOAnalysisthemechanicalperformancemeetstheroadperformancerequirementsornot．thenchooseasuitableimprovementprogram．ThenU$0theimprovementsinproject,anddothereseachofconstructiontechnology．Finally,USeofburiedsettlementCup．011theimprovementareassubsidenceobservations，andanalysisthedata,evaluatetheimprovingmeasures．thusproposethesuitablefoundationconstructiontechniquesofcohesivesoilwithlowliquidofthexinjiang．TherebythereisatechnicalbasisforxinjiangHighwaydesignandconstruction．KeyWords：cohesivesoilwithlowliquid：subgrade；improve；constructiontechnologynn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，均己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果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：粗淑论文知识产权权属声明为t。年6引|日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)论文作者繇栅淳p知年钿⋯导师签名：伽卜年占月f／日n长安大学硕士学位论文1．1项目概述第一章绪论低液限粉粘土是一种介于无粘性土与粘性土间的、力学性质差异较大的土类，在新疆普遍存在【lJ。低液限粉粘土的液限低，塑性指数小，CBR值及强度低，水稳定性差，在基础施工中压实相当困难。如果处治方式不合理、机械设备不配套及施工技术措施不当，基础压实度和强度很难满足要求。低液限粉粘土含水量较低时虽稍有粘结性，但易被压碎，土中的水分较其它细粒土易于蒸发和下渗，压实的土层表面往往因失水而压实度降低。低液限粉粘土的毛细水上升高度较大，在季节性冰冻地区更容易使基础产生水分集聚，造成严重的冬季冻胀、春季翻浆【2】。低液限粉粘土的塑性指数小、易于失水和不易压实，是公路工程界长期期待解决的技术难题之一。清水河一伊宁高速公路位于天山西部的冲洪积山间盆地上，为平原微丘区，线路所经区域地形平坦，地形起伏不大，海拔在600．715m之间，线路从居民区或农田中穿过沿线地表植被密集。项目所在霍城县气候特征属于北温带大陆性气候，四级分明，经常形成雨雪气候，年平均气温9摄氏度，极端最高气温39摄氏度，极端最低气温4l摄氏度，年降雨量214mm，年蒸发量1410mm，最大冻土深度为1．2m，最大风速19．3m／s，最大积雪深度49cm。沿线地表水系主要为山问融雪水及雨水混合形成的地表径流，地下水位较浅，水量充沛，流量较大。本项目区域构造单元属于中天山地背斜构造单元中的伊宁盆地凹陷带。地基土主要以第四系冲洪积物为主。地层主要为低液限粉粘土、粉细沙。清伊高速公路工程全线大部分从伊犁地区霍城县农业灌溉区内通过，其中第一、二合同段路线有13．92km的土质基本为低液限粉粘土，覆盖层厚度在1．0．4．Om之间。1．2国内外研究现状1．2．1国内研究现状低液限粉粘土是粉性土的一种，它具有粉性土的一部分特性，也具有粘性土的一部分特性，因此具有双重性【31。这种土近似于粉砂，因它具有可塑性，它又不是砂土，它还具有缺乏韧性，有明显摇振反应，强度低等特点。粉粘土在动荷载作用下，易发生液化现象。为了探索低液限粉粘土的性质及其处理技术，许多学者曾从不同角度开展试验研究工作。n第一章绪论交通部第一公路工程总公司张俊【4】在1998对含砂低液限粘土(CLS)最大干密度问题进行了研究，根据试验结果探索出一种利用作图法求得含砂低液限粘土最大干密度的方法。江苏省交通规划设计院的汪春桃151(1999)结合淮江高速公路，对高粉粒含量低液限粘土路用性能进行研究，指出高粉粒含量低液限粘土具有假塑性，其塑限值或液限值都极不稳定，结构强度低，受震动时易发生水析现象。长安大学的申爱琴【6】等在2000年对含砂低液限粉粘土的物理、力学性能及振动压实规律进行了系统的科学试验及理论分析，探索了粉性土填筑路基的压实机理及影响因素，提出一套行之有效的粉性土路基压实施工工艺。。孙丽杰I_7】通过对高含水量低液限粉粘土填筑路基的研究指出：通过合理选配施工机械、选用压实方法、降低天然含水量，并加强成型路基雨季防护，可达到高速优质施工的目的。魏五洲【8】等通过粉粘土的物理力学特性的分析和讨论，并指出了由粉粘土造成的路面基层破坏机理和由此产生的主要路面病害。在此基础上，提出了适合该地区的公路路面基层结构形式和基层类型。江苏省高速公路建设指挥部与东南大学交通学院【9】针在2001年对江苏省宁靖盐高速公路姜堰粉粘土地段较为罕见的低液限粉粘土(塑性指数小于4)进行了路面稳定粉粘土底基层研究。山东曹卫东【10】等人在2002年对低液限粉粘土填筑基础压实性能进行了研究，揭示了粉粘土的压实机理，提出了较适合的压实机械、施工工艺等。北方交通大学的王哲【Il】研究分析了在不同围压，不同含水量条件下加载速率对粉质粘土强度．模量和应力应变曲线的影响．找出粉质粘土强度和模量随加载速率变化的规律．由于循环加载中频率的变化与加载速率有关，该文还进行了循环荷载下粉质粘土力学特性的试验研究．循环荷载作用下土的应变是反映土体循环特性的一个重要因素，该文利用应力控制方式对粉质粘土进行了在几个不同循环应力、不同加荷频率条件下的循环三轴实验，研究分析了循环应力和加荷频率对粉质粘土应变特性的影响．山东建筑工程学院肖俊华【121等人(2003)对低液限粘土的承载力进行分析研究，研究认为在铁道部新的土分类中，细粒土由按单纯的塑性指数分类改为按塑性图分类。因此，在铁路桥涵设计规范中，原有的地基承载力表不能使用。他们对135份低液限粘土资料中的承载力与土的物性指标进行回归分析，得到了经验回归公式，并据此给出了低液限2n长安大学硕士学位论文粘土承载力表。东南大学交通学院的张波【l3】等在2004年对粉粘土路堤浸水稳定性作了研究，指出饱和粉粘土在动力荷载作用下极易液化，导致土体的孔隙水压力增大，有效应力降低，从而严重影响路基的整体稳定。并进行了路堤的抗滑稳定性分析，提出了粉粘土作为路堤填筑材料时一些应注意的问题，对实际工程及规范的修订具有一定的参考价值。景学连【14】等在2005年讨论了粉性土路基压实效果与含水量、压实功能和压实效果的关系，指出现场路基施工时，含水量要控制在最佳含水量的士2％范围内，并遵循先两侧后中间，先轻到重，再重到轻，轻重结合的原则，同时指出一般不用粉粘土填筑路床区，而是通过换填粘土、换填石灰土或换填水泥土来完成。孟光军‘巧1研究了冲击压实在黄土区道路中的应用，指出冲击压实效果主要受路基填土的含水量、起始压实度和颗粒组成等因素的影响。路基起始压实度愈高，愈不利于冲击压实整体效果的提高：粘粒含量愈高的土质，因其渗透性差，会使冲压效果受到影响。对于试验与检测的时效性，路基压实质量受其含水量、密度等的影响较大。因此，尤其对于饱和路基土冲击碾压时，应加大分遍碾压间隔时间，以利于孔隙水压力消散，并进一步提高冲压后路基土的压实效果；同时，路基土最终的冲压质量检测也宜在土体触变恢复后进行，以利于取得可靠的检测数据。贺国佑．刘锋民【16】等在2008年通过对新疆地区不同环境条件下的低液限粉粘土进行路基回弹模量的研究。他们在全疆范围内收集试验数据统计分析，结合实践经验，确定了三级自然区路基不同填料的E0和CBR推荐值，从而为新疆公路设计提供方便，减少设计的盲目性，增加公路设计的可靠性和安全度。此外，我国水利、建筑及铁路部门的许多学者也曾开展过相关的研究。1．2．2国外研究现状Rivard，EJ；GoodwiIl，T．Etl71在1978年研究了压实土的地质特性与一般土的关系，建立了粘质土最大干密度与最佳含水量之间的关系，同时利用粘土、粉质粘土和单点Proctor法确定最大干密度与最佳含水量关系。美国的Anon【181在1986年使用了强夯法对蒙大拿州际公路进行了路基处理，并论述了使用情况。该公路的路基土为松散干燥的冲积砂和粉粘土，厚为20至24英尺。在压实过程中，采用重15吨，直径6英尺，下落高度为60英尺的落锤。研究认为，该压实方法对处理有较深沉积的砂和粉性土的路基是一种经济有效的方法。n第一章绪论DumasJeanCtl9】在1994年通过工程项目实例介绍了饱和粉粘土和粉粘土砂采用强夯法施工的应用。他描述了该方法用于改善土基的施工方法以及施工要点。RollinsKyleM【20】在1998年研究了砂质粉粘土强夯法施工的最佳含水量。他采用现场试验的方法配制土的含水量范围为60／o～20％，压实所用的锤重为4．54吨，落距24．3米。压实效果随含水量的增加而提高，直到含水量大约17％时最大，然后开始降低。LiHua[211在1999年研究了细粒土完整的压实曲线及其力学特性，并量化了压实曲线的形状、尺寸和位置。它可以描述压实曲线从干到湿状态的变化情况，并可预测给定土质在不同压实功下的压实曲线族。Iravani[221在1999年对加拿大低塑性粉粘土的工程特性进行了研究，他认为粉粘土的结构联结由非晶质的硅酸胶体、含Na+、M92+和Ca寸的碳酸盐和硫酸盐沉淀物和氧化铁等组成，粒间联结和含水量的变化有很大关系，粘聚力的变化范围也很大，而且粉粘土屈服面会随含水量的减小而增加。Zarlin91231在2002年研究了美国密歇根粉粘土的次固结变形，研究表明，在一定的围压下，随次固结时间延长，粉粘土内摩擦角增加，液化势减小，孔隙结构趋于均匀，粉粘土的压缩性中等，粘聚力较低，而内摩擦角较大。这些研究虽侧重点不同，但均对深入认识低液限粉粘土基础性状具有重要的参考价值。1．2．3国内外研究现状评价及存在的问题目前国内外虽已有不少研究，但系统性、完整性尚不够，许多问题还需作深入探索。例如，目前对浅薄且局部性低液限粉粘土基础的改良处理技术研究的较多；细粒土方面大多研究土体性质、成因、微结构等。针对公路建设中普遍遇到的且分布范围较大的低液限粉粘土基础、地基性状及其处理技术研究的少，尤其缺乏在不同加固工艺、不同碾压施工工艺、不同机械组合及不同松铺厚度下的实体试验路测试资料。对粉粘土性状的微观结构分析试验资料较多，但对公路基础现场原位测试及原状土体性质的试验甚少。对粉粘土基础的理论分析方法以及不同处理效果的检测评价方法，还很不完善。公路工程中有时参考建筑、铁道等部门在粉粘土地区的设计标准及经验，其合理性也有待商榷。由于存在上述诸多方面的缺点，使得公路工程人员对粉粘土基础问题的认识不深入，设计、施工时难以合理把握尺度。随着我区高等级公路建设的进一步发展，遇到的粉粘土基础问题也将增多。我区气候特征、土质特性、环境特点与内地有很大的差异，如何进4n长安大学硕士学位论文行合理的加固、压实、施工来提高工效，降低成本都需要作深入的研究。1．3问题的提出及研究内容乌鲁木齐一奎屯高速公路第十三合同段原地基土为黄土状低液限粉粘土，其具有非自重湿陷性。由于第十三合同段黄土状低液限粉粘土地基修筑技术不当，融雪水和降水通过基础边坡、地表渗入地基土，使第十三合同段出现基础变形，且有部分桥涵台背也有明显下沉，造成巨大的经济损失和严重的社会影响。奎屯一赛里木湖高速公路第三合同段路线位于天山山脉北麓的山前洪积扇下缘和冲洪积倾斜平原的上缘，其中路线有11．4km的土质基本为低液限粉粘土，覆盖层厚度在O．5-4．Om之间。本项目采用挖出低液限粉粘土80．100cm，换填砾石土，同时增加隔断措施处治，虽然奎一赛公路已经通车运营一年，未发生基础变形，但是其采用挖除低液限粉粘土换填砾石土的处治方式造价相当高，从性价比角度来说，是一种很不经济的低水平处治方法，并且废弃的土方对环境也是一种破坏。清伊高速公路工程全线大部分从伊犁地区霍城县农业灌溉区内通过，其中第一、二合同段路线有13．92km的土质基本为低液限粉粘土，覆盖层厚度在1．0-4．Om之间。原设计仅对部分低填方基础、挖方基础局部换填0．5．1．Om，果霍项目执行办建议采用挖除全部低液限粉粘土换填砾石土的处治方式，低液限粉粘土平均换填lm，若其厚度小于1．5m的，则全部挖除，同时设置复合土工布隔断，共计增加费用壹仟陆佰多万元。2007年4月4日，经交通厅技术论证，对原设计中换填砾类土厚度不足80cm的路段，均换填至80cm。这种处治方式，大多基于设计人员的感性认识，并没充分的理论论证，且处治方式技术含量低、造价高。清水河一伊宁高速公路全线存在大量的低液限粉粘土地基，经交通厅2007年4月4日技术论证，挖方及零填方路段路面结构下为低液限粉粘土的路段，改为砾类土。7km挖方及零填方路段路面结构层以下30cm低液限粉粘土换填为砾类土。目前，新疆公路建设单位和设计单位在公路工程建设中已形成一种共识，一遇到低液限粉粘土，就采用挖除低液限粉粘土，换填砾石土的处治方式。若对这种土因其工程性质差而弃之不用，采用砾石土材料换填，则将显著增加建设投资，同时也带来增加弃土场与环境保护等问题。这种情况下对基础部分低液限粉粘土是否有必要换填砂砾，可否采用其它的改良加固处理方法，对基础部分如何进行合理地压实施工，以提高工效，降低成本，这些都成为我们所最关心的问题。在我区后续建设的高等级公路中，还将存n第一章绪论在大量低液限粉粘土筑路技术方面问题。如何用低液限粉粘土填筑基础、如何加固、压实及施工等问题是亟需深入研究的课题。研究适合新疆气候特征、土质特性、环境特点、经济合理的高等级公路低液限粉粘土基础修筑技术是势在必行的。本文依托新疆清伊高速公路工程，对低液限粉粘土路基进行掺配砂砾、水泥改良、埋设土工格室等处理方法的施工工艺进行了系统的研究。主要研究内容包括：1．通过室内大量试验如击实试验、渗透试验、无侧限抗压试验、CBR试验等对改良的低液限粉粘土的进行分析，并分析其力学性能等是否符合路用性能要求，从而选出合适的改良方案。2．通过模型试验探索改良粉粘土路基水分迁移特性。3．通过在项目建设中具体实施改良方案，通过现场进行施工技术来研究改良土施工工艺进行研究。4．最后通过利用埋设沉降杯，对改良地区进行沉降观测，并进行数据分析，从而对改良措施进行评价，并提出适合新疆区域特点的低液限粉粘土基础修筑技术的建议，为今后新疆公路设计、施工提供切实可行的技术依据。6n长安大学硕士学位论文第二章低液限粉粘土路基填料改良措施2．1低液限粉粘土的特性低液限粉粘土是粉性土的一种，它具有粉性土的一部分特性，也具有粘性土的一部分特性，因此具有双重性【3】。这种土近似于粉砂，因它具有可塑性，它又不是砂土，它还具有缺乏韧性，有明显摇振反应，强度低等特点。根据国内关于粉粘特性的研究，具体有以下特性1．低液限粉粘土具有砂土和粉粘土双重性。任何土的固体部分是由矿物构成的，土的粒度与矿物的成分有着很大联系，较粗大的土粒一般由原生矿物构成，而细小粘粒绝大多数为次生矿物，对于低液限粉粘土，它既有原生矿物，又有次生矿物，但以原生矿物(极细砂粒、粉粒)为主，粘粒含量次之，因此它具有砂土和粘土的双重性。2．低液限粉粘土具有“假塑性"。粘性土的可塑性是由颗粒表面弱结合水引起的。粉粘土中绝大多数成分为粉粒与极细的砂粒，其表面积虽不大，但毛细现象活跃，毛细水的弯液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧而显示出微弱的内聚力。这种毛细水压力使土粒聚合一起，使粉粘土呈现出“假塑性”。3．低液限粉粘土具有低塑限。粘粒表面带有负电荷，颗粒周围容易形成受电分子引力的结合水，其与粘粒结合程度与粘粒表面距离有关，距离越大而其结合力越小，而活动性增强，结合水膜厚度与颗粒的矿物成分、分散程度、离子浓度等有关，分散程度愈高，水膜愈厚，塑限值越大，而粉粘土粘粒含量少，塑限值较低。7n第二章低液限粉粘土路基填料改良措施表2．1液塑限试验记录液塑限试验记录工程名称新疆粉粘土土样编号2．土样设备试验日期2008-8—29l23备注hl5．854．9512．30入土深度h25．704．9011．801／2(hl+h2)5．784．9312．05盒号701516517唧217．7盒质量(g)22．0220．8620．6622．8l20．5320．68∞L=25．8盒+湿土质量(曲43。6844．9044。6053．8l50．5452．84Ip28．1盒+干土质量(曲41．0541．9740．9849．1245．0446．99含水率水分质量(g)2．632．933．624．695．505．85干土质量(曲19．0321．1l20．3226．3124．5l26．3l13．8213．8817．8117．8322．4422．23含水率(％)13．8517．8222．344．低液限粉粘土具有低强度，低饱和含水量的特性。粘性土颗粒之间的连结，主要是由颗粒之间胶结作用和静电引力引起的。粉粘土中颗粒之间的连结除了静电引力外，更主要的是毛细水连结。当粘性土由于蒸发结合水逐渐减少，扩散层弱结合水变薄，溶液中电解质浓度增强，产生干燥凝结现象。但粉粘土中粘粒含量少，这种固化的内聚力很弱，干的粉粘土也很疏松，极易破碎；若粉粘土含水量过大，毛细水连结力减弱，另外粉粘土颗粒之间的摩阻力不像砂土那样具有镶嵌作用，所以粉粘土的力学强度较低。粉粘土的饱和含水量一般在2005—3005之间。5．其他性质粉粘土还具有内摩擦角小、透水性较弱、压缩固结稳定过程较快、干缩胀不明显、毛细水上升高度大等性质。8n长安大学硕士学位论文2．2掺配砂砾改良措施2．2．1砂砾改良机理砂石材料是道路建设中用量最大的一种建筑材料，他可以直接或者经过加工后用作道路与桥梁的工程结构，也可以作为水泥混凝土、沥青混合料的集料口41。石料的物理力学性质很大程度上取决于天然岩石的矿物成分，以及这些矿物在岩石中的结构与构造。主要的造岩矿物有石英、长石、云母、角闪石、方解石、白云石、黄铁矿、石膏、赤铁矿等。公路与桥梁工程结构中用的石料，除了一般的抗压、抗拉、抗剪、抗弯等纯粹力学性质外，还应满足一些抗磨光、抗冲击、抗磨耗等路用性能。集料是指在混合物中起骨架或者充填作用的粒料，包括岩石天然风化而成的砾石或者砂等，以及由岩石经人工轧制的各种尺寸的碎石、石屑等。工程上的粒料一般分为细集料和粗集料两类。而集料的技术性质又包括物理性质和力学性质两个方面内容。物理性质有物理常数(表观密度、毛体积密度、堆积密度和空隙率等)、级配和坚固性；路用集料的力学性质有集料压碎值、磨光值、冲击值和集料磨耗率四项指标。其中集料的压碎值是指集料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，也是集料强度的相对指标，用以鉴定集料品质；磨光值是反应集料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，它是采用加速磨光机磨光石料，并用摆式磨光系数测定仪测得的，集料磨光值越高表示抗滑性越好；冲击值反映集料抵抗多次连续重复冲击荷载作用的能力；磨耗值用于评定集料抵抗车轮撞击及磨耗的能力，集料磨耗值越高表示集料耐磨性越差。通过对集料的级配理论来分析天然砂砾改良粉性土。集料的级配，是指集料中各种粒径颗粒的分级和搭配情况，级配是通过筛分试验确定的。一个良好的级配应该是在各种不同粒径的集料，按照一定的比例搭配起来，以达到较高的密实度和较大的摩擦力。目前，常用的级配理论主要有两种：最大密实度理论和粒子干涉理论。(1)最大密实度理论最大密实曲线是在大量试验的基础上提出的一种理想曲线。W·B·富勒(Fuller)和他的同事研究认为：“矿料颗粒级配曲线愈接近抛物线，其密度愈大"。因此，当级配曲线为抛物线时其密实度越大，空隙率越小。其表达式：耵瑚居9(2．1)n第二二章低液限粉粘七路基填料改良措施式中：Px-粒径为d的集料的通过百分率(％)，驴一集料的最大粒径(n姗)。之后A·N·泰波T(alb01)把富勒公式发展成n幂公式，即：嬲=loo(--隽)刀(2．2)式中：Px、D的意义同式(2．2)，n_试验指数。当式(2．3)qh的n=0．5时即为富勒曲线。根据泰波的理论分析认为n=0．3卸．7间时具有较好的密实度，但不论n值是多少，上述理论都是建立在以下两个假设基础上的：①假设基本颗粒为规则的球体；②假设同一分级颗粒都相等。在应用于连续级配的沥青混凝土时，还暗含了另外的一个假设：混合料密度越大，其对应的性能越好。(2)粒子干涉理论粒子干涉理论是由C·A·G魏矛斯W(yemouth)提出的，认为：为达到最大密度，前一级颗粒之间的空隙应由次一级颗粒所填充，其余的空隙又由再次一级的颗粒所填充，以此类推。但填隙的颗粒不得大于其间隙的距离，否则大小颗粒之间势必发生干涉现象。粒子干涉理论同样是以追求最大密度为目的，而且采用与最大密度曲线理论相同的假设。为了避免干涉，大小集料颗粒之间应按一定的数量分配，并从临界干涉情况下导出前一级颗粒间距应为：t=附3一-]。亿3，当处于临界干涉状态时，仁d，则上式可改写为如下形式：一肃亿4’式中，t前粒径的间隙距离；‰——前粒级的粒径；d——次粒级的理论实积率(实积率即堆积密度与表观密度之比)；D——一次粒级的实用实积率。10n长安大学硕士学位论文2．2．2掺配方案从表2．2和图2．1可以看出，从2mm到40mm粒径之间的颗粒所占比例达到了100％，由级配理论中的粒子干涉理论可以知道，要达到最大密度，前一级颗粒之间的空隙应由次一级颗粒所填充，其余的空隙又由再次一级的颗粒所填充，以此类推。填隙的颗粒不得大于其间隙的距离，否则大小颗粒之间势必发生干涉现象。而所用天然砂砾的颗粒组成分布成连续分布，上一级的颗粒之间的间隙很难完全由下一级的颗粒去填充，这样使它更好地成为粉性土的改良掺配料，又因为所研究的粉性土的颗粒主要集中在O．05mm．0．25mm粒径之间，这些粉粘土颗粒去填充砂砾不同粒径颗粒级之间没有填充的空隙，这样形成更为密实的结构。表2。2颗粒分析试验(筛分法)工程名称新疆粉性土填筑路基试验单位长安大学拟定用途改良粉性土试验日期8．16筛前试样总质量=52869小于2ram土取样质量：=10889小于2mm土质量=10889小于2mm土占总样质量=20．6％粗筛分析细筛分析累积留小于该小于该孔占总土质量百孔径孔径土孔径累积留筛孔径的径土质量筛土质孔径的质量百土质量分比量土质量百分率(nun)分率(mm)(曲(％)(曲(g)(％)2642108820．612．160l33l75714．36．3401000．53953626．87．5201643364368．9O．252041583．03．8lO1251239245．20．07413l14O．32．55662173032．717O．32642108820．6试样筛后各级筛上和筛底土总质量与筛前试样质量之差占取样总质量0．25％结果n第二章低液限粉粘土路基填料改良措施水＼籁求妞衄l峰刊g鼯梨球似．=■弋》．呼o＼。u)、-、叫＼＼·．，．、叫L_l▲．、n亡土粒直径／衄图2．1天然砂砾粒径分配曲线根据清伊高速公路工程特有的低液限粉粘土，及实际地理位置，水文地质情况，提出了砾石土与低液限粉粘土掺配施工的措施，具体方案如下：①砾类土与低液限粉粘土的掺配比例按体积比为3：7；②砾类土与低液限粉粘土的掺配比例按体积比为4：6；③砾类土与低液限粉粘土的掺配比例按体积比为5：5。2．2．3砂砾改良土的物理力学性质1．击实试验通过室内击实试验测出最大干密度和最佳含水量如下：①砾类土与低液限粉粘土的掺配比例按体积比为3：7，最大干密度P=2．Olg／cm3，最佳含水量60=9．5％。②砾类土与低液限粉粘土的掺配比例按体积比为4：6，最大干密度P=2．089／cm3，最佳含水量(I)=9％。③砾类土与低液限粉粘土的掺配比例按体积比为5：5，最大干密度p=2．129／am3，最佳含水量(I)=6．5％。2．渗透试验本试验采用常水头渗透试验来测砂砾改良土的渗透系数，常水头渗透试验是指通过土样的渗流在恒水头差作用下进行的渗透试验。仪器为70型渗透仪。计算公式为：，缈庀=二LAHt12(2．5)0O0Ol8642On长安大学硕：j==学位论文式2．5中k渗透系数(crn／s)：Q——时间t秒内的渗透水量(cm3)L——两测压孔中心间的试样长度，L=10cm；AH试样断面积(cITl2)；平均水头差(cm)：时间(s)．图2．2渗透试验仪器表2．3不同砾类土渗透系数平均水头差两测压孔距离流量时间试样断面积渗透速率比例H(cm)L(cm)Q(m1)t(S)A(CIll2)k(10’4cm／s)粉砂3．461047．0249478．53981636．93砂砾3：710．61062．6112378．53981636．70砂砾4：610．471055．0108078．53981636．20砂砾5：5lO1036．081378．53981635．6413n第二章低液限粉粘七路基填料改良措施图2．3砾类土占比例与渗透系数关系曲线从试验结果可以看出：随着砾类土占的比例从0至砾类土占50％，渗透系数从6．9×104cm／s减小至5．64×104cm／s减少了18％。2．CBR试验CBR试验数据如下：表2．4粉粘土的CBR值＼试件1试件2试件3均值Cv／％CBR／％4．54．34．64．50．15表2．5不同配比CBR值砾类土掺配比例试件1试件2试件3CBR均值觞Cv／％3：725．826．626．826．20．64：639．741．743．441．61．85：591．995．996．294．72．414n长安大学硕士学位论文图2．4不同砾类土掺配比和CBR间的关系曲线从试验结果可看到，单纯粉粘土的CBR值只有4．5，而当从砂砾土掺配量3：7增加到4：6，CBR值由26．2增加到41．6，掺配量5：5的CBR值相对纯粉粘土增加了20多倍，可见砂砾的掺配能大大提高粉粘土的承载力。而掺配量从4：6到5：5，CBR由41．6增加到94．7，增长了近2．5倍，由此看出当掺配比例达到50％时，砂砾明显起到骨架作用，可以明显改变土的受力状态，大颗粒的砾石使上面的载荷向下、及其周围传递，从而增加承载能力，可见掺加砂砾后，效果是非常明显的，它显著提高了粉性土的承载能力。3．抗压回弹模量试验抗压回弹模量试验结果如下：n第二章低液限粉粘土路基填料改良措施9080蜒iO删毋60姆j0茎40鹾30i芊20】O0。’}¨j“。／i-⋯≯ji／一◆一一7t{0102030405060砾类土占比例图2．5抗压回弹模量与砾类土掺配量的关系曲线表2．6不同掺配比的抗压回弹模量(体积比)l⋯l⋯I⋯芸嬲黧f5．8J16．678．3从图上数据可以分析得到以下结论：当砾类土掺配量由3：7增加到4：6的时候，其抗压回弹模量由5．8MPa增加到16．58MPa，增加了2倍多，而当掺配比例从4：6到5：5，其抗压回弹模量由16．6MPa增加到78．3MPa，增长了4倍多，从抗压弹性模量与砾类土掺配的关系曲线，明显看到掺配比例从4：6到5：5的抗压弹性模量增加速度要比掺配比例从3：7到4：6的增加速度大很多，由此看出砂砾土体积增加到40％左右就构成了受力的主要结构，砂砾明显起到骨架作用，抗压回弹模量会增大数倍，从弹性模量的曲线图可以看到变化趋势和CBR曲线图是基本一致的。4．无侧限抗压强度试验。无侧限抗压强度试验结果如下：表2．7不同砾类土掺配比下的无侧限抗压极限强度抗压极限强度(kPa)试件编号3：74：65：5l53．82136．57416．29268．47142．04394．42366．55130．9l405．55463．38151．66398．38561．1l155．62385．93662．25140．34391．3l平均值62．60136．19407．8l16n长安大学硕士学位论文图2．6无侧限抗压强度与砾类土比例关系曲线数据分析：当砾类土与低液限粉粘土掺配比从3：7到4：6，其无侧限抗压强度由62．6增加到136．19，增加了2倍多，掺配比从4：6到5：5，无侧限抗压强度由136．19增加到407．81增加了3倍，从关系曲线可明显看到，无侧限抗压强度的增加速率在4：6到5：5之间要比3：7到4：6大的多。可见砂砾土含量越大其骨架作用越明显，当砂砾土体积超过50％时，砂砾明显成为受力主骨架会大大增加无侧限抗压强度。这与CBR和抗压弹性模量曲线趋势基本一致。经过室内试验及分析最后选定此处按低液限粉粘土与砾类土的掺配比例按重量比为5：5进行掺配实施试验段施工。2．3掺配水泥改良措施2．3．1水泥改良机理水泥是一种水硬性胶凝材料【24J。水泥与水混合后，经过一系列物理化学反应，由可塑性浆体变成坚硬的岩石，就硬化条件而言，水泥既能在空气中硬化，而且也能在水中更好的硬化，保持并发挥其强度。在粉碎的或者颗粒比较小的土中，掺配上适量的水泥，然后洒水，经拌合、摊铺、压实、最后养生得到的混合料就称为水泥改良土，这种水泥改良土可以很好的改善土的物理力学性质，它还具有比纯土更强的力水稳定性和抗冻性。在水泥熟料中主要由3CaO·Si02硅酸三钙，2CaO·Si02硅酸二钙，3CaO．AL203铝酸三钙，4CaO．A1203·Fe203铁铝四钙四种矿物组成。3CaO·Si02硅酸三钙是硅酸盐水泥中最主要的矿物成分，其含量通常在50％左右，它对水泥的技术性质，特别是强度有着重17n第二章低液限粉粘土路基填料改良措施要的影响。当水泥与水接触时，硅酸三钙即迅速水化，产生大量的热量，其水化产物早期强度高，且强度增进率较大，28天强度可达一年强度的70～80％。就28天或者一年的强度来说，在四种矿物中是最高的。2CaO·Si02硅酸二钙也是硅酸盐水泥的主要矿物，含量在20％左右。它的水化速度与凝结过程较为缓慢，水化热很低，它的水化产物对水泥早期强度贡献较少，但对后期强度起到主要作用。3CaO．AL203铝酸三钙在硅酸盐水泥中含量通常在15％以下。在四种矿物中它是遇水反应最快，水化热最高的，它对硅酸盐水泥的早期强度及凝结速率起到关键作用。4CaO．A1203·Fe203铁铝四钙在硅酸盐水泥中含量在5～15％左右，它的水化速度在硅酸三钙和铝酸三钙之间，其早期强度虽不如铝酸三钙，但水化速度很快。水泥加水拌合后，由于水泥的水化作用，水泥浆体逐渐变稠失去流动性和可塑性而具有强度的过程。这称为水泥的凝结，随后产生强度逐渐发展成为坚硬的人造石的过程称为水泥的硬化。水泥颗粒与水接触，其表面的熟料矿物立即与水发生水解与化合作用，生成各种水化物。水泥改良土强度主要的形成作用有：①水泥的骨架作用。在水泥改良土中，水泥自身就会与土中的水分发生水化反应，从而会产生具有胶结能力的水化产物，有些水化产物会继续硬化，从而形成骨架作用。②水泥的团粒化作用和离子交换作用。水泥水化生成Ca(On)2等凝胶粒子，其表面积是水泥颗粒的1000多倍，因此吸附性比较强烈，从而会形成大量颗粒团。水泥生成的Ca(OH)：会电离分解出Ca2+离子。它与粘土颗粒表面吸附的N矿、C等离子进行等量吸附交换，从而使双电层厚度变薄进而颗粒之间会更加紧密。于是较大的团粒结合，这样土颗粒之间，土颗粒和水泥颗粒之间，就会形成水泥土链条结构，从而形成较坚固的水泥团粒结构，降低土的膨胀性和渗透性，从而改变土的塑性，使土具有一定的强度和稳定性。③碳酸化作用。水泥水化生成的Ca(OH)2,除了与黏土矿物发生化学反应外，还可以进一步与空气中的C02反应生成碳酸钙晶体。Ca(OH)2与土中的活性Si02和A1203作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙，提高水泥改良土的强度。④结晶作用。随着水化产物中的各种盐类结晶进行的同时，结晶析出端也就是露出晶边的A1”的正电荷将吸引结合与析出晶面的OH．的负电荷，而晶面之间则发生排斥，从而形成所谓的“晶边一晶面结合”的蜂窝状结构。水泥土中的晶体起着重要的骨架作用；水泥水化生成的水化硅酸钙凝胶起着连结晶体、土团、土粒的重要粘结作用，这种粘结力来源于范德华力、氢键、表面能的综合，它比软土中主要的范德华力大得多，使水泥土强度远高于软粘土强度。18n长安人学硕士学位论文2．3．2水泥改良方案低液限粉粘土的液限低，塑性指数小，CBR值及强度低，水稳定性差。低液限粉粘土含水量较低时虽稍有粘结性，但易被压碎，土中的水分较其它细粒土易于蒸发和下渗，压实的土层表面往往因失水而压实度降低。低液限粉粘土的毛细水上升高度较大，在季节性冰冻地区更容易使基础产生水分集聚，造成严重的冬季冻胀、春季翻浆。考虑以上因素，对粉粘土进行水泥改良。水泥掺配用量从2％开始，逐步增加水泥用量，直到5％进行掺配。2．3．3水泥改良土的物理力学性质1．击实试验击实试验数据如下：表2．8不同水泥含量的最佳含水量和最大干密度水泥含量最佳含水量最大干密度2％W=14％p．-=1．74g／em33％W=14％9a=1．759／cm34％W=14％pa=1．759／cm35％W=15％pa=1．769／era3由表2．7可以看出随着水泥含量的增加最大干密度随着增大。2．渗透试验本试验采用常水头渗透试验来测砂砾改良土的渗透系数，常水头渗透试验是指通过土样的渗流在恒水头差作用下进行的渗透试验。仪器为70型渗透仪。计算公式为：尼=罢(2．6)彳胁”一7式2．6中k_——一渗透系数(era／s)；Q——一时间t秒内的渗透水量(cm3)I一两测压孔中心间的试样长度，L=10cm：A一试样断面积(cm2)；H-——o均水头差(cm)：t——时间(s)．19n第二章低液限粉粘士路基填料改良措施渗透试验数据如下：表2．9不同水泥含量渗透系数两测压孔平均水头差流量时间试样断面积渗透速率距离H(cm)L(cm)Q(m1)t(s)A(cm2)k(104cm／s)粉砂3．461047249478．53981636．934水泥3％6．531050149578．53981636．52水泥4％5．93104000％135178．53981636．35水泥5％5．71045163278．53981636．15图2．7水泥占比例与渗透系数关系曲线从试验结果分析随着水泥含量的增加，渗透系数逐级减小。从纯粉粘土至水泥含量为5％，渗透系数从6．9×10‘4cm／s减少至6．1×10"4cm／s减少了13％左右。3．无侧限抗压试验无侧限抗压试验数据如下：表2．10各水泥用量不同龄期的水泥土无侧限抗压强度弋≮■～龄期言耋＼匙卜7天28天60天90天2％146．9374．74754．44907．653％189．1488．821092．81279．634％23．352O．231327．58147．725％256．587．461436。14151．8720n长安火学硕士学位论文o％1％2％3％4％5％6％水泥用量／％图2．8各水泥用量不同龄期的水泥土无侧限抗压强度与水泥用量曲线由数据及图可以看出水泥含量由20／,．-．5％，各个龄期的无侧限抗压强度都增加了近2倍左右，7天和28天龄期，水泥含量和无侧限抗压强度关系基本成线性关系。60天和90天龄期，水泥含量在2*Ar．-4％区间强度增加比较快，基本是线性关系，但在4‰5％区间则强度趋于稳定。4．抗压回弹模量试验抗压回弹模量试验数据如下：由以上数据及图可以看出随着水泥含量的增加不同龄期的抗压回弹模量增加近4倍，7天龄期和28天龄期，抗压强度与水泥含量基本成线性关系；60天和90天龄期，抗压回弹模量在水泥含量2％o％区间增速比较快，在4％--'5％区间增速变小。这和无侧2lO0O0O0O0∞∞∞加∞∞∞幻加．ed)I蠹日蝠醛一髫泉n第二章低液限粉粘土路基填料改良措施限抗压趋势基本一致。5．CBR试验CBR试验数据如下：由以上数据可以看出随着水泥用量的增加，CBR值成线性关系增加。由室内试验可以看出：水泥用量从20／0,-,5％，水泥改良土的无侧限抗压强度、抗压回弹模量、CBR值都随着水泥用量的增加而增大，这表明低液限粉粘土经过水泥改良后，其性能有大大改善，能够较大程度提高其地基承载力。最后选用水泥含量为5％进行试验段现场施工。2．4土工格室加固措施2．4．1土工格室改良机理l土工格室概述：土工格室是一种由高分子聚合物经强力焊接而成的三维网状结构或者蜂窝状结构【。土工格室一般具有一定的高度(一般在5至20cm)，聚合物片材较厚(一般在lmm以上)，它的焊接强度和模量都比较大，而且伸展自如，在土工格室内填筑上砂、石、土等填料，会形成板状结构，在荷载作用下，就有一定的抗弯作用，这样上部结构的竖向应力就会被分散，是一种很好的基础工程建筑材料‘251。2土工格室的作用机理分析：使用土工格室加固地基时，必须将格室展开，并且水平放置，然后填料，这样就可以使填料和土工格室构成一种柔性结构层，这种结构层可以提高地基的强度和刚度，同n长安大学硕士学位论文时还可以减少地基沉降。土工格室内可以填筑很真多种填料，不需要其他添加剂等特点，而且它不会改变填料的颗粒成分，连接的基本性状，因此它是一种常用的地基加固方法。土工格室对土体的作用有以下几点：①土工格室对土体的侧向约束作用。土工格室是一种立体的加筋材料，它一方面它对格室内土体的起到紧箍作用，另一方面它对格室外的土会产生摩阻作用。格室内的土在受到上部荷载作用时，土会向两侧移动，使格室壁受到一个张力，这样土就被格室紧箍住。格室张力承受的能力和格室材料的抗拉强度、焊缝强度有很大关系，一般格室抗拉强度和焊缝强度都比较强，所以能够提供足够侧向约束力。对格室外的土，在受到上部荷载作用时，由于土和格室材料的弹性模量有很大差别，因此两者的变形会有所不同，这样就会产生较大的摩擦力，从而给格室外土体一个约束力。由于格室的约束力，土工格室垫层就形成一个有相当大的抗弯、抗拉和抗剪切的符合整体。从而改善软土地基的应力状态，将上部荷载均化，从而减少沉降和不均匀沉降，达到加固作用。②土工格室的网兜作用。土工格室在受到集中力作用时，会形成凹曲面，凹曲面上面的压力大于凹曲面下面的压力，这就是土工格室的网兜作用。他们之间不平衡相差的力由土工格室材料来补充。网兜效应可以进一步减小了软土层上部的竖向荷载，增大两侧的竖向荷载，有效地改变了应力分布，使垫层下土基的应力分布更趋均匀，使一定范围的竖向应力差减小，进而减小不均匀沉降。③土工格室的摩擦作用。土工格室的摩擦作用一方面，土体与格室接触面上产生较大的摩擦力(即横向阻力)，这样可以限制因荷载产生横向位移趋势，另一方面，格室与格室之间的反作用力也可以有效抵消因荷载而产生的横向移动趋势。从而使承载力得到提高，可以有效减少沉降。2．4．2土工格室改良方案由土工格室加固机理的分析可知，使用土工格室可以有效地防止土方因载重而发生过大变形，并可有效提高路基承载力，大大减小传递至软土路基的附加应力，减小路基工后沉降及不均匀沉降，同时大大改善填料性质，提高坡体的稳定性，同时这种复合体的网兜支撑效应分散了车辆的集中荷载，从而使路基顶面的横向沉降趋于均匀和协调，达到消除路基不均匀沉降的目的。因此采用使用土工格室的方法对粉粘土地基进行处理。2．4．3土工格室的路用性能指标通过静载试验测量土工格室加筋改良土的地基承载力。数据如下：n第二章低液限粉粘七路基填料改良措施gE图2．11承载板D=70cm载荷试验曲线由数据可以看出土工格室加筋处理后的地基承载力均得到了提高。特别是在保证格室填料压实度的情况下(K=0．90)，地基承载力从70kPa增加到202--一255kPa增加了近3倍。2．5改良粉粘土路基水分迁移特征改良粉粘土的水分迁移本文采用小模型通过TDR测含水量来进行研究探索。模型比例为1：20。原路堤为10m高填路堤方，模型高度为50cm。路中线路肩．02·白O3()4O5。o1注．厂、TnD锋苗倍—一口注水处图2．11TDR埋设平面布置图n长安大学硕士学位论文路中线图2．12TDR埋设横断面布置图1．砂砾改良土的水分迁移砂砾采用体积比砂砾：粉粘土为l：l，模型比例为l：20，高度为50cm，模型采用分层填筑，然后进行压实，压实度达到93，含水量采用最佳含水量6．5％配制。表2．13砂砾改良模型试验含水量砂砾改良模型试验含水量I号管2号管3号管4号管5号管J跑坝圆跑J贝回距坝囱距坝回跑坝回距坝向跑坝回j跑坝回距坝囱时间35cm15cm35cm15cm35cm15cm35cm15cmO6．51％6．50％6．52％6．5l％6．53％6．49％6．50％1小时6．51％6．92％6．59％6．71％6．54％6．69％6．50％6．6l％6．50％2小时6．51％7．00％6．70％6．90％6．68％6．80％6．51％6．80％6．50％3小时6．61％7．15％6．80％7．00％6．75％7．OO％6．60％6．90％6．59％图2．13砂砾改良模型离注水处距离与含水量变化曲线可以看出由数据和图可以看出：上部含水量增加比较快，在一小时内基本都有所增n第二章低液限粉粘士路基填料改良措施加，底部含水量-4,时内基本没有变化，底部含水量在3小时的时候刁‘开始有所变化；3小时后在上部距顶面15cm处离注水处比较近的1．2．3号管TDR管含水量从6．5％增大到7．1％左右，增加了近10％，变化比较大，说明水最先渗流至这3处，而离注水处比较远的4号、5号管含水量变化很小。2．水泥改良土的水分迁移水泥改良模型采用水泥含量为5％进行掺配，最佳含水量为14％，压实度标准为93％。水泥填筑时，采用最底下15cm为低液限粉粘土，再5cm水泥改良土，然后上面再10cm低液限粉粘土，再填筑5cm水泥改良土，然后再10cm水泥改良土，最上层为5cm水泥改良土。试验数据如下：表2．14水泥改良试验含水量水泥改良试验含水量时1号管2号管3号管4号管5号管间距顶面35cm15cm35cm15cm35cm15cm35cm15cm014．00％14．10％13．95％13．90％14．50％13．90％13．95％1小14．00％14．30％14．13％14．30％13．95％14．00％14．50％13．90％13．95％时2小时14．00％14．50％14．18％14．50％14．10％14．20％14．50％13．90％13．95％3小时14．10％14．60％14．28％14．80％14．20％14．50％14．60％14．00％14．OO％图2．14水泥改良模型离注水处距离与含水量变化量由以上数据可以分析得知：水泥改良土通过分层填筑后，底部在3小时后含水量才出现变化；3小时后在上部距顶面15cm处离注水处比较近的1号管TDR管含水量从14％增加14．8％，2号管从14％增加到14．8％，3号管从14％增加到14．5％说明离注水处近的26n长安大学硕士学位论文TDR管变化比较大，而离的比较远的变化比较小。这点与砂砾改良的基本一致。3．土工格室改良土工格室采用小型格室尺寸为：高度为5cm，网格为20cm×20cm，模型比例为l：20，压实度为93，填筑为最底下～层为5am土工格室，然后填筑10cm低液限粉粘土，再铺设5cm厚土工格室，再填筑10cm低液限粉粘土，上面再铺设5cm后土工格室，最后填筑20cm后低液限粉粘土。图2．15土工格室铺设图试验数据如下：图2．16TDR测试图n第二章低液限粉枯十路基填料改良措施表2．15土工格室改良模型试验含水量土工格室改良模型试验含水量时1号管2号管3号管4号管、5号管间距项面距顶面35cm15cm35cm15cm35cm15cm35cm15cm014．80％14．30％14．70％14．10％14．00％13．90％14．50％13．10％1小15．00％14．80％14．70％14．30％14．00％14．10％14．50％13．20％13．10％时2小15．00％14．90％14．80％14．50％14．20％14。40％14．50％13．20％13．10％时3小15．10％15．00％14．80％14．20％14．70％14．60％13．30％13．20％时图2．17土工格室加筋改良模型离注水处距离与含水量变化量由数据分析：低液限粉粘土通过土工格室加筋分层铺设后，底部在3小时后含水量才出现变化，3小时后在上部距顶面15cm处离注水处比较近的l号管TDR管含水量从14．3％增加到15％含水量增加了5％左右，2号管从14．1％增加到14．8％含水量增加了5％左右，3号管从13．9％增加到14．6％也增加了5％左右。离注水处比较远的4、5号管变化慢且小。由此判定水平渗流速度大概为这点与砂砾改良，水泥改良基本一致。2．6小结通过上述／『乙种改良方案可以得到以下结论：1．砂砾改良土，砾类土与粉粘土掺配比例由3：7到5：5，其CBR值从26．2增大到94．7，增加了3倍多，抗压回弹模量从5．8kPa增大到78．3kPa增大了近13倍，无侧限抗压强n长安大学硕上学位论文度从62．6kPa增大到407．8kPa增大了6倍多，路用性能得到大大提高，且符合路用性能标准。．2．水泥改良土水泥含量从2％到5％，其CBR值从42．2增加到71．8增大了1．5倍；抗压回弹模量从650kPa增加到860kPa增加了30％左右；无侧限抗压强度从907．6kPa增／Juno1551．8kPa增加了1．5倍，可见其路用指标都有较大增强，且符合路用性能要求。3．土工格室加筋土地基承载力从70kPa增加到202～255kPa增加了近3倍，路用性能得到较大提高。n第三章低液限粉粘土路基施工工艺公路路基是在原地面上通过挖、填、压实、砌筑而修成的线形构造物。它多由自然土(石)填、挖而成。在使用的过程中，路基一方面承受由路面传递而来的行车荷载的反复作用，另一方面要抵御风吹日晒、雨水冲刷、波浪侵袭等各种各样自然因素的影响。一条公路的使用品质不仅与公路等级的平纵线形以及路面质量有关，同时也与路基的品质有重要关系。因此，公路路基要求具有足够的强度和整体稳定性及良好的水一温稳定性和耐久性。为了实现这一目标，除了要求合理的设计外，还必须要通过精心的施工来达到f261。公路路基现场施工技术需要很强的实践性，并且涉及面广，交叉学科多，虽然在构成路基工程的土石方工程、排水工程、防护与加固工程所需的施工技术有着本质的差异，但是各部分又是相互协调、统一的整体。公路路基施工分别以批准的实际文件和施工技术规范、标准为依据的，并以工程质量为中心，有组织、有计划地将设计图纸转化为工程实体的建筑活动。3．1砂砾掺配施工工艺3．1．1试验段概况试验段为K11十900一K12，长度为100m，掺配填料分别为K4+250处挖方段的低液限粉粘土与K8+500处料场的砾类土。经现场检测和试验，各项指标包括压实度、平整度、纵段高程、宽度、厚度、横坡均满足技术规范要求。表3,1颗粒分析试验颗粒分析试验筛前总土质量=5009小于2mm土取样质量=5009小于2mm土质量=5009粗筛分析细筛分析孔径各种筛土筛出质量占％孔径11211累积留筛土小于孔径小于孔径占nlnl质量(g)(g)质量(g)总质量％2O50010060l2．57497．4399．540O．5lO．99489．0197．8200．2529．06470．9494．2100．074189．64310．3662．15O500100％底499．3920500100％n长安大学硕士学位论文表3．2液塑限联合试验记录液塑限联合试验记录次数1’23项目hl4．81219．8入土深度ililnh24．612．120．1平均值4．71219．9盒号G5G8G12G7G1G4盒的质量(g)61．0860．3458．5954．6559．8259．87盒+湿土质量(g)98．7598．5497．0296．29101．57102．62盒+干土质量(g)92．792．3889．4588．192．5993．37含水质量(g)6．056．167．578．198．989．25干土质量(g)31．6232．0430．8633．4532．7733．5个别值19．119．224．527．427．6含水量％平均值19．224．527．5试验结果液限=27．8塑限=18．6塑性指数=9．2深度4．71219．9含水量％19．224．527．53．1．2主要施工机械CAT320挖掘机一台，ZL50LX装载机一台，ZL50E装载机一台，PYl80平地机一台，YZl85C18吨压路机两台，自卸车8辆，缺口耙一架，牵引翻转犁和缺口耙的拖拉机一台。3．1．3施工方法1、施工前的准备在填筑开始前必须要有合理的施工准备期。而且施工准备工作应该有计划、有步骤、分阶段地贯穿于整个工程项目的施工过程中。随着工程的进展，在各个分部、分项、工序施工之前，都要做好施工准备。准备工作的基本任务是根据建设工程特点、进度要求、n第三章低液限粉粘十路基施工工艺施工的客观条件，合理安排施工力量，从技术、物质、人力和组织等方面为施工创造一切必要条件。①设计文件的审核：施工前还要仔细对设计文件进行审查核对，并根据压实机械和路堤不同部位的压实标准来确定松铺厚度、碾压遍数等，从而来确定路基填筑压实等施工工艺参数，并可以验证和优化施工方案。②材料的检查：在施工之前对填筑低液限粉粘土和砾类土进行含水量、液限、塑性指数等检测，看有无明显变化，确保符合填配要求。③底基层的验收：施工前要确保底基层高程、密度、压实度、平整度等合格达到规范标准。然后再使用测量仪器进行线路的复测，其中包括中线、导线的复测，还有水准点的复测与加密，横断面的测量与绘制等。2、施工阶段(1)场地清理复查设计坐标，重新放线，设置地界桩，并清除一些杂物。(2)分层填筑试验段施工采用机械配合作业分层填筑的方式，挖掘机装土方，自卸车运输，装载机配合平地机整平，装载机粗平，平地机精平，翻转犁翻拌，缺口耙掺拌，洒水车洒水，压路机碾压。根据翻转犁的有效工作深度40cm，圆耙有效工作深度可达25cm，低液限粉粘土和砾类土掺配后的松铺厚度控制在30cm之内，填筑的时候严格控制松铺厚度，每层松铺厚度不大于30cm，压实度、平整度、纵段高程、宽度、厚度、横坡均要满足设计要求。填筑时先用自卸车将低液限粉粘土运输至现场，然后松铺18cm左右，洒水整平，然后再松铺12cm砾类土，洒水整平。再用拖拉机牵引翻转犁，翻转3遍后，使低液限粉粘土和砾类土充分拌合，最后用平地机整平。(3)碾压碾压之前要确保混合料的含水量、均匀性、表面平整度等基本满足设计要求。然后采用振动压路机进行碾压。为了达到较好的碾压效果，93区碾压采用静压1遍．÷弱振2遍_强振2遍_静压l遍，重复2遍即可达到93区的压实要求。95区采用静压l遍叶弱振2遍_强振3遍一静压1遍，重复2遍即可达到压实度要求。压实后如需要，再用平地机刮平。32n长安大学硕士学位论文图3．1现场施工图3．2现场施工3．施工注意事项：(1)松铺厚度要控制在30cm以内，因为翻转犁的有效深度为40cm不能太大(2)掺配改良土的含水量要控制在最佳含水量的4-1％。(3)在碾压时应注意：压路机不得在已经完成的路段碾压，也不能在碾压时“掉头”、急刹车；还应做到“五保证、四不压”的原则，五保证即：保证及时碾压、保证压够遍数保证不漏压、保证压到边、保证压到结合部；四不压即铺土超厚不压、含水量过大过小不压、土料有杂质不压、表面不平整不压。3、质量检查n第三章低液限粉粘土路基施工工艺在施工进行时要严格控制掺配土的压实度、填筑厚度、平整度等一系列指标，确保工程符合设计要求。质量检验要跟着分层填筑过程，逐层进行检验，经检测不合格的，要进行补救，严重的要返工。合格后才能进行下一步骤。质量检验项目如下：表3．3质量检验项目检测项目频率．质量标准备注发现异常随时进行试改良土最佳含水量拌合后及碾压前进行含水量验士l-2％试验压实度每2000m。检测8点符合设计标准用灌砂法平整度每200m2测4处符合设计要求挂线进行测量拌合、摊铺过程中进均匀性随时目测无过多砾石堆积现象行4、使用该方案施工的优点及效果l、质量有保证、施工方便低液限粉粘土中掺配砾类土，就是利用砾类土的骨架作用降低低液限粉粘土填筑路堤的工后沉降，从而提高工程质量。低液限粉粘土作为路基填料在施工时受含水量的影响大，一般大多采用料场闷料或现场闷料，不但时间长且含水量不易控制，不易压实。经填筑试验段证明在其表面加上砾类土后，易于洒水，且水分易于渗透到填料中，再经翻拌、耙平等工序后压实等路基填筑控制指标易于达到设计和规范要求，给建筑方带来路基填筑后的质量保证：低液限粉粘土与砾类土掺配后易于压实，为施工方带来了方便，可以达到提高压实机具工作效能的作用。2、节约时间、功效提高粉粘土试验段和砾类土与粉粘土掺配试验段使用时间比较：表3．4使用时间对比时间(小时)低液限粉粘土砾类土掺配改良土闷料时间240上料时间35补水时间2翻拌、耙平时间O3补水时间23碾压时间53合计3616上表中统计的时间仅仅是粉粘土试验段和砾类土与粉粘土掺配试验段使用时间上的比较，单就粉粘土填筑时间而言，因其受含水量的影响大，在施工中经常出现：34n长安大学硕士学位论文①当含水量不足时，填料松散，压路机无法碾压成型，不能充分发挥其压实机具的工效，有时越压越散，需将填料翻开，继续洒水闷料，所延长的时间无法估计，有时甚至3—5天才能完成一层填料达到设计和规范要求。而且继续填筑时稍不及时，下承层会因水分的散失，再加上下道工序施工机械的振动，很容易被破坏：②当含水量超标时，出现大面积的“弹簧"现象。而将填料翻开进行晾晒，待含水量满足要求时才能进行碾压，这样往往需要长时间的等待，有时甚至也要达到3—5天才能填筑一层路基填料的现象。而掺配砾类土后，上诉两种缺陷将得到明显的改善，受含水量的影响相对较小，即使出现需要闷料时也因砾类土的存在而使水分易于渗透到填料中去。通过试验段的实施结果，已充分体现了掺配施工的优越性，可以节约时间，提高压实机具的压实工效。3．2水泥改良土的施工工艺3．2．1试验段概况试验段为桩号为辅道k11+378．8分离式立交k0+100至k0+200处，长度为100m，掺配填料为K4+250处挖方段的低液限粉粘土。经现场检测和试验，各项指标包括压实度、平整度、纵段高程、宽度、厚度、横坡均满足技术规范要求。水泥采用强度比较高标号为42．5R的水泥进行施工，施工采用水泥改良土层与低液限粉粘土层分层“夹心"模式。水泥改良土在距路面2米和3米处各填筑一层，每次厚度不得小于30cm。3．2．2主要施工机械CAT320挖掘机一台，ZL50LX装载机一台，ZL50E装载机一台，PYl80平地机一台，YZl85C18吨压路机两台，自卸车4辆，缺口耙一架，牵引翻转犁和缺口耙的拖拉机一台3．2．3施工方法水泥的改良土施工采用“三阶段、四区段、八流程“的施工方法进行施工。考虑水n第三章低液限粉粘土路基施-T工艺泥的特性，施工期的气温要在5。C以上，从而确保施工的有序化和标准化，充分利用和发挥机械设备的效率。三阶段是指大量施工之前的准备，进行大量施工和施工作业后的整修这三个阶段。四区段是指填土、平整、碾压、检测四个区段。八流程是指施工前的准备一基底的处理一分层填筑一摊铺整平一机械碾压一检验签证一路面整形一边坡整修【271。图3．3水泥改良施工流程图1．施工前准备①材料的检查：在施工之前对填筑低液限粉粘土进行含水量、液限、塑性指数等检测，看有无明显变化，确保符合填配要求。再对水泥进行检测看水泥是否发生硬化等不良现象。②设计文件的审核：施工前还要仔细对设计文件进行审查核对，并根据压实机械和路堤不同部位的压实标准来确定松铺厚度、碾压遍数等，从而来确定路基填筑压实等施工工艺参数，并可以验证和优化施工方案。n长安大学硕士学位论文③底基层的验收：施工前要确保底基层高程、密度、压实度、平整度等合格达到规范标准。然后再使用测量仪器进行线路的复测，其中包括中线、导线的复测，还有水准点的复测与加密，横断面的测量与绘制等。2．施工阶段(1)场地清理复查设计坐标，重新放线，设置地界桩，并清除一些杂物。(2)分层填筑在施工时，采用自卸车运料，推土机和平地机整平，翻转犁拌合，压路机碾压机械化施工。①每层改良土松铺总厚度在25cm．30cm之间，先用自卸车将低液限粉粘土运到场地，松铺28cm，然后利用推土机、平地机进行整平。然后人工将水泥洒在低液限粉粘土上，厚度在2cm左右。②利用拖拉机牵引翻转犁现场进行拌合，拌合的要求拌合料的颜色要一致，无灰团、灰条、花面现象。然后洒水车进行洒水，再拌合。使含水量达到规定要求。然后利用平地机进行整平。整平的时候先平地机由两侧向路中心线刮平，进行1．2快速遍粗平，以暴露潜在不平整区域，必要时可以增加填料。接缝处的整平要必须顺适平整，然后才能用压路机进行碾压。(3)碾压夯实在拌合后的混合料含灰度、均匀度及路基表面整平度等满足要求时，即可以采用振动压路机碾压、振动。压实要按照先两侧后中间、先慢压后快压、先轻压后振动的原则来进行。碾压时应重叠1／2的轮宽，碾压先静压l遍一振动压l遍一最后再静压l遍。一般碾压6．8遍即可满足需要压实度。在各区段交接处，应相互重叠压实，纵向搭接长度应大于等于2米，沿线路纵向行与行之间轮迹重叠应大于等于40厘米，上下两层填筑接头错开大于大于3米。从拌合到碾压结束的时间应控制在小于水泥初凝的时间，碾压时，表面要保持湿润，改良土含水量应高于最佳含水量1-2％以防止出现松散起皮的现象。碾压完成后用平地机再次进行整平，使其纵向顺适，从而达到设计要求。在碾压时应注意：压路机不得在已经完成的路段碾压，也不能在碾压时“掉头’’、急刹车；还应做到“五保证、四不压"的原则，五保证即：保证及时碾压、保证压够遍数保证不漏压、保证压到边、保证压到结合部；四不压即铺土超厚不压、含水量过大过小不压、土料有杂质不压、表面不平整不压。37n第三章低液限粉粘七路基施工工艺(4)维护、养生：养生是在水泥改良土施工不能连续进行的时候才考虑，施工如果能够连续进行则不考虑。养生时间应大于7天，养生期间要保证勿使水泥改良土忽干忽湿，还要严格控制交通，除洒水车外的车严禁通行。另外本试验采用“夹心’’模式处理，还要注意进行边坡处的包边保护，保护厚度不得小于30cm。32．4质量检验在施工进行时要严格控制改良土压实度、填筑厚度、含灰率、平整度等一系列指标，确保工程符合设计要求。质量检验要跟着分层填筑过程，逐层进行检验，经检测不合格的，要进行补救，严重的要返工。合格后才能进行下一步骤。表3．5水泥改良土检测的项目、频率和质量标准检测项目频率质量标准备注改良土最佳含水量±拌合后及碾压前进行含水量发现异常随时进行试验l一2％试验无灰团、灰条、花面现拌合、摊铺过程中进均匀性随时目测象行压实度每2000盯检测8点符合设计标准用灌砂法95％概率的上波动界限在路床顶面碾压完成弯沉值每车道40—50个检测点薹计算容许值后检测抗压强度2000m3一组试件符合设计要求整平过程中随机取样承载比土质变化时进行不小于规定数值在试验段进行含灰度每层100Ill三个样品不小于设计值的1％用EDTA滴定法试验3．使用该方案的优点及缺点近年来水泥改良土技术在路基工程中得到广泛使用，主要是水泥改良土它有较好的水稳定性，有较高的力学性能能够满足绝大多数路基工程设计要求，而且水泥改良土能够适用于各种气候、水文地质条件，同时也适用于各种不同的土质。同时改良土的施工比较简单，它可以就地在现场拌合，也可以在拌合站拌合后再运输至施工现场。它的施工能够充分利用机械化施工，大大提高施工进度，同时也能保证质量。它的缺点是价格成本比较高，适用于部分特殊地基处理地区。3．3土工格室施工工艺3．3．1试验段概况试验段为桩号为辅道kl1+378．8分离式立交kO+100至kO+200处，长度为lOOm，38n长安大学硕士学位论文掺配填料为低液限粉粘土。土工格室铺设采用分层铺设，距路面2米和3米处各铺设一层。土工格室的铺设一般不在原路基表面上铺设，一般下面应有5era左右的砂垫层。3．3．2施工机械及人员ZL50LX装载机一台，ZL50E装载机一台，PYl80平地机一台，YZl85C18吨压路机两台，自卸车4辆，另外需要一些技术人员配合安装铺设土工格室。3．3．3施工方法l、施工前准备在施工之前要确保底基层的压实度、平整度、纵段高程、宽度、厚度、横坡均满足技术规范要求。然后再使用测量仪器进行线路的复测，其中包括中线、导线的复测，还有水准点的复测与加密，横断面的测量与绘制等。并清理场地，检测填料的含水量，使填料的含水量高于最优含水量1％左右。考虑土工格室的特性，应在铺设之前先填筑5cm左右的砂垫层，并压实、整平。2、施工阶段(1)填料的拌合运输填料是采用含有砂石的砾类土，天然砾类土无法达到设计要求的含水量，所以采用在料场进行掺水拌合后再由自卸车运输到施工现场。(2)土工格室的铺设土工格室铺设在砂垫层上，本试验采用高度为20cm的土工格室，首先将土工格室充分拉展开来，达到说明书规定的展开面积(500cmx440cm)，并使展开后的每个格室成菱形形状，并要将叠放时焊炬方向置于路堤横断面方向一致。然后用直径6mm的U形钢筋固定住。U形钢筋的高度应在55cm左右，确保将土工格室牢牢固定防止变形【2引。(3)摊铺、整平土工格室铺设固定好之后就可以用自卸车将填料运输并进行填料。由于运输车辆不能直接在土工格室上碾压，必须将填料堆放在格室一边，然后用装载机推填至格室里面，逐渐向前推行填充，松铺厚度在30cm，松铺系数选择1．2。填料过程中严禁自卸车直接开入土工格室上，这样会造成土工格室的损坏。待整个格室都填上填料后，然后用平地39n第二章低液限粉粘土路基施TT艺=机进行2遍粗平，然后细平一遍。图3．4现场格室铺设图(4)碾压平地机整平之后即可用振动压路机进行碾压，碾压时要按照先两侧后中间、先慢压后快压、先轻压后振动的原则来进行。先进行静压2遍_微振2遍_强振2遍_静压一遍，重复进行3—4遍即可满足设计压实度。碾压完成之后再用平地机刮平，使之满足设计平整度。3质量检测为了确保施工质量，充分发挥土二I：_=格室的作用，需要进行如下质量检测。表3．6质量检测项目及标准检测项目频率质莓标准备注含水鼙发现异常随时进行改良十最佳含水量拌合后及碾压前进行试验-t-1．2％试验压实度每2000m2检测8点符合设计标准JfJ灌砂法平挚度每200m2测4处符合设计要求挂线进行测量格室的横纵向连接抽奄2％符合设计要求主要看安装情况格室张开面积抽查10％说明书面积用钢尺测量即可n长安大学硕：l二学位论文3．3．4该改良方案的优点土工格室改良路基随着加筋土技术的不断发展，而得到广泛的应用，主要是由于土工格室它具有优良的工程特性，还有低廉的造价，同时它适用于各种不同土质改良。土工格室改良主要是通过格室对土体的侧向约束力，以及它的网兜效应作用、摩擦作用，从而大大改善低液限粉粘土的地基承载力，降低工后沉降及不均匀沉降。施工时能够大量使用机械，便于机械化施工，从而有效缩短工期。3．4小结从上述三种施工工艺可以得到以下结论：(1)砂砾与低液限粉粘土的掺配施工时，采用了翻转犁与带缺口耙拖拉机进行现场拌合的方法，另外砂砾的改良也解决了低液限粉粘土不易压实的缺点，压实的压实工采用静压1遍_弱振2遍_强振2遍．÷静压1遍重复2遍即可满足压实度，这些大大提高了施工的效率，从而缩短工期。(2)水泥改良低液限粉粘土是采用“夹心"分层式填筑方法，施工时也采用翻转犁与带缺口耙拖拉机现场进行拌合的方法；压实工采用先进行碾压先静压1遍一振动压l遍一最后再静压1遍。一般碾压6．8遍即可满足需要压实度。(3)土工格室加筋改良采用分层铺设土工格室的方法，施工时利用装载机与推土机联合将填料填入土工格室内，压实工采用先进行静压2遍一微振2遍一强振2遍_静压一遍，重复进行3-4遍即可满足设计压实度。41n第阴章施工效果评价4．1概述第四章施工效果评价低液限粉粘土是一种介于无粘性土与粘性土间的、力学性质差异较大的土类，在新疆普遍存在。低液限粉粘土的液限低，塑性指数小，CBR值及强度低，水稳定性差，在基础施工中压实相当困难。如果处治方式不合理、机械设备不配套及施工技术措施不当，基础压实度和强度很难满足要求。低液限粉粘土含水量较低时虽稍有粘结性，但易被压碎，土中的水分较其它细粒土易于蒸发和下渗，压实的土层表面往往因失水而压实度降低。低液限粉粘土的毛细水上升高度较大，在季节性冰冻地区更容易使基础产生水分集聚，造成严重的冬季冻胀、春季翻浆。低液限粉粘土的塑性指数小、易于失水和不易压实，是公路工程界长期期待解决的技术难题之一。清水河～伊宁高速公路全线存在大量的低液限粉粘土地基，通过采用砂砾掺配、水泥改良、使用土工格室进行加筋的方法对路基进行改良处理，并通过一系列试验如击实试验、抗压回弹模量试验、无侧限抗压试验等试验对改良方案进行优选、验证。为了找出适合新疆气候特征、土质特性、环境特点、经济合理的高等级公路低液限粉粘土基础修筑技术，采用使用在路基中埋设沉降杯进行沉降观测。本试验的目标是：①将通过拟通过本次试验，观测试验路基在施工过程中以及施工完毕后的沉降量，以便分析其随时间的发展变化。②通过现场试验所获试验观测数据对室内试验测得的解析解予以修正。③验证新疆粉粘土改良加固后对路基的加固效果，找出新疆粉粘土改良加固的合理的施工工艺。4．2现场实施方案通过查询G218线清～伊高速的地质勘察报告和现场调研，确定选取的典型的路段K1I+960和K11+980两断面处进行现场试验。此试验段路基处理方法为掺配砂砾的处理方法，砾类土与低液限粉粘土的掺配比例为5：5。在桩号K11+998．71～K12+105．29区间是一座跨河桥，此处为高约10m的高填方地段，路基施工压实度93％。地基处钻探资料如下：①地基表面标高为650．30m，从地表至649．2m，厚度为1．1m，此层为低液限粉粘土，土为黄色，稍湿、稍密，容许承载力o-=140kPa，极限摩阻力为50kPa。42n长安大学硕士学位论文②从标高649．2～643．3厚度为5．9米，此层为砂砾层，多为圆砾，颜色灰色，中密，母岩主要为花岗岩及少量石灰岩，平均粒径在12．7～19。9mm，充填物为中砂。容许承载力o=500kPa，极限摩阻力为150kPa。③从标高643．3～641．7厚度为1．6m，此层为低液限粉粘土：土黄色，湿并且密实性较大，容许承载力o-=250kPa，极限摩阻力为70kPa。④从标高641．7～638．1厚度为3．6米，此层多为圆砾：砾石为灰色，中密，容许承载力o-=500kPa，极限摩阻力为150kPa。⑤从标高638．1-4536．9厚度为1．2米，此层为低液限粘土：颜色为土黄色，塑性范围在软塑～硬塑之间，容许承载力tr=180kPa，极限摩阻力为60kPa。⑥从标高636．9-634．9厚度为2米，此层为圆砾层，圆砾颜色为灰色，密实度为中密，容许承载力o=500kPa，极限摩阻力为150kPa。⑦从标高634．9-632．6厚度为2．3米，此层低液限粘土，颜色土黄色，塑性为软塑～硬塑，容许承载力o'=180kPa，极限摩阻力为60kPa。⑧此标高632．6-623．6厚度为9米，此层为圆砾层，颜色为灰色，非常潮湿，母岩主要为花岗岩及少量石灰岩，平均粒径在10．9~14．7mm，充填物主要为中砂，密室，容许承载力o-=600kPa，极限摩阻力为160kPa。⑨从标高623．6--622．3厚度1．3米，此层为砾砂：灰色，并且密实，容许承载力o=500kPa，极限摩阻力为120kPa。4．2．1试验仪器及试验原理本试验采用在路堤中不同地点埋设沉降仪器的方法在进行路基沉降观测。沉降仪器为沉降杯、PVC管、刻度尺等。仪器的原理是在沉降杯中灌入水，然后通过PVC管引至观测井处，然后进行观测，这是利用连通器的原理，通过观测引出PVC管的下降高度来测量路基的沉降量。4．2．2仪器埋设方法(1)选取K11+960和K11+980两断面进行沉降杯埋设，每个断面埋设沉降杯两层，埋设形式如图，这样埋设主要是测地基沉降和路堤分层沉降，最底下一层是测地基沉降，上面一层沉降杯是测两层沉降杯之间路堤沉降量，最后经过表面测沉降法测出整体沉降。43n第四章施工效果评价图4．1沉降杯布置图(2)将路基范围内原地面的淤泥、杂草、植物根茎等进行清理，对现场进行整平、压实等地表处理，由施工单位进行。(3)地表处理完毕后，由施工单位配合进行沉降杯埋设。施工单位需提供民工4“人及相应工具，用以挖掘沉降杯安设孔和埋设进水管、排水管以及排气管的埋设沟。安设孔大小要求刚好大于沉降杯一点，且底面平整；埋设沟沟底要求低于安设孔底面约20cm，并且整个断面要具有一定的横坡(1％)，方便排水管中的水排出。(4)沉降杯布设完毕后，对埋设沟和安设孔进行回填。(5)在路基边坡外设置观测井，用以对路基沉降进行观测。需施工单位安排人员砌设观测井，同时要在路基范围外砌设校正井，以便随时对观测井进行校正。(6)在第一层埋设完毕后，路基进行填方施工，填料按照天然砾类土：粉粘土=5：5的比例进行掺配。待填筑到距第一层2米左右处，进行第二层沉降杯埋设，其埋设方法与第一层相同，而后继续进行路基填筑，直至施工完毕。(7)沉降杯观测在埋设后第一个月采用2天为一个周期进行观测，第二个月采用4天为一个周期进行观测，而后采用7天为一个周期进行观测，预计观测时间为一年，以后如有需要也可继续进行观测。(8)待路面施工完毕后，采用标高法在路面顶布点测其标高，对路基、路面整体进行沉降观测，其观测频率可与沉降杯观测同时进行。n长安大学硕士学位论文原地表放线’土I路基清表处理，压实，整平I土埋设第一层沉降杯1r路基填筑至第一层沉降杯3米左右上埋设第二层沉降杯Jr路基填筑直至路面项面’r在路面布设标高观测点上数据采集上数据整理图4．2沉降杯埋设流程图4．2．3观测周期路基的沉降一般分为施工期沉降和工后沉降。施工期的沉降主要是由于路基填土形成荷载，还有施工机械的荷载作用，这些荷载向下传递，传递给地基，造成地基内部产生应力和变形，从而导致下沉，这期间沉降比较大而且快。工后沉降是由于路基在路道路堤自身的重量和路面荷载的作用下产生的沉降，并且在道路通车后还会增加一些沉降，这些沉降一般都比较小。所以施工期观测要频繁一点，而施工完成后可降低观测频率。施工阶段一般又分为填筑期、预压期、路面施工期三个阶段。对于施工阶段观测的周期一般根据其加载和变形情况而确定。填筑期：由于施工机械，加上荷载逐渐加大，沉降会比较快，一般情况每填筑一层就观测一次或者刚埋设沉降杯的第一个月内每2天45n第四章施工效果评价观测一次，埋设后的第二个月采用4天观测一次。预压期：根据地基稳定情况，一般在埋设后的第三个月开始实施每7天观测一次。路面施工期：路面每填筑一层就必须观测一次，测量的周期不是一成不变的，遇到特殊情况和异动，适时进行观测‘291。4．2．4沉降观测控制指标和精度高速公路路基沉降量的变化比较复杂，它与设计沉降量、地质条件、地基处理方式、填土高度等因素有密切关系。再就是在压载过程中沉降的测量，仪器的扰动，人员车辆的动载以及在测量过程中测量人员的误差等因素都对监测试验的结果有一定的影响。沉降量的测量精度要根据施工阶段分阶段确定测量等级。在填筑期，填土量比较大，沉降速率应不大于1．0cm／d，预压期沉降速率控制在连续2个月不大于5mm／月，在面层施工期控制在连续2个月沉降不大于3mm／月。4．3沉降结果分析(1)沉降观测数据沉降是衡量路堤工作安全性和稳定性的一项重要指标，基本上所有的路堤观测都包含沉降观测的内容，高速公路的平整度是衡量一条高速公路建设质量的重要因素，而路堤沉降量及其差异性是影响路面平整度的重要原因，因此建设过程中对沉降量大小和不均匀性应加以控制。借助于埋设在坡边的临时水准点，可以精确测出坡面的变形，通过贯穿于路堤内的沉降杯，又可以得出横断面内各个位置相对于坡面基准点的高程变化，可以得到某一时刻路堤的沉降形态以及沉降随时间的演变规律。①沉降杯观测数据选取K11+960和K11+980两个路堤断面进行沉降杯埋设并观测。由于数据比较多，只列出kl1+960处的数据如下：n长安大学硕士学位论文表4．1K1l+960处下层各沉降杯累计沉降量K11+960处下层各沉降杯累计沉降量(cm)累计观测日期l23456789天数6月l1日O0O0O6月16日5O．1O．30．50．6O．70．6O．50．40．16月21日1000．81．21．51．71．51．1O．906月26日15-0．11．11．61．92．21．91．51．1-0．17月1日2001．31．92．32．62．31．81．307月6日250．11．42．12．62．92．72．11．50．17月11日3001．62．42．93．32．92．41．7O7月16日35-o．11．72．73．23．63．32．71．8．0．17月20日40O1．92．83．33．93．42．9207月25日45O．11．92．93．543．6320．17月29日500．2233．64．13．63．12．10．28月5日55O．223．13．74．23．73．22．1O．28月12日620．32．13．13．74．33．83．22．20．38月16日66O．32．13．13．74．33．83．22．2O．38月23日73O．32．13．23．84．43．93-32．20．38月30日80O．32．13。23．84．43．93．32．2O．39月6日87O．32．23．33．94．543．42．30．39月13日940．32．23．33．94．543．42．30．39月20日101O．32．23．344．64．13．42．3O．49月27日108O．32．23．444．64．13．52．3O．4lO月7日1130．32．23．444．64．13．52．30．4lO月14日120O．32．33．44．14．74．23．52．4O．410月21日127O-32．33．44．14．74．23．52．4O．410月28日1340．32．33．54．14．74．23．62．4O．411月4日14l0．32．33．54．14．74．23．62．40．411月18日155O．32．33．54．24．84．33．62．40．4l1月28日165O．32．33．54．24．84．33．62．40．447n第pq章施T效果评价图4．3k11+960下层各沉降杯沉降量与时间曲线图4．4K11+960下断面各桩号沉降量n长安大学硕士学位论文表4．2k11+960上层各沉降杯沉降量kl1+960上层各沉降杯总沉降量(cm)测量日期累计天数l2345677月11日0O0O07月20日10．0．62．83．13．53．22．7．0．57月29日20—0．33．84．24．84．43．7-0．38月5日27-0．155．46．25．64．8．o．18月12日340．15．86．47．36．65．7O8月16日38_o．16．36．97．97．26．20．18月23日450．26．67．28．27．56．40．28月30日52O．46．87．58．57．76．60．39月6日59O．57．17．88．98．170．39月13日660．57．389．18．37．10．49月20日730．67．48．19．28．47．20．49月27日80O．37．48．29．38．57．30．410月4日870．27．48．29．38．57．30．510月7日900．27．48．29．38．57．30．510月14日970．37．58．29．48．67．4O．5lO月21日1040．37．58．29．48．67．40．5lO月28日11l0．37．58．29．48．67．4O．6l1月4日1180．47．58．29．48．67．40．611月18日132O．47．58．29．48．67．4O．611月28日142O．47．58．29．48．67．4O．6图4．5k11+960处上层各沉降杯沉降量与时间曲线图49n第四章施工效果评价图4．6K11+960上层各沉降杯沉降总量曲线图②表面测沉降法数据清～伊高速公路主线K11+960～K11+980之间采用标高法在路面顶布点测其标高，对路基、路面整体进行沉降观测，在双向车道上分别取10"10的方格，一米一个点，121个点进行测量标高。在通过10月31日和12月14日的观察数据表明在这45天内的表面沉降数据如表伊宁清水河图4．5表面测沉降法测点布置图50n长安大学硕士学位论文表4．3左侧各点沉降量左侧各点沉降量(ram)O3232l3232l23232l0l3132l302323l23l23O1lO·13l321l3l2l23lO2l2l1l312lOl3l32O1232l2302l231l12．沉降监控试验分析由各沉降杯沉降量与时间曲线可以看出，经过砂砾掺配改良后的低液限粉粘土在100天左右就基本达到稳定。路堤的沉降量由中心线向坡脚处，沉降量逐渐减小，KII--I-960下层中线处沉降量为4．8cm，坡脚处沉降0．4cm，K11+960上层中线处沉降为9．4cm，坡脚处沉降0．4cm，由图看出坡脚脚处刚开始还稍微隆起，但隆起量不大，说明地基以垂直沉降为主，水平向变形很小，直至地基稳定。沉降速率刚埋设仪器后10天的施工期速率比较大，然后速率逐渐变小，说明变形逐渐变小，并趋于稳定。在通过lO月31日和12月14日的观察数据表明在这45天内的表面沉降均小于3mm，根据规范可知沉降速率小于3mm／月，则说明沉降基本稳定。n第五章结论与建议1．主要结论本文依托新疆清伊高速公路工程，对低液限粉粘土路基进行掺配砂砾、水泥改良、土工格室加筋等处理方法的施工工艺进行了系统的研究。结合室内试验及沉降观测得到以下结论：(1)砂砾改良掺配砾类土含量由30％～50％，改良土的改良土的无侧限抗压、抗压回弹模量、CBR值都随之增大，且符合路用性能指标；水泥改良低液限粉粘土，水泥含量由2‰5％，改良土的无侧限抗压、抗压回弹模量、CBR都随水泥含量的增加而增大，也符合路用性能指标；土工格室加筋土改良后地基承载力也得到较大提高。(2)各种改良土的水分迁移特征：由试验可以得到，砂砾掺配、水泥改良、土工格室加筋改良土模型的水分迁移以水平方向较快，竖直方向较慢，且水平方向渗透速率比竖直方向大。(3)砂砾与低液限粉粘土的掺配施工时，采用了翻转犁与带缺口耙拖拉机进行现场拌合的方法，另外砂砾的改良也解决了低液限粉粘土不易压实的缺点，压实的压实工采用静压l遍-÷弱振2遍_强振2遍_静压l遍重复2遍即可满足压实度；水泥改良低液限粉粘土是采用“夹心”分层式填筑方法，施工时也采用翻转犁与带缺口耙拖拉机现场进行拌合的方法；压实工采用先进行碾压先静压l遍一振动压1遍一最后再静压1遍。一般碾压6．8遍即可满足需要压实度；土工格室加筋改良采用分层铺设土工格室的方法，施工时利用装载机与推土机联合将填料填入土工格室内，压实工采用先进行静压2遍一微振2遍_强振2遍_静压一遍，重复进行3．4遍即可满足设计压实度。2．进一步研究建议本文主要研究了低液限粉粘土的砂砾掺配改良、水泥掺配改良、土工格室加筋的改良方案及施工工艺，建议：(1)采用石灰、粉煤灰掺配改良方法或者这几种改良方案搭配使用的改良方法并研究其改良效果、施工工艺等。(2)结合有限元软件进行仿真分析和一些理论计算等方法来改良方案进行对比验证。52n长安大学硕士学位论文参考文献[11钱家欢，殷宗泽，土工原理与计算[M]．北京：中国水利水电出版社，1996：[2]贺国佑，刘锋民．新疆地区路基回弹模量E0研究[J]．中外公路，2008(4)：58-61[3]武建民，陈忠达．黄土路基CBR值试验方研究[J]．公路工程与运输，2005，138(2)：125—127[4]张俊．对含砂低液限粘土(CLS)最大干密度问题的探索[J]．中南公路工程，1999，24(2)：9-11[5]汪春桃．淮江高速公路高含粉粒低液限粘土路用性能分析评价[J]．江苏交通工程，1999，9(2)：[6]申爱琴，郑南翔，苏毅等．含砂低液限粉粘土填筑路基压实机理及施工技术研究[J]．中国公路学报，2000，13(4)：12-15[7]孙丽杰．高等级公路高含水量低液限粉粘土路基施工[J]．铁道标准设计，2000，20(6)：100-101[8]魏五洲等．粉粘土地区公路基层结构设计研究[J]．河南交通科技，2000，20(3)：22-24[9]陈小桐等．稳定低液限粉粘土路面底基层的施工研究[J]．东南大学学报，2001，31(3)：7—10[10]曹卫东．低液限粉粘土填筑路基压实性能的研究[D]．济南：山东大学，2002：21-35[11]王哲粉质枯土动力特性的试验研究[D]．北京：北方交通大学，2002：26—31[12]肖俊华，薛守义等．低液限粘土的承载力分析，山东建筑工程学院学报[J]，2003，18(4)：11—14[133张波，丁建明，华夏．公路粉粘土路堤浸水稳定性研究[J]．交通标准化，2004，(12)：88—90[14]景学连．粉性土路基施工技术总结[J]．西部探矿工程，2005，(8)：152-154[15]孟光军．冲击压实在黄土区道路中的应用[J]．中国科技信息，2005，8(19)：135[16]贺国佑．刘锋民，新疆地区路基回弹模量E0研究[J]．中外公路，2008，9(4)：58-61[17]RivardPJGoodwinTEGeotechnicalcharacteristicsofco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