- 2022-04-26 发布 |
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文档介绍
全断面填砂路基施工技术研究
国内图书分类号：U416．04西南交通大学研究生学位论文全断面填砂路基施工技术研究年级二oo五级二00七年三月n西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractSandisthatfairlygoodfillinginofonekindbuildsroadbasematerial．Thegritmakinguseofariverisfilledbuildingroadbase，nowthatmaydredgearunway，carlstoptakingupcultivatedland，drawonlocalresources，reduc圮costofconstruction．Sandfillsbutinstrumentzhumaterialastheroadbed，existenceexchangesthesmoothcompactionnoeasytocollapse，doesthebaddefectofstabilityafterdehydration．ThebasisinthegeneralsituationintroducingaprojecthasbeenlistedinthemainIx)dyofabook’hassummedupthehomeandabroadroadbedfillingexcellentgritshortcomingandhaspointedoutthisprojectconstructiontechnologydifficultpoint．Forworkingouttheschemebeingunderconstructionrationally,mstoninquiry,haveanalysedgritphysicalpropertysuchassourccdistribution，gritsourcetrunkdensity，moisturecontent，havepointedouttheeffectthatthepersonstabilizestotheroadbedcompactionandthesideslope．Onbasisanalysinginthegritphysicalmechanicscharacter,havesuggestedthattestingtheschemeandcontent,building-upexperimentDuanhascarriedoutallexperimentonroadbedmilercompactionhandicraft，rollercompactionnumberoftimes，thebestmoisturecontentetc．，hasgotthefirsthanddata．Onthebasisworkingassaidornarratedabove，thecompactionandsideslopehavingworkedouttherationalconstructionscheme，thehandicraftbeingunderconstruction，havingresolvedamadbedstabilizeaproblem．Accordingtothisactualprojecteffect，schemeadoptedbythemainbodyofabOokhasreducedconstructioncosts，hasdecreasedbythelandoccupancy，hasshortenedatimelimitforaproject．haveconsiderableeconolIlic“；tumsandsocialbenefits，tohaveprovidedexperiencefortheroadbedisunderconstructioninthen西南交通大学硕士研究生学位论文第Ⅲ页daystocomewitIIthetype．KeyWords：FillingSandSubgraaeConstructionTechniqueStudyn西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章引言1．1工程背景乐温高速公路是国道主干线京福高速公路在南昌的东绕城高速公路。省会南昌市是全省政治、经济、科技、信息、教育、文化中心，长江经济带中游地区重要的中心城市。目前南昌已有较完善的公路、铁路、航空、水运体系，公路主要有南昌一九江高速公路、南昌—樟树高速公路、温家圳一厚田高速公路，以及320国道、105国道、南昌—万年二级公路等；铁路有浙赣铁路和京九铁路i水运有赣江三级航运：航空有昌北机场。但“水陆空”主要集中在北、西、南三个区域，东部交通相对滞后。为了完善南昌城市交通运输体系，形成南昌“二环十一射”的快速干道网，扩大城市经济总量，把南昌建设成为高科技、多功能、强辐射的区域经济中心城市，改善南昌东部交通的落后状况迫在眉睫。随着梨温高速公路、京福高速公路、昌万路、西河5万标箱集装箱码头，昌北民用国际机场等的建设或建成，乐温高速公路的作用将日益显现。它将促进南昌市的城市发展和基础设施建设，加强区域中心城市的辐射作用，特别是改善南昌市东部交通的落后状况起到关键作用。同时还可以缩短京福高速公路在江西境内的行程18．6公里。使国道主干线的运输成本大大降低。江西省乐温高速公路67％的路段为赣抚冲积平原，地势低洼，河网密布。由于沿线村庄较多，通道、桥梁分布密集，致使路基平均高度达到5米，路基填料数量需求达1190万立方米。但赣抚平原绝大部分为受严格保护的基本农田，土方来源十分困难。如全部采用就地农田取土。将要占用6372亩耕地，这些耕地相当于一个大行政村的全部用地，这意味着一个大行政村的全部农民将要改变生活来源方式。如到20公里以外远距离运土，将增加造价约3亿元。n西南交通大学硕士研究生学位论文第2页为解决土源的矛盾，建设单位、设计单位、施工单位在国内没有大规模填砂路基先例的情况下，大胆决策，精心试验，广泛求证，决定在赣江西支特大桥到架桥抚河特大桥地段之间全部采用赣江和抚河的河砂填筑，包边采用黏土，俗称“金包银”．设计取砂代土710万方，少占耕地3802亩。实际施工中，将包边土由3米改为0．3米。全线在赣江、抚河实际用砂1032万方，在原设计基础上减少占用耕地1724亩。共减少占地5526亩。乐温高速公路由此成为江西省第一次大规模填砂路堤的高速公路，填砂量之大在全国高速公路建设史上也算屈指可数。该工程的建设，对于增强南昌市的城市辐射功能，做大做强省会城市；提升南昌市城市交通综合水平，发挥南昌地区的公路、铁路、水运、航空综合运输体系的总体效益；完善国家公路网主骨架和区域公路网，继“天”字型高速公路之后构筑江西省“两纵四横一斜”高速公路主骨架，增强江西省公路网络功能；对于江西省加快建设“三个基地、一个后花园”，实施“对接长珠闽、融入全球化”的战略决策，促进全省经济社会持续快速协调全面发展，都具有十分重要的意义。1．2工程概况1．2．1工程概述乐化至温家圳高速公路是南昌市绕城高速公路的东段，也是江西省“十五”期间加快公路建设五年决战新建1000公里高速公路的新增项目之一。该工程起于新建县乐化镇昌北机场高速公路与昌九高速公路交汇处，途经南昌县南新乡、蒋巷镇、幽兰镇、武阳镇、塔城乡，高新区昌东镇、麻丘镇以及进贤县架桥镇、泉岭乡和温家圳，终于墨溪陈家枢纽互通立交，与沪瑞及京福相连；三跨赣江、两跨抚河、横跨瑶湖，6车道11个互通，全长71．6公里，设计行车时速100公里，工程总投资39亿元。n西南交通大学硕士研究生学位论文第3页作为国道主干线的一部分，按照双向六车道标准建设．乐温高速公路可以100％分流九江与赣东、赣东南方向(福建、上海)的来往车辆，缩短行车里程18．6公里；部分分流目前从南昌市区过境的车辆，缓解南昌市的交通压力。同时，它还兼有城市快速通道的功能，全线共设置了9处互通立交，平均每8公里l处，密度远高于以往每20一30公里一处的设计标准。根据国家有关部门的预测，到2010年我国汽车保有量将比目前翻一番。这对提高路网密度和通行能力提出了更高要求。乐温高速公路所增加的2个行车道，较已建成的四车道高速公路提高通行能力可达80％。1。2。2项目环境条件1．地形条件及水资源本项目所在的南昌市地处江西省中部偏北地区，赣江、抚河下游，鄱阳湖滨，西接九岭山脉，东南属赣中南山地丘陵，土地面积7402．36平方公里，占全省总面积的4。4％。区域内场地低矮平缓，平原，水塘众多，地表及地下水丰富．境内江河湖塘星罗棋布，以鄱阳湖为中心散布着军山湖、金溪湖、青岚湖、瑶湖等大小数百个湖泊，市区东北有艾溪湖、青山湖和贤士湖：城区有东、西、南、北四个风景湖。鄱阳湖北萦长江，西屏庐山，周围岗陵起伏，构成长江中游平原一部分，成为我国最大淡水湖，具有独特战略地位．烟波浩渺，碧波万倾，承纳了江西境内赣江、抚河、饶河，修河、信江五河之水，既是汇入长江总通道，又是长江水量调节器。(1)地表水资源丰富的地表水资源，为江西省的一大潜在优势．全省平均年降水深1600毫米，相应平均每年降水总量约2670亿立方米。河川多年平均径流总量1385亿立方米(根据全国水资源调查评价统一规定计算)，折合平均径流深828毫米，径流总量居全国第七位。按人口平均居全国第五位，按耕地平均居全国第六位。约相当全国亩均占有水量的二倍。n西南交通大学硕士研究生学位论文第4页各河系的年径流量赣江最大。接近黄河流域的年总水量。单位面积的产水量则信江最大，平均每平方公里的产水量达106．7万立方米：赣江最小，平均78．8万立方米左右．全省河川径流主要靠降水补给。故季节性交化很大。汛期河水暴涨，容易泛滥成灾：枯水期水量很小，又感水源不足。故具有夏季丰水、冬季桔水、春秋过渡的特点．由于径流的年内分配主要集中在4月至6月，这段时间降水集中，且多以暴雨形式出现，易造成洪涝灾害。(2)地下水资源地下水天然资源多年平均值为212亿立方米以上。年内分配为：丰水期123．8亿立方米，占全年的58％，多在4、5、6、7月间：平水期55．5亿立方米，占26％，多在3、8、9、10月间：枯水期34．1亿立方米，占16％，多在l、12、1，2月问。全省具有集中开采价值的地下水资源为68亿立方米／年。赣北富于赣南，赣西富于赣东。鄱阳湖平原最丰富，具集中供水意义的冲积层潜水可开采资源达31亿立方米／年：其次为袁水、锦江和泸水流域等。地下水以重碳酸盐淡水为主，水质优良，水量相对稳定，使用简便，不易污染．南昌是特别有适宜水文地质条件的城市，可以地下水作为生活用水的重要水源，而以地表水作为生产用水的主要水源。在满足生活用水前提下，全省平水年可集中开采的地下水源还有数十亿立方米，可用于工业方面。2．气候条件南昌地区气候湿润温和、雨量充沛、日照充足，无霜期长、冰冻期短。一年中，夏冬季长、春秋季短，冬冷夏热、秋爽春寒，春夏多雨、秋冬干燥．平均气温悬殊，春季平均气温17．5"C，夏季平均气温28．2℃，秋季平均气温20．9"C，冬季平均气温6．3℃。属中亚热带湿润季风型气候。主要气候特征：一、二月份气温最低，天气湿冷，降水开始增多，间有偏北大风，也是大雾经常出现的月份。重要天气：强冷空气、大风、大雾、冻雨。n西南交通大学硕士研究生学位论文第5页三月份暖湿空气开始活跃，冷暖空气常在上空对峙，因此，雨日较隆冬季节要多，形成强对流天气和低温阴雨天气．四月汛期开始，暴雨、大暴雨开始增多，连续的大雨和暴雨会形成桃花汛。重要天气：低温阴雨和强对流天气．五、六月份暴雨的强度范围和出现频率最大，并有时出现连续性过程，造成局部或区域性洪涝，其中强对流天气以雷雨大风为主．重要天气：暴雨、强对流、强雷电。七、八月份雨季已过，降雨开始明显减少，气温较高。九至十一月份，天气较好，雨量较少，时有大风．十二月份气温开始降低，但雨量仍较少，间有偏北大风，也是大雾经常出现的月份。1．2．3设计概况1．线路综述路基设计采用全填砂设计，上路床采用石灰改良土，填砂路堤基底设粘土下封层。主线路基为整体式断面，按双向六车道设计，路面宽度33．5米，路拱横坡2％，土路肩横坡4％，边坡率l：1．75，填砂路基平均高度4．5米．2．填砂路基设计方案路基设计方案如下：表卜1路基设计方案特征1、79c=厚路面下加设一层改良土，采用3％水泥土(或水泥稳定砂)，厚80cm．2、边坡率1：L75，坡面采用浆砌片石网格防护，中间喷草籽绿化。3、清表并基底碾压后．方可进行粘土下封层和砾石盲沟施工，粘土下封层形成方案3％向外的横向排水坡度。4、外侧设30cm厚的包边土。5、两侧边坡各设两排泄水管，间距2m，错位布置，管口包透水土工布，填高<5m不设泄水管，填高<8．5m设一层泄水管，填>8．5m设上下两层泄水管．n西南交通大学硕士研究生学位论文第6页图卜1填砂路基断面1．3国内外类似工程的施工现状1．3．1吹砂填海路基在我国东南沿海地区，采用吹砂填海路基进行公路、码头等工程施工，其方法是事先将海砂抽吸于码头内侧(即谓吹砂)海边的滩地上，大致形成路堤。吹砂时没有路基施工规范规定进行分层填筑、分层压实。故填砂路堤承载力不能满足路基的要求，而返工再分层填筑、分层压实非常困难。因而常常采用强夯法对填砂路堤进行处理。一方面可以改善地基的受力性能，也改善了砂土的抗液化条件。同时还可提高土层的均匀程度。减少将来可能出现的差异沉降。目前这种施工方法主要用于低等级公路和码头站场的施工。1．3．2风积砂路基利用风积砂修建公路、石油平台等在我国已经有十多年历史，近年来水利行业也有利用风积砂进行沙漠地区的沙漠明渠施工的成功实例。在我国的内蒙、陕西、新疆、甘肃、宁夏及青海等省区有着很大的沙漠分布面积。随着我n西南交通大学硕士研究生学位论文第7页国西部大开发战略的实施，“十五”期间及后期，我国将在沙漠地区修建的不同等级公路里程数以万计，例如在陕西毛乌素沙漠区，西部大通道榆林至靖边高速公路和210国道榆林至陕蒙界沙漠高速公路(半幅)最近相继建成通车，全长共计近200km。后期拟建的二级以上沙漠公路里程尚有数百公里。其它省区的不同等级沙漠公路建设也在陆续展开。但我国各沙漠地区风积沙特性差异明显，风沙环境及气候条件也显著不同，同时不同等级沙漠公路对路基边坡稳定性的技术要求也不同。为此，针对不同地区不同等级沙漠公路，如何对路基边坡做出安全可靠和较经济的设计，尚需作深入研究。对于二级以上沙漠公路来讲有关方面的研究资料较少，相应的技术规范、标准有待制定或完善。目前，在沙漠公路建设方面，开展的研究工作尚不深入，存在一系列技术问题，有关的设计施工技术规范、规程及标准亟待制定或补充完善。如何确保沙漠公路建设质量，降低造价，并最大限度地保持和进一步改善沙漠环境，仍是当前公路交通部门面临的重大技术课题。1．4本文研究的主要内容及意义随着社会的发展，社会需求的不断增加，大断面、高等级的高速公路工程越来越多，在困难地质条件和环境资源缺乏的条件下修建高速公路的情况也在不断增多，这就为公路施工的技术进步提出了越来越高的要求。同时，在社会可持续发展战略原则下，要求工程建设在设计和施工理念上实现转变，那就是充分、合理地利用社会和自然资源，保持人与自然的和谐发展。乐温高速公路是国内第一条采用全断面填砂设计路基的高速公路。由于其填料的特殊性，全断面填砂路基无论从设计角度还是施工角度在国内来说，都是一个大胆的尝试，特别是从施工角度来说，由于其填料的特殊性，施工方案的选择、施工工艺的确定、机械设备的组合以及试验检测的方法等都是值得研究的技术课题。n西南交通大学硕士研究生学位论文第8页砂土水稳定性好、透水性强、沉陷快，饱水易压实、毛细水上升高度小，是一种较好的填筑路基材料。利用河砂填筑路基，既可疏通河道，又能少占耕地，就地取材，降低造价。但砂土作为路基填筑材料，存在失水后易滑坍，不易压实，干稳定性差的缺陷。采取砂土填芯，粘土包边一“金包银”的填筑方法，可以发挥两种材料的优点。然而填砂路基的施工存在两个技术问题，如解决不好，将影响路基的填筑质量、边坡稳定性和路面的使用寿命。一是填砂的压实。砂的细度和含泥量、施工含水量如果控制得不好，将很难确保碾压密实。含泥量过大，将导致严重的液化或弹簧；河砂的天然含水量的分布，表层干燥，底部饱水：另外，河砂填筑过程中水分又极易流失和挥发，给施工现场的含水量的控制带来很大困难。二是填砂路基的边坡稳定性。影响边坡稳定性的主要因素是施工过程中的暴雨对边坡极易造成冲刷以及路面完工后路面上的大量雨水的集中冲刷边坡。这些都给边坡的稳定性造成极大隐患，严重的将会导致局部路段整体坍塌。本项目的难点和不利情况见表1-2：表1-2乐温项且难点及对策表难点拟采用的方法和途径路基的内部排水问题做好下封层的施工，设好横向排水盲沟．利用其水稳定性好的特点，通过机械碾压和灌水密实的方法达到压填砂路基的压实问题实效果。通过边坡临时防护和永久防护相结合的办法使其达到解决，重点是边坡的稳定性问题包边土的厚度和压实度要保证，永久防护中的工程防护和植物防护相结合是一种较为理想的防护方式．改良土上封层是保证路基强度的关键，通过施作80公分的改良土上路基的强度问题封层，结合79公分的路面结构层，可有效传递车辆荷载，保证路基的强度和稳定．n西南交通大学硕士研究生学位论文第9页根据以上难点分析，我们决定采用新的施工理念，即在本项目填砂路基的施工组织上，大胆创新，科学攻关。过去对此类路基虽然没有施工过，但无论从提高施工技术水平、节省工程造价和保护环境方面来说，这个目标是正确的，也是十分必要的。表卜3目标可行性分析表有利条件不利条件项目办工程专业技术人员，数量充裕，经人力资源验丰富，专业技术水平较高。平均年龄较类似工程的施工经验不足。低，具有一定的科学创新精神。各级领导都很重视．大力支持课题研究．环境且委派经验丰富的老总和科技开发部门公司以往没有类似业绩．参考资料少。提供技术服务。受环境影响，设计、施工，信息技术工程技术专业软件的不断更新和应用。监理等单位在信息交流上存在一定的困难。近年来，市场竞争激烈，施工单位的技术旄工质量、工期、效益之间施工水平，管理水平不断提高。的矛盾较突出．在我国现行的施工技术规范中尚无现成的土包砂路基施工工艺及质量检控标准。针对实际情况，我们首先成立了科研课题小组。制定了《包砂土路基施工规程(试行办法)》，对这种结构形式进行施工指导与质量控制，并在施工中研究、探索、总结、完善。最终圆满解决了填砂路基的压实问题和稳定性问题。本文研究的意义在于，结合工程项目，对填砂路基施工的相关技术进行课题研究，将科学技术很好地应用于工程实践，确保本项目质量、工期、安全、效益目标的实现，同时为今后类似工程的施工积累丰富的施工实践经验。n西南交通大学硕士研究生学位论文第10页第2章填砂路基施工方案研究2．1砂料来源及砂质情况2．1．1砂料来源及分布路基填筑的砂料来源，主要为赣江及老抚河的中、下游流域。施工先期，分别在两地选取具有代表性的四个不同砂场的砂进行材料调查试验。一种是金凤、冯洲砂场抽砂机吸上的砂；一种是金风砂场河滩上用挖掘机直接挖上来的砂：另外两种砂是毛家、南岗砂场的砂，均是用挖掘机直接从河滩上挖上来的砂．2．1．2砂质情况试验1．检测主要项目为检测砂料的物理力学性能，可否满足路基填料技术规范要求指标。对来自不同砂场的不同砂料进行了物理力学性能检测，检测项目主要包括：(1)颗料分析：了解填料的颗料组成，确定其均匀性。(2)界限含水量：划分填料处于可塑流动状态含水量界限。(3)最大干密度：是衡量评价路基压实密度的依据。(4)CBR承载比值：反映填料在标准击实贯入下所具备的强度和水稳性能，确定填料的路用性能。2．检测成果(1)天然含水量：运到现场经过整平到位取样均在5％～8％，堆积在砂场砂含水量均在8％～10％左右，从河床挖取砂的含水量均在10％以上．(2)颗粒分析：该段砂经过筛分析，细度模数在1．20～2．3之间均为细砂，级配属II、III区，其中冯洲砂场砂属中砂，其它均为细砂或特细砂，通过土壤筛分析均匀系数Cu普遍小于5，cu小于(1～3)属级配不良砂．n西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页老抚河砂场砂料筛分试验成果详见表2-1与图2-I。表2-1老抚河砂场砂料颗粒筛分试验成果表＼、＼筛孔尺寸＼筛累计筛余(％’＼1052．51．25O．63O．3150．16底蒜ro∑●105．416．534．450．386．798．9100累计筛余(％)204．915．634．449．187．198．6100平均累计筛余(％)O5．1516．0534．449．186．998．75100累计筛选余百分塞％／一，／，一一1052．51．250．630．3150．16筛孔直径(哪)图2_1老抚河砂场砂料筛分曲线赣江南支砂场砂料筛分试验成果详见表2—2与图2—2。加0∞∞∞∞∞∞∞舯m0n西南交通大学硕士研究生学位论文第12页表2-2赣江南支砂场砂料筛分试验结果釜≤i052．51．25O．630．32O．16筛累计筛余(％卜＼底赢r＼∑1O2．148．2016．3638．0972．3686．53100累计筛余(％)2O2．8610．6619．942．776．3889．10100平均累计筛余(％)02．59．4318．1340．3974．4787．8l100累计筛选余百分塞薯／，／，／，／——一lO52．51．250．630．3150．16筛孔直径(m)图2-2赣江南支砂场砂料筛分曲线图．(3)界限含水量：砂料的液限、塑性指数均符合路基填筑规范要求，并且较均衡属低液限砂土。(4)最大干密度：按目前规程主要有重型击实法、砂的相对密度法、干振法等多种方法。分别进行试验．取得如下数据。通过试验砂的击实曲线与土的击实曲线不同，前者不是驼峰形曲线，是一条不规则曲线，含水量基本为零的干密度，接近或本身就是最大干密度．∞∞∞∞∞∞如∞∞m0n西南交通大学硕士研究生学位论文第13页图2-3图2—4图2—5n西南交通大学硕士研究生学位论文第14页图2-6图2—7砂的相对密度法结果：冯洲与金凤砂场各50％混合料最大干密度为L839／cm3，冯洲砂场为1．839／cm'，金风砂场为1．809／cm3，南岗砂场为1．789／cm3。毛家砂场为1．719／cm3．标准击实法结果：冯洲与金风砂场各50％混合料最大干密度为1-8619／cm3，冯洲砂场为1．8309／cm3，金凤砂场为1．8179／cm3。南岗砂场为1．7819／cm'，毛家砂场为1．7929／cm3．相对应重型击实取得的干密度：从图中反映在1．78～1．86之间，干振法数据在1．509／cm'～1．709／cm3．n西南交通大学硕士研究生学位论文第15页(5)CBR值：采取一种砂配制不同的含水量(8％、10％、12％)进行试验，通过试验说明随着含水量递增，承载比增大，经过浸水饱和后(四昼夜)所得出CBR值平均26．9％。同时采取二种不同砂样各50％混合作CBR试验，CBR值满足路基填料要求。(6)含泥量：均在1％～6％之间，普遍为3％左右，如遇有含泥集中地方，含泥量为15％以上。(7)矿物性质赣江及老抚河河流冲积含粘土质砂中主要矿物石英含量变化较大，多含粘土类矿物，其次为长石、云母、铁及其他重矿物。其主成分石英的矿物性质见表2—3。表2—3砂主成分石英的矿物性质表{化学式j竺堡塑l!!垩!!!L——l密度，g／c一{莫氏硬度}形状l颜色F广-厂_医霹”2．2填料特性对施工的影响2．2．1最大干密度对施工的影响最大干密度是衡量评价路基压实度的依据，是试验中重要的一个指标，如果确定不精确，在路基压实度测试、评价中将会“失之毫厘，谬以千里”．在同样的含水量情况下，如果干密度偏小，经过较少的碾压遍数，即可达到压实度要求，而现场实际情况是压实度不足，如此将会影响到路基的强度和稳定性，给工程埋下严重的质量隐患：反之，如果干密度偏大，将需较多的碾压遍数才能达到压实度要求，虽对工程质量不无益处，但无疑造成了机械设备的浪费和工期的延长，无疑是得不偿失的。n西南交通大学硕士研究生学位论文第16页分析对比试验数据，用干振法取得的结果，最大干密度偏小。重型击实法的结果往往偏大。结果所受到的影响因素较多较大．相对密度法所取得的结果比较相对稳定。适合于用非砂土的标准密度。而作为特殊填科的砂应以标准击实为主，相对密度为参考确定砂的最大干密度，作为评价路基压实度的计算依据。2．2．2砂的粒径对压实效果的影晌中粗砂经过冲水压实后，容易嵌挤密实，检测密实度时容易达到要求，而细砂却难以达到要求．如果用细砂代替中、粗砂回填路基，冲水后与淤泥混在一起，形成新的泥砂混合物，它在压实时，表面看上去密实，但在检测密度时却不易达到，只能返工处理。2．2．3砂的含水量对压实效果的影响振动压实是通过振动压路基的往复作用，使被压实材料的颗粒在振动冲击作用下，由初始的静止状态过渡到运动状态。被压材料之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态过渡到动摩擦状态。同时，由于材料中水分的润湿作用，使材料颗粒的外层包围一层水膜，形成了颗粒之间的润滑剂，为颗粒的运动提供了十分有利的条件。在振动力的作用下，颗粒间的相对位置发生变化，产生相互填充的现象；被压材料的空气含量也在振动过程中减少了，被压材料的密实度增加。因而适宜的含水量，对填料的压实效果影响巨大。砂土塑性指数低、粘性小，颗粒比较均匀而且持水能力差。作为路基填料压实时，最佳含水量的控制比较困难，表层易失水松散，干燥砂土静压时易形成薄层气体屏蔽．如果机械配套及施工技术不当，路基压实度很难满足要求。另外，砂料的工程性质随含水量的变化有较大的变化。因而施工中含水量的控制必然成为工艺控制的关键环节。n西南交通大学硕士研究生学位论文第17页2．2．4砂的含泥量对压实效果的影响在填砂路基施工中，砂的含泥量多少直接影响砂的质量，‘规范》要求砂的含泥量(即细粒土、粉土、粘土含量)不大于5％．在试验时，我们发现干净的砂冲水压实时容易达到压实度，但在表面风干后容易松散，必须立即封层，才能保证密实，而含泥量大一点的砂在冲水时，水不容易渗透下去，再加上压路机压实时，表层会形成板块，作用力难以达到下面，因此就造成表面密实、里面不密实的情况，必须重新换填干净的砂。在施工中必须采取适当的方法，有效地把砂的含泥量控制在标准范围之内。2．3施工方案的确定2．3．1填砂路基方案的实验研究由于砂土与粘土在土质、力学性质各项技术指标上的差异，在“金包银”的包芯填砂施工中砂土与粘土的具体操作及各项控制指标也存在着很大差别。因此，砂土与粘土结合部位的压实度控制便成了施工中一个最棘手的问题，也是工程中最薄弱的环节。另一个不容忽视的问题是，以往填方路基填筑料均为适合路基填筑的土。易压实，粘结性好，路基稳定．而河砂作为路基填筑料，不易密实，粘结性差，在施工荷载和自身重力作用下，对外侧的包边土产生向外的推力，危及边坡稳定。再者由于填砂路基中的砂要达到密实，需要有一定的含水量，势必造成路基基底积水，若不及时将水排出，长期浸泡基底，造成基底软化，或由于边坡内外存在水压差，侵蚀坡脚，造成边坡坍塌，破坏路基稳定，造成路基坍塌和路面塌陷。为此施工中必须解决好路基边坡的稳定性问题。为了确定合理的施工方案，保证路基的填筑质量和进度，试验段分别采用两种填筑方式进行填筑方案的探索与研究。n西南交通大学硕士研究生学位论文第18页1．填砂路基方案I砂土与粘土同步施工法：路基中间填砂，两侧按填砂的1：1．75边坡填筑宽度O．3m的包边土，边坡人字型骨架内植草防护。这一方案在施工中，砂土与粘土始终处在相对水平的状态，实际上是砂土和粘土摊铺与碾压同步。砂土与粘土同步施工，又可以有两种不同的施工方法。第一是包边粘土与砂芯同时摊铺后，先压实包边土，达到压实度后，水压砂芯后再压实砂土。第二是粘土与砂土同时摊铺，先稳压粘土两遍，水压砂芯，最后同时碾压粘土与砂土，这种填筑方法实际操作比较困难，两种材料的最佳含水量不同，同时碾压达不到压实度要求，因此，采用第一种方法进行试验段填筑。砂土与粘土同步施工法，施工时层次明确，易于进行施工的组织安排，并且在路基平整度、宽度、横坡、标高各项指标的控制上容易掌握，压实度也能达到设计要求。存在缺点首先是，由于砂土、粘土压实厚度的差异所造成结合处的错台现象，给压实带来一定困难。第二，砂土的施工对外界环境要求少，只要能充足的灌水压实，便能正常施工；而粘土碾压则对含水量要求很高，当粘土的含水量较高时，需要晾晒，粘土的施工进度必将慢于砂土，尤其在雨季，这一问题更为突出，一味地强调同步施工，必将造成因粘土进度滞后引起的砂土停工与等待现象．2．填砂路基方案II先填砂芯后填包边粘土的施工：后包边土施工是按设计断面(包括一边加宽50cm)填筑砂，等沉降基本稳定。再反开挖包边土的位置，按设计断面分层施工包边土。K39+075’K39+400按方案II旌工，全断面第一层松铺厚度30cm，第二层松铺厚度按40cm控制，第三层、第四层松铺厚度按50cm控制，共填了四层。包边粘土层后施工法，使砂土与粘土的施工相对独立，不会因粘土的滞后而使砂土施工停工，能充分地利用机械与人力，加快工程进度。缺点是需要人n西南交通大学硕士研究生学位论文第19页工配合．3．方案比选经过试验路段的施工，证明方案I的施工难度较大，原因如下：同步施工是同时填筑包边土和砂，两者同步施工．其优点是施工成本低、工期短、质量容易控制；然而由于砂土与粘土在土质、力学性质各项技术指标上的差异，在施工中砂土与粘土的具体操作及各项控制指标也存在着很大差别。因此，砂土与粘土结合部位的压实度控制便成了施工中一个最棘手的问题，也是工程中最薄弱的环节．其缺点是：(1)包边土的每层填筑厚度要控制在30cm以内，而砂的填筑厚度每层可达50cm，二者不能同步填筑，故影响填砂速度。(2)包边土对含水量要求高，施工受雨季影响大，而砂不受影响，因此会因包边土滞后引起砂土停工和待工现象。(3)包边土和砂土两种不同的土质同时填筑，填砂渗透水可能会在交界面处聚集，从而软化粘性土或掏尽砂土，危及路基的稳定性。后包边法可以较好地解决砂土和包边土的结合面压实度问题，不会引起路基不均匀沉降，由于砂土和粘性土施工相隔有较长时间，前期施工能充分利用机械和人力，加快施工进度．但其缺点也很明显：(1)增加了砂土的二次倒运，按路基填砂2．5m高、填砂路基每边加宽0．5m计，每公里增加倒运砂方2500m3。(2)在后期施工中，由于需要反开挖，接着需要填筑包边土，后期工期长，施工方又需投入人力物力j成本增加．(3)由于粘性土与砂的施工间隔时间较长，期间经历雨季时边坡需要用砂袋或塑料薄膜进行临时防护。2．3．2方案的确定综合施工速度、施工质量和成本投入等方面情况，采用试验段施工所确定n西南交通大学硕士研究生学位论文第20页的填砂路基方案II进行全断面填砂路基的施工。并对其从以下两方面进行优化和改进。1．增加临时防护为了避免边坡的二次清刷和砂土的二次倒运，克服在后期施工中，由于需要反开挖，再填筑包边土，造成工期长，施工成本增加的缺点。另一个不容忽视的问题是，由于路基施工的周期相对较长，为保证每层填筑宽度和厚度，同时避免雨水对边坡的冲刷导致砂方流失淤塞边沟，毁坏农田。必须在路基填筑至一定高度后，对路基的边坡进行临时防护，以保证路基正常填筑和后续的永久防护工程的正常施工。在施工时在路基填筑至一定高度后，用挖掘机按路基设计宽度进行路基边坡清刷，将刷坡的砂方直接甩到路基顶面作为下一层的填料，避免了用车辆的二次倒运。完成后沿路基两侧的填筑边线，采用编织袋装砂按照设计的边坡坡率堆码整齐，堆码高度40～50cm一层作为临时防护，避免了在永久防护未施做时雨水对边坡的冲刷，保证了路基的稳定。2．优化边坡永久防护作为英雄城市南昌的绕城景观大道，为重点突出绕城公路的城市特征和现代特征，采取全新的理念优化边坡防护，力争不留人文痕迹，追求与自然的和谐统一，对下边坡采用机压预制块与草皮结合方式，达到构造物与植物的和谐统一，既可减少圬工防护，又有利于边坡绿化，其具有以下特点：(1)可植草护坡基本构件(砼预制块)为空心的六边形，空洞部分填土植草，空洞绿化率49．3％，空洞绿化部分为重复的标准六边形，并排列有序，从而达到改善和美化环境的目的。(2)防冲刷乐温高速公路路面不考虑设置集中排水系统，故特别要求路堤坡面具有良好的防冲刷能力，针对这一要求，设计将砼预制块外侧做成斜面，铺砌时自然形成纵横相通的预留缝，起到坡面自由散水、排水作用，从而达到防冲刷的目n西南交通大学硕士研究生学位论文第21页的。(3)整体性为了确保填砂路基的工程安全，砼预制块护坡必须有一个整体强度，故在8cm高的预留缝中，用7．5#水泥砂浆填塞4cm高，使预制块之间具有必要的粘接，这样就加强了预制块护坡的整体性，从而形成整体强度。优化后的边坡防护见下图2-8：图2-8优化后的边坡防护n西南交通大学硕士研究生学位论文第22页第3章填砂施工工艺的试验研究3．1设置试验段的目的由于填砂路基尚无成熟经验，为保证工程质量，确定科学合理的施工工艺，决定铺筑试验段。通过对填砂路基各项指标的检测，取得试验数据指导全线路基大面积施工．主要检测项目为：室内：填砂路基填料的物理力学性能能否满足路基填料的规范要求指标。现场：主要测定填砂路基的压实度及含水量情况，采用大环刀测试。现场试验的研究目的是确认设计标准的合理性，研究施工控制参数，影响压实度的因素主要是砂含水率、压实机械、压实频率、铺土厚度、碾压遍数等。通过实验数据反映不同层及与其相接的下层压实情况，来确定压实遍数、压实含水量同压实度之间的关系。采用重型动力触探法检测不同填筑深度的压实情况以及后期填筑层对先期填筑层的密实度的影响情况。3．2路基填砂的工艺实验3．2．1砂的运输通过试验表明，5吨东风柴油自卸车和8吨以上双后桥自卸车在碾压成型后的砂层上均可以载重行驶，可以缓慢匀速调头，调头半径尽量大一些。但从施工现场观察来看，8吨以上双后桥自卸车载重在砂层上行驶要明显强于5吨东风自卸车，如道路条件允许，宜采用8吨以上双后桥自卸车运砂。施工中还要注意的一个问题是：因砂的粘聚力很小或根本没有粘聚力，表面松散不易板结，车辆在砂层上行走很容易形成车辙，对砂层表面扰动很大，最深处有10～15cm，所以在进行第2层以上填砂施工时，经常存在运料车辆在路基上误车的现象。由于砂料本身属于不稳定材料，表面由于失水后翻砂、松散现象严重，n西南交通大学硕士研究生学位论文第23页所以车辆在砂表面上误车现象严重。在上料前，必须对表面进行大量洒水湿润，或者采取竹笆片、木板修筑l临时车道，防止误车，但比较烦琐。料车上路基的坡道尽可能采用级配合理的砂砾或碎石渣修筑，坡道的方向为倒车方向，以便料车直接倒档驶入卸料点，防止重料车在路基上停车、调头而误车。3．2．2砂的摊铺1．摊铺机械选配试验段砂的摊铺使用了TYl70、TYl40、TY90三种型号的推土机推平，整平机械使用了国产PYl80平地机。试验表明，由于砂的粘聚力小，推土机功率不需太大，但也不宜太小。功率太大，机械使用效率不高，费用上不合算，太小起不到初步碾压的效果，TYl40的推土机使用效果较好，建议一个作业段配备两台TYl40的推土机．整平用的平地机，经试验证明，只有双后桥的平地机才能在初步压实的砂基上作业。宜采用P11f180型以上的平地机。2．旌工作业段长度、摊铺的厚度、宽度、横坡度、平整度的控制(1)施工的作业段长度：根据试验段的施工情况，填砂时一个作业段的长度按300～400米划分为宜。作业段不宜太长，主要是考虑运砂车辆长距离行驶比较吃力．同时为保证运砂重车在砂层上正常行驶、调头，砂层要经常洒水(特别是在旱季)，保持表层湿润，形成的车辙要及时整平，碾压。机械设备的调度距离不宜过长，再者如采用接管洒水，大功率的潜水泵或其它压力泵的泵送距离也不宣太长，否则，水的压力不够。同时，填砂时要求半幅挂线施工。半幅施工的方法能保证在同一个作业段形成流水作业，不至于因洒水碾压滞后造成待工现象．(2)上料数量控制：根据每层的虚镝厚度、平均宽度和长度，计算每个断面理论所需的材料用量。再根据拉料车的每车拉运量，计算每个断面理论所需的车数．在每个断面内，确定卸车间距和车数。松铺厚度根据试验段施工方案，在K39+075～K39+400段逐层按松铺厚度n西南交通大学硕士研究生学位论文第24页30cm、40cm分别铺筑了两层，在K39+575～K39+969．803按松铺厚度50cm铺筑了一层，通过洒水结合振动压路机静压l遍，振压4～6遍，均能达到90％以上的压实度。故在通常YZl8T～20T的振压压路机的压实机具的条件下，松铺厚度不易超过50cm。在粘土下封层上铺筑的第一层砂的松铺厚度不宜小于40cm，主要是为防止重型运砂车在第一层砂面上行走形成较深车辙会对下封层造成破坏。(3)摊铺宽度：填砂路堤填筑的摊铺宽度应确保宽出设计宽度50cm，主要是因为砂的粘聚力很小，在碾压过程中，压路机不能过分靠边碾压，否则容易下陷，不安全，设计路基宽度内不能有效压实，因此要确保宽出设计宽度50cm。但在施工中，路基边缘压路机压不到的地方，可以考虑用TYl40以上的履带式推土机补压。见现场施工照片：图3-1现场施工照片(4)填砂路基的施工横坡度：在试验段施工中发现，在填筑第一层砂时，砂层的保水性相对较好，逐层填高后，水很容易透过砂层，沿粘土下封层顶面从路基坡脚排出．故考虑填筑第一、二层砂时，施工横坡度控制在1．5％左右，能及时排除下雨后的表面积水。逐层填高后，施工横坡度可以适当减小，主要是因为横坡度大，下雨时砂层表面容易形成冲沟，并增加压路机压实路基边缘n西南交通大学硕士研究生学位论文第25页时的水平推力，造成压路机不敢靠边碾压．当填筑至一定高度后，取296向外的横坡，施工过程中更容易导致失水过快，使填料呈干燥状，影响填料压实，通过咨询、试验，采取“锅底型”反向横坡，严格控制含水量、配备足够的补水设备(如沿路打井，增加水车)、加强碾压使得压实问题得到圆满解决。(5)填砂路基的平整度在轮胎压路机或振动压路机静压前，用平地机刮平一遍，就基本能保证较好的平整度，但再上一层砂的时候运输车辆又会扰动砂层表面，影响其平整度，比较难控制．为了便于虚铺厚度的控制，整平必须采取边上砂边整平的方式。采用推土机进行粗平。在粗平过程中，同时进行浇水湿润。在整平过程中，边线采用挂线控制虚铺厚度，同时使边线顺直，坡度一致，满足设计要求。在浇水过程中，必须注意以下几点：(1)必须保证水井的出水量，水井的直径、间距、数量以及水泵的功率必须配套；(2)第l层砂料浇水时必须分层分次进行，防止一次浇水过多，浸泡路基；(3)浇水必须分格进行，保证浇水均匀。3．砂的松铺系数我们通过K39+075～K39+400铺筑两层砂基的施工，在同一桩号距中桩两侧各lOm和20m处设置两个观测点，观测记录每次碾压后的沉降。考虑机械(平地机、推土机、压路机、运输车辆)在施工过程中对测点的影响，在测量后去掉两个最大值和最小值，再取其平均值作为本次碾压后的沉降量，最后统计达到压实标准后的累计沉降量来计算松铺系数，砂的松铺系数平均在1．13左右．3．2．3填砂路基的压实问题1．填砂路基的压实度检测方法对填砂路基压实度，采用什么方法进行检测更为准确，我们在施工中对‘规范》中推荐使用的灌砂法、环刀法、核子仪法进行同点对比试验。灌砂法是最常见的试验方法之一。此方法表面看来颇为简单，但实际操作时常常掌握不好，引起较大误差。尤其是刚刚碾压完成，砂土路基含水量较大n西南交通大学硕士研究生学位论文第26页时，使用灌砂法测定压实度一是砂土层次不明显，孔中扰动后的极细砂土不易取净，造成千容重偏高。主要是因为填满试坑的砂土质量怕减少，故试坑材料的湿容重pw=Mw／Mb×r。增大，其干容重也随之增大．r。为量砂的单位重，Mw为试坑中取出的全部材料的质量。二是量砂灌入试坑后极易潮湿，在回收时砂时容易和极细砂土混合。对量砂频繁晾晒风干，反复调整其单位重，增加工作量影响试验精度．核子仪使用方便、快速，由于仪器本身的缺陷，精度不高，不能直观反应每点的真实压实度，其试验数据不能作为验收依据。环刀法快捷方便，尤其是极细砂在不失水状态下，用环刀法测试较为快捷、准确。三种测试方法得出的干容重：灌砂法偏高，核子仪偏低，两者压实度相差3％左右，已超出允许的误差范围。因此。施工中填砂路基应采用环刀法检测压实度。2．碾压工艺对于一般路基，通常采用压路机进行碾压即可达到预期效果。但对于纯砂或几乎无粘性的砂性土来说，由于砂是一种散状材料，通常由固态(砂)、气态(空气)、液态(水)三相组成，其突出特点是凝聚性极差。过分碾压容易产生砂土液化，影响碾压效果．因此用常规压实方法很难使纯砂达到较理想的压实效果，针对这种情况，在实际施工中，经不断尝试，我们采用了下列方法和措施：首先用水冲密实法，使砂基本处于饱水状态，然后采用振动式压路机进行碾压，碾压含水量可控制在lo％左右。压实遍数视具体情况而定。(1)试验段使用了TYl40推土机推平砂料，经推土机推平时本身就对砂层进行初步预压，通过现场压实度检测在天然含水量状态下(含水量在5％～8％之间)的压实度均在8196左右．(2)压实机具的选配路基填筑压实是控制拖工质量的关键工序，由于砂料的离散特性，必须通n西南交通大学硕士研究生学位论文第27页过碾压试验确定施工参数与压实机械．压实机械的选择主要考虑这样几条原则：可能取得的设备类型；设计压实标准(压实结果应满足设计要求)；填筑材料的性质；砂料含水量大小；施工强度大小；施工场面大小与压实部位等；根据以上原则，选择能够适应沙料特点的大型机械进行压实试验研究，包括16T轮胎碾、16T振动碾、320HP重型推土机，三种机械的碾压特性及相关参数见表3一1．从试验成果分析，自行式振动碾运行灵活，对深层砂基影响较深，在振动情况下，砂基密实程度大幅度提高。考虑到砂料的特殊性，应优先采用前后驱动、密封装置良好的自行式光轮振动碾。表3-1不同机械工作参数及碾压特性项16T轮胎碾16T振动碾320HP推土机目机轮胎碾型号YLl6，最大振动碾型号YZTl6，自重16T，推土机TY320B，320HP。自械工作重量16t，轴距振动轮尺寸1．8m×2m，牵引重34T，履带接触面积3．5m，压实宽度2m，功力85kN，激振力354kN，振2×3．5×0．5=3．5皿2．单位特率59kW，轮胎内压为6动频率30Hz面积压强97KN／m2性个大气压碾推土机平料后，在正常推土机平料后，振动碾静碾碾压(静碾)8遗～12遍，试验场砂土上轮胎碾一遍后正常进入碾压程序。压实效果较好，压实度明压无法行走，降低轮胎气可按不同遍数进行试验，动显提高，但影响深度仅在特压也无法工作，不适合碾效果非常明显。影响深度40～50cm左右，增加碾压砂土类土的压实。可达60cm．30～50cm深度压遍数后压实度也不再增性实效果最好．加。结不可取静动结合方式，很好静碾方式，较好论试验段使用的主要压实机具是YZl8型的振动压路机，碾压时先慢后快，用高频率，低振幅的方法进行振压，碾压速度控制在2～4km／h，碾压时轮迹重叠宽度不小于1／3轮迹宽，供9吼压凳坡裁缓路扣往近一箔发_菌舻)。试验结果表明，松铺厚度控制在50cm以内，洒水控制旋工含水量在15％左右，压实度经过静压l遍，振压4～6遍，压实度均能达到90％以上。要达到更高的压实n西南交通大学硕士研究生学位论文第28页度，就要相应增加碾压遍数。如采用20T以上高频低振幅的压路机，压实效果可能会更好，试验段未进行试验，在今后施工中可进行尝试。在试验段一个作业段配备了2台18T的振动压路机才能满足施工的要求。主要是砂基与土基不同，砂没有粘聚力呈松散状，压路机的压实功效不能充分传递，碾压遍数相应要增加。所以施工中，一个施工作业段要配备2台18T以上的振动压路机。(3)胶轮压路机终压试验段使用的是XP261T的胶轮压路机模拟汽车轮胎进行终压，试验表明，胶轮压路机碾压2遍，压实度提高并不明显，基本上只能起到一个光面的作用。通过下一层装砂车辆的碾压，砂层表面又会形成车辙，同时也能起到压实的作用。故可以考虑不用胶轮压路机，减少机械使用费用，最后终压只要用振动压路机静压l～2遍即可。3．碾压遍数的确定(1)密实度与碾压遍数的关系①松铺40cm压实度情况：图3-2K39+225-K39+325左幅碾压与压实度的关系n西南交通大学硕士研究生学位论文第29页图3-3K39+175-K39+400右幅碾压与压实度的关系图3-4K39+075-K39+175右幅碾压与压实度的关系图3-5K39+075-K39+225左幅碾压与压实度的关系n西南交通大学硕士研究生学位论文第30页根据图中汇总曲线(几何折线)分析，一般砂运到现场，经过推土机整平到位未洒水前(天然含水量5％～8％)的密实度均在82％左右。在碾压前4遍中，压实度变化较大达到90～91％左右。以后趋缓，当压实遍数达6遍以后，变化较小，压实度稳定在94％左右。该段使用推土机(TYl40、TY90、TYl70)振动压路机(YZl8)、轮胎压路机(XP261T)。累计碾压4—5遍(包括静压遍数)以后。压实度均在90％以上．②松铺50cm压实度情况：图3—6K39+075—1(39+400第二层压松铺50cm压实度与碾压遍数的关系图3-7K39+075_K39+400第二层松铺50cm压实度与碾压遍数的关系n西南交通大学硕士研究生学位论文第31页根据图中汇总曲线分析，随着碾压遍数的增加，压实度随之逐渐增大，该段使用推土机(TYl40、TY90、TYl70)振动压路机(YZl8)、轮胎压路机(XP261T)。累计碾压5遍(包括静压遍数)以后，压实度均在90％上，在其基础上通过振压4遍，轮胎碾压2遍，累计振压遍数在7～8遍，轮胎碾压l～2遍，压实度均可达到93％左右．’③松铺eocm压兢懒图3—8K39+625．K39+950第一层压松铺60cm压实度与碾压遍数的关系9392蓄：9i888786k39+625一k39+950第一层松铺60cm压实度与碾压遍数的关系。‘一、。r／，，，／l1．522．533．5碾压遍数图3_9K39+625-l(39+950第一层松铺60cm压实度与碾压遍数的关系n西南交通大学硕士研究生学位论文第32页根据圈中汇总曲线分析，随着碾压遍数的增加，压实度随之逐渐增大，该段使用推土机(TYl40、TY90、TYl70)，振动压路机(YZl8)、轮胎压路机(XP261T)．累计碾压5遍(包括静压遍数)以后，压实度均在90％以上．在K39+075～K39+400第四层左幅摊铺碾压累计静一遍，振动碾压七遍后反挖至第一层填砂检测各层压实度。通过对比得知，压实度平均增长3％左右。见表3-2。表3-2压实度检测对比表层位反挖检测压实度反挖前检测压实度第一层(30cm)96．693．3第二层(40cm)96．393．2第三层(50cm)9692．6说明：随着填筑层位韵增加、时问的推移．填筑下面层砂密实情况有所增大．分析：砂存在通过洒承及压实机械压实功的不断作用有沉降密实效果．④铺层厚度、碾压遍数对压实效果的影响实验段分别取铺层厚度40cm、50cm、60cm，碾压遍数静压二遍，激振6遍后进行取样试验，试验取样：40cm厚度取样部位15、27、40、53cm；50cm厚度取样部位20、34、50、65cm：60cm厚度取样部位20、40、60、75cm。试验结果见图3-2电Z=．，．．∥。1-o：二：孝．f*土愿度粕椭一臀±J事度∞伪一⋯铺土孽度翻舶⋯⋯一●I●曩压格量l图3-10干密度与碾压遍数关系图醛∞nm蟠lI▲lI(掌基，lv鼍髓肛n西南交通大学硕士研究生学位论文第33页以上实验结果说明：①碾压后土体密实度沿深度的分布是不均一的，即使是同一深度不同检测部位也有差异，反映出填方土体的密实度在垂直方向和水平方向的差异性。②随着碾压遍数的增加，在不同铺土厚度下密实度逐渐增长，但达到一定遍数后，密实度不再增长，甚至于降低。碾压5遍后的土体密实度大部分超过设计指标，对于40、50cm两种铺士厚度，不同深度的取样全部大于等于控制密实度值，说明碾压5遍最经济的铺土厚度超过50cm，接近60cm，从施工状况及留有余地的角度出发，该段施工控制参数推荐为碾压5遍(不含静碾)，铺土厚度50cm。③碾压遍数过多后，密实度下降，主要原因是砂的特殊性，即“过振”所致，过多的碾压遍数使已经密实的土体振松导致密实度下降．(2)密实度(现场干密度)与含水量的关系图3—1l含水量与干密度的关系图如图所示汇总(几何折线)分析，在松铺30cm～50cm情况下，Ocm～20cm与20cm以下所受的压实功基本相等，20cm以下深度压实度大于深度在(Ocm～20cm)之间的压实度，说明压实度因含水量的变化而变化。含水量下层比上层大1％～4％，在碾压遍数一定的情况下，含水量在10％~14％之间压实度接近合格n西南交通大学硕士研究生学位论文第34页(9096)，含水量在13％～14％之间压实度最大，含水量在大于15％之后压实度逐渐下降．说明路基填砂也有最佳压实含水量，并不是含水量越大压实度就越好。含水量为15％左右压实度达到93％左右，含水量控制在10％～17％之间压实度经过静压l遍，振压5遍以上均能达到90％以上要求。4．成型路基压实质量的试验检测(1)检测目的由于目前国内高速公路采用填砂修筑路基尚无成熟施工和检测经验和相关规范、规程作为依据，路基采用砂砾填料，填砂层间各相异性严重，推荐的仅检测压实度的方法，存在局限性。如何现场检测不同深度的路基压实质量在国内尚无有效的、可资借鉴的检测技术和方法。因此试验段在进行常规过程检测的同时，采用“重型动力触探法”对填砂路堤路基压实状况进行检测，并结合现场反挖环刀法检测取得的压实度结果对各层路基填筑质量进行综合评价。(2)重型动力触探试验原理动力触探试验是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入岩土中，根据打入土中的阻力大小来判别土层的变化，对土层进行力学分层，并确定土层的物理力学性质，对土层作出工程评价．通常以打入土中一定深度所需的锤击数来表示土的阻力。其优点为设备简单、操作方便、工效较高、适应性广，并具有连续贯入的特性。特别是对难以取样的粉土、砂土，碎石类土等，静力触探难以贯入的土层，动力触探是十分有效的检测手段。重型动力触探检测的理论锤击能量为：E=MHG(3一1)式中：卜锤的质量(kg)；H__锤的自由落距(m)：g——重力加速度(m／s2)；E_—．动力触探理论锤击能力(j)．实际上，由上式确定的动力触探能量不可能全部贡献于克服土对n西南交通大学硕士研究生学位论文第35页探头贯入的阻力，而是，在这以前，其中一部分能量已经消耗于锤与触探杆的碰撞、触探杆的弹性变形、杆与孔壁土体的摩擦等方面。因此，动力触探锤击能量E用于克服土对探头贯入阻力的有效能量为：E≮e,E(3-2)式中：昏一动力触探有效锤击能量(J)；e广一综合传输能量效率系数。动力触探的综合传输能量效率系数由下式确定：et-ele2e3(3—3)式中：el——落锤效率系数，当自由落锤时，eI-O．92；e广一传输效率系数，对于国内通用的大钢打头，e2=O．65=对于小钢打头，e2=O．85～O．90=e广杆长传输能量的效率系数，其值见表3—3．表3-3e3值杆长e。值(m)Seed等(1985)Skempton(1986)<3O．750．553～41．O0．754～61．00．856～101．OO．95>101．O根据能量守恒和转换原理，动力触探的有效锤击能量在数值上应等于探头的贯入深度与土对探头贯入阻力：NE'=RdAh(3—4)式中：N一贯入深度为h的锤击数(击)：R广一土对探头单位面积的动贯入阻力(kPa)：n西南交通大学硕士研究生学位论文第36页^——圆锥探头底面积(c曲；h——探头贯入深度(cm)。其余符号同上．由式(3-4)可得R产F／A×N／h(3—5)或也=E．／AS(3—6)式中。S为每击的贯入度，S：h／N。显然，当F、A和h一定时，凡一N，即N的大小综合地反映了土层的动贯入阻力，动贯入阻力与土层的物理力学性质有关。利用式(3—5)或式(3—6)，可将不同类型的动力触探贯入深度的锤击数变换为动贯入阻力lid进行比较．但是，实际上影响动力触探的因素是很复杂的。其中有些因素可通过标准化的办法使它们统一，减少对试验成果的影响，例如：机具设备、落锤方式、试验方法等。但还有一些因素，如杆长、秆侧摩阻、地下水、上覆压力等，则是无法人为控制的。(3)重型动力触探设备检测方法①触探设备重型动力触探检测设备主要由触探头、触探杆及穿心锤(锤重为63．5kg)三部分组成。其设备规格详见表3-4。②检测方法a．检测前将触探架安装平稳，使触探保持垂直地进行．垂直度的最大偏差不得超过2％．触探杆应保持平直，连接牢固。n西南交通大学硕士研究生学位论文第37页表3-4重型动力触探设备规格一览表设落锤探头触探杆备锤座类质量m落距H直径截面积圆锥角直径每米质量质量型(kg)(m)(mm)(cm2)(。)(∞)(kg)重63．5±O．76±10b744360+50<8型0．5O．0215b．贯入时，应使穿心锤自由下落，落锤落距为0．76±O．02m．地面上的触探杆的高度不宜过高，以免倾斜与摆动太大。c．锤击速率宜为每分钟15～30击。打入过程应尽可能连续，所有超过5min的间断都应在记录中予以注明。d．及时记录每贯入0．10m所需的锤击数。其方法可在触探杆上每隔0．10m划出标记，然后直接(或用仪器)记录锤击数；也可以记录每一阵击的贯入度，然后再换算为每贯入0．10m所需的锤击数。e．对于一般砂、圆砾和卵石，触探深度不宜超过12～15m，超过该深度时，需考虑触探杆的侧壁摩阻影响．f．每贯入0．10m所需锤击数连续3次超过50击时，即停止试验．如需对土层继续进行试验时，应改用超重型动力触探。g．该试验也可在钻孔中分段进行。一般可先进行贯入，然后进行钻探直至动力触探所及深度以上1m处，取出钻具将触探器放入孔内再进行贯入。③影响因素的校正8．侧壁摩擦影响的校正：对于砂土和松散～中密的圆砾、卵石，触探深度在l～15m的范围内时，一般可不考虑侧壁摩擦的影响。b．触探杆长度的校正：当触探杆长度大于2m时，需按下式校正：Nns=a×N(3-7)式中：N。广重型动力触探试验锤击数：N——贯入lOcm的实测锤击数：n西南交通大学硕士研究生学位论文第38页a_——吐探杆长度校正系数，按表3．2．5确定．表3-5杆长校正系数a值杆长(m)仲n5≤2468lO121416182022≤l1．000．980．960．930．900．870．840．8lO．780．750．7251．000．96O．93O．90O．860．830．80O．770．74O．7l0．68101．00O．950．91O．87O．830．79O．760．73O．700．670．64151．000．940．89O．840．800．76O．720．690．660．630．60201．000．900．850．8l0．77O．730．690．660．630．600．57c．地下水影响的校正：对于地下水位以下的中、粗、砾砂和圆砾、卵石，锤击数可按下式修正：N。。5=1．1N’。．。+1．0(3—8)式中：N。r经地下水影响校正后的锤击数；N’。广未经地下水影响校正而经触探杆长度影响校正后的锤击数。5．重型动力触探成果分析鉴于砂填料具有很好的水稳性能，只要达到一定的填压质量，受水的影响较小，重型动力触探每贯入lOcm的锤击数‰。能很好的反映出砂填料填筑层的孔隙比、密实度情况及承载力^。触探击数与砂土的密度关系及承载力^的关系详见表3-6、表3-7。表3_6触探击数与砂土密度关系土的分类N．n5砂土密度孔隙比<5松散>0．655～8稍密O．65～0．50砾砂8～10中密O．50～O．45>10密实查看更多