砂砾填筑高速公路路基施工技术 4页

第14卷第5期平顶山工学院学报Vol.14No.5











2005年9月JournalofPingdingshanInstituteofTechnologySep.2005文章编号:1671-9662(2005)05-0052-04砂砾填筑高速公路路基施工技术12陈渊召,邢红昌(1.长安大学研究生部,陕西西安710064;2.中房集团平顶山公司,河南平顶山467001)摘
要:
南阳至邓州(省界)高速公路65%的路段位于中等膨胀土区域,而近距离内却没有适合的非膨胀土填筑材料。经论证,以砂砾作为路基填筑材料,采用土包砂砾的设计方案。文章对砂砾填筑路基的设计方案及施工工艺进行了研究、探讨。关键词:
砂砾;高速公路;路基填筑;包边土中图分类号:
U416.041


文献标示码:A

南阳至邓州(省界)高速公路(简称南邓高速公路)有60km的路段位于中等膨胀土区域。为保证路基的长久稳定性,采用非膨胀土材料填筑路基。而K0+000~K12+500和K81+400~K91+070路段在近距离内无适合填筑材料,给路基填筑造成很大困难。

砂砾水稳定性好、透水性强、沉陷快、易压实、毛细水上升高度小,是一种良好的填筑路基材料,对保证路基填筑质量,加快路基工程进度具有一定的优势。

南邓高速公路所在的南阳地区砂砾资源较为丰富,砂砾填筑路基已在公路路网建设项目中大量运用,取得了理想的使用效果,但在高速公路建设中尚未使用。

但砂砾作为填筑材料,存在失水后易滑坍,不易压实,干稳定性差的缺陷。采取砂砾填芯,两侧采取粘土包边的填筑方法,可以发挥两种材料各自的优点,确保填砂路基的稳定。

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。针对实际情况,与设计单位共同制定了
包砂砾路基施工设计方案
,对这种结构形式进行施工指导与质量控制,并在施工中探索、总结和完善。1
砂砾材料

由于砂砾与粘土在土质、力学性质各项技术指标上的差异,在施工中砂砾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,砂砾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。

通过对粘土及砂砾采样进行分析,各项物理性能指标如表1:表1
粘土及砂砾采样分析结果土质液限塑限性指数天然含水量最佳含水量最大干密度砂砾








6.37.92.08对砂砾进行颗粒分析,不均匀系数Cu值在3.6~4.7之间。

工程上把Cu<5的土称为级配均匀的土,而Cu>10的土则称为级配良好的土。表1的分析结果表明,砂砾级配不良,天然条件下不可能自己形成较紧密的土体,只有通过饱水压实才能缩小颗粒间距,形成一定结构强度。根据试验结果,砂砾的最大干容重及最佳含水量与0.074以下颗粒含量多少反映不灵敏,只是总体颗粒较细时,最大干容重偏低,最佳含水量偏高,因此,夏季施工时预留散失水量。2
填砂路基设计方案2.1
方案一

设计单位根据砂砾的级配组成,结合路基边坡的绿化和防护需要,提出了中间填筑砂砾,两侧使用粘土包边的方案(见图1)。该方案用于K0+000~K12+300段的路基施工。

包边土垂直厚度为100cm,水平厚度180cm,按照路基施工技术规范要求,施工时每侧超填50cm,实际包边土宽度为收稿日期:2005-05-20第一作者简介:陈渊召(1974-),河南襄城县人,长安大学在读硕士研究生,主要从事岩土工程、道路工程研究。n第14卷第5期









陈渊召等:砂砾填筑高速公路路基施工技术














53230cm。满足压路机的碾压宽度,可以保证包边土的压实度。图1
填砂砾路基(方案一)

方案一的特点:该方案充分考虑了取自河流中的天然砂砾含水量较高和必须通过饱水压实,因此对排出施工过程中砂砾的含水量极为重视。对此问题,设计单位做出了较为详细的设计。

因填砂路基位于膨胀土区域,为尽可能减少砂砾中水下渗对膨胀土原地面土的浸泡,造成路基底面软弱,该方案采取了对原地面进行掺加石灰处理的措施,使原地面土具有一定的强度和提高抗水浸泡能力。在原地面上采用6%石灰土作横坡为3%的土质路拱,以利于下渗水向路基两侧分散、排出。

在坡脚位置每间隔10m作40cm
40cm的碎石盲沟,利于砂砾中汇集的水分排出路基。

方案一存在的问题。夏季降水量较大时,所设计的间距10m的碎石盲沟,不能使砂砾中的汇集水正常排出,造成对包边土的浸泡。必须挖出已湿软的包边土并进行换填处理。2.3
方案二

在方案一的基础上,加大了砂砾排水能力,取消方案一中的40cm
40cm碎石盲沟,而将底部50cm砂砾填筑至路基坡脚位置,使用反滤土工布包裹,大大增加了砂砾中汇集水分的排放面积,彻底解决了方案一存在的弊病(见图2)。

同时,考虑到土工布5a左右的使用寿命,在路基坡面防护时,在土工布外侧采用干砌片石进行全防护,防止砂砾逸出路基。图2
填砂路基(方案二)3
填砂路基的施工3.1
砂砾与粘土同步施工

这一方案在施工中砂砾与粘土始终处在相对水平的状态,实际上是砂砾和粘土摊铺与碾压同步。砂砾与粘土同步施工,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砾。3.1.1
砂砾与粘土同步的施工工艺

路基填土在摊铺前应先准确地划出路堤边线和砂砾与粘土的分界线,砂砾与粘土均采用水平分层摊铺,严格控制厚度,砂砾的松铺厚度
40cm,粘土的松铺厚度
30cm。包边粘土的摊铺宽度应比设计宽50cm,以保证路基成形削坡后净宽度满足设计的要求。摊铺主要由推土机及平地机完成,并结合人工整理土砂交界处,形成整齐的交界线。n54



















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2005年9月3.1.2
压实

(1)包边粘土压实

摊铺工作完成后,应先对路基两侧包边粘土进行压实。碾压时应控制合理的含水量。由于工作面比较狭窄,不宜用三轮压路机。在碾压过程中粘土与砂砾的结合部位应充分压实,尽量避免砂砾与粘土的混杂和粘土未压实的情况。当包边粘土碾压完毕,按规范要求检测压实度、平整度、宽度、标高(重点检查砂砾与粘土结合部位的压实度)。

(2)砂砾压实3

使用水车或利用路基附近水井进行灌水,灌水量根据含水量控制在200~400kg/m左右,在砂砾与粘土的结合部位应控制水量,避免水量过大将粘土浸泡松软。灌水完毕后一般压实度达80%左右,用重型(30t以上)振动压路机对砂砾碾压4~6遍;振动碾压后,再用静碾压路机压1~2遍,保证本层压实度及表面平整度。对于路基局部边角地带,如桥台或挡墙后背,压路机不能碾压的部位,采用小型手扶式振动压路机或采用蛙式夯实机进行碾压夯实。碾压完毕,检验压实度、平整度、标高、宽度、横坡度,各项指标合格后,及时进行下一层的填筑施工,尽可能减少成型的砂砾路基失水。当不能及时填筑下一层砂砾时,应注意及时洒水,保持足够的水分。3.1.3
机械配置

整平摊铺由推土机与平地机配合完成,压实由振动压路机完成。在向路基上运输下一层砂砾材料时,为避免会因当前已完成碾压的砂砾表面松散造成运输困难,应配备一台装载机牵引运输车辆到指定卸砂位置,以提高工作效率。3.1.4
优缺点分析

砂砾与粘土同步施工,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。存在缺点是:
由于砂砾粘土压实厚度的差异所造成结合处的错台,给压实带来一定困难;
砂砾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砾,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砾停工与等待现象。3.2
先填砂芯后填包边粘土的施工3.2.1
摊铺与压实

在填前碾压后,先进行砂砾的填筑和摊铺,摊铺宽度应略小于砂砾设计边线,在摊铺完成后便可进行灌水碾压,与此同时,粘土也可正常进行摊铺与碾压。两种土质的施工并不互相制约与影响。后包边施工法最重要的一个施工环节,是对砂砾与粘土结合部的碾压处理。3.2.2
包边土压实

先填砂芯后填包边粘土的施工方法允许粘土层的施工滞后于砂砾层,砂砾层的施工不受粘土层的制约,所以其工作面可高出粘土层0~50cm,粘土层的摊铺内侧应宽出设计边线50cm,然后进行粘土层的压实,压实合格后,依照粘土层内侧设计边线对粘土层的内侧削坡(坡比1:1),将削去的粘土堆在压实粘土表面作为下层填筑材料。3.2.3
砂砾和包边土结合处压实

用人工对砂砾层削坡,将削掉的砂砾摊铺至粘土边,先压实的砂砾会失水,应用人工对砂砾进行洒水,注意水量不宜太大,以稳定砂砾不浸泡粘土为原则,再对砂砾进行碾压。由于碾压宽度小,而且与粘土同时碾压(对粘土为反复碾压),为防止包边粘土层内坡的破坏,宜采用静碾压路机碾压,达到压实标准后,进行下一层粘土的填筑。这样,既解决了因粘土层滞后引起砂砾层施工等待问题,又实现了砂砾层与粘土层结合部的同步施工与同步碾压。3.2.4
包边粘土层后施工的优缺点

包边粘土层后施工法,解决了砂砾与粘土结合部位的压实问题,而且使砂砾与粘土的施工相对独立,不会因粘土的滞后而使砂砾施工停工,能充分地利用机械与人力,加快工程进度,缺点是需要人工配合。4
填砂路基的压实度检测

对填砂路基压实度,采用什么方法进行检测更为准确,在施工中对灌砂法、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。此方法虽然简单,但实际操作时常因掌握不好,引起较大误差。尤其是刚刚碾压完成,砂砾路基含水量较大时,使用灌砂法测定压实度一是砂砾层次不明显,孔中扰动后的极细砂砾不易取净,造成干容重偏高。二是量砂灌入试坑后极易潮湿,在回收砂时容易和极细砂砾混合。对量砂频繁晾晒风干,反复调整其单位重,不仅工作量而且影响试验精度。

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,n第14卷第5期









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55施工中填砂路基应采用环刀法检测压实度。

对成型的包砂砾路基进行试坑开挖,测定土砂结合部位的压实度均满足规范要求,路基的弯沉极值和代表值均小于设计值,表明包砂砾的施工工艺、质量控制是成功的。5
结束语

南邓高速公路的工程实践标明,采用粘土包边、砂砾填芯的办法,解决了路基大量远运粘土的困难,因地制宜采用河中砂砾,降低了工程造价,减少了土地占用,缩短了工期,有可观的经济效益和社会效益,为今后同类型路基施工提供了经验。参考文献[1](JTJ013-95).公路路基设计规范[S].北京:人民交通出版社,1995.[2]邓学钧.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,1995.Constructiontechniquesofexpresswaysubgradefilledwithshingle12CHENYuan
zhao,XINGHong
chang(1.Chang
anUniversity,Xi
an710064,China;2.ZhongfangGroup,PingdingshanBranch,Pingdingshan467000,China)Abstarct:The65%roadsectionofexpresswayfromNanyangtoDengzhouliesinthedistrictofmiddleexpansivesoil,butthereisnosuitablereclamationmaterialofnon-expansivesoilnearby.Weadopttheprojectofsoilsurroundingshingleusingshingleassubgradereclamationmaterialafterinvestigation.Thispaperresearchesanddiscussesthedesignprojectandconstructionprocessoffillingsub
gradewithshingle.Keywords:shingle;expressway;subgradefilling;surroundingsoil(上接第41页)

所以,最优采购策略为:若第1、2、3、4月原煤价格为300或330,则采购,否则等第5个月再采购。而第5个月时无论当时价格为多少都必须采购。

按照以上策略进行采购,期望价格为:

S0E=0.2f1(300)+0.3f1(330)+0.5f1(360)=0.2
332.48+0.3
363.70+0.5
394.92=373.06

该模型既考虑了物资价格的变动,又考虑了资金的时间价值和库存费用的影响,为决策者提供比较全面的决策。参考文献[1]胡运权.运筹学教程[M].北京:清华大学出版社,2003.[2]邓成梁.运筹学的原理和方法[M].武汉:华中理工大学出版,2000.Operationalresearchmodeloftimedmaterialpurchasingproblm112YINZhan
wen,LIULei,ANYa
hui(1.PingdingshanInstituteofTecnology,Pingdingshan467001,China;2.TheInstituteofArchitecturereconnaissance&DesignofRuzhou,Ruzhou467044,China)Abstract:Inthefiercecompetitivemarket,thetimedmaterialpurchasingproblemoftheenterpriseswillnotonlydirectlyinfluencetheproductioncosts,planarrangement,thuswillaffecttheenterpriseoverallcompetitivepower,butalsowillassertfar-reachinginfluencetothelong-termdevelopmentoftheenterprise.Thispaperbuildsoperationalresearchmodelandusesdynamicprogrammingmethodtosolvethisproblem.Keywords:timedmaterialpurchasingproblem;themultistagedecisionprocess;operationalresearchmodel;dynamicprogramming