土石混填路基施工工艺室内足尺试验研究 5页

第33卷第3期中外公路3920l3年6月文章编号：1671—2579(2013)03—0039—05土石混填路基施工工艺室内足尺试验研究秦育彬(广西高速公路投资有限公司，广西南宁530021)摘要：该文在分析土石混合料力学特性及强度影响因素的基础上，开展了室内足尺试验。试验结果表明：土石混合料的结构强度主要取决于粗粒料形成的骨架，其强度影响因素主要有孔隙比、粒径、形状修正系数等。不同松铺厚度的土石混合料随着碾压遍数的增加，弯沉值逐渐变小，说明其承载能力逐渐提高，变形能力逐渐降低；在各松铺厚度下，随着碾压遍数的不断增加，初期贯入量较大，后期贯入量逐渐减少。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。碾压遍数对土石混合料干密度有一定影响，但当压实机械吨位一定时，仅靠增加碾压遍数来提高深层土体的干密度比较困难。关键词：道路工程；土石混填路基；足尺试验；施工工艺；碾压响因素的基础上，通过室内足尺试验，对采用振动压路1前言机对土石混合料路基进行的碾压施工进行了分析，研究了该土石混合料最佳碾压遍数与最佳松铺厚度，以随着西部向山区公路工程项目建设的发展，土石指导土石混填路基施工。混填路基已成为较普遍的公路路基形式之一。土石混填路基是指利用振动压实机具将卵石土、砾石土等天2土石混合料强度影响因素分析然土石混合料或路堑开挖及隧道掘进过程中产生的碎石与土等混合料经振动压实而形成的一种路基形式。2．1土石混合料力学特性大量的工程实践表明：土石混填路基有以下主要特点：不同级配下土石混填颗粒在压实后的力学参数与1)通过压实松散的土石混合料，可提高土石混填路基性质并不相同。含石量所占比例对其骨架作用的影响的抗剪强度，以获得压实密度较大、承载力较高的路最为明显，混合料的骨架作用随着含石量的增加而增基，大幅提高土石混合料填料力学参数，大大改善其工强。当土石混合料含石量在30以内时，混合料受力程性质，并有效提高土石方填筑工程的安全性能；2)分布比较均匀，其压实后的力学特性与细粒土压实较土石混合材料的性质差异较大；3)土石混合材料填筑为相似；当土石混合料含石量为3O～7O时，随着的路基与传统的土质材料填筑的路基相比，其压实特含石量的增大，作为粗颗粒的石子逐渐形成骨架，能够性存在较大差异。随着土的种类及石料的强度和含量承受一定的荷载作用，填充石子空隙的颗粒起到一定不同，压实成型后土石混填料的力学性质与物理结构的联结作用，其整体的受力和稳定性都比较好；当含石有明显不同；4)对于土石混填路基，通过破碎、压实方量超过7O％达到100％时，随着含石量的增大，作为粗法，使得石料被压碎并重新排列与挤密，因此，对于土颗粒的石子形成的骨架空隙由于缺乏足够的细颗粒填石混填路基，在施工过程中，碾压机械及其性能、填料充，其密实程度有所下降，其荷载也完全由粗颗粒骨架的粒径与强度以及混合料层铺厚度等都会对压实效果承担。产生较明显影响，应对其施工参数进行有效控制；5)因此，当土石混合料的含石量为6O9／6～8O9，6时，对于土石混填路基现阶段还没有较完善的压实质量控一方面，粗颗粒形成的骨架有较好的承受荷载作用；另制标准与检测方法，压实质量控制标准和检测方法的一方面，填充于粗颗粒骨架孔隙间的细颗粒也能起到研究均处在试验和初级阶段，目前还无较成熟的规定。填充与粘结的作用，使土石混填路基具有较好的密实为此，该文在分析土石混合料力学特性及强度影性和承载能力。收稿日期：2013—04-02作者简介：秦育彬，男，高级工程师．E-mail：hejunhui0925@163．comn40中外公路第33卷2．z土石混合料的强度影响因素由图2可知，在忽略土石混合料级配影响的基础三维条件下，土石混合料体积模量K、杨氏模量上，假设孔隙比Bd罨与稠辎接触刚度一定时，随着压实机械对E及泊松比分别为：土石混合料∞颗粒的如破碎作加用：2，土石混填路基的杨氏模量E、体积模量K随着平均颗粒粒径的增大而减小。K：—兰一D(1)67cR(1+P)。，(3)形状修正系数。图3为三维条件下土石混填Cmr／z路基杨氏模量E、体积模量K受形状修正系数^影响E=×的曲线。2'cR(1+e)”‘D一D，tz一面而(3)由此可见土石混合料力学特性与孔隙比、等效半径R、级配、形状修正系数可等参数有关在现场施工条件下(C一13、=0．8、R=10mm、D=0．8MPa、D，=0．1MPa、P=0．35)，分别分析其对混合料力学特征的影响。0．600．650．700．750．80o．85(1)孔隙比。图1给出了三维条件下体积模量K和杨氏模量E与孔隙比之间的关系曲线。形状修正系数图3土石混填路基模量与形状修正系数的关系毫嘲由图3可知，形状修正系数h越小，则颗粒表面∞∞：。m越尖锐，土石混合料杨氏模量E及体积模量K随之减小。2．3土石混合料路用性能为评价土石混合料路用性能，将土石混合料按粗颗粒含量为30、5O、7O和90％进行制样，分别开O．2O30．40．5展无侧限抗压强度、回弹模量、CBR及浸水膨胀试验，孔隙比试验结果如图4、5所示。图1土石混填路基模量与孔隙比的关系理6o由图1可知，随着混合料孔隙比的减小，其模量逐望50渐增大，刚度逐渐增大。删(2)粒径。图2为三维受力条件下土石混填路基40直杨氏模量E、体积模量K与颗粒等效半径R之间的关商30系曲线。秘要030507090粗颗粒含量图4粗颗粒含量与土石混合料强度的关系由试验结果可知：当粗颗粒含量小于70％时，土石混合料的各项力学指标随着粗颗粒含量的增加而增大。当粗颗粒含量超过7O后，由于粗颗粒形成的骨O．OlO．020．O3架孔隙缺乏足够的细料填充，从而导致其强度降低，同等效半径，m时，土石混合料浸水膨胀量要小于一般细粒土的膨图2土石混填路基模量与等效半径的关系胀量。n2013年第3期秦育彬：土石混填路基施工工艺室内足尺试验研究41断增加，土石混合料的表加面沉降量开始8增加4较快O，到后OOOOOO来逐渐变缓。随着松铺厚度的增加，土石混合料表面￡jm∞∞∞￡}O逞累计沉降量亦偏大，但并非完全成正比。咖澎图8给出了路基顶面弯沉值。瀣*l3O5O7O9Ogg粗颗粒含量京静图s粗颗粒含量对土石混合料浸水膨胀的影响3土石混填路基室内足尺试验研究2345678碾压遍数足尺试验在室内长108m、宽7．5m及深2．5m图8路基顶面弯沉与碾压遍数的关系的大型地槽中进行，压实设备为CA25S振动压路机，由图8可知：不同松铺厚度的土石混合料随着碾自重10t，振动力为20t左右，采用的是湖南省常张高压遍数的增加，弯沉值逐渐变小，说明其承载能力逐渐速公路沿线的土石混合料作为足尺试验路基填筑材提高，变形能力逐渐降低。其中松铺厚度为30cm、碾加∞∞∞∞∞O料。在试槽中分别按松铺厚度为3O、50、70cm分层摊压遍数为4遍时，弯沉值为0．04mm；松铺厚度为5O铺并碾压，碾压达到规定遍数后完成各项试验检测项cm、碾压遍数为6时，弯沉值为0．06mm；松铺厚度为目。试验结果如图6、7所示。70cm、碾压遍数为8遍时，弯沉值为0．i0mm。以上数据表明：压实机具一定时，仅靠增加碾压强数难以提高土石混合料的抗变形能力。图9、10为动态贯入量与碾压遍数的关系曲线。进由图9、10表明：在各松铺厚度下，随着碾压遍数的增加，土石混合料逐渐密实。当压实条件相同时，贯人量随着松铺厚度的增加呈非线性增加。图11为土基回弹模量与碾压遍数之间的关系。ol2345678试验结果表明：随着碾压遍数的增加，各松铺厚度的土碾压遍数石混合料回弹模量值先是迅速提高，而后逐渐减缓。图6路基顶面分级沉降与碾压遍数的关系当碾压遍数少于4遍时，土石混合料的回弹模量随着松铺厚度的增加而减少；当碾压遍数多于4遍时，4_4土石混合料回弹模量较为接近，没有明显随着碾压遍40_36数的增加而变化，其中松铺厚度为30cm的土基回弹毒32模量略大。羹试箱和表面波仪测试结果见图12、13。蹦}2O由图12、13可知：随着碾压遍数的增加，各松铺厚16度的土石混合料干密度逐渐增加，最初3～4遍增加较12快，4遍以后增加缓慢。其中松铺厚度为70cm时，表0I2345678层土体的干密度增长规律与松铺厚度为30cm和5O碾压遍数cm时基本类似，而底层土体的干密度随着碾压遍数的图7路基顶面累计沉降与碾压遍数的关系增加一直增长较慢。这表明：压实机械一定时，仅靠增由图6、7可知：在各松铺厚度下，随着碾压遍数不加碾压遍数来提高深层土体的干密度比较困难。因n42中外公路第33卷口目、鲫<懈75旨逞献、厂幅22l1∞2∞2卯1∞l如O∞∞∞∞如O60∞鲫∞∞O吕量45嘲删<蜮3015OO20406080100O2O40608O1o0．锤击次数锤击次数(a)松铺厚度30cm(a)松铺厚度30cm蜃Ⅱ，咖、，枢§lⅡ，唧、，∞∞∞加0加∞∞∞∞∞OO2O406O8O10002O40608O1oo锤击次数锤击次数(b)松铺厚度50cm(b)松铺厚度50cmO2O4O6O80100O20406080100锤击次数锤击次数(c)松铺厚度70cm．r．c)松铺厚度70cm图9动态贯入量与碾压遍数关系(贯入杆直径：50ram)图1O动态贯入量与碾压遍数关系(贯入杆直径：100mm)此，土石混填路基施工时，必须根据经济、技术等方面的施工工艺，得到以下主要结论：的要求，确定出相应压实功下合理的松铺厚度与碾压(1)土石混合料的结构强度主要取决于粗粒料形遍数组合。成的骨架，其强度影响因素主要有孔隙比、粒径、形状修正系数等。土石混合料孔隙比、平均粒径越大，相应4结论的体积模量和杨氏模量越小；形状修正系数越大，体积模量和杨氏模量越大。该文在分析土石混合料力学特性及强度影响因素(2)不同松铺厚度的土石混合料随着碾压遍数的的基础上，通过室内足尺试验，研究了土石混合料路基增加，弯沉值逐渐变小，说明其承载能力逐渐提高，变n2O13年第3期秦育彬：土石混填路基施工工艺室内足尺试验研究43善卿教凰一g。I譬一、精^g一、谢燃聪随222211ll∞舳∞∞∞合料回弹模量值先是迅速提高O，而后O∞逐渐O减缓O砌。．当O碾Om叭％s：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减小：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30cm的土基回弹模量略大。(4)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12345678后增加缓慢。其中松铺厚度为70cm时，表层土体的碾压遍数干密度增长规律与松铺厚度为30cm和50cm时基本图l1碾压遍数对于土石混合料回弹模量的影响类似，而底层土体的干密度随着碾压遍数的增加一直增长较慢。当压实机械一定时，仅靠增加碾压遍数来上下提高深层土体的干密度比较困难。参考文献：[1]ShojiroHataandKazuyoshiTateyama．Relationshipbe—tweenVibratoryRollerCompactionandIndoorImpactCompactionTest[J]．JournalofTerramechanies，1987，24(1)：l19—12O．l23456789[2]沙庆林．公路压实与压实标准[M]．北京：人民交通出版碾压遍数社，1999．[3]DieterPietzschandWolfgangPoppy．SimulationofSoil图l2各松铺厚度下干密度与碾压遍数的关系CompactionwithVibratoryRollers[J]．JournalofTerra·mechanics，1992，29(2)：585—597．[4]姜伟．土石混填路基压实质量的室内试验研究[D]．长安大学硕士学位论文，2005．[5]马松林，王龙，王哲人，等．土石混合料的室内振动压实特性研究[J]．中国公路学报，2001(1)．[6]周宗岭，龚红兵，董云．土石混填路基填料散体本构关系研究[J]．公路交通技术，2004(6)．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