理论教育 如何选择填料-山区高速公路施工控制与安全预警技术研究成果

如何选择填料-山区高速公路施工控制与安全预警技术研究成果

时间:2023-08-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:路堤浸水部分的填料应采用渗水土填料。粒径小于0.5mm的细集料的液限应小于28%,其塑性指数应小于5。2)基床底层高速公路路基基床底层填料只能用A、B组填料或改良土。对于高速公路而言,使用的填料应该是最好的。

如何选择填料-山区高速公路施工控制与安全预警技术研究成果

1.一般基床填料的规定

Ⅰ级公路基床表层应选用A组填料(砂类土除外)填筑基床,当缺乏A组填料时,通过经济比选后可以选用级配碎石或级配砂砾石。Ⅱ级公路应选用A组填料,其次为B组填料。对不符合要求的填料,应采取土质改良或加固措施。填料的颗粒粒径不得大于150mm。

Ⅰ级公路基床底层应选用A、B组填料,否则应采取土质改良或加固措施。Ⅱ级公路可采用A、B、C组填料作为基床底层填料。当采用C组且年平均降雨量大于500mm时,填料塑性指数不得大于12,液限不得大于32%,否则应采取土质改良或加固措施。底层填料粒径不应大于200mm,或不超过摊铺厚度的2/3。

路堤基床以下部位宜选A、B、C组填料。当选择D组填料时应采取加固或土质改良。路堤浸水部分的填料应采用渗水土填料。使用不同填料填筑路基时,应分层填筑每一水平层全宽且以同一种填料填筑。当渗水土填在非渗水土上时,非渗水土顶面应向两侧设4%的“人”字排水坡;当上、下两层填料的颗粒大小悬殊时,应在分界面上设厚度不小于30cm的垫层。填料的最大粒径不宜大于300mm或摊铺厚度的2/3。

高度小于2.5m(小于基床标准厚度)的低路堤,基床表层范围内的天然地基土的土质和天然密实度要达到规范对基床表层填料和压实质量的要求。基床底层范围内天然地基的承载力要足够,Ⅰ级公路不小于180kPa,或者静力触探比贯入阻力Ps不小于1.5MPa,Ⅱ级公路不小于150kPa,或者Ps不小于1.2MPa。

2.高速公路填料的选用

1)基床表层

从日、法、德三国和我国以前进行的少量基床强化的试验研究来看,基床表层使用的材料大致有以下几类:级配砂砾石、级配碎石、级配矿物颗粒材料(高炉炉渣)和各种结合料(如石灰水泥等)的稳定土。级配矿物颗粒材料,特别是水硬性的级配高炉炉渣是很好的基床表层材料,主要成分是CaO、SiO2、Al2O3,其成分与水泥的成分相似。施工后很长时间内会继续硬化,承载能力相应提高,这显然是非常有用的。这种材料的无侧限强度在10kPa以上,弹性模量在300MPa以上。但也有一些不利的地方,它必须以炼铁厂为中心进行再加工,对矿渣碎石的品质要求高,否则水硬性的特点就得不到发挥。矿渣碎石对施工工艺要求严格,使用不当时,其含有的CaS、CaO还会污染环境。这种材料在日本已大量使用,欧洲也有少量使用,我国公路还很少用。从我国现有的施工条件来看,采用这类材料难度较大。我国高速公路路基基床表层填料采用级配砂砾石和级配碎石。

(1)级配砂砾石

各种砂砾石是欧洲基床表层普遍使用的材料,我国公路上也已大量使用。它是用粒径大小不同的粗、细砾石集料和砂各占一定比例的混合而成的填料,其颗粒组成符合密实级配要求,其中包括一部分塑性指数较高的黏土填充孔隙并起黏结作用,经压实后形成密实结构。其强度的形成是靠集料间的摩擦力和细粒土的黏结力。公路部门的经验表明,只要保证组成材料的质量,使混合料具有良好级配,并控制好细粒土的含水量及塑性指数,在施工过程中将混合料搅拌均匀,在最佳含水量下压实,并达到要求的压实度,就能形成较高的力学强度和一定的水稳性。

作为高速公路路基基床表层材料的级配砂砾石的颗粒粒径、级配应符合表5-3要求。级配曲线应接近圆滑,某种尺寸的粒径不应过多或过少。为了提高承载能力,还要求颗粒中扁平及细长颗粒含量不超过20%,黏土团及有机物含量不超过2%。形状不合格的颗粒含量过多时,应掺入部分合格的材料。为了防止道砟嵌入或基床底层填料进入基床表层,级配砂砾石与上部道床及下部填土之间应满足太沙基(terzaghi)反滤准则,即D15<4d85(D15为粗粒土级配曲线上相应于15%含量的粒径,d85为细粒土级配曲线上相应于85%含量的粒径)。当与基床底层填料之间不能满足该要求时,基床表层应采用颗粒级配不同的两层结构,或在基床底层表面铺设土工合成材料。粒径小于0.5mm的细集料的液限应小于28%,其塑性指数应小于5。

表5-3 级配砂砾石筛孔质量百分比

(www.daowen.com)

(2)级配碎石

级配碎石是我国高等级公路上普遍采用的用作路基基层的填料,它是由粒径大小不同的粗、细碎石集料和石屑各占一定比例的混合料,并且其颗粒组成符合密实级配要求。级配碎石可由未筛分碎石和石屑组配成。未筛分碎石是指控制最大粒径(仅过一个规定筛孔的筛)后,由碎石机轧制的未经筛分的碎石料。它的理论粒径组成为0~50mm,并且具有较好的级配,可直接用作高速基床表层填料。石屑是指实际颗粒组成常为0~10mm的筛余料,并具有良好的级配。级配碎石的颗粒粒径、级配范围和材料性能应符合现行《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)规定,并且在变形、强度等方面应满足高速公路路基基床表层的有关技术条件。为了防止道砟嵌入或基床底层填料进入基床表层,级配碎石与上部道床及下部填土之间应满足D15<4d85。当与基床底层填料之间不能满足该要求时,基床表层应采用颗粒级配不同的两层结构,或在基床底层表面铺设土工合成材料。

2)基床底层

高速公路路基基床底层填料只能用A、B组填料或改良土。

3)基床以下路堤填料要求

高速基床以下路堤填料应满足下列三个基本要求:①在列车和路堤自重荷载作用下,路堤能长期保持稳定;②路堤本体的压缩沉降能很快完成;③其力学特性不会受其他因素(水、温度、地震)影响而发生不利于路堤稳定的变化。因此,只要土质经过处理后能满足上述要求,就可以用作基床以下路堤填料。

对于高速公路而言,使用的填料应该是最好的。这样既可以减少工后沉降,又可以有较高的安全储备以保证路堤的稳定,并保证不产生病害。因此,首先应采用现行《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)所要求的优质材料。实际观测表明,采用优质级配良好的粗颗粒可以大大减少路基的工后沉降。然而,由于线路很长,通过地段的地质条件变化复杂,都使用优质填料的可能性不大。特别是京沪线,调查表明,优质填料A组缺乏,B组填料和C组块石、碎石、砾石类填料也不多,否则就需要远运。这样长的线路必然需要大量的路堤填料,为了解决这一难题,显然要扩大可用填料范围,即C组填料细粒土经改良后也可以作为高速基床以下路堤填料。其实,缺乏优质填料不仅在我国,在世界各国都存在这个问题。因此,各国都在满足基本要求的前提下,努力使可用作填料的范围扩大。法国就曾在东南线的高路堤中试验使用含水量较高的黏土,其直接的目的是降低造价。

目前,世界主要高速公路国家对路堤填料有如下规定:

法国高速公路禁用QS0级土,包括有机质土、淤泥占15%以上的疏松潮湿土质、触变性土,含可溶物质(如岩盐、石膏等)类土,含有害于环境的物体类土(如工业垃圾、矿物和有机质土的混合物)。

日本禁用D2组土,包括含有机质土的砂性土(SO)、有机质黏性土(OL)、有机质黏性土(OH)、有机质火山灰土(OV)、纤维质高有机土(Pt)、淤泥(Mk)。路堤下部填料除D2组土及下述土原则上不能使用外,其他均可经过改良后使用:①膨润土高岭土温泉变质土等膨胀性土(岩);②会吸水膨胀风化严重的蛇纹岩、泥岩;③含大量有机质的高压缩性土;④冻土。

德国公路禁用富含动植物残留物的有机质土(OH,OK)、泥炭土(HN,HZ)和淤泥(F)。

由这些国家的有关规定可以看出,除性质不稳定,随时间或受各种因素影响其力学性质会发生显著变化的土外,包括含有一定数量有机质的土(OU,OT),易风化软岩,液限含水量高于80%的火山灰质黏性土(VH1,VH2),都可以经过一定处理后作为填料使用。因此,可作为填料的土类还是比较多的,但都需要经过改良处理以后才能使用。

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