某公路工程土石混合料填筑路基压实试验分析

某公路工程土石混合料填筑路基压实试验 某公路工程土石混合料填筑路基压实试验 分析 路桥?航运?交通幢Id团蒜晦2011年05月 某公路工程土石混合料填筑路基压实试验分析 韩渊清 摘要:本文主要根据笔者多年的工作经验,以某公路合同路段为例,对土石混合料 填筑路基压实试验进行简要的分析. 关键词:公路;混合料;压实 1刖昌 土石混合料常作为公路路堤填方材料.由于含石量,粒度, 级配变化较大,与常用的细粒土路基填筑材料有较大差异.通常 路基填筑施工过程中,路基压实的检测常采用压实度指标进行 控制.一般说来,对于匀质的细粒料这种检测方法是合适的,而 对于非匀质土石混合材料就不适用了,其原因是土石混合料中 含石量的多少直接影响其密度值.当土石混合料骨料问的空隙 能完全被细粒料添充时,在室内试验得到的标准干密度值随含 石量的增加而增大.在使用土石混合料填筑路堤时,路基上任一 点的含石量都不是常数,而且变化很大,测得的土石混合料密度 值呈离散型分布. 下面笔者就以某公路合同路段为例,对土石混合材料填筑 路基压实试验进行简要的分析. 2土的工程分类 按照交通部部颁《公路土工试验规程》,土的工程分类是按 粒径大小,含量多少,级配特征和塑性指数等指标进行分类,分 类采用界限是根据我国长期工程经验,并参考国内外主要标准 确定的.分类如图1所示: 图1土的工程分类一览 3土石混合料 该公路合同段全长19.3km,路基填方240万m,路基最高 填土高度11.09m,填筑材料主要由卵石与细粒土组成,卵石的 基本性质见表1,混合料的粒度组成见表2所示,从以上混合料 的性质来看,土石混合料的级配组成按土的工程分类属于粗粒 土,粗粒土中砾粒组即粒径大于2mm颗粒的质量多于总质量的 50%,称为砾类土. 表1砂岩的基本性质 名称 砂岩2721.1 压碎值(%) 5.3 4土石混合料标准干密度的确定 4.1表面振动仪法确定土石混合料标准干密度 ?386? 表2粗粒土颗粒组成 孔径mm分计筛余% 6010~20 4020,35 5035-65 1O50-75 560-80 270—90 0.07485—95 交通部部颁《公路土工试验规程》规定:对粗粒土和巨粒土 标准干密度的确定应采用振动台法和表面振动仪法,前者是振 动台固定于混凝土基础上,振动台最大负荷满足试筒,试样,加 重底块等质量的要求,不宜小于200kg,频率0~60Hz可调,将装 有试样的试筒安放在振动台上,并在试样表面放置加重块(加重 块静压力应为13.8kg),通过振动台的振动和重块产生的静压力 使试样达到挤密的效果,整个土样同时受垂直方向的振动作用, 功率0.75,lkW,振动频率45,50Hz,激振力2.54.5kg.将装有试 样的试筒固定于混凝土基础上,在试样表面放置钢制夯,钢制夯 与振动台连接,夯与振动电机总重在试样表面产生13.8kg静压 力,通过振动电机带动钢制夯传递给试样的振动力,使土样达到 挤压密实的效果,振动作用是自土体表面垂直向下传递,这种受 力状态接近现场施工振动压实的实际状况.因此,我们对土石混 合料材料标准干密度的测定首先选用表面振动仪法.如前所述, 在土石混合料填筑路基时,路基上任一点的含石量都相差很大, 而且含石量的多少对于密度值影响很大,也就是说,对于同一个 土场的材料,它的标准干密度不是唯一值,而是随含石量的不同 而变化.为此我们采用标准干密度与含石量(粒径大于5mm)的 关系曲线来确定不同含石量的标准干密度.首先按照交通部《公 路土工试验规程》规定的表面振动仪法确定土石混合料某一含 石量的最大干密度,以干密度为纵坐标,含石量为横坐标,绘制 干密度与含石量的关系曲线,如图2所示. 图2表面振动仪法干密度与含石量的关系曲线 4.2击实法确定土石混合料标准干密度 《公路土工试验规程》中规定:重型击实法采用直径为 150mm的击实筒确定土料标准干密度,土的最大粒径不得超过 40mm.为满足要求,采用将土石混合料中超过击实法规定 的粒径颗粒(粒径大于40ram)筛出后,剩余土石混合料用击实 法(击实筒直径150rnm)得到不同含石量的标准干密度,绘制一 2011年05月龌朔日曩晦路桥?航运?交通 个随含石量变化的标准干密度曲线,如图3所示.在施工现场测 定压实度时,将超粒径的颗粒用体积折算的方法进行处理. 图3击实法干密度与含石量的关系曲线 从以上两种方法得到土石混合料标准干密度与含石量的关 系图上看,同一含石量在两曲线图上查得的标准干密度相差6% 左右,即表面振动仪法得到的标准干密度值低于击实法得到的 标准干密度值.我们在同一施工路段,同一条件下,用两种方法 得到的标准干密度检测压实度,发现用表面振动仪法得到的标 准干密度控制路基压实度标准偏低.规范中强调指出用表面振 动仪法测定土石混合料标准干密度,只适用于无粘性自由排水 的土石混合料.也就是说土石混合中粘粒含量的大小对于表面 振动法确定标准干密度有影响,其原因是粘粒间内摩擦力较大, 粘粒含量越大,土石混合料问内摩擦力越大.因此我们选择用重 型击实法得到的土石混合料标准干密度与含石量的关系曲线来 控制土石混合料填筑路基的压实度. 5压实度现场检测 用灌砂法测定路基某点的密度,首先测定该点试坑的体积 v,称量试坑内全部试料重量M,用筛子将大于40ram以上的颗 粒筛出,称其重量M1,用石料的视比重计算出大于40ram以上 颗粒所占的体积v,试坑体积减去大于40ram以上颗粒所占的 体积,得出小于40mm以下颗粒所占体积为v,,试坑内试料重量 减去大于40ram以上颗粒的重量,得出小于40mm以下颗粒重 量为M2,同时可以计算出小于40ram以下颗粒的密度,再将小 于40mm以下颗粒土石混合料筛出大于5mm以上颗粒,称其重 为M3,计算出小于40mm以下颗粒土石混合料的含石量.根据 含石量与标准干密度关系曲线(图3)找到相应含石量的标准干 密度,则该点压实度即可求出.计算步骤如下: (1)计算大于40mm颗粒所占的体积:V1=M,/G; (2)计算小于40mm颗粒所占体积:V2:vrv; (3)计算小于40ram颗粒所的重量:M2=M—M.; (4)计算小于40rnm颗粒土石混合料的密度:p=M; (5)计算小于40mm颗粒土石混合料的含石量:含石量(%) = MJM2~100%; (6)计算压实度: 压实度(%)=『p/(1+w)1/Px100% 式中:V——试坑的体积; G——石料的视比重; M——试坑内全部试料重量; M——大于40mm以上颗粒重量; M,——小于40mm以下颗粒重量; M一小于40rnm大于5mm颗粒重量; W——土石混合料的含水量; P_一查得图3所对应的标准干密度值. 6现场试验段简况 6.1试验段布置 压实度试验段选在该公路合同段K77+300一K77+640.首先 对该施工路基进行整平,碾压,使该路段的路基达到压实度有关 规定,根据试验路段的目的和要求,用天然砾石混合料作为试验 段填料,松铺厚度分两种: 第一种:K77+300一K77+460松铺厚度40cm. 第二种:K77+460一K77+620松铺厚度60em. 网. 度. 6.2 在试验段摊铺整平后,表面用石灰粉分成40mx20m的方格 每网格按试验目的要求碾压不同的遍数,分别测定其压实 试验机具及碾压方法 整平:征山T200推土机,天津Y160型平地机. 碾压:YZT160型振动压路机 在碾压过程中,振动碾压速度控制在3~5km/h,压路机轮子 错轮宽为15,25em,且从两边往中间进行碾压以便使路基形成 一 定的路拱. 6.3压实度检测 (1)压实度控制指标是采用图3击实法干密度与含石量的 关系曲线. (2)现场路基密度检查使用灌砂法,灌砂简直径20cm. (3)压实度检测结果如表3所示. 松铺厚度实测干密度标准干密度区段碾压遍数压实度(%) (crI1)(z../cm3)(g/cm3) 一 区402.o02-2987 二区402.【122.2490 三区402.162.2994 四区四402.092.2195 一五区五602.192.2398 六区/,602042.3298 七区七602.102.2992 八区八602-222.3594 ※五区为厚度过渡段,压实度为异常点. 从以上试验路段的试验结果和施工检测实践验证,同一虚 铺厚度路基压实度是随着压实遍数的增加而增大,由此证明该 检测方法是粗粒土填筑路基检查压实度行之有效的方法,测得 的压实度能反映路基填土实际的压实度状况,而且使用检测设 备较少,检测过程简单易学,便于现场操作. 总之,该公路合同段通过几年的运营,路基稳定性较好.路 面通过激光平整度检测车进行检测,路面平整度和使用性能明 显优于其它填土路段. (作者单位:铜川公路管理局) ?387?