填石路基施工技术

填石路基施工技术沙爱民长安大学二零零七年九月目录一、填石路基施工现状二、填石路基填料的工程特性三、填石路基压实机械选型技术四、填石路基施工工艺五、填石路基质量检测方法与评定标准填石路基施工背景在现场工程中所遇到的深挖路堑和隧道施工造成了大量的大粒径碎石材料。限于目前施工规范的粒径要求，这些石料一般不能用于路堤填筑。挖方石料需要及时清除或处理才能继续施工。大粒径碎石填料的工程特性一．大粒径碎石填料的分类方法二．大粒径碎石填料的压实特性三．大粒径碎石填料的粒径组成四．大粒径碎石填料的破碎性五．大粒径碎石填料的变形特性填石路基中的填料按照粒径及颗粒特征分析应属于纯巨粒土，而我国现行规程中粗粒土的分类多是限于最大粒径不超过60mm，粒径范围为0.075mm～60mm的材料，虽然将粒径大于60mm的材料命名为巨粒土，但其分类过于笼统，没有根据其最大粒径、粒径组成、细粒含量等指标再继续细分、命名。填石路基碎石填料分类现状公路行业路基填料的分类方法应该主要考虑碎石的承载力性能，但实际上目前对于路基填料的分类主要是按照粒径的大小与颗粒特征来划分，并未反映出承载力的情况。此外，填料的工程性质除与粒径特征有关外，还与其岩性、强度、抗风化程度以及吸水性有关。若填料的岩性、强度、风化程度等不同，即使是石料的粒径相同，其在路基施工中的工程性质也将会有很大差异。填石路基碎石填料分类现状大粒径碎石填料的工程特性研究填石路基——填方路基的填料中粒径大于60mm的颗粒含量大于50%，粒径＜0.074mm的颗粒含量小于10%。大粒径碎石填料的工程特性研究碎石填料的分类方法——依据石料的岩性，主要按照强度，结合其风化程度将其分为坚硬类石料、次坚硬类石料、软质岩类石料和极软类石料。大粒径碎石路基对应地分为坚硬类岩石大粒径碎石路基、次坚硬类岩石大粒径碎石路基和软质岩类大粒径碎石路基。大粒径碎石路基的石料分类石料分类单轴饱水抗压强度（MPa）主要岩性风化程度坚硬类＞60花岗岩、玄武岩、辉绿岩、闪长岩正长岩、安山岩、硅质石灰岩、石英砂岩、硅质胶结的砾岩抗风化能力强次坚硬类30～60熔结凝灰岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩、白云岩抗风化能力中等软质类5～30弱风化极软质类＜5凝灰岩页岩、泥质砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥灰岩、千枚岩易风化大粒径碎石填料的工程特性研究填石路基压实过程中应注意的问题—™填料粒径较大，均匀性很差，宜产生离析现象，会导致路基不同部位的密度和物理力学性能有很大的差别，反映在压实过程中就应相应提出具体特殊的要求。™在压实过程中，石料有可能不断地被压碎，改变原有的粒径组成，从而对路基密度、强度和稳定性等产生重要影响。™由于填料的透水性良好，填石路基宜产生空隙，在一定条件下（如雨水冲刷或浸水路堤）会导致路基填筑体中的细粒料流失，从而发生较大的沉降。大粒径碎石填料的工程特性研究碎石填料的粒径组成——几个重要粒径的颗粒含量在总体上主导形成了填石路基的结构类型，从而决定了碎石填料的压实特性。大粒径碎石填料的工程特性研究碎石填料的结构类型——™骨架－密实结构既有较多数量的大粒径碎石形成空间骨架，又有相当数量的较小粒径填料充填骨架的孔隙。™骨架－孔隙结构大粒径碎石填料起骨架作用，其间空隙没有足够的细料得以填充，出现较大的空隙，导致颗粒间嵌挤锁结力减小。大粒径碎石填料的工程特性研究碎石填料粒径组成建议值—™石灰岩路堤填筑区：最大粒径应不大于35cm～45cm，不均匀系数在15～20以上较好，同时粒径大于20cm的填料含量应在30%～40%以下，粒径在2cm以下的填料含量应在10%～15%以上。路床范围内：最大粒径应不大于15cm，不均匀系数在10左右较好。大粒径碎石填料的工程特性研究碎石填料粒径组成建议值—™砂岩路堤填筑区：最大粒径应不大于30cm～40cm，不均匀系数在15～20以上较好，同时粒径大于20cm的填料含量应在20%～30%以下，粒径在2cm以下的填料含量应在10%～20%以上。路床范围内：最大粒径应不大于15cm，不均匀系数在10左右较好。大粒径碎石填料的工程特性研究碎石填料粒径组成建议值—™粒径组成的实现岩石的物理力学性质和节理裂隙发育情况是影响爆破效果的主要因素，爆破方案设计前应综合考虑以下因素：（1）选择合适的炸药单耗。炸药单耗是满足石料粒径组成要求的主要途径，单耗的改变可导致石料的各种粒径比例。（2）间隔装药的变化可改变某一粒径的含量；孔网参数的确定决定各种粒径石料含量的比例关系。在摊铺整平工序中严格控制填料的粒径，对超粒径的石块要进行二次解小，不能解小的必须推出路基范围。大粒径碎石填料的工程特性研究碎石填料的破碎性—大粒径的碎石填料在碾压过程中的压碎情况比较复杂，其破碎现象对路基施工质量既有减少孔隙比的有利方面，也有破坏路基稳定结构的不利方面。破碎率与沉降率试验数据不同粒径组成测点破碎率沉降率1177.8217.29.8323.616.5425.815.9533.310.2650.17.6破碎率与路基沉降率的关系0246810121416181216202428323640444852破碎率（％）沉降率（％）大粒径碎石填料的工程特性研究碎石填料的破碎性—在施工中应对填料的岩性、粒径组成以及压实功能进行控制，以使大粒径碎石路基填料的破碎现象朝好的方面发展，保证路基的强度与稳定性。大粒径碎石填料的工程特性研究大粒径碎石填料的变形特性—填石路基沉降由两部分组成：™填筑压实层各层在施加荷载时产生的沉降总和，其在施工期荷载施加完成时完成；™填筑压实层各层在荷载完成后较长时间内蠕变产生的沉降总和，其在荷载施加完成后的时间段内逐渐发生。大粒径碎石路基沉降变形主要发生在施工期，施工时必须采用良好的施工工艺和质量检测方法才能保证大粒径碎石路基的稳定。试验路段地基沉降观测数据处理结果观测点桩号位置填筑高度(m）填筑时间（天）填料岩性总沉降量(mm)沉降速率（mm/天）备注K27+7601345砂岩291沉降板不在原地面，地基经过加固处理K1512+3405.5661千枚岩121K1545+1408.2358砂岩141K1580+3606.5050砂岩71K1580+3007.3344砂岩221K1580+3206.5244砂岩241K1580+3405.9844砂岩221大粒径碎石填料的工程特性研究大粒径碎石填料的变形特性—™施工期地基沉降观测大粒径碎石填料的工程特性研究大粒径碎石填料的变形特性—™施工期填筑体压实层的沉降观测施工期填筑体压实层的压缩沉降观测数据桩号位置压缩层厚度（m）观测时间（天）施工期观测总压缩量（mm）压缩速率（mm/天）备注K1545+135～1403.4622071K1512+260～3403.0613671K1580＋350～3601.783011压缩层为两块沉降板之间的距离K1580+300处2号磁环1.044041K1580+320处2号磁环1.034051K1580+320处3号磁环1.042841K1580+340处2号磁环0.974041K1580+340处3号磁环0.552831K1580+340处4号磁环0.722541采用分层沉降仪观测大粒径碎石填料的工程特性研究大粒径碎石填料的变形特性—™工后沉降观测工后沉降数据观测点桩号位置填筑高度(m）观测时间（天）总沉降量(mm)垂直沉降占路堤高度的百分数备注K27+76013362100.08沉降板在路堤间K1512+2605.3814330.06沉降板在路堤间K1512+3405.5614340.07地基K1580+3006.12940.07磁环在路堤间填石路基压实机械选型技术一．填石路基施工的压实方式二．填石路基压实机械选型原则三．填石路基专用压实机械现场试验四．填石路基冲击压实现场试验填石路基压实机械选型技术研究填石路基施工的压实方式—选用振动压路机保证填石路基施工质量振动压实时，石料颗粒处于运动状态，填料内部阻力大大减少，同时振动压实机械静重作用和压力波形式的动力作用产生压实力和剪应力，促使颗粒移动，重新排列得以密实。填石路基压实机械选型技术研究填石路基压实机械参数研究—™压路机的吨位与功率随着石料强度的增大应相应地增大压实机械的激振力。当松铺层厚在60cm～80cm之间时，压实机械的吨位应大于18T，其激振力在400KN左右较宜。填石路基压实机械选型技术研究填石路基压实机械参数研究—™频率振动压路机的激振频率越接近填料的固有自振频率，路基的压实效果越好。填石路基采用振动压路机施工时的适宜频率为30Hz～35Hz。填石路基压实机械选型技术研究填石路基压实机械参数研究—™振幅1.振幅变化对压实效果的影响比频率变化所带来的影响要大。2.大粒径碎石路基采用振动压路机施工时振幅应在1.5mm以上。3.压路机振动碾压初始时，振幅应该加大，之后随着压实效果的增加应逐渐减小振幅。4.在相同吨位下，应该选用拖式振动压路机以增大压实时的静线压力。填石路基压实机械选型技术研究填石路基压实机械选型原则—™若选用中型及重型单钢轮压路机，整机质量应在18吨以上，振动频率在35Hz～30Hz之间，振幅在1.8mm以上；™选择拖式振动压路机的工作质量应在18吨以上，振幅在1.5mm以上；™选用冲击式压路机应选用静压实能在25KJ以上的，但要控制压实遍数，以免冲击压实过度，影响压实质量。填石路基压实机械选型技术研究填石路基专用压实机械研究—™主要特点（1）振动方式具有垂直方向和水平方向；（2）振动碾上有齿槽形轮边；（3）频率可以在29Hz～35Hz范围内进行调节，以适应不同压实频率要求；（4）激振力大，较同吨位自行式压路机的激振力大很多；（5）采用自行式，避免了用其它机械进行拖挂碾压，行动自如。填石路基压实机械选型技术研究填石路基专用压实机械研究—专用压路机的主要技术性能参数型号YZ18JT振动轮宽度mm2127生产厂家常林股份有限公司外形尺寸（长×宽×高）mm6158×2460×3100应用路段兰临路轴距mm3150工作质量Kg18000最小离地间隙mm430激振力KN380最小转弯半径m13.6静线荷载N/cm420爬坡能力%25振动频率Hz可调29/35发动机型号D6114ZG6B振幅mm1.8发动机转速r/min2000行驶速度Km/h2.5～10.2发动机功率KW132凸块宽mm20凹槽宽mm30振动轮凸块尺寸凸块高mm14填石路基压实机械选型技术研究填石路基专用压实机械研究—现场试验结果表明，与现有压路机对比而言，专用压路机的优势较为明显。课题组建议碾压组合为：专用压路机与18T自行式压路机，现场碾压遍数应结合具体填料性质、松铺层厚等参数进行试验路段的铺筑来确定。填石路基压实机械选型技术研究路基冲击压实—™冲击压路机在路基上应用现状冲击压路机已广泛地应用于各种基础工程的压实，如机场跑道、停机坪的压实、水库堤坝的防渗处理等，尤其在公路工程的旧路改建、软弱基础处理、新建路堤的补充压实、土质挖方压实等方面的应用更为广泛。填石路基压实机械选型技术研究路基冲击压实—™冲击压路机压实原理工作原理是由牵引车带动非圆形轮滚动，多边形滚轮的大小半径所产生的位能落差与行驶动能相结合，沿地面对路基填料进行静压、揉搓和冲击的连续碾压作业。突破了传统的碾压方式，当其一角立于地面，向前碾压时，将产生强烈的冲击波。冲击波向地下深层传播，具有类似于地震的传播特性。由于碾边顺次连续冲击地面，可使填筑体碾压均匀密实。填石路基压实机械选型技术研究填石路基冲击压实工艺要求—™采用冲击压路机的频数建议对于坚硬类填石路基采用25KJ冲击压路机进行增强补压时的层厚宜为2m～3m。™冲击压实的遍数冲击压实的遍数应根据现场实际情况来确定，对于坚硬类填石路基用25KJ冲击压路机进行增强补压时的冲击遍数在15～20时较为合理。™冲击压实速度冲击碾压时应尽量采用大功率牵引机械，确保牵引速度保持在10～12km/h。大粒径碎石路基压实机械选型技术研究填石路基冲击压实工艺要求—™冲击压实的宽度按来回两次4m