潮湿多雨地区路基填土压实特性与填筑质量控制标准研究
来源:成果转化处、省对外科技交流中心 时间:2017-11-06 17:22

  一、课题来源与背景

  潮湿多雨地区是指公路一级区划Ⅳ、Ⅴ范围内二级区划中的中湿区和过湿区。区内主要特点是年降水量大,平均在1000mm以上,潮湿系数大于2。潮湿多雨地区工程用土多为高液限土或液限接近50%的普通土,天然含水率大,液限高,塑性指数大,水稳定性差,土颗粒微观势能严重不平衡,极易受自然降水、地下水或地表水影响,甚至强烈从大气中吸收水分,吸水后的路基发生膨胀,密度减小,强度急剧下降,在行车荷载和土自重作用下,发生不均匀沉降、开裂、横向位移等病害。正是这种极差的水稳定性,《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)规定高液限土属特殊土质,不得直接用于路基填筑。

  潮湿多雨地区存在大量高液限土或液限接近50%的土,这些土水稳定性差,极难凉晒至标准击实试验所得的最佳含水率,很难达到现行国家、行业施工规范要求的压实度。传统的处理方法一是弃方,二是添加或水泥、或石灰、或土壤外加剂等加以改进利用。两种方法处理的费用都很大,且不利于环保,对生态破坏严重。

  二、技术原理及性能指标

  1、路基填土压实特性分析

  1)土体基本物理性质分析:包括天然含水量、比重、液塑限、颗粒分析、最大干密度、最优含水率、泡水后承载比(CBR)、相应密实度、泡水膨胀率、吸水量等;

  2)压实填土的渗透特征:研究不同压实度对渗透系数的影响;

  3)压实填土的固结特征:不同压实度土体在同一固结荷载作用下空隙比变化规律;

  4)压实填土的强度特征:不同压实度对饱和三轴强度、承载比强度(CBR)的影响。

  5)压实填土的水稳定性分析:压实度对膨胀量、吸水率的影响。

  2、路基填土压实度变化规律研究

  1)上部填土对压实度的影响:分析上部不同的填土高度对下部填土压实度的影响;

  2)干湿循环对压实度的影响:分析不同的碾压含水率填土、干湿循环作用下压实度的变化规律;

  3)填筑历史对压实度的影响:分析连续施工与非连续施工对下部填土压实度的影响;分析长期降雨导致施工中断对填土压实度的影响;路基填筑过程中重载车辆作用对压实度的影响;

  4)道路运营后行车荷载对压实度的影响。

  3、压实度与路堤沉降及稳定性的关系

  1)压实度与路基沉降的关系:分析路基沉降随时间变化规律与压实度的关系;分析路基总沉降值大小与压实度的关系;分析路基沉降完成时间与压实度的关系。

  2)压实度与路堤稳定性的关系:分析高填方中不同压实度对应路堤稳定性。

  4、路基填筑质量控制标准研究

  1)影响路基现场压实因素分析:主要分析填土类型、碾压含水率、松铺层厚度、压路机类型、吨位、碾压工艺、碾压速度、地基强度等因素对路基压实效果的影响,得出不同路基填土对应的合理松铺层厚度、合理碾压含水率、碾压工艺;

  2)各类型土体路基填筑质量控制指标与标准研究。

  三、技术的创造性与先进性

  1、全面分析压实度对填土物理、水理、力学性质的影响,为路基填筑质量控制指标与标准的制定提供依据;

  2、通过CBR、渗透、固结、三轴剪切等试验及有限元计算,提出不同填筑方式、施工过程、干湿循环、填土高度等因素对路基压实度的影响,为潮湿多雨地区路基施工方案的制定提供指导;

  3、针对各种路基填土类型,分别提出施工方法,制定填筑质量控制指标与标准。

  四、技术的成熟程度、适用范围和安全性

  该技术成熟可靠,适用于潮湿多雨地区高液限土或液限接近50%的土,安全性高。

  福建省乃至整个南方地区存在着大量的“过湿土”,由于受潮湿多雨气候条件的影响,施工难度大,采用传统方法处理“过湿土”费用高昂。通过改进施工工艺,使不宜使用的过湿土能直接填筑,节省大量的建设资金,加快了建设进度。研究成果先后在宁德宁武、南平宁武、莆田莆永、渔平、宁德京台高速公路及合福铁路闽清北站公路工程等项目中推广应用,成功地将300余万方的“不合格土”利用,节省了9000余万元投资。在缩短建设工期的同时,提高路基填筑质量,减少工后沉降,避免路堤失稳的发生,降低施工成本。减少路面病害,降低道路运营后期养护费用。

  五、应用情况及存在的问题

  虽然通过理论计算分析,潮湿多雨地区路基填筑工程可适当降低压实标准。但福建省地处我国东南沿海,属亚热带湿润季风气候,西北有山脉阻挡寒风,东南又有海风调节,气候温暖湿润,年平均降水量超过1500毫米。全年适合路堤填筑的时间仅冬季(10月-次年1月),即便在冬季,也时常阴雨绵绵。在此自然环境下,土的含水率极高,其天然含水率一般大于30%,甚至超过45%,必须大幅减低含水率,然而,超过3天的晴朗天气实在不多,且冬天的太阳时间短,强度弱,要晾晒至合理含水率也极其困难。施工中需付出很大努力方可达到要求的标准。

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