大粒徑碎石路基施工控制技術(shù)

1、交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“大粒徑碎石路基施工控制技術(shù)的研究”由長(zhǎng)安大 學(xué)承擔(dān)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為沙愛(ài)民教授。項(xiàng)目合同編號(hào)為： 2001 318 812 43。研究工作 從2001年8月開始，于2005年1月結(jié)束。隨著我國(guó)公路建設(shè)向西部山區(qū)的縱深發(fā)展，路基高填深挖現(xiàn)象將變得普遍。如何處理深挖路塹和隧道施工所產(chǎn)生的大量廢棄的大粒徑碎石成為山區(qū)公路必須面對(duì)的 工程問(wèn)題，而現(xiàn)有公路部門的路基施工控制技術(shù)研究多建立在細(xì)粒土基礎(chǔ)上。針對(duì)大粒徑碎石路基的施工組織與控制技術(shù)以及施工質(zhì)量的檢測(cè)和評(píng)定方法，目前缺少完善的技術(shù)手段和統(tǒng)一明確的技術(shù)要求。 西部地區(qū)的公路建設(shè)迫切需要解決大粒徑碎石路 基的施工控制技術(shù)。因此

2、開展“大粒徑碎石路基施工控制技術(shù)的研究”項(xiàng)目的研究是 及時(shí)和必要的。本項(xiàng)目在大量調(diào)研、收集國(guó)內(nèi)外施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)整理現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)資料的基 礎(chǔ)上，選擇有代表性填料的大粒徑碎石路基施工路段作為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段，通過(guò)系統(tǒng)的室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，明確了碎石填料的工程特性，全面深入地研究攤鋪工藝、機(jī)械選型、 松鋪厚度、碾壓組合、質(zhì)量檢測(cè)方法以及含水量影響等若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，提出大粒 徑碎石路基施工工藝技術(shù)、質(zhì)量檢測(cè)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)路基的沉降觀測(cè)來(lái)驗(yàn)證 施工工藝、檢測(cè)方法以及評(píng)定指標(biāo)的科學(xué)性和合理性。、大粒徑碎石填料的工程特性研究1.1大粒徑碎石填料的分類方法當(dāng)填方路基的填料中粒徑大于 60mm勺顆粒含量大于

3、50%粒徑v 0.074mm的顆粒含 量小于10%寸，將其定義為大粒徑碎石路基。依據(jù)石料的巖性，主要按照填料的強(qiáng)度， 同時(shí)結(jié)合其風(fēng)化程度將碎石填料分為堅(jiān)硬類石料、次堅(jiān)硬類石料、軟質(zhì)巖類石料和極軟 類石料。與此填料相對(duì)應(yīng)的大粒徑碎石路基也分為堅(jiān)硬類巖石大粒徑碎石路基、次堅(jiān)硬類巖石大粒徑碎石路基和軟質(zhì)巖類大粒徑碎石路基。1.2大粒徑碎石填料的壓實(shí)特性大粒徑碎石路基填料粒徑較大，空隙較大，滲透性強(qiáng)，其壓實(shí)過(guò)程是石料顆粒在 壓實(shí)功能的作用下，克服顆粒間阻力，相互靠近密實(shí)，減小孔隙體積的過(guò)程，且壓實(shí)過(guò)程中伴有顆粒破碎現(xiàn)象。大粒徑碎石路基的強(qiáng)度、剛度和水穩(wěn)定性主要取決于填料 顆粒之間相互嵌鎖擠緊的程度。1

4、.3大粒徑碎石填料的粒徑組成試驗(yàn)研究表明，幾個(gè)重要粒徑的顆粒含量在總體上主導(dǎo)形成了路基的結(jié)構(gòu)類型， 從而決定了碎石填料的壓實(shí)特性。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)和理論分析，認(rèn)為大粒徑碎石填 料的粒徑組成應(yīng)主要通過(guò)填料的最大粒徑、 不均勻系數(shù)以及幾個(gè)重要粒徑的含量來(lái)加 以控制，并提出了針對(duì)不同巖性填料的大粒徑碎石路基壓實(shí)施工的較為合理、可行的粒徑組成要求大粒徑碎石路基碎石填料大粒徑碎石路基的沉降變形觀測(cè)1.4大粒徑碎石填料的破碎性針對(duì)大粒徑碎石路基填料特有的破碎性，就破碎現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理、影響因素以及填料破碎性對(duì)路基穩(wěn)定性的影響作用等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析后得出，大粒徑碎石路基填料在碾壓過(guò)程中被壓碎是必然的， 而且破

5、碎現(xiàn)象對(duì)路基施工質(zhì)量既有減少孔隙比的有利方面，也有破壞路基穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的不利方面。碎石填料的破碎現(xiàn)象破碎率與路基沉降率的關(guān)系碎石填料破碎率與路基沉降率關(guān)系1.5大粒徑碎石填料的變形特性在依托工程上開展沉降觀測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)地基和填筑體壓縮層在施工期和工后沉 降變形的觀測(cè)，驗(yàn)證了本項(xiàng)目采用的施工工藝和質(zhì)量檢測(cè)方法能夠有效保證大粒徑碎 石路基的穩(wěn)定性。通過(guò)收集整理堆石壩沉降數(shù)據(jù)和其他大粒徑碎石路基沉降數(shù)據(jù)， 結(jié)合本試驗(yàn)路段 的沉降數(shù)據(jù)分析表明，大粒徑碎石路基沉降變形主要發(fā)生在施工期， 施工時(shí)必須采用 良好的施工工藝和質(zhì)量檢測(cè)方法才能夠保證大粒徑碎石路基的穩(wěn)定性。二、大粒徑碎石路基壓實(shí)機(jī)械選型技術(shù)研究2.

6、1大粒徑碎石路基填料的工程特性對(duì)壓實(shí)方式的要求對(duì)于大粒徑碎石路基的壓實(shí)應(yīng)該首先選用振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械，在壓實(shí)施工過(guò)程中合理 選用振動(dòng)壓路機(jī)是保證大粒徑碎石路基施工質(zhì)量的前提，不宜單純使用靜力壓路機(jī)。 2.2大粒徑碎石路基壓實(shí)機(jī)械選型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提出了大粒徑碎石路基的壓實(shí)機(jī)械選用原則：選用工作質(zhì)量大，激振力大，振動(dòng) 頻率合適，高振幅的機(jī)型，最好選用拖式振動(dòng)壓路機(jī)，具體選用標(biāo)準(zhǔn)建議如下： 若選用中型及重型單鋼輪壓路機(jī)，整機(jī)質(zhì)量應(yīng)在18噸以上，振動(dòng)頻率在3035Hz之間，振幅在1.8mm以上； 選擇拖式振動(dòng)壓路機(jī)的工作質(zhì)量應(yīng)在 18噸以上，振幅在1.5mm以上； 選用沖擊式壓路機(jī)，應(yīng)選用靜壓實(shí)能在25KJ以上

7、的，但要控制壓實(shí)遍數(shù)，以免沖擊壓實(shí)過(guò)度，影響壓實(shí)質(zhì)量。拖式凸塊振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)路基填石路基專用壓路機(jī)2.3專用壓實(shí)機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)針對(duì)大粒徑碎石路基壓實(shí)特性，項(xiàng)目組開發(fā)了專用壓路機(jī)，其具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）激振力較同等噸位的自行式壓路機(jī)要大的很多。（2）特有的垂直與水平兩個(gè)方向的振動(dòng)方式，不僅可以在垂直方向使石料在振 動(dòng)中發(fā)生位移，擠密，而且在水平方向進(jìn)行揉搓作用，更易于形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。（3）振動(dòng)輪上的凹槽有利于壓路機(jī)對(duì)碎石填料的壓實(shí)嵌擠作用。2.4大粒徑碎石路基的沖擊壓實(shí)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)合大粒徑碎石路基的工程特點(diǎn)，對(duì)大粒徑碎石路基的沖擊壓實(shí)提出了較為具體 的施工工藝技術(shù)要求。三、大粒徑碎石路基施工工藝

8、研究3.1大粒徑碎石路基的地基處理要求提出了大粒徑碎石路基土質(zhì)地基和石質(zhì)地基的地基承載力、排水設(shè)施以及地基坡度處理等技術(shù)要求。3.2大粒徑碎石路基的攤鋪及整平技術(shù)大粒徑碎石路基的攤鋪應(yīng)采用漸進(jìn)式攤鋪方法。大粒徑碎石路基填料整平工藝的 關(guān)鍵是保證使較大的石塊居于每層的底部， 較細(xì)的顆粒居于頂部，并填充其間的孔隙, 以確保最佳的嵌鎖和壓力傳遞。碎石填料的最大粒徑應(yīng)隨路基填筑深度的降低而逐漸減小，同時(shí)考慮到壓碎性的雙重影響，對(duì)于強(qiáng)度不同的石料，最大粒徑控制值也應(yīng)不同，提出了大粒徑碎石 路基填料的最大粒徑、不均勻系數(shù)、松鋪厚度以及松鋪系數(shù)建議值。大粒徑碎石路基攤鋪工藝大粒徑碎石路基壓實(shí)工藝3.3大粒徑

9、碎石路基的壓實(shí)工藝大粒徑碎石路基壓實(shí)施工的碾壓組合原則應(yīng)是：優(yōu)先選擇拖式振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓組合，而不應(yīng)單一選用自行式壓路機(jī)；優(yōu)先選用噸位及激振力較大的壓路機(jī)； 碾壓組合的壓路機(jī)數(shù)量越少越好。建議大粒徑碎石路基的壓實(shí)宜使用：18T拖式凸塊振動(dòng)壓路機(jī)與18T自行式振動(dòng)壓路機(jī)的組合。在沒(méi)有 18T拖式凸塊振動(dòng)壓路機(jī)的 情況下，也可考慮使用18T拖式光輪振動(dòng)壓路機(jī)與18T自行式振動(dòng)壓路機(jī)的組合。大粒徑碎石路基正式施工時(shí)的碾壓遍數(shù)應(yīng)結(jié)合填料具體的工程性質(zhì)和現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)機(jī)械情況通過(guò)試驗(yàn)路段來(lái)確定，提出了大粒徑碎石路基的碾壓遍數(shù)建議值。層厚與沉降率的關(guān)系層厚（cm大粒徑碎石路基松鋪層厚與沉降率的關(guān)系不同層厚條件

10、下砂巖路基碾壓遍數(shù)與沉降率的變化圖碾壓遍數(shù)沉 降 率%+57 cm 58cm60cm 70cm 71cm 72cm大粒徑碎石路基碾壓遍數(shù)與沉降率的關(guān)系3.4大粒徑碎石路基的含水量問(wèn)題對(duì)于堅(jiān)硬類巖石的大粒徑碎石路基， 路基含水量對(duì)壓實(shí)效果的影響較小， 可不作 含水量的特殊要求；當(dāng)堅(jiān)硬類大粒徑碎石填料中混有粘性細(xì)顆粒土?xí)r，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，可考慮增加灑水工序；對(duì)于較軟弱巖石的大粒徑碎石路基， 在施工中應(yīng)考慮灑水。3.5大粒徑碎石路基邊坡施工技術(shù)建議大粒徑碎石路基邊坡施工采用先填筑后碼砌的施工方式，并具體提出了大粒徑碎石路基邊坡施工的石料技術(shù)要求、施工工藝要求以及施工質(zhì)量控制要求。四、大粒徑碎石路基質(zhì)

11、量檢測(cè)方法與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)研究4.1大粒徑碎石路基施工質(zhì)量的沉降檢測(cè)方法沉降率是指路基壓實(shí)層經(jīng)過(guò)壓實(shí)以后的表面沉降量與壓實(shí)層松鋪厚度的比值， 它反映了路基填筑體在壓實(shí)作用下的整體壓縮變化程度。在理論上，沉降率與干密 度孔隙比有著良好的關(guān)系。（1）沉降率與干密度、孔隙比之間關(guān)系的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，驗(yàn)證了沉降率與干密度、孔隙比之間具 有良好的關(guān)系，說(shuō)明在實(shí)際工程中沉降率能夠很好地反映出孔隙比和干密度。（2）沉降率與干密度、孔隙比之間關(guān)系的室內(nèi)比較試驗(yàn)通過(guò)室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)測(cè)定了大粒徑碎石填料的最大干密度，得出了現(xiàn)場(chǎng)試坑 填料的壓實(shí)度，其都達(dá)到了 95%以上，這說(shuō)明所采用的施工工

12、藝能夠有效保證路基 壓實(shí)達(dá)到要求，所采用的質(zhì)量檢測(cè)方法也能有效反映壓實(shí)狀況。大粒徑碎石路基壓實(shí)質(zhì)量沉降檢測(cè)一大粒徑碎石路基壓實(shí)質(zhì)量沉降檢測(cè)二4.2大粒徑碎石路基施工質(zhì)量的彎沉檢測(cè)方法將落錘式彎沉儀應(yīng)用到大粒徑碎石路基的質(zhì)量檢測(cè)中，在實(shí)踐上證明了落錘式 彎沉儀用于大粒徑碎石路基彎沉檢測(cè)的可行性；針對(duì)大粒徑碎石路基的壓實(shí)特點(diǎn)具體規(guī)范了彎沉檢測(cè)的技術(shù)要求與應(yīng)用程序；彎沉值反算的路基模量與路基沉降率的 對(duì)比關(guān)系研究表明，用沉降率指標(biāo)來(lái)控制檢測(cè)壓實(shí)質(zhì)量可以保證大粒徑碎石路基的 承載能力滿足公路使用要求。4.3大粒徑碎石路基施工質(zhì)量的密度檢測(cè)方法通過(guò)灌水法試驗(yàn)，檢測(cè)了路基的壓實(shí)密度，分析了壓實(shí)后的填料粒徑

13、組成情況, 研究明確了不同的施工工藝以及技術(shù)參數(shù)對(duì)大粒徑碎石路基壓實(shí)質(zhì)量的影響作用， 提出了大粒徑碎石路基灌水法試驗(yàn)的技術(shù)要求。大粒徑碎石路基壓實(shí)質(zhì)量密度檢測(cè)大粒徑碎石路基壓實(shí)質(zhì)量彎沉檢測(cè)石灰?guī)r類沉降率與彎沉值的關(guān)系大粒徑碎石路基沉降率與彎沉值的關(guān)系石灰?guī)r層厚與彎沉值的關(guān)系大粒徑碎石路基層厚與彎沉值的關(guān)系4.4大粒徑碎石路基施工質(zhì)量檢測(cè)方法的確定在施工過(guò)程中應(yīng)采用沉降率方法檢測(cè)路基壓實(shí)質(zhì)量，同時(shí)，在碾壓過(guò)程中輔以 碾壓遍數(shù)的監(jiān)控可達(dá)到較好的施工效率?？⒐を?yàn)收或質(zhì)量評(píng)定階段，在采用沉降率或沉降差檢測(cè)的基礎(chǔ)上，可增加彎沉 檢測(cè)，同時(shí)亦可獲得路基模量參數(shù)值。在需要獲得真實(shí)路基密度或存在爭(zhēng)議的情況下，

14、可增加密度檢測(cè)。4.5大粒徑碎石路基施工質(zhì)量的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)4.5.1沉降差質(zhì)量檢測(cè)法通過(guò)匯總現(xiàn)場(chǎng)沉降差數(shù)據(jù)(樣本值來(lái)源于不同巖性的填料，不同的碾壓機(jī)械、 不同的攤鋪層厚以及不同檢測(cè)機(jī)型等情況下的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù))，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法歸納出沉降差的標(biāo)準(zhǔn)初值，并進(jìn)一步考慮普通水準(zhǔn)儀和精密水準(zhǔn)儀的差異，確定沉 降差的管理標(biāo)準(zhǔn)值。施工單位在大粒徑碎石路基的實(shí)際施工中應(yīng)結(jié)合具體的工程現(xiàn)狀，開展試驗(yàn)路 段來(lái)確定具體的沉降差實(shí)際管理標(biāo)準(zhǔn)值。4.5.2沉降率質(zhì)量檢測(cè)法提出沉降率管理標(biāo)準(zhǔn)值為 So=u 2c。保守情況下卩2c應(yīng)取大值，則需要 卩取得較大值，c取得較小值。通過(guò)單側(cè)置信估計(jì)得到沉降率管理標(biāo)準(zhǔn)值。五、主要研究

15、成果和創(chuàng)新點(diǎn)(1) 系統(tǒng)研究了大粒徑碎石填料的工程特性。 提出了大粒徑碎石填料的分類方 法；提出大粒徑碎石路基填料的粒徑組成很大程度上決定著路基的壓實(shí)質(zhì)量，并推薦了針對(duì)不同巖性填料的大粒徑碎石路基有利于壓實(shí)的粒徑組成要求；探究明確了 填料破碎現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理、影響因素以及填料破碎性對(duì)路基穩(wěn)定性的影響作用。(2) 針對(duì)碎石填料工程特性，首次研發(fā)了具有垂直和水平雙向振動(dòng)壓實(shí)功能的 大粒徑碎石路基專用壓實(shí)機(jī)械，經(jīng)實(shí)體工程驗(yàn)證，具有明顯的壓實(shí)效果。(3) 系統(tǒng)提出了大粒徑碎石路基的施工工藝與技術(shù)要求，編制了大粒徑碎石路 基施工技術(shù)指南。通過(guò)試驗(yàn)路段的現(xiàn)場(chǎng)研究，提出了大粒徑碎石路基的地基處理要求，并在對(duì)大

16、粒徑碎石路基填料最大粒徑、松鋪厚度、粒徑組成、壓實(shí)機(jī)械以及碾 壓遍數(shù)等影響壓實(shí)效果因素綜合分析的基礎(chǔ)上，深入研究了大粒徑碎石路基填料的 攤鋪與整平技術(shù)、壓實(shí)機(jī)械選型技術(shù)、壓實(shí)工藝以及邊坡施工技術(shù)等施工工藝中的 關(guān)鍵問(wèn)題。(4) 深入研究了沉降率、干密度和空隙比之間的關(guān)系。在理論模型分析基礎(chǔ)上， 通過(guò)室內(nèi)表面振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證明了在實(shí)際施工中沉降率和干密度、空隙比之間具有良好的相關(guān)性，沉降率能夠真實(shí)反映大粒徑碎石路基的密實(shí)狀態(tài)。（5）針對(duì)大粒徑碎石路基施工質(zhì)量的沉降檢測(cè)、彎沉檢測(cè)和密度檢測(cè)等多種檢 測(cè)方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了較為系統(tǒng)的以沉降差檢測(cè)和沉降率檢測(cè)為主的施工質(zhì) 量檢測(cè)方法及其技

17、術(shù)要求、操作規(guī)范和質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。（6） 將落錘式彎沉儀用于大粒徑碎石路基的施工質(zhì)量檢測(cè)， 從路基的彎沉值角 度驗(yàn)證了沉降率作為路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)的可行性。（7）采用沉降板、分層沉降觀測(cè)儀等設(shè)備長(zhǎng)期系統(tǒng)觀測(cè)了大粒徑碎石路基的變 形特性，驗(yàn)證了所提出的施工工藝、質(zhì)量檢測(cè)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的有效性。經(jīng)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)檢索，未發(fā)現(xiàn)與本項(xiàng)目研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)相同的文獻(xiàn)資料報(bào)道， 本項(xiàng)目的研究技術(shù)居國(guó)際先進(jìn)水平。六、成果應(yīng)用情況及效益分析6.1成果應(yīng)用情況（1）大粒徑碎石路基施工技術(shù)指南的應(yīng)用情況本項(xiàng)目編制的大粒徑碎石路基施工技術(shù)指南，經(jīng)甘肅省劉白高速公路等多條 填石路基施工路段的應(yīng)用和驗(yàn)證，成功地指導(dǎo)了大粒徑碎石

18、路基的施工，解決了山 區(qū)地區(qū)大粒徑碎石路基建設(shè)中的技術(shù)難題，降低了工程造價(jià)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效 益，并為以后的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了條件，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。玄舵世樟掃墻崔曬!性劇眩F克披術(shù)指南i-:7-C PC尸 5- - -I-a _（2）大粒徑碎石路基壓實(shí)質(zhì)量沉降檢測(cè)法的應(yīng)用情況本項(xiàng)目提出的大粒徑碎石路基壓實(shí)質(zhì)量的沉降檢測(cè)法，經(jīng)依托工程的試驗(yàn)、使用和工后沉降驗(yàn)證，表明了檢測(cè)方法的可行性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。項(xiàng)目組通過(guò)各種 渠道介紹和宣傳研究成果，在中國(guó)公路學(xué)會(huì)道路工程分會(huì) 2004年學(xué)術(shù)會(huì)議上進(jìn)行了 交流。公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)JTG F80/1 2004采用該方法作為填石路基 的檢測(cè)方法。（3）填石路基專用壓路機(jī)的應(yīng)用情況本項(xiàng)目研究開發(fā)的填石路基專用壓路機(jī)經(jīng)依托工程的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究表明，專用 壓路機(jī)具有良好的壓實(shí)效果和施工效率。該