公路三背回填材料及穩(wěn)定性

公路三背回填材料及穩(wěn)定性研究三背回填材料及穩(wěn)定性問題是影響路基穩(wěn)定性的重要因素之一。它對道路行車質(zhì)量產(chǎn)生了較大的影響。所謂三背，是指公路構(gòu)造物中的橋臺臺背、擋墻墻背、涵臺臺背。即指構(gòu)造物背后。在公路工程中這些部位經(jīng)常會因為壓實工藝、壓實控制，施工方法和填料選擇等問題，造成路基錯臺、路面開裂，結(jié)構(gòu)位移等現(xiàn)象，容易引起橋頭跳車等不良后果，特別是在西部山區(qū)地形起伏大，高填深挖相對較多，三背回填的建設高度較大，因此容易造成三背區(qū)域回填材料不佳，胸腔壓實不足和土壓力計算不當?shù)纫蛩匾鹇坊⒙访娌『徒Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定等問題突出，經(jīng)常成為山區(qū)公路修筑中的通病。早在70年代國內(nèi)外公路工作者就開始關(guān)注三背區(qū)域的穩(wěn)定性問題。有些國家就三背回填的填料質(zhì)量、填充方式、設計方法和排水問題都進行了比較詳細的系統(tǒng)研究，并就三背回填材料的質(zhì)量與壓實作了比較明確的要求，提出了較為完善的指標作為規(guī)范性控制。國內(nèi)80年代隨著高等級公路建設的發(fā)展，開始針對三背回填穩(wěn)定性問題作了一些專題討論。取得了許多寶貴的經(jīng)驗和一些初步的成果，同時也發(fā)現(xiàn)了許多尚需注意的問題。我省對高等級公路三背回填作了一些特定的要求，例如采用一定規(guī)格的石料或手擺片石碼砌回填，并且分層碾壓，開始采用一些小型的壓實機具用來解決構(gòu)造物背后區(qū)域的壓實問題；也開始提出采用穩(wěn)定固化材料來處理構(gòu)造物背填筑的穩(wěn)定性問題。為了系統(tǒng)地了解三背填筑和穩(wěn)定性問題，XX省交通廳給XX省交通科學研究所下達了《公路工程中三背回填及穩(wěn)定問題》的課題，XX省交通科研所就此對三背回填進行了一定的工作，對三背填筑問題有了初步的認識，獲得了初步成果。XX省交通科學研究所在學習了國外先進方法，總結(jié)了國內(nèi)外的一些成功經(jīng)驗后，認為要完全解決三背回填的穩(wěn)定性問題，應對三背回填的材料性能、填筑方式、應力變形關(guān)系、壓實工藝、施工方法進行系統(tǒng)的研究，針對具體問題作具體分析，并制訂專門的設計方法、施工方法，壓實工藝后才能較好的解決三背回填材料穩(wěn)定性問題，保證公路的使用質(zhì)量，提高道路服務水平。通過調(diào)查研究后認為影響三背穩(wěn)定性的主要原因是：·壓實死角導致局部壓實不夠；·填筑材料選擇不當，造成沉降差異較大；·水和填料膨脹的作用，造成了結(jié)構(gòu)物部份坍塌現(xiàn)象?！さ鼗浫?，產(chǎn)生沉降最后將三背回填產(chǎn)生的通病，按解決工程實際出發(fā)劃分為以下幾個方面來討論下列問題：·三背回填和穩(wěn)定性分析及控制標準；·三背回填的設計原則和工程措施；·三背回填材料的品質(zhì)及壓實工藝一、三背回填的穩(wěn)定性分析及控制標準（一）三背回填的穩(wěn)定性分析雞研究形變和應猜力分布有兩種矛互為補充的途荷徑可資利用。般一種是對有代緣表性的工程作婆現(xiàn)場量測；一裳種是進行數(shù)值維分析?，F(xiàn)場量汗測成果是土的宏種類、應掛力野—川應變特性；加木載違章和施工弓方法等客觀因唉素的綜合反映身。其加深對填踩方形變和應力愈變化過程的認賢識。數(shù)值分析繩則是預估填方喊位移和應力分請布、沉降中心嶼的部位，應力伯集中和重分布嚇現(xiàn)象、張拉應筐力區(qū)及可能產(chǎn)撇生裂縫的位置助，應力主軸的許偏轉(zhuǎn)和塑性區(qū)轉(zhuǎn)的開展等。曾1甲、三背回填的迎數(shù)值分析抗寨討論時，應考百慮以下兩種方份式；一種按構(gòu)異造物順路基方拖向考慮，這種蒜情況下構(gòu)造物螞背頂面上部活終荷載有一定的匯變化，而且垂顛直于縱斷面方基向；另一種按涂構(gòu)造物垂直路矩基方向，這種匠情況下上部活豪荷載是均布的桿。未a燥、構(gòu)造物平行嘩于路基方向時萬（這種情況多認數(shù)反映的是擋輕墻墻背的情形囑）有下面的應博變特征：號構(gòu)造物背的豎抽直應力較填方惕中部（路基軸勾線）小，有兩瘡個因素；一是騰活載的橫向分只布問題，導致侄路基軸線部位駝的應力相應要跪較路基邊緣大透；二是路基軸厭線部位填料的胡壓實度也要較扔路基邊緣好，祝往往能獲得充載分的壓實，因準而土壓力也就社偏大。位構(gòu)造物背的豎惱直應變（變形雄）較填方中部擦大，主要原因衫在于構(gòu)造物背駕填料的壓實往炮往不能充分得腥到保證，其變赴形包含了較大其的壓實變形。綠b墊、在構(gòu)造物順吳路基方向，有頃三種討論的形辨式，這些形式內(nèi)主要取決于構(gòu)陜造物在路基中式埋置的豎直位也置。一般按構(gòu)迅造物頂面位置本分為下列三種翠形式：在路面懼結(jié)構(gòu)層內(nèi)、在然路面結(jié)構(gòu)層下專、在路基體內(nèi)短。艇當構(gòu)造物頂面塵在路面結(jié)構(gòu)層艦內(nèi)時的力學特鉛征十分復雜，填在構(gòu)造物頂面鍋剪切應力活動輸頻繁，剪切破模壞反應突出。療表現(xiàn)多為網(wǎng)狀統(tǒng)破壞。構(gòu)造物則與其背后填料弄變形差異較大趁，主要原因是多材料特性差異墾大，剛（構(gòu)造肉物實體）柔（鍬背后集料填料族）差異較大，做形成一定的變障形，導致在這吹些道路在這些氏部位形成錯點勿變形裂縫的特殖征。潛當構(gòu)造物頂面程在路面結(jié)構(gòu)層姓下時，討論其煎應力、應變比變較困難，因為監(jiān)這與路面結(jié)構(gòu)粱的設計、施工沃有很大的關(guān)系儀，當路面結(jié)構(gòu)易層設計得較弱沉時其力學特性斷與在路面結(jié)構(gòu)端層內(nèi)近似或一臟致被；央當路面結(jié)構(gòu)層烤具有相當?shù)膹娏疃葧r，其力學叔特性又與在路今基體內(nèi)時一致意，構(gòu)造物頂、貍背和路基部份中的應力、應變勢變化不大。舌當構(gòu)造物完全殊在路基體內(nèi)時玻，此時的應力蝦、應變變化比示較小，變形差隨異不是十分明樓顯。胡采用恒應三角幅形單元或任意蛾四邊形等參元謝來分析填方，另用有限元法逐睛段線性的或非僚線性的增量法芳來模擬填方取縫得結(jié)果血如圖：班由初始切線?；\量貿(mào)E拿i惱和其它有關(guān)參脂數(shù)形成勁度矩施陣室[K]堆0逆，穩(wěn)經(jīng)過一次有限慚元分析，求得廳位移增量和應距力增量，即：狠選{壇δ借}={汽δ憂0屯}+{諸Δδ把}塑1鐘羅貿(mào)不牽掙{岔σ液}={物σ賽0晶}+{云σ挑}萬1抹n愧隨著填方的加獎高，新的荷載逗增量又作用在筐地基上。用以居模擬新填土的料單元數(shù)目將有巨所增加，因此陳，每次均要重伏新建立總勁度成矩陣和總荷載挪列陣，以便進犬行新的增量計銜算，到毅第封i搶級增量為止，求可以得到踢{回δ勇}毯i杠=推{吉δ患}藝i-1身+不{哨Δ認δ友}許i皺{株ε窗}范i進=霧{披ε刊}砌i-1缸+浙{緩Δ丙ε景}搶i冷珍梁{非σ嫁}搭i疊=么{譜σ多}軍i-1餓+周{步Δ姻σ烏}閃I纖2菜、三背回填的錫現(xiàn)場量測歲在模擬的構(gòu)造荒物背后埋設各歪種量測元件瘡，建●靈為孔隙壓力傳盈感器胃，患▲陪為豎直土壓力鑼盒自，普■笛為沉降觀測柴點劍距，醋┃足為連續(xù)式側(cè)向卸位移傳感器，耳并采用這些元關(guān)件觀察監(jiān)測位豪移和受力過程街。這些裝置可痕通過一種模擬獵的構(gòu)造物背后毅的填料的應力夠、應變及位移善量來測得結(jié)果湯，并且用來分誰析構(gòu)造物背后亭的應力、應變之情況。構(gòu)造物構(gòu)造物倘擋墻墻背的有彼限元積垂直位移等值弊線圖扭垂直應力等值模線卵（二）三背回就填的控制標準縣本次研究擬討例論的設計指標滔和控制標準有宵：瘋1話、催變形量控制標隨準佛三背區(qū)域的變企形差異標準的赴建立是比較困插難的，其不僅冶與填料的品質(zhì)輝、壓實度及荷喪載大小有關(guān)，坡還與汽車行駛齡速度，公路等婆級都有一定的日聯(lián)系。三背區(qū)螞域的變形昂對道路產(chǎn)生的抄作用有：導致純服務性能降調(diào)低雜—虎—蝦跳車，導致行攀駛功能減座弱魂—僑—籃路面開裂局部判沉陷，嚴重時呈導致形成大面旅積沉陷，局部踢倒塌。提本次研究，以丈最高標準控制各，即從服務性殺能指標未確定拋沉降標準，也跳就是說當滿足殘了控制跳車的辜沉降標準后，死其它的工程通辱病路基沉陷、震路面開裂、局練部倒塌等問題胞就得到解決。vWl鋼板vWl鋼板餅控制沉降指標黎擬按下述試驗攝方法獲得采用借在水平的剛性論地面上，鋪墊退不同厚度鋼板畢，選定三～五船種代表性車型替，根據(jù)公路等尸級及要求給定掠不同的行車速虎度，由若干駕錢駛員行車通過流后評價打分，睬評價服務性能毒的同時確定出俱不同的沉降指悶標。變形控制標準2.0＜三級公路1.5＜二級公路1.0＜一級公路0.5＜高速公路控制標準公路等級朽2樣、以變形控制巡而確定的其它染控制指標僅蘭當三背區(qū)域的添變形指標獲得獻后，其它的指紙標相應就就比夾較容易確定，或我們擬準備在裙確定相關(guān)土力躲學原理計算方日法后控制。以綢控制變形的原類則控制下列指耗標填料的密實度沸填料壓實后味的停CBR填料的水穩(wěn)性填料的滲透性游填料的壓實厚孕度秋3莫、三背回填的焦控制標準逗（配1薦）設計控制標克準被作a云、變形量控制緣原則歐沉降差異導致狹的變形，在超偶過一定的水平倍產(chǎn)生路基錯臺記汽車行駛速度誓不同，有不同訂的服務水平，喬在超過這個水妄平時，產(chǎn)生跳蛙車。軟弱地基離使路基或構(gòu)造浴物產(chǎn)生沉降。想b蕩、填筑材料控跟制原則煌不同品質(zhì)的填衰料，在同樣的口條件下有不同脅的變形特性和雪強度相同品質(zhì)刻的填料，不同既的粒徑、級配貸有不同的強度塑選用了膨脹性嗎的、不透水的拼填料將會造成盲部分坍塌。尾（掙2紐）工程質(zhì)量控社制標準悄a嗓、壓實控制原現(xiàn)則鷹襪壓實度不同有躲不同的變形和顆強度、壓實功縮造就填料的強坊度和變形量。矛b竿、材料配伍原改則拾我含水量控制期崇望壓實逆度題項、改性材料摻尖量改變填料的烏強度、變形。物c批、壓實厚度控值制原楊則驅(qū)爭不同的壓實厚泥度有不同的壓寨實度。多二喊、筍伏三背回填材料音的設計原則杠（一）擋墻墻傭背的設計原則送藥涼晶魔車亭視淡1洗、一般填方處冶，與填方主體炊一致，無其它會特別的規(guī)定。雁當一般填方的升路基部位有擋禁土墻時，維修陸管理上不易發(fā)低生主線橫向錯貌臺。因此，其授背后填土結(jié)構(gòu)女并無特別的規(guī)攪定。但是，為申了減輕土壓，桐應盡量調(diào)配內(nèi)群摩擦角大的材困料。文輝當遇到象扶壁爽式擋土墻那樣拐難以用大型壓須實機械施工的善情況時，以橋食臺的背后填料知結(jié)構(gòu)為準。昌2肯、位于坡面上砌時當構(gòu)造物挖昨掘與原地基的船交點到上層路亦床面的垂直距倚離桌在象3視m俱以內(nèi)時，以下紅圖為準聲當構(gòu)造物挖掘欲線與原因地基意的交點到上層辜路床面的垂直蠟距離固在飾3焰米以內(nèi)時，因吳構(gòu)造物挖掘范界圍受到限制，怠施工場地狹窄睬，而且在挖填濟方交界處容易職發(fā)生主線主線昨縱向錯臺，因盾此，應使用良炒好的填料，認取真施工。桃（二）涵洞背淹后的設計原則賴（廁1纖）涵洞背后填籮料部分的形狀文以往大部分是眼倒梯形。從重紐視背后填料施抹工角度出發(fā)，推除挖方及軟弱控地基外，應采襪用便于使用大好型壓實機械施徹工的正梯形?？踢@時，原則上載就先進行背后懷填料部分的施簡工。疑（任2照）在挖方、挖州填交界的挖方齡側(cè)以及軟弱地鑰基進行預壓地運點的背后填料匯形狀，以往基溫本上都采用倒仁梯形，填料因是在狹窄的場地越施工，往往會停因為壓實不足嗚發(fā)生下沉，因魔此，挖方部分判原則上使用優(yōu)惰質(zhì)材料（相當通于背后填刮料五A確）。在軟弱地箱基，考慮殘余武下沉，使用當此地材料（相當某于背后填燕料至B屯）。漸（奪3握）當主線橫斷只方向發(fā)生半填營半挖時，其背巨后填料的結(jié)構(gòu)玻原理上與挖方償相同，但是，駝當填方為主體畫時，則各用各芒的形狀設計。湖當背后填料部連分不能先進行秤施工時，則按鉛下圖所示的方鏡法施工。書A擔涵洞的背后填刻料根據(jù)涵洞的騙位置以下列圖驟的結(jié)構(gòu)為準。獨B偽線橫向的背后胡填料范圍在涵沃洞的翼墻之間鞠。涂C禽涵洞頂面在路緒床內(nèi)伴涵洞在路面結(jié)務構(gòu)層內(nèi)涵洞在路基內(nèi)雷(褲4昨）涵洞翼墻周板圍特別容易因錯壓實不足面引浸起下沉及坍塌燕，給維修管理秒帶來麻煩。因把此，不僅要認擊真施工，而且夠要認真研究翼腦墻的結(jié)構(gòu)，使撞之便于施工（舟如采用與主體妖側(cè)墻平行的翼針墻型式），但鬧是，與一般翼蹤墻相比，由于熄視線差及車輛控轉(zhuǎn)彎半徑小，賓所以只能在周屯圍無輔道的箱丟涵及水渫箱涵希使用。組（睛5腸）設計半地下管箱涵等地下水姻位高的涵洞的辯背后填料結(jié)構(gòu)方時，要充分考尖慮排水備件。慈高填方中的拱姨涵，與涵洞側(cè)橡墻相接的部分壺要盡量使用內(nèi)舒磨擦角大的填貴料，而且施工暖時不得發(fā)生偏陪壓。煎（三廣）曲甚橋臺背后的設少計原則單（蹤1餓）橋臺背后的瘡填料附近與涵偽洞的情況不同紡，因路基部分敞與構(gòu)造物部分鼻區(qū)分明顯，因墳此投入使用在嚷反復荷載的作搏用下，特別容谷易產(chǎn)生錯臺，沙以致補修頻繁冬；因此，要特脖別認真地進行燙橋臺背后填料牛部分的施工。吼扶壁式橋臺有隆時很難用大型條機械壓實。這竟種場合要與小奏型振動壓路機繳配套使用，充映分壓實。宜填方處的背后憲填料部分形狀烘一般為正梯形呆。枯低填方處臺背財填料部分的形郊狀以下圖為準穴，當填方高度醒不普足取3像m疏時，以挖方式績?yōu)闇?。才資仿（贈5逢）橋臺嵌入部賽分因它與翼墻嗽之間有時坡度織很陡，很容易怕坍塌。因此，勉除了施工上應掠充分注意外，播宜在坡腳處砌故筑預制塊或設紹置扁圓石籠，刃加以保護。昨橋臺背后填料濾部分的結(jié)構(gòu)根替據(jù)橋臺的位置伐，以下圖為準耽。珍主線橫斷方向腳的背后填料范疼圍在橋臺的翼搬墻之間。咬（四厘）升僑構(gòu)造物背后填勵料部分的排水糕構(gòu)造物背后填灣料部分的排水撞，要根據(jù)地形睜、涌水等情況兩，單獨或組合怕設置下列排水論設施：御1際、地下排水設宜施段a記地下排水設施求設置于填主下盜部的主線橫斷頑方向及挖填交筐界處策b吧形狀及尺寸以行《給排水構(gòu)造蔽物標準設計圖扯集》所示的挖循填交界為準。2、過濾層暈a葡過濾層設于原促地基與填方的刺交界處。坊b支過濾層的厚度護一般在疊30cm且以上，設置范異圍以構(gòu)造物背桂面起狀15m工。羊c畢過濾層使用的培材料為透水性麗較高的粗砂、掠含礫砂或未篩習碎石。撕3勤、縱向排水材份料耳a傷背后填料部分衫使用的縱向排譜水材料為難透值水性材料（粘炎性土系）構(gòu)造動物所在的位置碧限放在容易集四水的地形。寫b灣縱向排水一般匙使用透水性良湖好的砂、未篩歐碎石及有相同籮機能的材料，望設置間距厲為彼2-4材m識。攪當原地基傾斜炸、背后填土部株分浸水時，在程鄰接填方與背們后填土部分的亡交界處，要根唱據(jù)構(gòu)造物背面奇涌水量，設置殿地下排水設施剪。嘩當原地基在傾督斜地及沼澤水波田處，預計涌劑水多時，不僅踏要設置地下排付水設施，還應戴增設過濾層。褲構(gòu)造物背后填最料部分在路基管與構(gòu)造物的連棋接處，不易保釀證路面整度。敬因此，設計時剖必須注意，就宴采取以下有效眠措施：咽a紗構(gòu)造物背后填或料部分原則上紙要使用大型壓增實機械充分壓播實。沸b泰構(gòu)造物背后填問料使用的材料買要擇優(yōu)選用現(xiàn)驚場的填方材料撥。灣c協(xié)施工中及施工類后要采取有效兔的排水措施。榆在橋臺、涵洞早等構(gòu)造物與路肌基的連接部分蔑，容易在維修視管理中發(fā)生問擴題，如不同的腔下沉引起頭錯抬臺、嵌入部的設坍塌等。其主幣要原因多是施杏工地點狹小，感壓實不足造成計的。解決這些坡問題要盡可能難擴大施工場地屈，以便使用壓劣實一般填方的奉壓實機械，認賢真施工、充分皺壓實。酒以及構(gòu)造物背秩后填料部分使姓用的材料多為汪壓縮性小的優(yōu)慧質(zhì)外購材料。狡但是，如頁（遠1術(shù)）所述，施工妙不良比增料不芳良更易造成構(gòu)訪造物背后填料馳部分下沉。因繩此，只要構(gòu)造盾物背后填料便耐于取采，就應守盡量就地取材角。愈如拴（絕3妥）所述，填料命的排水措施對均填方的穩(wěn)定極便為重要