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摘 要本文对填石路基的处理技术要求进行了详尽分析,以期对填石路基的技术发展与实践能有所裨益。
关键词公路;填石路基;处理技术
中图分类号 U455.4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)022-0062-01
1填石路基工程的重要性分析
我国西部地区多为山岭重丘区,在实际工程中所遇到的深挖路堑和隧道施工造成了大量的弃石材料。由于现行规范只规定了常规粒径材料填筑路基的方法和要求,并限制了填筑路堤材料的最大粒径,大量所谓“超粒径岩块”一般不能用于路堤填筑,所以挖方石料需要及时清除或处理才能继续施工。这样一方面造成诸如征用场地以堆放挖方弃方材料、大量弃方占用农田耕地、破坏沿线环境等问题;另一方面带来借土填筑路堤,增加运距和运输力量,造成成本增高、工期延长、甚至影响进度等问题。工程单位出于经济效益和社会效益的综合考虑,在山区公路的建设中,往往将这些超粒径岩块用于填筑路基,但与现行公路路基施工技术规范所规定的填料最大粒径相比,这些填料尺寸显然过大。
长期以来公路上对填料的压实特性、检测标准的试验研究都是建立在细粒土基础上,如何针对填石(包括岩块、块石、碎石以及碎石土)路基进行机械化施工组织与控制以及如何对大粒径碎石路基的质量进行检测与评定,目前还无比较完善的技术手段和统一的技术要求。而对这一问题如果控制不当,例如摊铺不均匀、压实功能不够、或压实机械组合不当以及采用不合适的质量检测标准和方法等,将会造成较大的工后沉降和不均匀沉降,影响路面的平整度,甚至路基产生纵、横向裂缝,影响路基路面的整体稳定性和耐久性。因此从实践来说,研究公路路基填石技术具有十分重要的现实意义。
2填石路基的地基处理技术要求
填石路基的填料比较坚硬,压实密度大且透水性好,水容易从路面、边坡等部位进入基底而造成路基整体的湿软以致不均匀沉降,同时,修筑在山区的路基填筑高度较高,路基自重大。为防止地基承载力不足而导致路基整体的工后沉降过大,或出现变形模量差异而产生不均匀沉降,有必要对填石路基地基的承载力提出较高的技术要求,尽量减少地基的压缩变形,以保证填石路基的稳定性。
2.1填石路基对地基承载力的要求
填石路基多修筑在山岭地区,其地势险峻,沟壑纵横。由于路线线形要求所致,填挖较多,路堤的填筑高度较高,填方量巨大,再加上填石路基填料本身的密度较大,路堤填筑体的自重荷载很大,这就对地基的承载力提出较高的要求。同时,填石路基填料本身的工程特性也决定了对地基的特殊要求。众所周知,就普通的填土路基而言,其填料顆粒之间具有一定的粘聚力,抗剪强度较低,填筑体本身的塑性较强,当地基由于承载力不足等自身原因发生不均匀沉降时,路基填筑体立即在一定范围内随着地基的沉降而共同沉降:但是填石路基的填料为粒径较大的碎石,颗粒之间基本上没有粘聚力,其抗剪强度多由颗粒之间的摩擦力与嵌挤力来形成,且强度较高,故填石路基在一定程度上可以看成是半刚性体,当地基的不均匀沉降程度较小时,颗粒之间的嵌挤作用可以保证路基的整体稳定性,避免其发生较大的变形沉降,路基总体上表现出一定的刚性;然而,当地基发生较大沉降,路基填筑体内部产生的剪应力大于路基的极限抗剪强度时,路基就会突然发生较大的剪切变形而失去稳定。由此可见,填石路基对地基的不均匀沉降较为迟钝,但石料之间的嵌挤作用一旦失去,破坏作用大。
因此,对于填石路基,尤其是高填方填石路堤,地基承载力是保证路基压实质量和正常使用性能的前提条件,如若地基承载力不足,必将会导致路基的坍塌和失稳,进而使路面产生病害破坏,而现行的《公路路基施工技术规范》(JTJ033-95)中只是提到:“路堤基底应在填筑前进行压实,高速公路、一级公路和二级公路路堤基底的压实度不应小于85%。”,并没有对路基的地基承载力作出具体的规定。
本文就填石路基的地基技术及处理要求现状,对某西部省份己建或在建高速公路进行了大量施工现场和相关资料的调研工作。调研结果表明,由于目前设计及施工方案对此问题没有充分重视,在设计及具体施工过程中未对地基加以严格的要求与控制,从而出现填石路基在竣工后,甚至施工阶段中就由于地基的原因而发生变形破坏的现象。据此,初步提出填石路基的地基承载力技术要求与处理要求:
1)填石路基的地基承载力技术要求。如上所述,填石路基对地基的沉降要求较为严格,在填石路基填筑前应对地基的承载力进行测试(具体测试方法可参照桥梁基础的规定进行),地基的承载力应满足路基不同填筑高度的要求:(1)当填石路基填筑高度小于10m时,地基承载力不宜低于150KPa;(2)当填石路基填筑高度为10-20m时,地基承载力不宜低于200KPa;(3)当填石路基填筑高度大于20m时,路基应宜填筑在岩石基面上。
2)填石路基的地基处理要求。在填石路基填筑前,首先应该对原地面进行表面清理,清除树木等杂物,一般耕植土地段原地面应清除表土15cm深,同时用满足规范要求的土料回填原地面的坑、洞等,并按规定进行压实。如果基底为松散土,使其重型压实度不小于90%,当填石路基高度小于30Cm时,基底压实度不应小于95%。当路堤基底原状土的强度不符合要求时,应进行换填,其换填深度不小于3Ocm。若遇到不良地基(膨胀土、盐渍土、黄土等)时,应视具体工程条件采取清淤、排水固结、抛石、换填或复合地基等技术措施以加固处理。
在土质地基上填筑填石路基时,为防止填料中的细粒料迁移,应设置过渡层。建议在过渡层填料的粒径组成应符合以下要求:M15/F15>5,M15/F85<5,其中M15为过渡层填料中通过率为15%的粒径,F15为地基细料土中通过率为15%的粒径,F85为地基细料土中通过率为85%的粒径,过渡层的厚度为50cm。这样可以有效地提高地基的强度与均匀性。
2.2填石路基对地基的排水要求
由于填石路基的孔隙较大,水较易从边坡或路面等部位进入路基中;而且由于填筑体的渗透性好,水很容易渗入地基,同时若地基范围内存在地下水,也会浸湿地基,这都会影响填石路基的整体稳定。所以路堤基底范围内地面水或地下水影响路基稳定时,填石路基应采取必要的引排、拦截等措施或在路堤底部填筑不易风化的片石、砂砾石或块石等透水性材料来设置透水层,及时疏散水分,以防止水对地基的不良影响。
2.3填石路基对地基坡度的处理要求
当原地基有一定的坡度时,为保证路基的整体稳定性,应对地基进行如下处理:1)在地基横坡陡于1:5的地段,应将原地面挖成宽度不小于1.0cm,高30cm的搭接台阶,同时台阶进行内倾处理,然后进行平整压实,使基底强度和密实度达到设计要求;2)在地基横坡缓于1:5的地段,当清除树根草皮或腐植土后,承载力满足要求时,可直接在天然地面上填筑路基。
3结论
在公路建设中迫切需要解决块石、碎石以及碎石土填筑路基质量的现场检测评价方法。系统研究填石路基填筑过程中的施工控制技术及检测方法,在分析填石填料工程特性的基础上,提出填石路基的施工工艺、压实机械的选型技术、压实质量检测方法和评定标准。这对指导公路工程填石路基的施工具有十分重要的意义,尤其更加符合建设节约型和环保型公路的建设新思路。
公路填石路基处理技术要求是填石路基工程的一个重要组成部分,在实践中应该严格按照这些要求,结合现场实际情况进行科学作业,只有这样才能提高公路填石路基的效率与质量。
参考文献
[1]高速公路丛书编委会编.高速公路路基设计与施工[M].北京:人民交通出版社,2005.
[2]郭庆国 著.粗粒土的工程特性及应用[M].郑州:黄河水利出版社,2007.
作者简介:
崔玉帅(1978.3- ),男,汉族,山东莱阳人,工程师,现为武警交通第七支队作训计划股股长。
关键词公路;填石路基;处理技术
中图分类号 U455.4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)022-0062-01
1填石路基工程的重要性分析
我国西部地区多为山岭重丘区,在实际工程中所遇到的深挖路堑和隧道施工造成了大量的弃石材料。由于现行规范只规定了常规粒径材料填筑路基的方法和要求,并限制了填筑路堤材料的最大粒径,大量所谓“超粒径岩块”一般不能用于路堤填筑,所以挖方石料需要及时清除或处理才能继续施工。这样一方面造成诸如征用场地以堆放挖方弃方材料、大量弃方占用农田耕地、破坏沿线环境等问题;另一方面带来借土填筑路堤,增加运距和运输力量,造成成本增高、工期延长、甚至影响进度等问题。工程单位出于经济效益和社会效益的综合考虑,在山区公路的建设中,往往将这些超粒径岩块用于填筑路基,但与现行公路路基施工技术规范所规定的填料最大粒径相比,这些填料尺寸显然过大。
长期以来公路上对填料的压实特性、检测标准的试验研究都是建立在细粒土基础上,如何针对填石(包括岩块、块石、碎石以及碎石土)路基进行机械化施工组织与控制以及如何对大粒径碎石路基的质量进行检测与评定,目前还无比较完善的技术手段和统一的技术要求。而对这一问题如果控制不当,例如摊铺不均匀、压实功能不够、或压实机械组合不当以及采用不合适的质量检测标准和方法等,将会造成较大的工后沉降和不均匀沉降,影响路面的平整度,甚至路基产生纵、横向裂缝,影响路基路面的整体稳定性和耐久性。因此从实践来说,研究公路路基填石技术具有十分重要的现实意义。
2填石路基的地基处理技术要求
填石路基的填料比较坚硬,压实密度大且透水性好,水容易从路面、边坡等部位进入基底而造成路基整体的湿软以致不均匀沉降,同时,修筑在山区的路基填筑高度较高,路基自重大。为防止地基承载力不足而导致路基整体的工后沉降过大,或出现变形模量差异而产生不均匀沉降,有必要对填石路基地基的承载力提出较高的技术要求,尽量减少地基的压缩变形,以保证填石路基的稳定性。
2.1填石路基对地基承载力的要求
填石路基多修筑在山岭地区,其地势险峻,沟壑纵横。由于路线线形要求所致,填挖较多,路堤的填筑高度较高,填方量巨大,再加上填石路基填料本身的密度较大,路堤填筑体的自重荷载很大,这就对地基的承载力提出较高的要求。同时,填石路基填料本身的工程特性也决定了对地基的特殊要求。众所周知,就普通的填土路基而言,其填料顆粒之间具有一定的粘聚力,抗剪强度较低,填筑体本身的塑性较强,当地基由于承载力不足等自身原因发生不均匀沉降时,路基填筑体立即在一定范围内随着地基的沉降而共同沉降:但是填石路基的填料为粒径较大的碎石,颗粒之间基本上没有粘聚力,其抗剪强度多由颗粒之间的摩擦力与嵌挤力来形成,且强度较高,故填石路基在一定程度上可以看成是半刚性体,当地基的不均匀沉降程度较小时,颗粒之间的嵌挤作用可以保证路基的整体稳定性,避免其发生较大的变形沉降,路基总体上表现出一定的刚性;然而,当地基发生较大沉降,路基填筑体内部产生的剪应力大于路基的极限抗剪强度时,路基就会突然发生较大的剪切变形而失去稳定。由此可见,填石路基对地基的不均匀沉降较为迟钝,但石料之间的嵌挤作用一旦失去,破坏作用大。
因此,对于填石路基,尤其是高填方填石路堤,地基承载力是保证路基压实质量和正常使用性能的前提条件,如若地基承载力不足,必将会导致路基的坍塌和失稳,进而使路面产生病害破坏,而现行的《公路路基施工技术规范》(JTJ033-95)中只是提到:“路堤基底应在填筑前进行压实,高速公路、一级公路和二级公路路堤基底的压实度不应小于85%。”,并没有对路基的地基承载力作出具体的规定。
本文就填石路基的地基技术及处理要求现状,对某西部省份己建或在建高速公路进行了大量施工现场和相关资料的调研工作。调研结果表明,由于目前设计及施工方案对此问题没有充分重视,在设计及具体施工过程中未对地基加以严格的要求与控制,从而出现填石路基在竣工后,甚至施工阶段中就由于地基的原因而发生变形破坏的现象。据此,初步提出填石路基的地基承载力技术要求与处理要求:
1)填石路基的地基承载力技术要求。如上所述,填石路基对地基的沉降要求较为严格,在填石路基填筑前应对地基的承载力进行测试(具体测试方法可参照桥梁基础的规定进行),地基的承载力应满足路基不同填筑高度的要求:(1)当填石路基填筑高度小于10m时,地基承载力不宜低于150KPa;(2)当填石路基填筑高度为10-20m时,地基承载力不宜低于200KPa;(3)当填石路基填筑高度大于20m时,路基应宜填筑在岩石基面上。
2)填石路基的地基处理要求。在填石路基填筑前,首先应该对原地面进行表面清理,清除树木等杂物,一般耕植土地段原地面应清除表土15cm深,同时用满足规范要求的土料回填原地面的坑、洞等,并按规定进行压实。如果基底为松散土,使其重型压实度不小于90%,当填石路基高度小于30Cm时,基底压实度不应小于95%。当路堤基底原状土的强度不符合要求时,应进行换填,其换填深度不小于3Ocm。若遇到不良地基(膨胀土、盐渍土、黄土等)时,应视具体工程条件采取清淤、排水固结、抛石、换填或复合地基等技术措施以加固处理。
在土质地基上填筑填石路基时,为防止填料中的细粒料迁移,应设置过渡层。建议在过渡层填料的粒径组成应符合以下要求:M15/F15>5,M15/F85<5,其中M15为过渡层填料中通过率为15%的粒径,F15为地基细料土中通过率为15%的粒径,F85为地基细料土中通过率为85%的粒径,过渡层的厚度为50cm。这样可以有效地提高地基的强度与均匀性。
2.2填石路基对地基的排水要求
由于填石路基的孔隙较大,水较易从边坡或路面等部位进入路基中;而且由于填筑体的渗透性好,水很容易渗入地基,同时若地基范围内存在地下水,也会浸湿地基,这都会影响填石路基的整体稳定。所以路堤基底范围内地面水或地下水影响路基稳定时,填石路基应采取必要的引排、拦截等措施或在路堤底部填筑不易风化的片石、砂砾石或块石等透水性材料来设置透水层,及时疏散水分,以防止水对地基的不良影响。
2.3填石路基对地基坡度的处理要求
当原地基有一定的坡度时,为保证路基的整体稳定性,应对地基进行如下处理:1)在地基横坡陡于1:5的地段,应将原地面挖成宽度不小于1.0cm,高30cm的搭接台阶,同时台阶进行内倾处理,然后进行平整压实,使基底强度和密实度达到设计要求;2)在地基横坡缓于1:5的地段,当清除树根草皮或腐植土后,承载力满足要求时,可直接在天然地面上填筑路基。
3结论
在公路建设中迫切需要解决块石、碎石以及碎石土填筑路基质量的现场检测评价方法。系统研究填石路基填筑过程中的施工控制技术及检测方法,在分析填石填料工程特性的基础上,提出填石路基的施工工艺、压实机械的选型技术、压实质量检测方法和评定标准。这对指导公路工程填石路基的施工具有十分重要的意义,尤其更加符合建设节约型和环保型公路的建设新思路。
公路填石路基处理技术要求是填石路基工程的一个重要组成部分,在实践中应该严格按照这些要求,结合现场实际情况进行科学作业,只有这样才能提高公路填石路基的效率与质量。
参考文献
[1]高速公路丛书编委会编.高速公路路基设计与施工[M].北京:人民交通出版社,2005.
[2]郭庆国 著.粗粒土的工程特性及应用[M].郑州:黄河水利出版社,2007.
作者简介:
崔玉帅(1978.3- ),男,汉族,山东莱阳人,工程师,现为武警交通第七支队作训计划股股长。