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土石混合料路用性能及土石高填路堤强夯快速施工技术探讨

日期:2022年01月14日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:4
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202201011644441187 论文字数:49666 所属栏目:建筑工程管理论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis
相关标签:建筑工程管理论文

本文是一篇建筑工程管理论文,本文以某快速路项目为依托,研究土石混填料的工程力学性质、路用性能,表明土石混合料其工程力学性质与含石量密切相关,含石量适宜的填料可用于高路堤的填筑且具有良好的路用性能;并以该项目所采用的强夯加固施工工艺为基础,利用 ABAQUS有限元数值模拟软件探讨高填方路堤强夯加固作用效果,在现场设置试验段探讨土石混填高路堤的快速施工工艺,以理论和试验数据为依据优化了土石混填高路堤快速施工工艺。

第一章   绪论


1.1  研究背景及意义

随着我国中西部社会经济的发展,对公路交通建设提出了更多的要求,为满足中西部山区及丘陵地区的经济社会发展和交通运输需要,在山区建设高等级公路势在必行,基于公路线形设计指标、造价等多方面的要求,出现了高填深挖的路基结构加隧道结构的公路形式。在山区及丘陵地区,山谷相间,地势起伏较大,为了保护自然环境、提高经济效益,合理利用土地多采用“挖山填沟”的方式修筑公路,用隧道开挖路堑爆破产生的土石填筑路堤,因此土石混填高路堤被广泛的运用于山区及丘陵地区。土石混填高路堤具有强度和承载力高、稳定性好、透水性强、抗冲刷能力好以及就地取材等优点,但因为土石混合料物质组成复杂、颗粒粒径变化大,碎石含量及尺寸特征均不尽相同,填料含水率极不均匀且较难压实,在填筑过程中需要选择适宜的工艺对填料进行加固,以提高压实度,避免出现不均匀沉降及较大的工后沉降影响公路使用和交通输运[1],故在实际工程应用中具有很多局限性。

目前国内外对土石路堤的研究不多,尤其是土石高路堤的填筑技术和快速施工方法值得探讨和研究。我国的《公路路基施工技术规范》(JTG/T 3610-2019)[2]对土石路堤的填料性质、基底处理、填筑要求、质量及外观标准做了部分规定,但对于土石路堤的具体施工参数未做详细的规定。在山区及丘陵地区,大多采用“挖山填沟”的方式修筑路堤,且部分路堤填筑高度大、填方量多,为了能有够安全有效经济的完成路堤建设,有必要研究土石混填高路堤的工程力学性质、路用性能和快速施工技术。鉴于土石混填路堤的特性,通常会采用强夯法对路堤进行加固处理[3],可解决土石料的厚层填筑压实问题,从而提高承载力和压实度,减少沉降变形。

本研究某快速路项目第 001 标段为依托,该标段全长 8.1km,公路均处于山谷地区,地形复杂,山谷相间,采用路堑、隧道、路堤结合的方式修建,其中依托项目第 001 合同段高填方路堤共 10 处,路基中线最大填筑高度约 80m,依托工程填方段的填料均是来自于临近挖方段的爆破开山料,均为土石混合填料,石料主要为中~弱风化和未风化的白云岩、片岩,土料为粘性土。


1.2  国内外研究现状

1.2.1  土石混合料工程力学性质

对于土石混合料的定义,国内外学者分别从不同的角度和研究领域提出了自己对土石料的定义。Lindquist[4]和 Edmund[5]等人从工程建设的角度定义 Bimsoils/Bimrocks 为较大颗粒的块体混入细粒土体中形成的岩土体材料;Dearman[6]通过粗颗粒特征将风化岩分类,可具体分为土体、岩石及岩土体三种类别;Medley[7]通过岩土体材料的结构和颗粒特征,给出了 Block-in-matrix-soils/rocks 的定义;美国公路工作者协会以粒径范围及其占比量化了粗粒土的定义,即粒径在 0.075mm~76.2mm 之间的颗粒质量占总质量的百分比大于 50%的岩土体材料[8];在日本,土质工学认为粗粒料是由粗颗粒和细粒土组成的混合土[9]。在我国,油新华等[10]首次提出土石混合体的概念,即块石或者砾石(骨料)和叫细颗粒的粘性土和细砂土(充填料)组成的混合体,并认为它是一种特别的地质体,需要同体和土体材料分开研究;徐文杰等[11]在总结前人成果的基础上,利用岩土力学研究土石混合体,对其物理特性进行定性和定量的阐述,认为土石混合体为第四纪后形成的岩土体,具有一定的大小、结构和强度特征,这一定义较为完整且包含了含石量的等要素,被后人接受认可,并就含石量开展了土石混合料物理力学性质的研究。目前对土石混合料物理力学性质的研究主要集中在压实特性和强度特性方面,基于大型试验仪器和模型等手段开展[12]。

Miller 等[13]对通过三轴试验,认为土石混合料中的粗颗粒含量对其内摩擦角和黏聚力具有非常明显的影响,当粗颗粒含量从 0 逐渐递增到 50%~70%的这一过程中,其内摩擦角迅速增加,黏聚力逐渐降低。

陈希哲[14]结合现场陡坡试验和大型三轴压缩的试验结果对比分析,创造性认为存在咬合力,其与内摩擦力有所不同,是由粗颗粒间相互镶嵌所形成的力,粗粒土的强度的相较于细粒土有所提高,得益于咬合力的存在。

马松林等[15]通过振动压实法研究碎石土压实工艺,认为土石混合料中含石量可影响其结构、力学特性,可以含石量为依据指导施工工艺及质量控制标准。

董云等[16,17]通过现场原位剪切试验和室内大型直剪试验的对比认为原位剪切试验可反映工程现场的实际强度,改进后的大型直剪试验经济简单可靠,可测试填料代表强度,两种试验方法可在实际过程中根据需要具体选择;并利用改进后的直剪仪测试不同类别和最大粒径的土石混合料的抗剪强度。


第二章   土石混合料的基本性质与压实特性试验研究


2.1  土石混合料的基本物理特性

2.1.1  天然含水率试验

选取某快速通道项目第 001 合同段四处高填方路段分别取料,编号依次为 A、B、C、D,按照规范分别对每个路段的填料称取适当质量的试样,采用烘干法测试各填料的天然含水率。

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2.2  土石混合料的击实试验

2.2.1  试验方案

最大干密度是在路基压实度检测的必要参数,本试验重点研究含石量对混合料最大干密度和最佳含水率的影响特征。因为依托工程的填料为土石混合料,填料的土石比例是影响土石混合料物理性质和工程力学性质的最大影响因素,本研究设置了 8 组不同含石量的土石混合料进行击实试验。

本试验用到的主要试验仪器有:击实筒、电动击实仪、烘箱、脱模机、圆孔土壤筛、振筛机。

选取某填方段的填料 B 进行试验,因为填料含石量约 70%,结合填料的特征及工程现场情况,对试样做处理后采用重型湿土法击实,试验仪器的参数如表 2.6 所示,具体试验步骤如下:

(1)如图 2.5(a)所示,将填料用圆孔筛分为粒径 d < 5mm、5mm ≤ d < 40mm、40mm ≤ d <60 mm 及 d ≥ 60mm 四组,剔除 d ≥ 40mm 的块石后,粒径 d < 5mm 的填料作为土粒,5mm ≤ d < 40mm 的填料作为块石,按照含石量 25%、35%、45%、55%、65%、75%、85%、95%配制试样。

(2)每个含石量组按四分法准备 5 个试样。由于本次试验的试样为配置好的土石混合料,试样中含有大量大颗粒成分,细粒成分比表面积大,含水率会相对较大,而大颗粒成分比表面积小,含水率会相对较小,后期测含水时所提取的试验含水率对试验结果影响很大,为了减少试验误差,使我们对所测定的含水率有准确的把控,在试验前将各含石量组的 5 个试样在烘箱中烘干 12h 以上(图 2.5(b)),使试样的含水率为 0,再分别加入不同的水分,根据所加水分质量算出配制试样的含水率 w0。而后期测定的含水率 w1 可与此含水率 w0 对比,若两者相差不大,可认为后期所测含水率 w1 准确;若两者相差较大,可认为后期所测含水率 w1 不准确,需舍弃。加入水分搅拌均匀后闷料一昼夜(图 2.5(c))。


第三章  土石混合料的强度特性试验研究 ............................ 29

3.1  土石混合料的 CBR 试验 ................................... 29

3.1.1  试验方案 .......................................... 29

3.1.2  试验结果及分析 ............................. 29

第四章  高填方路堤强夯加固作用效果数值模拟分析 .............................. 45

4.1 ABAQUS 有限元软件简介................................. 45

4.2  数值模型及参数选取 ..................................... 45

第五章  土石高路堤强夯快速施工技术研究 ............................... 64

5.1  试验目的 ........................................... 64

5.2  试验段概况 ..................................... 64

5.3  试验段的施工 ............................. 65


第五章   土石高路堤强夯快速施工技术研究


5.1  试验目的

在山区及丘陵地区,大多采用“挖山填沟”的方式修筑路堤,且部分路堤填筑高度大、填方量多,为了能有够安全有效、经济的完成路堤建设,有必要研究土石混填高路堤的快速施工技术。鉴于土石混填路堤的特性,通常会采用强夯法对路堤进行加固处理[75],可解决土石料的厚层填筑压实问题,从而提高承载力和压实度,减少沉降变形。本研究以

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