检测的重要项目之一。泰赣高速公路项目规定:路基弯沉的控制值为100(0.01mm),这远远小
于设计文件的设计值;且规定采用路床填料改良降低弯沉值,本文着重从弯沉方面论述了填料
改良方案的可行性及必要性。
关键词:道路工程;路床;填料改良;弯沉;可行性;必要性
0 前言
泰赣高速公路(以下简称项目)是江西省赣粤高速公路泰和至赣州段,它北起自泰和县马市镇,南终于南康市金鸡乡;全长约128km,共分九个合同段。
C8合同段长15km(起点桩号K245+000,终点桩号K260+000),共有挖方约328万m3,填方约272万m3。路基95区所采用的填料的CBR值除个别路段(含有弱~微风化千枚岩的深挖方段)外均无法满足项目规定(CBR值大于15%)的要求,其中:K245+000~K252+500、K252+860~K255
+600路基挖方表层大部分为残积坡土(一般为低液限粉土),CBR值为6~10%;下为强、弱~微风化千枚岩层,其中强~弱风化千枚岩的CBR值为9~15%,弱~微风化千枚岩(爆破后大部分易碎成小于8cm的颗粒,以下简称开山渣)的CBR值为30%左右;K252+500~K252+860表层为残积坡土,中层为强~弱风化千枚岩,下层为变质砂岩,变质砂岩约占总挖方的60%,且质地坚硬,爆破作业后所得颗粒尺寸很大,不能用于95区填筑;K255+600~K260+000路基挖方全为红砂岩,不能用于95区填筑。
项目规定95区路床的计算弯沉代表值在干燥气温条件下路应小于100(0.01mm)(后改为120),单点计算值大于150(0.01mm)的点在确定范围后必须处理。
综上所述,根据项目要求对上路床的填料改良。
1 参数值的要求
1.1上路床CBR值(%)
上路床填料最小强度(CBR值)按《公路路基施工技术规范》要求必须大于8%,项目要求上路床改良前原土CBR值大于8%。
表1
规范设计文件项目规定
815
1.2设计文件中设计弯沉值的计算
表2
结 构 层设 计 文 件项目规定
E0/ E1
(MPa)l0/l1
(0.01mm)l0/l1
(0.01mm)
土基干燥35242100
中湿30279100
底基层Ⅰ60014680
Ⅱ60016080
1.2.1路基顶面弯沉的计算
土基回弹模量干燥条件下:E0=35MPa,中湿条件下:E0=30MPa;季节影响系数K1=1.4,则:
干燥:
l0=9308×(35×1.4)-0.938=242(0.01mm)
中湿:
l0=9308×(30×1.4)-0.938=279(0.01mm)
1.2.2底基层顶面弯沉计算
1.2.2.1土基干燥条件下E0=35MPa(中湿条件下E0=30MPa);底基层E1=35MPa;季节影响系数K1=1.4,K2=1.2;轮迹当量圆半径δ=10.75cm;底基层厚度h1=20cm;后轴重100kN卡车轮胎的单位压力P=0.7MPa;则:
Ⅰ:K1 E0/ K2 E1=0.07
h1/δ=1.9
Ⅱ:K1 E0/ K2 E1=0.06
h1/δ=1.9
1.2.2.2根据K1 E0/ K2 E1及h1/δ查《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034-2000)附图A.0.3可得:
Ⅰ:aL=0.333
Ⅱ:aL=0.222
1.2.2.3基层顶面弯沉值:
Ⅰ:F=3.643×0.3330.8519=1.427
Ⅱ:F=3.643×0.2220.8519=1.388
2 上路床施工方案
2.1合同段内借土场或路基挖方中选择CBR值≥15%且水稳性好的填料进行。
2.2合同段内借土场或路基挖方中确选择不到合格填料时,可通过试验和技术经济比较,按照技术可行、费用最省的原则,选择下述三种方案的最优者:
2.2.1适当距离内选择CBR值≥15%且水稳性好的填料填筑。
2.2.2选择CBR值≥8%的砂性土填筑路床并掺入5%水泥改良。
2.2.3局部路段可采用15cm厚掺3%水泥稳定机轧砂砾或碎石。
根据C8标工程地质情况、原材料(水泥、砂砾)、施工单位所报95区改良方案的工程造价、施工工期及以上几点的要求,将上路床改良的方案分为以下三类:
2.2.3.1择土改良:
(1)纵向利用(利用开山渣):
代表路段:K253+450~K254+450
本路段利用K254+900~K255+150路基挖方(弱~微风化千枚岩)进行填筑,厚度40cm。填料规格大小不一,个别最大颗料近30cm,大部分为4~8cm的颗粒,在碾压过程中和开放交通后重车行驶下,表面颗粒易碎;但长时间重车(一般载重均在30t左右的运料车)作用下不起槽,整体不结板。
(2)远距离借方:
代表路段:K245+700~K246+700
本路段以挖方为主,表面为粉土,下为泥岩。其利用K237+000~K238+000左则高边坡坍方下来的强风化千枚岩填筑,厚度30~40cm。在碾压过程中表面不易压实,晴天重车行驶后有一层浮土,雨天车辆行驶后形成泥浆,并起很深的槽。
2.2.3.2掺砂砾(砂砾改良):
代表路段:K247+700~K248+700
本路段采用70%的砾石(最大颗径在8cm以下)加30%的粘土进行填筑,厚度40cm。碾压完成后,板结较好,在底基层摊铺过程中,重车作用下不起槽。
施工工艺:装载机对填料拌均→用推土机粗平→压路机碾压(无明显轮迹为止)→平地机精平→压路机静压。
2.2.3.3掺水泥(水泥改良):
代表路段:K250+300~K251+300
本路段采用掺5%水泥对土壤改良进行填筑,填筑厚度20~40cm。填筑过程中若土的含水量小于最佳含水量,待养护七天开放交通后很容易整体松散;若含水量大于最佳含水量的4%,则会在顶面出现网纹裂缝。碾压完成后,板结好;若长时间开放交通,表面会松散。
施工工艺:铺原状土→推土机推平→压路机静压一遍→撒水泥→路拌机搅拌→压路机静压一遍→平地机精平→压路机碾压至符合压实度为止。
泰赣高速公路C8标全长15km(含桥梁、明涵),其中择土改良的纵向利用(利用开出渣):3.05km;择土改良的远距离借方:1.77km;砂砾改良:4.39km;水泥改良:4.63km。
3 参数分析
3.1CBR值
路段实测CBR值 表3
改 良 类 型原 土改良后
择土改良纵向利用
(利用开山渣)11.232.3
择土改良远距离借方9.314.7
掺砂砾(砂砾改良)9.728.5
掺水泥(水泥改良)8.337.2
分析:
上路床原土CBR值均满足《公路路基施工技术规范》(JTJ 033-95)不小于8%的要求,经过择土(不使用原设计调配的填料)、或在原土(原填料)里掺水泥(或砂砾)后,除远距离借方外CBR值均满足项目要求的不小于15%。
3.2弯沉值
95区上路床未铺筑前,对有代表性的路段进行抽检,弯沉均在300(0.01mm)以内,下表是代表路段改良后路基顶面、底基层顶面弯沉。
路段实测弯沉值 表4
改 良 类 型路基顶面(0.01mm)下基层顶面
(0.01mm)
择土改良纵向利用
(利用开山渣)15348
择土改良
远距离借方275103
掺砂砾
(砂砾改良)17060
掺水泥
(水泥改良)12737
分析:
1)路基顶面及下基层顶面均符合设计弯沉要求。其中择土改良中远距离借方与未改良前下路床顶面值相近。
2)利用开山渣、掺砂砾及掺水泥虽路基顶面要求无法满足项目要求的100(0.01mm),但底基层顶面弯沉值有明显的提高均满足项目要求的80(0.01mm)。
4 结语
4.1若满足设计弯沉值的要求不需进行路基上路床的改良。
4.2若满足路基顶面弯沉值不大于100(0.01mm)(或120)要求,择土改良、砂砾改良、水泥改良(掺量5%)均无法达到。
4.3若以底基层顶面弯沉不大于80(0.01mm)做为控制,改良最明显的是掺水泥,其次是利用开出渣,再次是掺砂砾。
4.4通过对路基顶面弯沉与底基层顶面弯沉值的一元线性分析(r=0.998),底基层顶面弯沉值80(0.01mm)的路基顶面弯沉的控制值为220(0.01mm)。