淺談高速公路土石混填路堤填料

【摘要】依托河南省三門峽至淅川高速公路LXTJ-7標(biāo)土石混填高填方路基施工實(shí)例，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況嘗試將施工爆破的各類石料與當(dāng)?shù)厥┕た衫猛料嗷ソM合，通過(guò)試驗(yàn)研究其組合混合料的參數(shù)和壓實(shí)性能，確定土與石料最佳配比，并通過(guò)試驗(yàn)段實(shí)踐證明該理論[1-2]。這樣不僅可解決土石混填的填料問(wèn)題，而且能充分利用本地資源，處理隧道施工爆破的碎巖，降低對(duì)周圍環(huán)境的破壞，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的雙重效益。

【關(guān)鍵詞】土石混填；填料選用；組合比例

1、引言

近年來(lái)修筑的公路，尤其是高速公路、一級(jí)公路，路堤在整個(gè)路基施工中所占的比重越來(lái)越大，而且土石混合料在山嶺丘陵區(qū)路堤填筑施工中越來(lái)越被重視。因此，正確對(duì)土石混合料相關(guān)技術(shù)方面的研究，對(duì)保證路堤施工質(zhì)量，具有十分重要的意義。天然土石混合料，因其土類復(fù)雜多變，土石含量差異等特點(diǎn)，用作路堤填料時(shí)，較難掌握其壓實(shí)特性，因此國(guó)內(nèi)外對(duì)土石混合填料都做了大量的研究，對(duì)土石混合料的分類、壓實(shí)特性、施工工藝取得了一定的成果，土石混合料填筑路堤的技術(shù)也快速發(fā)展。山區(qū)高速公路路堤填料大多來(lái)源于當(dāng)?shù)?，混合料種類多，成分復(fù)雜，土的優(yōu)劣差別較大，對(duì)混合料全面研究存在一定的難度。所以從目前研究情況來(lái)看，山區(qū)土石混合料的可利用研究并不全面，沒(méi)有得到全面的發(fā)展[3]。

2、填料選用

根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況并考慮經(jīng)濟(jì)效益，將施工爆破的各類石料與當(dāng)?shù)厥┕壨羶蓛上嗷ソM合，充分利用本地資源，既處理了隧道施工爆破的碎巖，也降低了對(duì)周圍環(huán)境的破壞，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的雙重效益。

2.1巖石

巖石是天然產(chǎn)出的具有穩(wěn)定外型的礦物或玻璃集合體，按照一定的方式結(jié)合而成，是構(gòu)成地殼和上地幔的物質(zhì)基礎(chǔ)。按成因分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。河南省三門峽至淅川高速公路LXTJ-7標(biāo)施工中開(kāi)采的巖石主要為強(qiáng)風(fēng)化斜長(zhǎng)角閃片巖和中風(fēng)化角閃片巖，巖石中的主要成分分別為正長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、花崗巖等，部分巖層花崗巖侵入，屬于深成巖漿巖。

據(jù)表1分析石料的工程性質(zhì)，巖石的孔隙率反映了巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，吸水率的大小反映了巖石孔隙度的大小，孔隙的張開(kāi)程度越大，巖石的吸水率越大，說(shuō)明水對(duì)巖石顆粒間結(jié)合物的浸濕、軟化作用較強(qiáng)，巖石的穩(wěn)定性和強(qiáng)度受水作用越顯著；巖石的軟化系數(shù)反映了巖石在飽和狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度和風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度的的比值，其值越小，表示巖石在水作用下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性越差，此表中軟化系數(shù)大都接近于1，表明此巖類屬于弱軟化的巖石，其抗水、抗風(fēng)化和抗凍性強(qiáng)。作為填筑材料巖石的基本物理性質(zhì)必須符合填筑的要求，就三門峽至淅川高速公路LXTJ-7標(biāo)段而言，填筑段位于舊河道，并且有周期性的洪水暴發(fā)，因此為保證路堤的穩(wěn)定性，石料必須具有比較強(qiáng)的抗水、抗風(fēng)化和抗凍性，所以該地區(qū)的巖石適合做填筑材料[5]。

2.2土

土是以巖石顆粒為主體骨架的沒(méi)有膠結(jié)或弱膠結(jié)的松散堆積物。土有不同的成因和類型，按其成因類型分為：殘積土、坡積土、沖積土、淤積土、冰積土和風(fēng)積土等。根據(jù)高速公路施工標(biāo)段實(shí)際情況分析，路堤填筑使用的土源主要為殘積土。

測(cè)定土中各粒組顆粒質(zhì)量所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，以確定土的粒徑分布范圍，可以了解土的顆粒級(jí)配，為土的工程分類、判別土的工程性質(zhì)和建材選擇等用途提供數(shù)據(jù)。土的級(jí)配好壞將直接影響到土的工程性質(zhì)，級(jí)配良好的土，壓實(shí)時(shí)能達(dá)到較高的密實(shí)度，孔隙率低，因?yàn)椋瑝簩?shí)后土的透水性小，強(qiáng)度高，壓縮性低。反之，級(jí)配不良的土，壓實(shí)后的密度小，強(qiáng)度低，透水性強(qiáng)，不適合做工程用土。

通過(guò)圖1粒組頻率曲線可以看出，河南省三門峽至淅川高速公路LXTJ-7標(biāo)段路堤填土屬于粗粒組，333適合與路堤石料混合，為良好土源，且該處地區(qū)土屬于二類土，堅(jiān)實(shí)系數(shù)0.6-0.8，密度為1100-1600kg/m3，適宜開(kāi)挖，工程性質(zhì)良好。

3、土與石料組合比例的研究

河南省三門峽至淅川高速公路LXTJ-7標(biāo)段高填路堤使用的填料為隧道爆破、路塹開(kāi)挖得到的碎石料，形狀不規(guī)則，破碎程度較大，這種碎石在很大程度上可能無(wú)法滿足填筑路基對(duì)填料的級(jí)配要求，而土石混填料可以得到級(jí)配效果更好的填料[4]。為了確定最佳的土石比，混合料依次以含石量為30%、40%、50%、60%、70%進(jìn)行填料的篩分試驗(yàn)，并對(duì)篩分結(jié)果進(jìn)行處理，通過(guò)級(jí)配曲線圖找出有效粒徑d10、限制粒徑 d60、以及d30，計(jì)算出各組填料的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)。

不均勻系數(shù)計(jì)算公式：Cu=d60/d10 （1）

曲率系數(shù)計(jì)算公式： （2）

式中：d10有效粒徑，表示在粒徑分布曲線上小于該粒徑的填石料的含量為試樣總質(zhì)量的10%的粒徑；

d30表示在粒徑分布曲線上，小于該粒徑的填石料的試樣的含量為總試樣質(zhì)量的30%的粒徑；

d60表示限制粒徑，表示在粒徑分布曲線上小于該粒徑的填石料的試樣含量為總試樣質(zhì)量60%的粒徑。

不均勻系數(shù)Cu<5時(shí)，顆粒級(jí)配不良，顆粒粒徑分布比較均勻，其級(jí)配曲線呈現(xiàn)比較陡的形態(tài)，Cu值越大，表明粒徑分布廣，屬于良好級(jí)配，級(jí)配曲線呈現(xiàn)為一條相對(duì)平緩的曲線，當(dāng)Cu值大于10時(shí)，填料的級(jí)配良好，但Cu值過(guò)大時(shí)，級(jí)配曲線有水平臺(tái)階狀部分，表示中間粒徑顆粒含量少，即缺少中間粒徑，屬于不連續(xù)級(jí)配，根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)一般將CC在10-15之間。曲率系數(shù)CC是反映粒徑級(jí)配曲線連續(xù)性的質(zhì)量指標(biāo)，一般CC在1-3之間。

由表3可知，在含石量為60%-70%時(shí)，是符合規(guī)范要求的，但是從篩分試驗(yàn)級(jí)配曲線上看，當(dāng)含石量超過(guò)60%時(shí)，超粒徑碎石的含量增長(zhǎng)較快。

綜合河南省三門峽至淅川高速公路LXTJ-7標(biāo)高填路堤施工情況，施工中選擇含石量為60%（±3%）土石混合料。

4、填料最大干密度確定

河南省三門峽至淅川高速公路LXTJ-7標(biāo)段高填路堤使用的填料為隧道爆破、路塹開(kāi)挖得到的碎石料。而我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)于填料的最大干密度確定方法并不適應(yīng)于大粒徑填料，為了準(zhǔn)確確定土石混合料的最大干密度，國(guó)際同行進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，提出了多種理論和方法[7]。根據(jù)高填路堤填料的粒徑分析，發(fā)現(xiàn)填料中超粒徑粒料的含量不是特別多，因此高填路堤土石混合料的最大干密度試驗(yàn)采用剔除法。該試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，但剔除法雖然剔除了超粒徑碎石，但是在試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)材料來(lái)源于填料，所以即使剔除了超粒徑碎石，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的指導(dǎo)意義仍然較大[8]。最終現(xiàn)場(chǎng)工地試驗(yàn)室通過(guò)重型擊實(shí)試驗(yàn)[8]，使用剔除法剔除超粒徑粒料，得出填料的含水率與最大干密度的關(guān)系。

5、總結(jié)

本論文通過(guò)一系列試驗(yàn)及理論分析解決了河南省三門峽至淅川高速公路LXTJ-7標(biāo)在土石混填路堤填料選擇及組合比例的難題，并通過(guò)高填路堤試驗(yàn)段對(duì)混合填料的選擇和組合比例進(jìn)行了施工實(shí)踐證明，路基壓實(shí)度基保證在95%以上，證明了所參考理論的正確性，對(duì)以后的工程施工具有一定的指導(dǎo)意義。但本論文只是僅將自然環(huán)境中含土量接近零的石料、含石量接近零的土進(jìn)行組合，由于填料受到自然因素影響，石料中必然含有不同程度的風(fēng)化土，所以該論文具有一定的局限性，有待進(jìn)一步提高。

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