公路路基快速施工技術(shù)階段性研究報告

1、 . . 35/40公路路基快速施工技術(shù)階段性研究報告 日期：高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)階段性研究報告計劃研究周期：2016.03-2017.11項目主持單位：三公司項目承擔單位：三公司報告提交時間：2016年12月目 錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc25548 第一篇 工作報告PAGEREF _Toc25548 1 HYPERLINK l _Toc14502 1 項目背景 PAGEREF _Toc14502 1 HYPERLINK l _Toc20134 2 組織實施方法 PAGEREF _Toc20134 2 HYPERLINK l _Toc251

2、97 3 主要研究階段 PAGEREF _Toc25197 3 HYPERLINK l _Toc11126 4 主要研究成果和創(chuàng)新點 PAGEREF _Toc11126 4 HYPERLINK l _Toc29229 4.1 主要科研成果 PAGEREF _Toc29229 4 HYPERLINK l _Toc27583 4.2 主要創(chuàng)新點 PAGEREF _Toc27583 4 HYPERLINK l _Toc15444 5 成果應用情況 PAGEREF _Toc15444 4 HYPERLINK l _Toc24419 5.1 經(jīng)濟效益 PAGEREF _Toc24419 4 HYPERL

3、INK l _Toc4542 5.2 社會效益 PAGEREF _Toc4542 5 HYPERLINK l _Toc23113 5.3 環(huán)境效益 PAGEREF _Toc23113 5 HYPERLINK l _Toc2883 5.4 推廣應用前景 PAGEREF _Toc2883 5 HYPERLINK l _Toc7214 6 存在的問題與改進措施 PAGEREF _Toc7214 6 HYPERLINK l _Toc29395 6.1 存在的問題 PAGEREF _Toc29395 6 HYPERLINK l _Toc13281 6.2 改進措施 PAGEREF _Toc13281 6

4、 HYPERLINK l _Toc15924 6.3 下一步計劃 PAGEREF _Toc15924 6 HYPERLINK l _Toc8571 第二篇 研究報告 PAGEREF _Toc8571 8HYPERLINK l _Toc28887 1 工程概況 PAGEREF _Toc28887 8 HYPERLINK l _Toc22362 1.1 主要工程數(shù)量 PAGEREF _Toc22362 8 HYPERLINK l _Toc9590 1.2 技術(shù)標準 PAGEREF _Toc9590 8 HYPERLINK l _Toc30692 1.3 地質(zhì)資料 PAGEREF _Toc30692

5、 9 HYPERLINK l _Toc17732 1.4 設(shè)計概述 PAGEREF _Toc17732 11 HYPERLINK l _Toc24151 1.5 主要施工方法 PAGEREF _Toc24151 11 HYPERLINK l _Toc25080 1.6 工程技術(shù)難點 PAGEREF _Toc25080 11 HYPERLINK l _Toc13111 2 項目研究的主要容 PAGEREF _Toc13111 12 HYPERLINK l _Toc4361 3 國外現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc4361 12 HYPERLINK l _Toc4377 4 主要研究成果 PAGER

6、EF _Toc4377 13 HYPERLINK l _Toc22980 4.1 土樣的物理力學特性分析 PAGEREF _Toc22980 13 HYPERLINK l _Toc9438 4.2 土的干壓實試驗 PAGEREF _Toc9438 21 HYPERLINK l _Toc5422 4.3 現(xiàn)場快速施工碾壓控制 PAGEREF _Toc5422 28 HYPERLINK l _Toc19605 5 技術(shù)創(chuàng)新性 PAGEREF _Toc19605 35 HYPERLINK l _Toc21962 參考文獻 PAGEREF _Toc21962 36第一篇 工作報告1 項目背景本項目為規(guī)

7、劃G303線的一段，規(guī)劃的G303線起點為省集安，終點為自治區(qū)錫林郭勒盟阿巴嘎旗，是自治區(qū)中東部地區(qū)連接東北經(jīng)濟區(qū)的一條重要通道。本項目為國道303線（原省道101線）別力古臺到錫林浩特段公路工程BXSJ-1標，全長103.5公里，我分部施工管段共51.6公里（K504+400-K556+000段）。本項目是國家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013年2030年）中60條東西橫線中G303線的一段。是自治區(qū)普通國省干線布局方案8337中的組成部分，同時也是錫林郭勒盟“8761”干線公路路網(wǎng)布局規(guī)劃中“橫3”的主要組成部分，因此，本項目的實施建設(shè)對于完善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對沿線地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展將起到良好的促進作用。項目

8、地理位置圖近年來，隨著國民經(jīng)濟水平和生活水平的提高，公路建設(shè)要求也在逐漸提高。路基建設(shè)作為重中之重，為了最大限度地降低施工對既有路交通造成的干擾，就勢必要采取快速施工技術(shù)。本標段工程點多線長，結(jié)構(gòu)各異，自然條件復雜，工程線路長，工作量大，工作容復雜多樣，且項目所處地區(qū)自然條件復雜，冬期時間長、工期緊、有效施工工期短，交叉工程包含的專業(yè)施工項目較多，施工安全風險高；施工環(huán)境差，條件艱苦，干旱少雨，風大沙多，冬寒夏熱，氣候條件惡劣，大風與沙塵暴、干旱、霜凍、寒潮等氣象災害頻發(fā)。對施工效率與施工組織有較大影響。這就體現(xiàn)了“高寒多風沙惡劣環(huán)境公路路基快速施工技術(shù)研究”的必要性。原設(shè)計方案采用路基濕壓實

9、技術(shù)，是在最佳含水量下進行壓實，而對于地區(qū)，風大沙多，晝夜溫差大，氣候干燥少雨。這些獨特的氣候條件引起的水資源的匱乏問題直接導致路基濕壓實工作進展緩慢，且耗水量增大，造成了巨大的經(jīng)濟浪費。為避免經(jīng)濟損失，加快施工進度，且保證路基壓實度合格，采用填筑碎石土干壓實技術(shù)對本項目路基進行施工。干壓實是指在含水量較低的情況下對路基填料進行壓實，此施工方法可加快路基施工速度，縮短工期，并達到較好的壓實效果，取得良好的經(jīng)濟效益。2 組織實施方法本課題的研究立足施工，服務施工，以自主研發(fā)為主，合作研究為輔，以現(xiàn)代項目組織管理技術(shù)對項目的組織實施進行控制，加快項目研究周期。結(jié)合工程實際，采用試驗研究、參數(shù)實驗、

10、仿真分析、施工監(jiān)測、理論指導等研究方法，解決工程實際問題，總結(jié)施工經(jīng)驗，創(chuàng)新理論和技術(shù)。研究的技術(shù)路線見圖2-1?？蒲许椖可暾堁芯看缶V的編制科研單位、專家技術(shù)咨詢關(guān)鍵技術(shù)研究細則的編制開展關(guān)鍵技術(shù)的研究與現(xiàn)場服務工作科學實驗與理論研究高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)研究施工技術(shù)、設(shè)備、材料研 究 促進路基快速施工技術(shù)水平、為施工監(jiān)控提供保障優(yōu)化施工工藝、提高施工質(zhì)量水平、應用和研發(fā)新設(shè)備與材料以項目為依托開展指導、優(yōu)化施工與控制技術(shù)指導項目開展修訂細則前期調(diào)研、技術(shù)儲備圖2-1 研究技術(shù)路線圖3 主要研究階段1、2016年3月2016年4月數(shù)據(jù)收集，方案編制。2、2016年5月2016年6月

11、完成土樣的物理力學特性。3、2016年7月2016年8月完成室干壓實試驗研究。4、2016年9月2016年11月完成現(xiàn)場快速施工控制研究。5、2016年12月2017年1月形成階段性研究報告一份。6、2017年2月2017年11月完成剩余研發(fā)任務，進行理論分析成果總結(jié)，總結(jié)完善高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)和工法。4 主要研究成果和創(chuàng)新點本研究成果以國道303線別力古臺至西林浩特段公路（K504+400-K556+000段）為著入點，重點針對高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)方面開展研究。課題研究中開展了室干壓實試驗，通過室與現(xiàn)場轉(zhuǎn)化，得出高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)下現(xiàn)場快速施工的

12、碾壓控制指標。課題研究成果驗證了該技術(shù)在高寒多風沙地區(qū)的實用性，為同類工程施工提供了實踐經(jīng)驗和理論基礎(chǔ)。4.1 主要科研成果（1）形成高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)研究報告1份。（2）形成相關(guān)施工技術(shù)參考文件1份。4.2 主要創(chuàng)新點建立室干壓實試驗與現(xiàn)場施工機具的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到碎石土填筑干壓實的碾壓遍數(shù)n與壓實度K的關(guān)系式，并對影響碾壓遍數(shù)值的3個影響因素（壓實度、松鋪厚度與壓路機噸位）進行分析，從而加快施工效率，縮短施工周期。5 成果應用情況5.1 經(jīng)濟效益國道303線別力古臺至西林浩特段公路工程戰(zhàn)線長、施工工期緊、風大沙多、晝夜溫差大、質(zhì)量控制難，原設(shè)計方案路基填筑壓實過程水資源消耗量

13、過大，施工效率低，是施工成本的控制重點。本工程實施過程中，從進場建點就認真調(diào)查現(xiàn)場環(huán)境，研究施工圖紙，優(yōu)化了路基填筑壓實施工方案，并應用科技研發(fā)技術(shù)，取得了較好的經(jīng)濟效益。 5.2 社會效益國道303線（原省道101線）別力古臺到錫林浩特段公路工程BXSJ-1標全長103.5公里，我分部施工管段共51.6公里（K504+400-K556+000段）。路基施工過程中對土樣的物理力學特性、現(xiàn)場快速施工控制等方面開展研究，加快了路基填筑速度。本工程的成功實施，深入研究了高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)的可行性，填補了高寒多風沙氣候惡劣地區(qū)路基填筑施工技術(shù)方面的一項空白，保證了路基壓實度，取得了建設(shè)

14、、監(jiān)理單位一致好評，為今后相似地區(qū)的路基修建與施工積累了經(jīng)驗，提供了借鑒和參考。5.3 環(huán)境效益國道303線（原省道101線）別力古臺到錫林浩特段公路工程路基填筑優(yōu)化了施工方案，采用填筑碎石土干壓實方法施工，節(jié)約了水資源；并與時對施工便道進行灑水，降低了顆粒污染物、噪聲污染，施工環(huán)境達到了國家環(huán)保要求。5.4 推廣應用前景近年來，隨著城市與鄉(xiāng)村建設(shè)的發(fā)展，公路建設(shè)要求也在逐漸提高。路基建設(shè)作為重中之重，其壓實效果直接決定公路的施工質(zhì)量。但本項目地區(qū)高寒多風沙，晝夜溫差大，氣候惡劣。這些獨特的氣候條件引起的水資源匱乏問題直接導致路基壓實工作進展緩慢且花銷巨大。針對上述問題，本課題試利用高寒多風沙

15、地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)對該地區(qū)進行施工，開展了一系列相關(guān)的試驗和理論研究，采用碎石土代替一般路基填料，無需灑水直接進行干壓實，解決了水資源匱乏的問題，減少了本，對類似的工程建設(shè)具有重要的指導和借鑒意義，推廣應用的前景廣闊。6 存在的問題與改進措施6.1 存在的問題在我國很多氣候干旱地區(qū)，基快速施工技術(shù)的實現(xiàn)會大大減少路基壓實的用水量，提高路基壓實質(zhì)量，從而帶來較大經(jīng)濟效益。但本課題的研究對象是依托工程沿線的碎石土樣，由于采樣少，土質(zhì)特殊，得到的試驗結(jié)論只能針對本項目路基施工，對于高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)的推廣問題還需要很多地區(qū)的數(shù)據(jù)支持。6.2 改進措施建議聯(lián)系其他類似氣候施工項目

16、，進行高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)的聯(lián)合試驗，結(jié)合多地區(qū)數(shù)據(jù)進行分析，從而使得此技術(shù)得以推廣。6.3 下一步計劃本文只針對常用的單鋼輪振動壓路機提出了碾壓遍數(shù)計算公式，對于其他型號的壓路機，公式是否適用仍需要進一步研究。本文提出了壓實度與碾壓次數(shù)的關(guān)系式，分析了壓實度、松鋪厚度、壓路機噸位與碾壓次數(shù)之間的關(guān)系。然而針對碾壓次數(shù)和優(yōu)化分析需要結(jié)合具體的現(xiàn)場施工進行選擇，對于現(xiàn)場振動碾壓方案的制定和優(yōu)化仍需要進一步研究。第二篇 研究報告1 工程概況本項目為國道303線（原省道101線）別力古臺至錫林浩特段公路工程BXSG-1標段。中鐵三局三公司承擔本項目第一施工管理分部管段施工任務，管段起訖

17、里程YK504+400K556+000，全長51.6Km，項目行政區(qū)全部位于錫盟阿巴嘎旗境，旗政府所在地別力古臺鎮(zhèn)位于管段中部。項目業(yè)主為國道303線別力古臺至錫林浩特段公路建設(shè)項目管理辦公室，設(shè)計單位為路橋技術(shù)，監(jiān)理總監(jiān)辦為錫林郭勒盟協(xié)力交通監(jiān)理，駐地辦監(jiān)理為市環(huán)宇公路監(jiān)理咨詢XX公司。1.1 主要工程數(shù)量我分部路基土石方主要工程數(shù)量包括土石方367.2萬m，其中挖方72.5萬m（挖土方49.8萬m，挖石方16.3萬m，挖除非適用材料5.7萬m，其他挖方0.6萬m），填方294.7萬m（換填土32.9萬立方，利用土方10.4萬m，利用石方13.5萬m，借土填方152.8萬m，借石填方74.4

18、萬m，其他填方10.6萬m）。1.2 技術(shù)標準本標段采用雙向四車道一級公路標準建設(shè)，設(shè)計車速100公里/小時。整體式路基寬度26米，分離式路基寬度13米；整體式路基段利用舊路加寬至26米，形成整體式全幅路基，分離式斷面利用舊路作為一幅，舊路路基寬度不變（12米），新建一幅路基寬度為13米。橋涵設(shè)計汽車荷載：新建采用公路-I級， 利用舊路維持汽-超20，掛-120。主要技術(shù)指標詳見下表：主要技術(shù)指標表序號項目單位技術(shù)指標1公路等級一級公路2設(shè)計速度公里/小時1003車道數(shù)44路基寬度米分離式：213整體式路基：265停車視距米1606平曲線最小半徑（一般/極限）米700/4007不設(shè)超高圓曲線最

19、小半徑米40008最大縱坡%49最小坡長米25010豎曲線最小半徑凸型（一般/極限）米1000/6500凹型（一般/極限）米4500/300011橋涵設(shè)計荷載公路-I級12設(shè)計洪水頻率特大橋/大中橋1/300/1/100其他橋涵、路基1/1001.3 地質(zhì)資料1.3.1區(qū)域構(gòu)造本區(qū)位于華北地臺北緣，蒙中部地槽褶皺系愛力格廟錫林浩特中間地塊。區(qū)域構(gòu)造以NEE向為主。由于第三紀末期地殼活動的加強，南部陰山區(qū)劇烈上升，在高原地區(qū)沉積了粗顆粒的砂礫沉積物。垂直老構(gòu)造線的NNW-SSE向的構(gòu)造帶也已形成，該構(gòu)造帶東側(cè)地殼相對下降，而西側(cè)相對上升，同時沿該軟弱帶有玄武巖的噴發(fā)。該次噴發(fā)一直延續(xù)到第四紀的更

20、新世時期，形成本區(qū)大面積玄武巖覆蓋層。勘察區(qū)構(gòu)造具有復雜而多樣的構(gòu)造形態(tài)，斷裂活動具有多期性和繼承性，并對地層沉積起了一定的控制作用。但在地質(zhì)短期趨于穩(wěn)定，勘察區(qū)發(fā)育的構(gòu)造體系基本已定型，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，本項目受地質(zhì)構(gòu)造影響較小。本項目公路自然區(qū)劃為蒙草原中干區(qū)區(qū)。沿線總體地勢地勢由西南向東北傾斜，地形呈波狀起伏，地貌類型分為高原臺地、熔巖臺地與臺間洼地。1.3.2 水文地質(zhì)本區(qū)地處高原東部水文地質(zhì)區(qū)與大興安嶺西緣山地水文地質(zhì)區(qū)的過渡部位。區(qū)為高原低山丘陵區(qū)，屬半干旱-半濕潤氣候區(qū)，總體上，本區(qū)屬地下水相對貧乏的地區(qū)。全區(qū)水文地質(zhì)條件嚴格受自然條件和地質(zhì)構(gòu)造的控制。根據(jù)地下水的形成，全區(qū)主要

21、可分為：中低山丘陵基巖風化裂隙水、高原臺地孔隙潛水，熔巖高臺地玄武巖裂隙水。勘察區(qū)主要為高原臺地裂隙水、孔隙潛水與熔巖高臺地玄武巖裂隙水?？傮w來講，沿線地表水來源主要是大氣降水，路線小型寬緩河谷比較發(fā)育，但多干枯，除季節(jié)性洪水外，幾乎無較表水體。局部地勢低洼的洼地地段，有淺水滯留，對工程有一定影響，表現(xiàn)為道路春融期易翻漿。1.3.3 地震動參數(shù)區(qū)劃分根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306-2001），項目區(qū)的場地地震動峰值加速度0.05g，特征周期T=0.35s，相應的場地地震基本烈度度。歷史記錄地震活動較弱。本區(qū)地震活動較弱，場地土多為中硬土，場地類別 = 2 * ROMAN * MERG

22、EFORMAT II類，屬于建筑抗震有利地段。1.3.4 最大凍土深度與最大積雪深度本項目區(qū)屬北溫帶干旱半干旱大陸性氣候，氣候的主要特點是春季干燥少雨、多風沙，夏季短暫而降雨集中，秋季霜早易凍，冬季漫長而寒冷。路線所經(jīng)地區(qū)最大凍土深度2.61米，冬季最大積雪深度21厘米。1.4 設(shè)計概述本改建工程充分利用原道路橫斷面，盡可能利用現(xiàn)有的路面結(jié)構(gòu)層，保留和利用現(xiàn)有的邊坡與邊坡防護，盡量采用單側(cè)加寬的方案。利用舊路過渡段盡量維持現(xiàn)有的橫斷面不變。分離式路基：路基寬度13m，斷面組成：土路肩0.75m+硬路肩3.0m+行車道3.75m2+硬路肩1.0m+土路肩0.75m。新建整體式路基：路基寬度26m

23、，斷面組成：土路肩0.75m+硬路肩3.0m+行車道3.75m+路緣帶0.75m+中央分隔帶2.0m+路緣帶0.75m+行車道3.75m +硬路肩3.0m+土路肩0.75m。新建路基路拱橫坡為1.5%，土路肩橫坡1.5%。1.5 主要施工方法路基填筑應采用水平分層填筑法施工，即按照橫斷面全寬分成水平層次逐層向上填筑。如原地面不平，應由最低處分層填起，每填一層，經(jīng)過壓實檢驗符合規(guī)定要求之后，再填上一層。路基填筑，必須根據(jù)設(shè)計斷面，分層填筑、逐層壓實，分層的最大松鋪厚度不應超過30cm，填筑至路床頂面最后一層的最小壓實厚度，不應小于10cm。按照移挖作填的土石方調(diào)配方案，以“三階段（準備階段、施工

24、階段、驗收階段）、四區(qū)段（填鋪區(qū)、整平區(qū)、碾壓區(qū)、檢測區(qū)）、八流程（施工準備、施工放線、基底處理、填土、整平、碾壓、檢測、邊坡整形）”作業(yè)法組織施工，全斷面水平分層填筑，重型振動壓路機分層碾壓密實，人工配合修整邊坡。1.6 工程技術(shù)難點蒙當?shù)匾蠡讐簩嵪禂?shù)0.92，高于公路路基檢測評定標準壓實系數(shù)0.90，施工工藝過程中投入的機械設(shè)備比常規(guī)下的機械設(shè)備要多。氣候干燥少雨，風大沙多，路線長、工期緊。2 項目研究的主要容1、高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)施工原理、施工工藝和注意事項；2、土樣的物理力學特性研究；3、土樣的室干壓實試驗研究；4、現(xiàn)場快速施工控制研究。3 國外現(xiàn)狀隨著科學技術(shù)的日

25、新月異，特別是計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，給交通行業(yè)帶來了新的發(fā)展機會，科技在交通行業(yè)的應用，促進了交通行業(yè)的穩(wěn)步、快速發(fā)展。比如GPS全球定位系統(tǒng)在交通行業(yè)的應用，大大的減少了工程勘測的難度，也極提高了工程進度。計算機技術(shù)的發(fā)展，給交通行業(yè)提供了許多軟件，例如CAD、各種概預算軟件等，提高了工作的效率，節(jié)約了大量的時間成本和經(jīng)濟成本。快速施工已經(jīng)在水利水電工程得到較好的應用，特別是在土石壩填筑施工中。如小浪底大壩，壩體總填筑量約5185萬m，如不采取快速有效的填筑施工措施。維持在每月2030萬m的水平，則建設(shè)工期將長達172260個月，這是任何業(yè)主都無法承受的。而實際上，小浪底大壩實際平均填筑速度

26、約150萬m/月，最高速度達到200萬m/月以上，有效縮短了建設(shè)工期，確保了施工的順利進行?？焖偈┕ぜ夹g(shù)在美國、歐洲已經(jīng)開始得到了較為系統(tǒng)的研究，美國印第安那州進行印第安那州舊路改建中采用一個設(shè)計單位、一個施工單位，或設(shè)計施工總承包模式，并在施工過動態(tài)信息管理、發(fā)布系統(tǒng)，讓過往車輛與時了解路況，選擇形式路線，以保持公路通行暢通，最終將58年的工期成功縮短為了3年。在不中斷交通和確保施工安全的情況下，公路改擴建在我國還是一個全新的課題。施工區(qū)的交通組織方面，主要有交通部頒發(fā)的公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)（JTG H10-2009）以與各省與所屬地方部門制定的施工路段管理辦法。此外，公路交通標志和標線設(shè)置規(guī)（J

27、TG D82-2009）也對施工區(qū)安全標志的設(shè)置作了相應的規(guī)定，并給出了部門施工情形下的施工交通組織方案。但是該部分容基本上沿襲了原有的標志系統(tǒng)，交通組織方案也主要參考國外的標準制定的。此外，美國的MUTCD（Maual on Uniform Traffic Control Devices for streets and highway，2003Ed）和HCM（Highway Capacity Manual）則分別對公路施工區(qū)的交通組織和通行能力進行了集成研究。綜上所述，高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)在我國還是一個剛剛開始的新方法，既有路改擴建施工建設(shè)在施工管理與施工控制、交通組織這些方面

28、尚未進行過系統(tǒng)的研究，當然也沒有成熟的經(jīng)驗可循。因此，對高寒多風沙地區(qū)公路路基快速施工技術(shù)進行研究，具有非常重要的現(xiàn)實意義和前瞻性。4 主要研究成果4.1 土樣的物理力學特性分析4.1.1土樣顆粒組成根據(jù)公路工程試驗規(guī)程（JTG E40-2007）中的篩分法對K517+300土場的3組土樣進行對比試驗研究，顆粒組成篩分結(jié)果如表4.1.1所示。表4.1.1.1顆粒組成篩分結(jié)果篩孔孔徑不同粒徑（mm）通過率（%）mm土樣1土樣2土樣36010010095.844010010092.752072.0390.8366.221043.6161.7138.83532.1443.7728.03215.124

29、.912.6112.6320.6510.060.59.2711.587.660.256.543.195.490.0754.640.183篩分過程見下圖：圖4.1.1.1土樣篩分試驗我國公路用土依據(jù)土的顆粒組成特性，土的塑性指標和土中有機質(zhì)存在情況，分為巨粒土、粗粒土、細粒土和特殊土四類，其中巨粒土和粗粒土是按照顆粒組成劃分的。而碎石土是指粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過全重的 50% 的土，根據(jù)顆粒形狀以與大小，由大到小，包括：漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫、角礫。根據(jù)上表中3組土樣的顆粒組成篩分結(jié)果可知，土樣1的礫粒組質(zhì)量占全重的84.9%，土樣2的礫粒組質(zhì)量占全重的75.1%，土樣3的礫粒組質(zhì)量

30、占全重的87.4%，占全重比例均超過50%，故以上3種土樣均為碎石土。對表4.1.1.1的篩分結(jié)果進行粒徑級配累計曲線繪制，見圖4.1.1.2。根據(jù)粒徑組成篩分結(jié)果與粒徑級配累計曲線可見，土樣1、2、3的三組顆粒組成的曲線變化趨勢一致，均未缺失某個中間粒組。土樣1、3的土粒粒徑在0.075mm0.5mm圍的每組粒徑通過率接近，最大差值只有1.64%；土樣1、2的土粒粒徑在40mm60mm圍的每組粒徑通過一致，均為100%，說明土樣1、2土粒粒徑均在40mm之。而土樣3與土樣1、2的最大差別在于土樣3中粒徑大于40mm的土粒占7.25%。土的粒徑級配累計曲線是土工上最常用的曲線，從曲線可以直接了

31、解土的粗細、粒徑分部的均勻程度和級配的優(yōu)勢。其中不均勻系數(shù)反映土的顆粒均勻程度，曲線系數(shù)是反映土的粒徑級配累計曲線的斜率是否連續(xù)的指標系數(shù)。根據(jù)這兩個參數(shù)值可以對土樣級配的優(yōu)劣性能進行評價，故對土樣的不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)進行計算，公式如下。其計算結(jié)果如下表4.1.1.2所示：Cu=d60/d10 （4-1）Cc=d302/(d10*d60)（4-2）以上兩式中：Cu不均勻系數(shù)，Cc曲率系數(shù)，d10過篩重量占10%的粒徑，d30過篩重量占30%的粒徑，d60過篩重量占60%的粒徑。表4.1.1.2土的不均勻系數(shù)與曲率系數(shù)土樣編號不均勻系數(shù)Cu曲率系數(shù)Cc129.22.3221.21.73320.

32、62.26由土樣的顆粒組成得出3種土樣均為碎石土，根據(jù)公路土工試驗規(guī)程（JTG E40-2007）可知：不均勻系數(shù)Cu反映粒徑曲線坡度的陡緩，表明土粒大小的不均勻程度，是反映土粒組成不均勻程度的參數(shù)。工程上常把Cu5的土稱為勻粒土；反之Cu5的土則稱為非勻粒土。曲率系數(shù)Cc反映粒徑分布曲線的整體形狀與細粒含量。Cc3的土也是不連續(xù)，細粒含量小于30；故Cc13時土粒大小級配的連續(xù)性較好。所以，在工程中，對粗粒土級配是否良好的判定規(guī)定如下：良好級配的材料：一般來說，多數(shù)累積曲線呈凹面朝上的形式，坡度較緩，粒徑級配連續(xù)，粒徑曲線分布圍表現(xiàn)為平滑。同時滿足Cu5與Cc13的條件。不良級配的材料：這類

33、材料顆粒較均勻，曲線陡，分布圍狹窄。不能同時滿足Cu 5與Cc13的條件。對3種土樣進行分析，根據(jù)篩分結(jié)果以與不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)的計算結(jié)果對其進行分類：土樣1、2、3的不均勻系數(shù)Cu均大于5，曲率系數(shù)Cc均在13圍，均屬于級配良好碎石土。4.1.2 含水率現(xiàn)場采集的土樣使用塑料袋包裝，用細繩進行綁扎封裝，并確保與外部環(huán)境隔離?；氐皆囼炇乙院笱杆龠M行含水率測定，此含水率稱為天然含水率w。而將風干狀態(tài)下土中所含水分的質(zhì)量與固體土顆粒質(zhì)量的比值稱為風干含水率w。參考大量文獻可知，采用天然含水率可達到較好的壓實效果，故本課題中的室試驗均采用天然含水率w這個指標來進行研究。根據(jù)公路土工試驗規(guī)程（JTG

34、 E40-2007）中的烘干法測量3種土樣的天然含水率，和最佳含水率對比如下表4.1.2.1：表4.1.2.1 土樣的含水率土樣編號天然含水率w/（%）最佳含水率/（%）14.75.224.46.233.85.1試驗過程見下圖：圖4.1.2.1天然含水率試驗（1）圖4.1.2.2天然含水率試驗（2）根據(jù)含水率的測定結(jié)果得出，土樣1、2、3的天然含水率值和最佳含水率值接近。其中土樣1的天然含水率和最佳含水率最為接近，相差值為0.5%。4.1.3 天然稠度根據(jù)公路土工試驗規(guī)程（JTG E40-2007）規(guī)定的液限和塑限聯(lián)合測定法，取過0.5mm篩的碎石土樣分別配置不同的含水率下的試驗，使用SYS數(shù)

35、顯液塑限測定儀來測定土樣的液限wL、塑限wp、并計算天然稠度wc，試驗儀器見下圖：圖4.1.3.1 SYS數(shù)顯液塑限測定儀稠度wc定義為土的含水率w與土的液限wL之差與土的塑限wp和和液限wL之差的比值，即：wc=（wL-w）/（wL-wp），較準確的反映了土的各種形態(tài)與濕度的關(guān)系，稠度指標綜合土的塑性特征，包含液限與塑限，全面直觀地反映土的軟硬程度。稠度指標是路基干濕類型的劃分標準。對3種土樣進行液塑限聯(lián)合測定試驗，分別得到土樣1、2、3的圓錐入土深度h與相對應的含水率w，繪制h-w圖，求得液限wL和塑限wp。錐入深度和含水率關(guān)系見圖4.1.3.2。采用100g錐做試驗，可在上圖中縱坐標入土

36、深度h=2m、20m所對應的橫坐標的含水率w，即為該土樣的塑限wp和液限wL。并根據(jù)上述公式對3種土樣的天然稠度wc進行計算，結(jié)果如下表。表4.1.3.1 土樣的天然稠度土樣編號天然含水率w/（%）液限wL/（%）塑限wp/（%）天然稠度wc/（%）14.724204.8 24.425193.4 33.824194.0 根據(jù)公路自然區(qū)劃標準（JTJ 003-86）中的全國公路自然區(qū)劃圖可知，阿巴嘎旗屬于蒙草原中干區(qū)1區(qū)，查閱各自然區(qū)劃土基干濕分解稠度表，其中1區(qū)土質(zhì)干燥狀態(tài)路基的下限稠度wc0=2，對比3組土樣的天然稠度值可知，該取土場（K517+300）處于干燥狀態(tài)。4.2 土的干壓實試驗4

37、.2.1 室標準擊實試驗擊實試驗類別選取公路土工試驗規(guī)程（JTG E40-2007）中的擊實試驗方法種類有四種，詳細參數(shù)見表4.2.1.1。表4.2.1.1 擊實試驗方法種類試驗方法類別錘底直徑錘質(zhì)量落高試筒尺寸試樣尺寸層數(shù)每層擊實擊實功最大粒徑徑高高度體積cmkgcmcmcmcmcm次KJ/mmm輕型I-152.5301012.7 12.7 997327598.220I-252.53015.217122177359598.240重型II-154.5451012.7 12.7 997527268720II-254.54515.2171221773982677.240當土中最大顆粒粒徑大于或等于

38、40mm，且大于或等于40mm顆粒粒徑的質(zhì)量含量大于5%時，則應使用大尺寸試筒進行擊實試驗，或按5.4條進行最大密度校正。大尺寸試筒要求其最小尺寸大于土樣中最大顆粒粒徑的5倍以上，并且擊實試驗的分層厚度應大于土樣中最大顆粒粒徑的3倍以上。單位體積擊實功能控制在2677.22687.0kJ/m3圍。對于高速公路和一級公路而言，路基壓實的標準高，而蒙當?shù)匾蠡讐簩嵪禂?shù)0.92，高于公路路基檢測評定標準壓實系數(shù)0.90，故路基的室擊實試驗均采用重型擊實試驗，即采用4.5kg的擊錘（落高45cm）。根據(jù)土樣的篩分試驗可知土樣1、2的最大粒徑為40mm，而土樣3的最大粒徑為60mm，故土樣1、2采用重

39、型II-2類別進行擊實試驗，土樣3按規(guī)要求使用大尺寸試筒進行擊實試驗。土樣標準擊實曲線采用上述的試驗類別分別對土樣1、2、3進行標準重型擊實試驗，得到對應的含水率w與干密度d的值，結(jié)果見表4.2.1.2，并建立3種土樣的標準擊實曲線如圖4.2.1.1所示。表4.2.1.2 土樣的標準擊實試驗結(jié)果土樣1含水率w/（%）2.23.55.47.19.3干密度d/（g/cm）2.072.22.272.192.08土樣2含水率w/（%）2.64.86.18.210.8干密度d/（g/cm）2.082.172.232.162.07土樣3含水率w/（%）1.83.25.27.29.4干密度d/（g/cm）2

40、.122.162.262.152.09試驗過程見下圖：圖4.2.1.2 土樣的標準擊實試驗對試驗結(jié)果進行分析可以看出，土樣1、2、3的擊實曲線均為有明顯峰值的凸型完整曲線，說明這3種土樣有類似的特性，具有干壓實和濕壓實雙重特點。針對本項目地區(qū)干旱少雨的氣候特征，干壓實技術(shù)從根本上解決了水資源匱乏給路基壓實帶來的困難，而這3種土樣的擊實特性也為干壓實技術(shù)的實現(xiàn)提供了理論依據(jù)。4.2.2 室干壓實試驗與結(jié)果分析室干壓實試驗方案為了提高土樣的擊實效果，獲得更大的壓實度，本課題引入擊實功參數(shù)來制定試驗方案。擊實功是影響擊實效果的重要因素之一，而最大干密度隨擊實功的增大而增大，故試驗采取改變擊實功的大小

41、來得出最大干密度。擊實功與擊實筒的尺寸、錘重、落高、分層制樣的層數(shù)和每層錘擊數(shù)等技術(shù)參數(shù)有關(guān)，單位體積擊實功的表達式如下：Ec=10We*H*Nb*Ne/V （4-2-2-1）式中：Ec單位體積擊實功（KJ/m） We擊錘重量（N），We=錘重（kg）*重力加速度（N/kg） H擊錘落高（cm） Nb每層土的擊數(shù) Ne土層數(shù) V擊實筒體積（cm）單位擊實功表達式中的技術(shù)參數(shù)會影響擊實功的大小，本課題室干壓實試驗采用改變Nb（每層土的擊數(shù)）的方式來改變擊實功的大小。試驗方案：試驗采用天然碎石土樣進行干壓實試驗，采用重型II-2類別進行擊實試驗，擊實層數(shù)為3層，大筒，每層土的擊數(shù)Nb以10次為遞增

42、次數(shù)從20次依次增加，其他技術(shù)參數(shù)保持不變。室干壓實試驗結(jié)果與分析試驗結(jié)果土樣1土樣2土樣3圖4.2.2.1土樣每層土的擊數(shù)密度關(guān)系圖試驗采用3組平行式樣來進行擊實，得到土樣每層土的擊數(shù)Nb與密度的關(guān)系。逐漸增加每層土的擊數(shù)Nb，直至土樣密度恒定不變或者出現(xiàn)極大值時試驗終止。根據(jù)結(jié)果可知，圖4.2.2.1中土樣1每層土的擊數(shù)達到110次后，增加每層土的擊數(shù)對土樣密度的增加不起作用，試驗終止；土樣2在2090次隨著每層土擊數(shù)的增大，土的密度也隨之增大，當每層土的擊數(shù)超過90次以后，土樣的密度不再有變化，且趨于穩(wěn)定值，試驗終止；土樣3中，當每層土的擊數(shù)為25次時，土樣的密度出現(xiàn)極大值，之后曲線下降

43、，故在35次時試驗終止。土樣1、2的密度隨著擊實功的增大而增大，并達到一恒定值，其中土樣1的密度增長幅度小，土樣2的增長幅度大；土樣3的密度增長幅度小，先隨著擊實功的增大而增大，出現(xiàn)極大值后，曲線又有所下降。擊實功-密度關(guān)系曲線建立3種土樣采取的重型擊實方法不同，故不能同時建立3個土樣密度與每層土的擊數(shù)Nb的關(guān)系。因此，結(jié)合公式（4-2-2-1）將每層土的擊數(shù)Nb裝化為單位體積擊實功Ec，從而建立擊實功Ec與密度的關(guān)系式，并比較3中土樣達到最大干密度max所需用的能量大小。根據(jù)公式（4-2-2-1）計算出3中土樣的擊實功值Ec，并將對應的平均密度值（3組平行式樣的平均值）列在下表中。表4.2.

44、2.1 土樣1、2擊實試驗每層土的擊數(shù)2030405060708090100110120130擊實功（KJ/m）5478201094136716411914218824612735300832823555土樣1密度（kg/m）195020202060209021202140214021502160218021702180土樣2密度（kg/m）1820190019602050208021102130215021402140/表4.2.2.2 土樣3擊實試驗每層土的擊數(shù)5101520253035擊實功（KJ/m）49899514931991248829863483土樣3密度 （kg/m）19402

45、00020302040207020402030利用表4.2.2.1、表4.2.2.2所列出的4中土樣的各參數(shù)值，繪制出擊實功密度關(guān)系曲線，并對3種土樣的值進行擬合，所得結(jié)果見下圖。圖4.2.2.2 土樣擊實功密度關(guān)系曲線對土樣1、2、3進行趨勢線擬合，當擬合為二階多項式（二次線性）時，相關(guān)系數(shù)均達到0.95以上，擬合度高。擬合公式如下式：土樣1：1= -3*10-5Ec2+0.1994Ec+1870.2（R2=0.9746） （4-2-2-2）土樣2：2= -8*10-5Ec2+0.4108Ec+1618.1（R2=0.9946） （4-2-2-3）土樣3：3= -3*10-5Ec2+0.14

46、47Ec+1878.6（R2=0.9588） （4-2-2-4）其中3種土樣達到最大干密度max時所對應的擊實功Ec分別為3008.2KJ/m、2461.3KJ/m、2488.1KJ/m?？芍翗?所用擊實功率最大，土樣2、3所需的擊實功取值接近，均比土樣1減少17%左右。試驗結(jié)果分析針對3組土樣的試驗結(jié)果，可得以下結(jié)論：對于土樣1、2而言，在一定的圍土的密度隨著每層土的擊數(shù)（擊實功）的增大而增大。超過圍后，土樣的密度趨于一恒定值，不再隨著擊實次數(shù)的增大而變化。土樣3較特殊，密度先隨著每層土擊數(shù)的增大二增大，達到最大值后有一定幅度的下降，呈現(xiàn)“橡皮現(xiàn)象”。4.3 現(xiàn)場快速施工碾壓控制4.3.1

47、 室試驗與現(xiàn)場快速施工參數(shù)關(guān)系建立施工機具振動擊實能量與室干壓實試驗擊實功轉(zhuǎn)換單鋼輪振動壓路機振動壓實能量可根已下公式計算： （4-3-1-1）式中：E振動壓實能量（KJ/m）碾壓時的重疊寬度系數(shù)，取1.25 Fo激振力（KN） Wz震動輪部分的重量（KN） Ao理論振幅（m） f振動頻率（Hz）v行駛速度（m/s），取v=0.56m/s B振動輪寬度（m） h每層松鋪厚度（m） n碾壓遍數(shù) Kp振動作用力的作用系數(shù)，Kp=1.7-Fo/10Wz計算時忽略能量損失，假定室試驗擊實功Ec=震動壓路機振動壓實能量E。壓實度壓實度K是指工地上實際達到的干密度（現(xiàn)場）與室標準擊實試驗所得最大干密度ma

48、x的比值，計算公式如下：K=（現(xiàn)場）/max （4-3-1-2）在實際施工中，由于不同層位土的壓實度標準不同，可根據(jù)室最大干密度max與相應的壓實度K對實際干密度（現(xiàn)場）進行計算。碾壓遍數(shù)公式的建立由公式（4-3-1-1）可知，現(xiàn)場施工機具在工作時主要的可變參數(shù)為碾壓遍數(shù)n與每層松鋪厚度h，根據(jù)公路路基施工技術(shù)規(guī)（JTG F10-2006）中對松鋪厚度的規(guī)定，本課題選取松鋪厚度圍為0.30.5m，以0.02m為遞增區(qū)間，并對公式（4-3-1-1）進行轉(zhuǎn)換，建立對應的碾壓遍數(shù)n的關(guān)系式，見下式： （4-3-1-3）依據(jù)假定條件E=Ec，并結(jié)合公式（4-2-2-2）、（4-2-2-3）、（4-2-

49、2-4）中3種土樣擊實功Ec與密度i的關(guān)系式，可將公式（4-3-1-3）中E轉(zhuǎn)化成3種土樣的室密度i的表達式。同時根據(jù)忽略能量損失的假定，同種土樣下工地上實際達到的干密度（現(xiàn)場）等于一樣能量作用下的室密度，即（現(xiàn)場）=Kmax。且保持其余參數(shù)不變，將上式中的E轉(zhuǎn)化為壓實度K的函數(shù)關(guān)系式，把公式（4-3-1-3）轉(zhuǎn)化為如下幾個公式： （4-3-1-4） （4-3-1-5） （4-3-1-6）注：由于公式（4-2-2-2）、（4-2-2-3）、（4-2-2-4）是通過二次線性擬合得到的，故在取值中有些試驗測試點無法計算或算得的結(jié)果與實際偏差較大，故對壓實度K的取值圍進行定義。計算得出的碾壓遍數(shù)n值

50、需進位取整。4.3.2 現(xiàn)場快速施工碾壓遍數(shù)確定施工機具型號與參數(shù)表4.3.2.1 單鋼輪振動壓路機型號與參數(shù)生產(chǎn)型號XS142JXS162JXS183JXS203JXS223JXS263J噸位（t）141618202226振動頻率f/(Hz)282828283328332732理論振幅Ao/(mm)1.91.91.91.90.951.860.931.90.95激振力Fo/(KN)274290320353245374290405290振動輪分配質(zhì)量/(kg)670077009000100001100013000振動輪重Wz/(KN)677790100110130振動輪寬度B/(m)2.132.

51、132.132.132.132.17注：以上壓路機的參數(shù)均滿足GB/T8511-2005振動壓路機規(guī)中自行式壓路機的相關(guān)規(guī)定。上表給出了一組單鋼輪振動壓路機的型號與具體參數(shù)值，依據(jù)3種土樣碾壓遍數(shù)的公式（4-3-1-4）、（4-3-1-5）、（4-3-1-6），可計算出不同壓實度對應的碾壓遍數(shù)，得到碾壓遍數(shù)與壓實度、松鋪厚度的關(guān)系，從而指導施工。對于公式（4-3-1-4）、（4-3-1-5）、（4-3-1-6）中的激振力Fo、振動輪部分的重量Wz、理論振幅Ao、振動頻率f以與振動輪寬度B等參數(shù)按照表4.3.2.1進行取值。碾壓遍數(shù)計算碾壓遍數(shù)與壓實度、松鋪厚度的關(guān)系結(jié)合公式（4-3-1-4）、

52、（4-3-1-5）、（4-3-1-6）以XS142J型號的振動壓路機參數(shù)帶入公式，得到3種土樣不同壓實度下，變換松鋪厚度h值得到的碾壓遍數(shù)n計算結(jié)果見表4.3.2.2、4.3.2.3、4.3.2.4，圖例見圖4.3.2.1。表4.3.2.2 土樣1不同壓實度下機具的松鋪厚度與碾壓遍數(shù)機具型號：XS142J松鋪厚度（m）0.30.320.340.360.380.40.420.440.460.480.5壓實度（%）碾壓遍數(shù)33334444445904444455555691455556666779255666677788936667788899994777889991010119578899101011111212968910101111121213131497101011111213131414151698表4.3.2.3 土樣2不同壓實度下機具的松鋪厚度與碾壓遍數(shù)機具型號：XS142J松鋪厚度（m）0.30.320.340.360.380.40.420.440.460.480.5壓實度（%）碾壓遍數(shù)34444445555854444555556