高填方填石路基沉降机理及压实工况方案比选研究.pdf
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1、June2023年6 月Shanxi Science&Technology of TransportationNo.3第3期(总第2 8 2 期)山西交通科技高填方填石路基沉降机理及压实工况方案比选研究安子阳(山西省公路局州分局,山西忻州034000)摘要:为进一步推广高填方填石路基在山区公路建设中的应用进展,提升公路建设的绿色化水平,先以高填方填石路基为研究对象,在深入研究其施工及工后阶段沉降机理和沉降影响因素的基础上,明确了路基压实对其整体施工质量的关键意义;再借助DEA方法中的CCR模型,基于有效性指标对提出的4 项压实工况备选方案进行了比选,最终给出了最佳的压实工况方案。关键词:高填方
2、填石路基;沉降机理;影响因素;DEA方法;CCR模型;压实工况方案中图分类号:U412.222文献标识码:A文章编号:10 0 6-352 8(2 0 2 3)0 3-0 0 33-0 4Research on Settlement Mechanism of High-fill Rock Subgrade andCompaction Condition Scheme ComparisonAN Ziyang(Xinzhou Branch of Shanxi Provincial Highway Bureau,Xinzhou,Shanxi 034000,China)Abstract:To furt
3、her promote the application of high-fill rock subgrade in mountainous highwayconstruction and improve the greening of highway construction,focusing on high-fill rock subgrade,thispaper deeply studied the construction and post-construction settlement mechanism and its influencing factors,and clarifie
4、d the key significance of subgrade compaction to its overall construction quality.Based oneffectiveness indexes,four compaction condition schemes proposed in this paper were compared by the CCRmodel from the DEA method.Finally,the optimal compaction condition scheme was obtained.Key words:high-fill
5、rock subgrade;settlement mechanism;influencing factor;DEA method;CCRmodel;compaction condition scheme0引言当前,我国公路工程建设重点正逐步从东南沿海平原地区向西北、西南山区及重丘区转移,山区及重丘区普遍地形地貌条件复杂,路基施工过程中面临更多的“高填深挖”问题,工程填挖方量增长惊人。为满足弃方再利用的绿色低碳施工理念川,以大粒径碎石作为路基填筑料的公路路基结构形式已逐渐成为山区及重丘区公路建设项目中的首选。为了进一步阐明填石路基的沉降机理及影响因素,进而更好地实现对填石路基的压实施工质量控制,
6、本文以山区公路路基施工过程中常见的高填方填石路基为研究对象,先从内外因两方面系统阐述了填石路基的沉降形成机理,进而明确了压实效果对填石路基施工质量的重要意义,再通过DEA方法,比选出了高填方填石路基最佳的压实工况方案,为填石路基的施工质量控制提供了重要参考。高填方填石路基沉降机理及影响因素分析1.1高填方填石路基概述填石路基指采用施工标段内因路堑开挖或山体隧道爆破产生的具有一定强度且满足相应粒径规格要求的石料填筑而成的路堤结构;与传统的填土路基相比,填石路基的填料粒径更大,部分特大粒径填料直径甚至超过50 0 mm,且颗粒间的黏结力几乎可忽略;因石料多选用质地坚硬的花岗岩,这使其具有更高的抗压
7、及抗剪强度和良好的渗水性2 。土石混合料的路用性能研究表明,土石混合料中粒径不低于4 0 mm的石料收稿日期:2 0 2 3-0 2-10;修回日期:2 0 2 3-0 3-13作者简介:安子阳(19 8 7 一),男,山西吕梁人,助理工程师,2 0 14 年毕业于长沙理工大学土木工程专业342023年第3期山西交通科技占比超过7 0%时,方可用于填石路堤施工,此时土石混合料中的石料与土体形成强度更高的“骨架-孔隙”支撑结构,强度主要由石料本身的抗压强度和石料间相互摩擦形成的抗剪强度提供。填石路基的“骨架-孔隙”支撑结构示意见图1所示大粒径碎石填料填石路基断面碎石填料间空隙图1填石路基“骨架-
8、孔隙”支撑结构示意在高等级公路施工实践中,考虑到承重、稳定性、耐久性等诸多因素,填石路基边坡一般采用分层式,尤其在高填方路基中,该形式的应用则更加普遍。对于边坡较低且设计等级较低的路基施工项目,为了施工方便,通常采用整体抛填法施工技术,但由于一次填筑量过大,导致碎石间孔隙较大,路基压实及稳定性等指标较低,故无法应用于高等级公路施工项目。高填方填石路基分层填筑工艺应结合边坡标高、边坡坡率、施工条件等因素合理划定分层数,按照分层填筑、分层压实的流程进行施工,采用分层式边坡的高填方填石路基横断面示意见图2 所示边坡顶面一级边坡台阶浆砌片石护坡级边坡台阶级边坡台阶四级边坡台阶地基图2高填方填石路基分层
9、式边坡横断面示意1.2高填方填石路基沉降机理分析从宏观上分析,因填石路基具有容重大、空隙占比高等特点,受自重、机械压实及车辆荷载作用后,填石颗粒在松铺状态下的应力平衡状态将被打破,填石路基经一系列的空隙压实填充、石料本身塑性变形及颗粒空间位置重拍后,将出现较明显的施工阶段及工后运营阶段沉降。从微观上分析,新填筑石料在压实荷载和填石自重的耦合作用下,石料间相互摩擦嵌挤,原有空隙被大幅压缩,此外,因填料接触面增加,经持续的横向剪切和填料摩细后,较大粒径的碎石被剪碎,填料平均体积下降,致使填石路基的表观体积降低,最终表现为路基沉降。填石路基工后在车辆持续荷载、填料自身软化等因素影响的基础上,叠加高填
10、方路基边坡受冲刷、荷载作用影响而出现的边坡局部失稳等情况,致使路基结构应力处于连续重分布状态,填料在局部集中应力作用下出现长期蠕变变形,蠕变过程伴随应力释放,填料空隙被继续填充,随着时间推移最终趋于稳定。与施工阶段不同的是,工后沉降规模更小、周期更长。1.3高填方填石路基沉降影响因素分析通过现场调研和试验研究发现,按照沉降诱发机理的不同,可将高填方填石路基沉降影响因素分为内因和外因两部分;其中,内因主要受填料工程特性、填料颗粒构成等因素影响,外因则主要受填筑空隙、压实质量、车辆荷载及环境条件等因素影响.3。沉降影响因素具体分析结果见表1。表1高填方填石路基沉降影响因素影响因素影响机理影响阶段路
11、基影响路基沉降的工程特性一般指填石的填料强度,对于单轴饱水抗压强度不低于6 0 MPa施工及工程的填石,能够有效降低施工及工后阶段的沉工后阶段特性降规模因路基填料粒径组成直接影响填石路基的骨路基架支撑效果,试验表明,粒径介于50 2 0 0 mm填料施工及的填石对骨架支撑起到关键作用,若该粒径粒径工后阶段范围内的填石占比过低,将导致路基松散,构成造成压实沉降过大高填方填石路基本身具有较高的强度和抗变形刚度,路基沉降大部分来自于空隙压实坡面施工及和填石重分布,若边坡表面处治不良,在压实处理工后阶段作用下大量小粒径填料将从坡面溢出,致使路基空隙率大幅降低,造成大规模沉降压实阶段是高填方填石路基沉降
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