土石混合料

2024-09-09

土石混合料（通用6篇）

土石混合料篇1

一、土石混合料的概述

1、土石混合料的定义

土石混合料是由岩石和表层土经外力作用而形成, 尤其在山区工程中, 经爆破等手段而形成, 在河流沉积地段, 也会形成砾石与土的混合料。《公路路基施工技术规范》将土石路堤定义为“利用卵石土、块石等天然土石混合材料修筑的路堤称为土石路堤”。在工程实践中, 一般把用粗颗粒含量在30%~70%之间的填料称为土石混合料, 粗颗粒指粒径大于或等于5mm的填料。

2、土石混合料的分类

可以根据土石混合料的岩性进行分类。影响土石混合料岩性的因素有岩石的强度、抗风化能力及吸水性等, 其中, 岩石的强度对土石棍合料有效碾压深度和破碎程度影响较大。一般而言, 强度高的岩石其抗风化能力强, 水稳定性好, 其中, 岩石的抗风化能力和吸水性等试验操作不方便, 而岩石的强度则相对容易辨别。例如可将岩石放入水中一段时间, 采用铁锤敲击的简易方法来识别, 对于有争议的土石混合料或关键性路段填料则可通过抗压强度试验结果来辨别。根据饱水后岩石的强度, 土石混合料可分为以下三类:抗压强度小于15MPa, 称之为强度低易风化类;抗压强度大于30MPa, 称之为强度高抗风化能力强类;抗压强度介于15MPa~30MPa之间, 称之为强度及抗风化能力中等类。

二、高速公路土石混合料路基施工的准备

1、路基填料的选用

路基填料选用时, 应首先根据土石料的岩性加以分类, 然后, 对其最大粒径及级配进行控制。

(1) 强度低、易风化类, 岩石的抗压强度一般小于15MPa, 主要包括泥岩、页岩、泥板岩及一部分泥质砂岩, 吸水性强。此类土石混合料一般不易用作路基填料, 若必须用作路基填料时, 须严格执行有关规定。填筑路基时松铺厚度值控制在30cm左右, 最大粒径不得超过压实层的层厚。摊铺时采用大型推土机进行反复耕耙以破碎超粒径颗粒, 压实时宜采用振动羊足碾或凸块振动压路机与光轮压路机相结合的办法。

(2) 强度高、抗风化能力强类, 岩石的抗压强度大于30MPa, 主要包括花岗岩、花岗斑岩、玄武岩、石灰岩、非泥质的砂岩和砾岩等, 抗吸水软化的能力非常强。填筑路基时, 其松铺厚度宜控制在50cm左右, 若粗颗粒含量较高并采用5 0吨振动压路机碾压时, 也可增加至60cm, 石块的最大粒径以不超过松铺厚度的三分之二为宜, 并不宜超过30cm。

(3) 强度及抗风化能力中等类, 岩石的抗压强度介于15MPa~30MPa, 主要包括泥质砂岩、泥质砾岩、泥板岩、凝灰岩等, 抗风化能力较强, 吸水后有不同程度的软化。松铺厚度宜控制在4 0 c m左右, 最大粒径不得超过松铺厚度的2/3。碾压前, 充分洒水软化石块, 并采用大型推土机耕耙破碎大粒径颗粒;碾压时宜采用振动羊足碾或凸块振动压路机与光轮压路机相结合的办法。

2、地基处理要求

由于土石混合料粗颗粒含量高时透水性大, 水容易从路面、边坡等部位进入基底而造成路基整体的不均匀沉降。同时, 土石混填路基多修筑在山区, 填筑高度较大, 地基承载力不足容易导致土石混填路基工后整体沉降过大, 或出现变形模量差异而产生不均匀沉降。因此, 有必要针对土石混填路基的承载力提出相应的技术要求, 以保证土石混填路基的稳定性。对于土石混填路基而言, 尤其是高填方路堤, 地基承载力是保证路基压实质量和正常使用性能的前提条件, 如若地基承载力不足, 必将导致路基的坍塌和失稳, 进而使路面产生病害破坏。现行的《公路路基施工技术规范》中并没有对路基的地基承载力做出具体的规定, 只是提到:“路堤基底应在填筑前进行压实, 高速公路、一级公路和二级公路路堤基底的压实度不应小于8 5%。”

3、压实机械的选型

与普通的填土路基相比, 由于土石混合料的粒径较大, 强度较高, 需要较大的压实功能才能使其达到较为满意的稳定状态。总的来说, 对于土石混填基, 压实机械选用原则是:选用工作质量大 (1 8 t以上) , 激振力大 (5 0 t) , 振动频率合适 (30Hz~4SHz) , 高振幅 (1.8mm以上) 的机型, 且最好选用拖式振动压路机。对于土石混填路基压实机械的具体选用标准, 可作如下分类: (1) 若选用中型及重型单钢轮压路机, 则整机质量应在18t以上, 振动频率在30Hz~45Hz之间, 振幅在1.6mm以上; (2) 拖式振动压路机选择工作质量在18t以上, 振幅在1.5mm以上; (3) 推土机应在200马力以上, 自重在20t以上; (4) 冲击压路机应选用静压实能在25KJ以上的, 但要控制压实遍数, 以免冲击压实过度, 影响压实质量。

三、高速公路土石混合料路基的施工

1、松铺厚度

实际施工过程中, 一般可按照压路机的最大激振力来初步确定土石混填路基的松铺厚度: (1) 强度及抗风化能力强的土石混合料:振动压路机激振力为3 0 0~400kN, 分层松铺厚度可达40cm左右;振动压路机激振力为400~500kN时, 分层松铺厚度为50cm左右; (2) 强度及抗风化能力中等的土石混合料振动压路机激振力为300~400kN时, 分层松铺厚度为30cm左右;振动压路机激振力为400~500kN时, 分层松铺厚度为4 0 c m左右; (3) 强度及抗风化能力低的土石混合料:由于推土机耕耙深度一般为30cm左右, 为保证强度及抗风能力低的粗颗粒充分破碎, 不管压路机激振力如何, 此类填料松铺厚度一般为30cm左右。

2、填料的压实工艺

不同条件下的土石混填路基要想达到最佳压实效果, 会对压路机的碾压组合、碾压速度及碾压遍数有不同的要求。 (1) 压路机碾压组合。土石混填路基压实施工的碾压组合原则应是:优先选择拖式振动压路机进行碾压组合, 而不应单一选用自行式压路机;优先选用吨位及激振力较大的压路机;碾压组合的压路机数量越少越好。 (2) 碾压速度。考虑了压实机械的性能、经济性、安全性等综合因素的条件下, 建议土石混填路基压实施工的碾压速度是在2km~4km之间, 且压路机的碾压开始时宜用慢速。但是在具体施工中, 还应针对不同岩性的土石混填路基和所选用的压路机, 通过铺筑试验路段来选择具体合适的碾压速度。 (3) 碾压遍数。土石混填路基正式施工时的碾压遍数应是通过试验路段来确定的。

3、路基边坡的施工

土石混填路基的边坡宜采用码砌施工工艺成型, 码砌边坡的形式一般有单坡式和台阶式两种, 在实际工程中应视土石混填路基的填筑高度来选定边坡形式, 增加码砌的厚度可以提高边坡的稳定性, 鉴于土石混填路基的填筑高度较高, 而且填料的粒径组成较为复杂。因此, 在施工中更有必要对于码砌厚度提出较高的要求: (1) 填筑高度小于10m的土石混填路基, 边坡码砌厚度不应小于lm; (2) 填方高度大于10m时, 应设台阶分级, 每级台阶高度为5~8m, 台阶的宽度为3m, 台阶上应设排水沟。边坡坡度自上而下依次为1:1.5~1:1.20, 边坡码砌厚度不小于2m; (3) 软质岩的土石混填路基边坡应按土质路堤边坡处理。

摘要：本文主要对高速公路土石混合料路基施工问题进行了研究。概述了土石混合料的定义和分类, 土石混合料路基施工的准备及其施工。

关键词：高速公路,土石混合料,路基,施工

参考文献

[1]柴贺军.土石混合料粒度特征及其分维研究.公路交通技术.2009年第6期

[2]曹航.土石混合料路用性能研究.黑龙江交通科技.2009年第6期

片麻岩沥青混合料性能研究篇2

关键词:片麻岩沥青混合料;消石灰;抗剥落剂;水稳定性;残留稳定度;冻融疲累强度比

现代化交通,特别是随着公路交通运输业的快速发展,对公路路面的使用性能的要求越来越高,这就要求我们从设计、施工、材料性能及外界环境等多种因素综合考虑。但在材料方面由于地质构造复杂,不同地区的岩石种类千差万别,且随着石灰岩、玄武岩等碱中性石料的大量开发,从施工成本方面考虑,本着因地制宜就地取材的原则,不得不采用对路用性能最不利的酸性石料。其中片麻岩富含二氧化硅,呈酸性,在水存在的条件下,极易造成混合料中沥青从集料表面剥离,使沥青路面产生早期的松散、坑槽等水损坏,限制了片麻岩沥青混合料的应用。

为了解决水损害问题,目前可采用的处理措施有3种:(1)在沥青中掺抗剥落剂;(2)在沥青混合料中掺消石灰或水泥;(3)采用改性沥青等。在许多发达国家,使用添加剂改善沥青混合料的水稳定性已是常规操作,但在国内却只有在少数工程中得到有效应用。本文在试验的基础上探讨了消石灰和抗剥落剂两种典型添加剂改善片麻岩沥青混合料水稳定性的不同方法,并评价了这两种方法的使用效果,为片麻岩沥青混合料设计施工提供参考。

1 沥青混合料水损害机理

沥青混合料主要由沥青、碎石、砂或石屑、矿粉及其它材料按一定的比例配合而成。沥青混合料水损害的作用机理,主要依据是粘附理论。沥青作为结合料的主要功用是将各种粗细集料粘附在一起,成为一个整体。沥青混合料的水损坏与两种过程有关:①水能浸入沥青中使沥青与矿料的粘附性减小,从而导致混合料的强度和劲度减小。②水能进入沥青薄膜和集料间,阻断沥青与集料的相互粘结,由于集料表面对水比对沥青有较强的吸附力,从而使沥青与集料表面接触角减小,结果沥青从集料表而剥落。

预防沥青混合料水损害可通过下列措施来解决:①防止或减少水分进入沥青混合料的内部,不致侵入到沥青与集料的界面中去,这可通过调整混合料的级配得到解决。②提高沥青与集料的粘附性,提高集料之间的粘结力。

2 试验

2.1 原材料

此次试验集料采用湖北麻城片麻岩,沥青采用70号道路石油沥青,按照《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004及《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ 052-2000的要求及步骤对沥青进行了部分技术指标的测试。

2.2 配合比设计

试验采用AC-20级配设计。根据试验结果并参考有关文献,无添加剂或使用抗剥落剂时,沥青用量的油石比为4.7%;当使用添加剂消石灰时,沥青用量的油石比增至4.9%。其原因是石灰比表面积大,且是碱性材料,对沥青的吸附作用比较强,具有较大的吸油性,导致沥青胶浆的粘度变大,混合料变得干涩,致使其难以击实。

2.3 掺加添加剂方式

国外在研究消石灰对沥青混合料水稳定性影响时消石灰用量一般在1%-2%,参考有关文献,我国一些研究者也研究表明消石灰在沥青混合料中的用量一般不超过2%。本文消石灰添加剂量选用1.5%替代部分矿粉;抗剥落剂采用生产厂商建议的沥青用量的4‰。

掺加方式:目前国外比较经常的是消石灰添加剂直接加入(干法)和干的消石灰与表面潮湿集料混合(湿法)两种,结合我国实际情况和工程应用方面,本试验消石灰采用干法直接掺加,抗剥落剂按产品说明掺加。

干法步骤:首先添加剂与矿粉按比例配合好备用,其余制备步骤不变,集料与沥青拌和→混合好的添加剂与矿分加入拌和→按规范要求击实成型;抗剥落剂添加步骤:将沥青升温至140℃-150℃成热熔状态,掺入一定量比例的抗剥落剂,搅拌均匀。

2.4 沥青混合料水稳定性试验

本文采用了两种试验方法评价沥青混合料的水稳定性。一种是沥青混合料马歇尔残留稳定度试验(JTJ 052-2000 T0709),另一种是沥青混合料冻融劈裂试验(JTJ 052-2000 T0729),并在此试验基础上加以改进,进行不同的冻融循环次数下的冻融劈裂强度比试验,即在-18℃下冰冻16h和60℃下水浴保温24 h组成一个循环,共进行4个循环。

3 试验结果及分析

3.1 评价标准

本文采用的沥青混合料水稳定性的评价标准是根据我国《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004规范要求,对于高速公路马歇尔稳定度MS不小于8kN,年降雨量>1000mm的潮湿区,普通沥青混合料浸水马歇尔试验残留稳定度≥80%,冻融劈裂试验的残留强度比≥75%。

3.2 马歇尔试验残留稳定度

当不掺加添加剂时,MS0为69%,不满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004≥80%的规范要求;掺加消石灰或抗剥落剂后,均在一定程度上改善了混合料的水稳定性,MS0达到86%,满足规范要求。其中,掺加抗剥落剂残留稳定度高达90%,与无添加剂时相比提高幅度达到30%。但研究表明抗剥落剂对沥青老化前的性能影响甚微,而对沥青老化后的性能有不利的影响,这主要体现在沥青老化后耐久性的降低和延度的急剧下降,这些问题都有可能引发路面使用过程中的早期损坏,需要我们以后进一步长期跟踪研究。

3.3 冻融劈裂试验残留强度比

当不掺加添加剂时,冻融劈裂强度比TSR为62%不满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004≥75%的规范要求。掺加消石灰或抗剥落剂后,均在一定程度上改善混合料的水稳定性。掺加消石灰和抗剥落剂后的TSR各为80%和78%,与无添加剂时相比提高幅度分别为29%和25%。与马歇尔残留稳定度试验结果比较,采用掺入抗剥落剂的方法对提高残留稳定度较为有利,采用掺入消石灰的方法对提高冻融劈裂强度比比较有利。

3.4 不同冻融循环次数下的残留强度比

在反复的冻融循环下,冻融试验的劈裂强度比均有下降的趋势,但是不同的处理方案下降的速率不同。采用掺加消石灰的方法在前3个循环中其强度比高于掺加抗剥落剂的,且变化速率比掺加抗剥落剂小,在第3次循环后强度比有迅速下降的趋势,致使第4次循环后的强度比小于掺加抗剥落剂的。其原因可能是在掺入消石灰后,由于混合料本身空隙率的增大,使其经过多次循环后强度下降较大。

4 结论

片麻岩中SiO2的含量高达60%,呈酸性,与沥青的粘附性较差,掺加无机消石灰和有机抗剥落剂均可显著改善片麻岩混合料的水稳定性,使片麻岩混合料的马歇尔残留稳定度和冻融劈裂残留强度比满足我国规范要求。在反复的冻融循环下,两种改善措施的劈裂强度比均有下降趋势,但在冻融循环试验前期,掺消石灰措施的效果优于掺抗剥落剂的措施。所以在实际工程中,只要处理得当,采用合适的抗剥离措施,片麻岩可以得到生产应用。

参考文献

[1]冯沅.改善花岗岩沥青混合料性能研究[J].山西交通科技,2005,12 (6):13.

[2]程新春.沥青混合料水稳定性试验研究[J].合肥工业大学学报,2003,26(4):252256.

[3]交通部公路科学研究所.JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[M].人民交通出版社,2004.

非饱和土石混合料的初始吸力篇3

土石混合料广泛应用于边坡治理、堤坝及路基等填方工程中,是一种广泛存在于自然界的工程材料。对土石混合料的强度和变形特性进行研究有助于对边坡、路基等稳定性的判断。

滑坡是土石堤坝的最常见破坏现象,国内外许多学者已经对土石堤坝滑坡稳定作了大量的研究。当土体内部某一个面上的滑动力超过土石体抵抗滑动的能力,就会发生滑坡。土石堤坝填筑工程中所采用的土石材料大多在地表附近,处于非饱和状态。龚壁卫、刘艳华[1]等认为土坝等工程填筑中孔隙压力的消散过程不能用经典土力学来说明。堤坝的变形由于孔隙气体的存在而发生变化,若由饱和土力学来指导施工势必影响填筑质量或施工进度。可见非饱和土石的研究对于各种工程来说有着相当重要的意义。而吸力是影响非饱和土性状的最重要因素之一,是非饱和土研究中的核心问题[2,3]。

非饱和土中的总吸力由基质吸力和渗透吸力组成[4],基质吸力为土中水自由能的毛细部分,渗透吸力为土中自由能的溶质部分。本文的吸力是指基质吸力。国内外学者对非饱和土基质吸力研究已做了大量工作,包括现场检测[3,5]和数学模拟[6],对土石堤坝建成使用的过程中的稳定性有一定的指导意义。对于土石堤坝工程施工过程中的稳定分析需要知道填筑土石混合料的吸力,而现场直接测试吸力成本高、精度有限。本文用击实非饱和土石混合料模拟土石堤坝的填筑材料,在不同初始状态下测试试样的初始吸力,并对测试结果进行分析,找出土石混合料初始吸力的一些规律,为非饱和土石边坡稳定分析提供参考数据。

1 试验仪器

图1概略地表示了本次试验所用的吸力量测装置。在试样的底部有一块陶瓷板能允许水通过而阻止气通过,从而使试样内水压和气压可分别量测和控制。试样顶部贴有特殊的滤纸,可以让气通过而不让水通过,保证了在试验过程中试样与大气联通而试样含水率不变。在陶瓷板下连有水管和水压力传感器,利用两排水通道可对陶土板的底面进行冲刷。

2 试验材料及试验方法

对于土石堤坝等的填方工程,采用击实样来研究较为合适[7]。试验材料采用某土石坝心墙用的土料和石料。土料的各项物性指标见表1,石料的比重2.71,最大粒径为10mm。击实试样的制备方法如下:首先用喷雾器将水均匀地喷在干土粉末和石料上,控制其含水量至目标含水量,然后将试料放入塑料保鲜袋,静置几天,水分平衡后投入模具里分两层击实。通过调整击实次数来控制试样的初始密度,试样高度H=20mm,试样直径D=62mm。利用与陶瓷板底部相连的水压力传感器直接量测负孔隙水压而得试样的初始吸力,其原理和张力计测量非饱和土基质吸力是一致的[4]。经检验,试验仪器能测得0~88kPa的负水压力。本试验均取在有效范围内来进行。

为了使仪器能够达到最好的灵敏度,在试验前进排系统中的水全部用脱气水。打开与陶瓷板底部相连的排水阀将陶瓷板饱和,时间需要1d左右。然后将排水阀关闭,用干布擦去陶瓷板上的水,10min后,如水压力传感器上能读出负压力大约-30kPa左右,则认为陶瓷板已饱和。这是由于陶瓷板表面被擦干后陶瓷板上的毛细管会形成弯液面,如果陶瓷板已经饱和,则弯液面形成的吸力就会传递到水压力传感器。装样完成后用橡皮膜密封试样以保持试样的含水率在试验过程中不变。最后在试样上加一块1kg左右重块,以保证试样与陶瓷板有充分接触,又对试样不产生过大的应力,在保持试样初始状态不变的情况下量测试样的初始吸力。

3 试验结果和讨论

本组试验一共进行了25次试验,在室内配制不同干密度、不同含水率、不同土石配合比的土样。因在制样过程中土样水分蒸发和击实能量的损耗,试样很难精确达到所设定的初始干密度和初始含水率,与目标量有所偏差,实测试验结果见表2。

图2是土石配合比为50:50试样的初始吸力的测试结果。图中将数据按试样干密度分为高中低三组,干密度在1.84~2.02g/cm3之间为高组,1.75~1.79g/cm3之间为中组,1.63~1.71g/cm3之间为低组,分别用●、△、□表示。由于对不同的试样进行测试,即使同组内试样干密度也不能完全相同。从图2可知,用含水率与初始吸力关系整理试验结果数据离散较大,而用饱和度与初始吸力的关系整理就

能看到比较明显的规律性。通常在表示土中水分和吸力的关系中有很多学者用重力含水率来整理与吸力的关系,在假设土的干密度不变的情况下,无论用重力含水率、体积含水率或饱和度都不会有区别的。但是,由于饱和度或体积含水率可以考虑密度的影响,我们认为对于结构性相近的不同密度的同类土样用饱和度整理比含水率更好。如图2所示,饱和度与初始吸力关系中,干密度相近的试样初始吸力与饱和度有明显的线性关系,随着饱和度的增大初始吸力逐渐减小。假设干密度相近的试样有相近的结构性,可以看到干密度比较大的土样在同样的饱和度下有比较大的基质吸力,此结果与王铁行和王晓峰[8]对砂土所做的试验有相同的现象,图3是将他们的数据用饱和度与吸力关系整理得到的。取干密度分别为1.32g/cm3、1.56g/cm3、1.67g/cm3的3组试样。在图上可见随着干密度增大,在相同的饱和度下初始吸力逐渐增大,由此可见干密度对初始吸力的影响并非土石混合料的个别现象。经分析造成这一现象有以下原因:试样比较密实时候土中的孔隙比较小,土中孔隙通道中形成的毛细作用比较强烈,相同饱和度下干密度比较大的试样中就会产生比较大的吸力[9]。

从图2可知,如能测得某密度下饱和度不同的两点吸力,根据初始吸力与饱和度为直线的经验关系,就可推算任意饱和度时的初始吸力。

为了模拟非饱和土石混合料在堆载施工过程中吸力的变化情况,对试样L-5进行了不排水等向压缩试验,同时测定其吸力。从图4中可以看到随着净压力的增大试样中的吸力逐渐减小。由于在加载过程中试样中的孔隙体积被压缩,在不排水条件下其饱和度随之上升,故吸力随之减小。因此,可以推想填筑土石堤坝时,随填筑高度增大,土石混合料的吸力逐渐减小。

土石混合料的性质也会随着土石比而显著变化。图5和图6对比了土石比分别为50∶50和70∶30、50∶50和100∶0试样的初始吸力。为了排除干密度对初始吸力的影响,选干密度相近的试样进行比较,即图5和图6中各自干密度大致相同。图中数据表明土石比较大土样的初始吸力较土石比较小的土样要大。这是因为前者土的含量比较多,在同样的干密度下其孔隙通道更多更小,形成的弯液面也越多,因此吸力越大。

在制样过程中发现,用相同的击实能量击实的试样,土石比越大,干密度越小,因为石料用量多的土样颗粒级配较好,比较容易击实。相同的击实能量密度(50∶50高干密度组、70∶30、100∶0)下土石比与平均干密度见表3。

4 结论

影响非饱和击实土石混合料中初始吸力的因素有很多,目前对非饱和土石中吸力的研究主要是对同一试样进行的,而没有考虑到不同试样的初始物理状态对吸力的影响。本文通过对不同初始状态下的土石混合料试样进行初始吸力测定,并对结果进行了分析,可总结以下几点结论:

(1) 在孔隙结构性相似的情况下,土石混合料试样中的初始吸力与饱和度大致呈线性关系,随着饱和度增大而减小;

(2) 干密度较大的试样在相同的饱和度下比干密度比较小的试样具有更大的初始吸力;

(3) 筑堤坝过程中土石材料的吸力随着堆载高度的增加,其吸力因孔隙减小饱和度变大而减小;

(4) 干密度、饱和度相近的情况下土石比大的土样初始吸力较大;

(5) 相同的击实能量下土石比越小干密度越大。

摘要：土石混合材料广泛应用在土石坝、堤防、路基等工程中,而这些土工结构的边坡稳定性是工程上关注的问题。在非饱和土石混合料的边坡稳定分析时,需要知道边坡的负孔隙水压分布。现场直接测试吸力(气压为零时吸力是负孔隙水压的绝对值)成本高、精度有限。因此在研究土石混合料的初始吸力特性基础上,估算初始吸力分布不失一种可行方法。本文对不同初始物理状态下土石混合材的击实试样进行初始吸力测试,分析了土石混合料的物理状态与初始吸力的关系。试验结果表明:土样的饱和度比含水率与初始吸力有更显著的关系;在饱和度相同的情况下,土样的干密度较大的土样有较大的初始吸力;土样的初始吸力随着净压力的增大而减小;在干密度、饱和度相近的情况下,土石比越大初始吸力越大;相同的击实能量下,土石比大的试样干密度小。

关键词：土石坝,初始吸力,边坡稳定性,堤

参考文献

[1]龚壁卫,刘艳华,詹良通.非饱和土力学理论的研究意义及其工程应用[J].人民长江,1999,30(7):20~22.

[2]包承纲,詹良通.非饱和土形状及其与工程问题的联系[J].岩土工程学报,2006,28(2):129~136.

[3]王钊,安骏勇,龚壁卫,刘艳华,包承纲.非饱和土边坡吸力量测的实践[J].大坝观测与土工测试,2000,24(2):11~14.

[4]弗雷德隆德D.G.,拉哈尔佐H..非饱和土力学[M].陈仲颐等译.北京:中国建筑工业出版社,1997.

[5]龚壁卫,宋建平,周武华.非饱和土的吸力测试和现场观测技术[J].地下空间与工程学报,2006,2(6):1019~1024.

[6]Van Genuchten M.A closed-form equation for predicting thehydraulic conductivity of unsaturated soil[J].Soil Science Society ofAmerica Journal,1980,44(5):892~898.

[7]刘艳华,龚壁卫,苏鸿.非饱和土的土水特征曲线研究[J].工程勘察,2002,(3):8~11.

[8]王铁行,王晓峰.密度对砂土基质吸力的影响研究[J].岩土力学,2003,24(6):979~982.

沥青混合料路面碾压技术的浅析 篇4

【关键词】沥青混合料；碾压；技术；浅析

Analysis of Asphalt Mixture Pavement Rolling Technology

Yu Xiao-peng

（Chang Zhang Management Office of Conservation Emergency ManagementNanchangJiangxi330000）

【Abstract】This paper analyzes several problems existing in the rolling technology of asphalt pavement construction， and analyzes the effect of rolling on the smoothness and compactness of pavement. Rolling technology is an indispensable process in the construction of asphalt mixture pavement， and the quality of the pavement is directly affected by the rolling quality.

【Key words】Asphalt mixture； rolling technology

1. 前言

（1）高等级路面中沥青路面约占90%，而这些沥青路面在施工中的最后一道工序均是碾压，碾压技术的好坏会直接对路面的使用性能、使用品质起着至关重要的作用。碾压工作是保证沥青混凝土路面使用性能的关键部分，是良好的路面质量有效体现。碾压技术的好坏会直接影响到路面的质量和实用性能，许多高速公路路面施工中缺少完善的碾压技术。为了提高平整度、压实度而忽视了正确的碾压技术，在摊铺较长路段后才开始碾压，结果碾压过程中易出现"压裂"、"推移"等现象。

（2）人们传统的观点认为沥青路面施工中摊铺是关键，而碾压是最简单的工序。压路机手只要遵循施工准则从低到高碾压、从静碾到振动、碾压到要求的变数等就足够了，往往忽视了碾压温度、碾压时间、压实度、平整度等，结果会出现欠压、过压等许多弊端。碾压技术有以下几方面问题：

2. 碾压时起振不均匀

（1）压路机有静碾、振动和振荡等几种，路面施工中常用的有宝马、英格索兰、福格勒等振动压路机，并且一般吨位都在8～20t。在施工中许多压路机机手为了提高压实度对刚摊铺出的混合料不静碾而直接起振从低到高碾压，这样就会改变摊铺出的混合料的级配，同时还会出现推移现象。

（2）摊铺机摊铺出的混合料，即使初压密实度很高，也只能达到80%～85%，虚铺系数很高的混合料直接用8～20t的振动压路机起振碾压，会使混合料中的骨料的排列发生改变，振动产生的力使大骨料颗粒下沉产生离析，进而使施工层靠近下一结构层的空隙率增大而影响结构层的结构强度。同样，松散的混合料压路机振动的冲击力作用下会向左、右、前、后四个方向移动，形成推移。一般情况下，初压应让压路机先从低到高静碾、再复压时起振，并且起振时第一遍应单向起振，第二遍再双向起振，这样不会因为改变混合料的排列而改变级配。静碾除了不改变混合料的排列，保持原来的级配外，还能减少施工层温度的降低速度。因为沥青混合料是热的不良导体，静碾后的施工层表面较密实，基本上隔绝了空气的对流，减少了热量的损失。对初压时静碾和无静碾的同一种混合料测量温降，发现无静碾的混合料平均1分钟降4～5℃，而静碾一遍的混合料同种环境条件下平均1分钟降1～2℃。所以这种初压时静碾一遍的作用还可以延缓碾压时间、提高复压温度，对提高路面压实度有非常重要的作用。

3. 碾压衔接不及时

（1）沥青混合料铺筑方式是将拌制好的热混合料按路面的形状和厚度均匀的摊铺在已经平整好的路基或路面基层上，分层摊铺、分层碾压。碾压时温度是一个关键的参数，摊铺出来的混合料应及时碾压，如果碾压不及时，沥青混合料因压不实而影响到路面的压实度，同时碾压不及时还会出现混合料的推移。

（2）施工过程中，由于空气和碾压成型的面层或基层温度太低，使施工层上下表面的温度迅速降低，沥青的胶浆流动性减少，与下一层的粘结性减弱，而中间夹层的温度仍旧很高。所以碾压时在力的作用下就会前后推移，结果就会出现"波浪"、"搓板"等现象，影响到平整度。这种温度下的碾压就是我们通常说的"碾压温度敏感区"。"热裂缝"和"拥包"现象是因为压路机手为了达到要求的平整度和压实度而继续碾压，就会出现压裂和压酥的现象。有些施工单位为了追求平整度而故意拖延碾压时间。压路机手只等摊铺出的混合料温度降低，降低到低于"碾压温度敏感区"时才开始作业，这样在施工层的夹层温度也降低了，就不会出现推移、不会影响到平整度。但是由于温度的降低，混合料开始结块以致路面压不实，压路机手为了达到要求的压实度而增加碾压遍数，直到夹层压不下去为止，这样在摊铺面层的表面就会出现"过压"、"斑白"的现象。

4. 碾压重叠不合理

（1）压路机在碾压时机手通常是从路缘到路肩依次碾压，不重叠或重叠不够。一般情况下在有路缘石时，压路机可以从路缘开始都低到高依次碾压，但在无路缘石时，必须在离路面边坡30～50cm处开始碾压。因为摊铺出的混合料是松散的，是靠沥青的胶浆性联结在一起的，碾压时沥青混合料在力的作用下会向前后左右四个方向移动。前后左三个方向由于混合料沥青的粘结作用，作用力会减小，移动会减弱。有路缘石时，混合料向右方向上的力被路缘石限制而不会向右移动；无路缘石时，右方无外力仅在沥青粘结力的作用下不足以克服碾压的外力，而有很大的位移，结果会使碾压处的混合料面积增加、厚度减小。因此，在无路缘石时应留有30～50cm不碾压等到静碾一遍后再碾压此处，此时由于温度的降低沥青胶结力的加强可以减少混合料的推移。

（2）无论是静碾还是起振碾压，碾压时一定要重叠前次碾压轮的1/3～1/2。振动碾压时，压实效率很高，每碾压一遍压实度增长很快。但振动压路机的振源在轮的中心，振动以波的形式传播，在靠近振源处由于波的应力作用压实度高，而远离振源处压实度相对降低，在碾压过程中，不仅在钢轮宽度范围内表现出接近轮沿处的压实度逐渐减小，同时也发现与钢轮相邻的碾压带由于钢轮碾压过程的横向推移，使已压实的铺层在一定的区域内压实度降低了许多。为了使路面压实度均匀，碾压时应重叠，重叠的宽度试验表明为轮的1/3～1/2最好。

5. 碾压速度不合理和碾压段长度选择

（1）压路机的振动压实是利用振动器的高频振动传给被压混合料，混合料中各种粒径的骨料在振动状态下克服颗粒的相互摩擦力，使小颗粒填充到大颗粒的孔隙中，排除空气，使混合料处于密实状态。实验表明：若使混合料处于振动状态，压路机经过混合料时，需使其连续受迫振动3次以上，否则达不到振实效果；又由于沥青混合料本身具有较高的振动频率，一般在40Hz以上，所以要求压路机的最佳作业速度一般在4Km/h左右。碾压速度的高低都会影响到路面的平整度。温度高的沥青混合料在高速度的压路机轮子的冲击下会产生推移、波浪、拥包等，严重影响了路面的平整度，而碾压速度低又达不到压实度的要求。因此压路机的速度要根据铺筑材料、铺筑厚度认真选择。除此，还应注意到压路机速度不均匀、急刹车和突然起动、随意停置和掉头转向、在已碾压成型的路面上停置而不关闭振动装置等都会引起路面推拥，影响路面的平整度。碾压段长度的选择要在压路机最佳作业速度的条件下，根据混合料的初压温度、碾压终了温度、铺层厚度和环境温度等实际选择。但要始终坚持的原则是铺层越薄、碾压时间越少、碾压段长度越短，要保证在最有效的温度范围内完成整个碾压作业。

（2）振动压路机在起振和停振阶段都存在着一个过渡区，过渡时间合计约5～6s，考虑到压实作业效率，减轻操纵人员的疲劳强度，提高劳动生产率，减少碾压离析等因素，过渡过程时间应少于整个有效压实时间的20%，因此碾压长度不应低于25s，根据振动碾压的最佳的作业速度，可以换算成碾压距离。

6. 合理使用碾压喷水和胶轮压路机

（1）碾压时为了使轮子上不沾混合料压路机要喷水，喷水的量一定要适中。喷水太多会使混合料温度降低太快，降低压实度。喷水太少压路机轮子上易沾上混合料，影响路面平整度。工作前要检查压路机的喷水系统，使喷出的水呈雾状，并且保证工作时水箱内的水要充足。

（2）胶轮压路机是一种吨位较小的压路机，它一般是通过轮胎的作用对路表进行揉搓，减少混合料的表面离析。在摊铺大粒径的混合料时，胶轮压路机的作用非常重要。大粒径的混合料在摊铺时易出现离析，碾压时就不能像一般路面那样把胶轮压路机放在后面，此时就要利用胶轮的揉搓作用来尽量减少混合料的表面离析。一般可以在光轮压路机静碾一遍后就可以用胶轮压路机碾压，这样效果会很好。

（3）通过分析碾压技术对提高路面的平整度和压实度有着重要的作用，为保证各阶段的碾压作业始终在混合料处于稳定的状态下进行，碾压作业应按以下规则进行：

由低到高（沿纵坡和横坡），先静碾后振动碾压；碾压时驱动轮在前，从动轮在后；后退时沿前进碾压的轮迹行驶；压路机掉头不在同一断面上，而是呈阶梯形；压路机的碾压作业长度与摊铺机的摊铺速度相平衡，随摊铺机向前推进。沥青路面碾压技术是个不容忽视的课题，在路面施工技术日新月异的今天，诸多新方法、新工艺被应用到施工中，大大地延长了沥青路面的使用寿命，保证了车辆安全、舒适、经济地运行，但是寻找合理的筑路材料、技术和方法是我们坚持不懈的努力方向。

土石混合体物理力学特性研究篇5

关键词：土石混合体,物理力学特性,研究

一、土石混合体的概念和几个关键问题

1、可视粒径 (MOD)

土石混合体存在于三维空间中, 通过现有技术难于获取由土石混合体载体内部细观结 (或块石) 的三维几何特征参数。由钻孔、平洞等一维线性勘探技术及地表露头、断面等二维量测所获取块石尺寸为某条弦长或某个断面上的最大尺寸, 而不是其真实的粒径。为了研究的方便, 将所能测到块体的最大尺寸定义为块体的“可视粒径” (MOD) 。

2、土/石阈值 (Soil/Rock Threshold, S/RT)

在传统的土体分类体系中, 粒组的划分是其主要的分类依据。同样如何确定土石混合体内部的“土”或“石”, 即土/石阈值问题, 是土石混合体定义中的一个关键要素, 也是确定土石混合体含石量的一个重要条件。

3、“土”与“石”的强度

当土石混合体内部“土”与“石”具有明显的差异时, “石”才能表现出其在相应土石混合体细观及宏观力学性质上的影响。若两者强度近似, 即使在常压下“块石”也很难影响土石混合体的变形破坏特性。因此, 土石混合体内部的“土”与“石”在强度上应该有极端的差异性, 本文建议“土”与“石”的抗剪强度应满足:

式中:τR——“石”的抗剪强度;

τS———土”的抗剪强度。

二、土石混合体的工程性质

土石混合体的工程性质是它的结构单元体的体现, 也是粗料、细料单元体力学性质的综合表征, 首次提出土石混合体工程性质可以由颗粒的组成、排列组合方式和孔隙性以及粒间作用等4个结构要素加以表征, 这里结构要素还只具有定性定义, 只有实现结构要素的定量化, 才一能实珍酥寸土石混合体的工程力学性质加以确定。考虑到这些结构要素所起的作用和重要性, 应当选取粒度分维、粗料颗粒分布分维、粗料轮廓分维以及孔隙分布分维作为土石混合体分形特性的研究结构参数指标。用这些结构参数指标作为土石混合体定量化研究的依据, 并与宏观物理力学性质相联系。

三、土石混合体的物理力学特性

基于大型三轴试验方式对物理力学特性进行实验研究。土石混合体大型三轴试验是在三向加压条件下的剪切试验。它的基本原理和细粒十=轴剪切试验相同, 只是研究对象是颗粒级配范围宽、颗粒粒径大的土石混合体, 仪器的规模和尺寸较大, 故又称大型三轴试验, 但仍是一种室内试验方法。利用大型三轴试验方式, 对土石混合体的物理力学性质进行了较全面、系统的试验研究, 并得到以下结论:

1、土石混合体峰值主应力数随围压的增大而增加, 但峰值主应力比随围压增大而减小。应力应变曲线并不十分光滑, 在局部出现波动现象, 但总体发展趋势明显, 在加载初期一般变形较大, 曲线呈上凹型, 相似于岩石典型应力应变曲线压密阶段的变形特性。

2、对于相同分维特性的土石混合体, 承受高围压时, 应力应变关系曲线为应变硬化型, 而围压低的土石混合体的应力应变关系曲线呈应变软化型, 也即在低围压下的脆性破坏和高围压下的塑性破坏。同时试验结果分析表明:土石混合体破坏时轴向应变为4%-10%, 而不象细粒土那样达到或超过15%, 此外土石混合体由于一般密度较大, 因而产生的应变软化也无密实细粒土那样显著, 体现出其峰值后仍可承受较大应力的力学特性。

3、不同粒度分维值的土石混合体其强度包线总体上呈线性性质。随着粗料无标度区间的粒度分维值及粗、细料无标度区间的粒度分维平均值的减小, 土石混合体的摩擦角开始增加, 但当增加到土石混合体只具一个粒度分维值时, 随着粗、细料无标度区间粒度分值的再继续减小, 摩擦角也开始减少, 但对细料无标度区间的粒度分维值而然, 最初随着细料无标度区间分维值的增加而增大, 但到只具一个分维值时, 随着细料分维值的再继续增加, 摩擦角反而减小。而粘聚力却与摩擦角的趋势相反。

4、粒度分维值对抗剪强度有很大影响, 随着粗料粒度分维、粗细料粒度分维平均值的减小, 土石混合体的峰值应力差逐渐增大, 当土石混合体只具一个粒度分维值时, 峰值应力差达到最大值, 当粒度分维值再继续减小时, 其峰值应力差反而减小, 峰值应力差与粗料粒度分维、粗细料粒度分维的平均值的关系曲线近似一抛物线, 细料粒度分维值与峰值应力差的关系与上述趋势相反,

5、只具一个粒度分维值的土石混合体具有最大的密实度和抗剪强度, 属级配最优土石混合体, 但其分维值随土石混合体的最小、大粒径而不断变化,

土石混合料篇6

近些年来, 冲击碾压技术在我国公路路基建设中已有使用, 高速公路高填方路基大多填筑高度在40 m以下。由于对土石方混合填料物理力学性能认识不够充分, 其与土质填料存在较大差异, 特高填方路堤的沉降时间长且沉降量大, 建设的一些公路高填方地段质量控制不好, 发生了沉降过大, 给运营管理及养护带来很大的困难。

1 高填方施工关键技术

1.1 填料的选择

三黎高速LJ4标段线路所经过的地形起伏比较大, 高填方地段多为V形沟谷, 路基填筑要求比较高, 对填料的选择也比较关键, 经填筑试验分析, 选用土石混合填料效果较好。

1.2 工艺原理

冲击夯实与路基加固压实方法相结合, 即夯实与滚动压实技术的结合, 保证压实效果好和连续作业效率高的施工特点。

1.3 填填筑筑施施工工工工艺艺

路基填筑施工工艺流程见图1。

2 施工要点

2.1 碾压冲击

在常规滚动碾压的基础上每填筑2 m采用冲击压路机进行冲击碾压, 冲击压实工艺参数一般为:冲击轮形式为三边形凸轮、最大瞬间冲击力大于250 t、最佳工作速度为10 km/h~15 km/h、冲击能量25 k J、压实宽度2×900 mm、牵引车功率不小于225 k W、冲击频率60次/min~110次/min、填土层厚40 cm~60 cm、最大爬坡坡度25°, 一次往返碾压后完成一遍压实。

冲击压实有效作用深度可达2 m~3 m, 此工法操作中按传统滚动压实填筑2 m厚进行冲击压实一次, 在传统的滚动压实工艺的基础上进行补强。

2.2 碾压遍数与速度控制

传统滚动压实先静压2遍, 碾压速度控制在1.5 km/h~1.7 km/h内;强振碾压完一遍 (往返一次为一遍) , 碾压速度控制在2.0 km/h~2.5 km/h, 冲击压路机前进速度为10 km/h~15 km/h, 见表1。

2.3 填料技术要求

路堤填料最小强度和最大粒径均满足要求, 见表2。

2.4 压实度控制

施工过程中, 每一压实层用灌水法随机抽点检测孔隙率, 根据实验目的和现场实际情况, 在相应的土石方填筑层上及在各标准碾压遍数完成之后, 进行了路基压实度检测, 并做好了检测数据原始记录。每层碾压完成后及时进行了路基填土石压实度的质量复测, 压实度不合格则采取了加强碾压方法 (若有可能将会采用翻挖重压的办法) 进行处理, 压实度及其他指标自检均达到规范要求后, 进行下一层填筑。

2.5 沉降差量测

为了保证所测填土石层松铺厚度的准确性, 每10 m一个断面, 每个观测断面设3个点。每层填土石前、填料精平后以及相应填土石层上各碾压遍数后, 均对这些布点进行了测量高程, 进行沉降差观测并做好了测量原始记录。

根据所测得高程计算出相应填土石层上不同碾压遍数的松铺系数, 即测量上一层的顶面高程h1、本压实层摊平后的高程h3、本压实层压实度达到要求时的高程h2, 按各点的松铺系数js= (h3-h1) / (h2-h1) 的公式进行计算, 然后计算点算术平均值, 作为本压实区域的材料松铺系数。

2.6 路堤整修

路堤整修包括路拱坡度、平整度、边坡等, 严格按设计结构尺寸进行, 对于加宽部分需在整修阶段, 人工挂线清刷夯拍, 路基整修要达到验标要求。

2.7 资料整理及数据分析

本路基填筑工程所选用的填料为边坡开挖料, 其施工工艺性能可以对其他段落填筑同类土的施工起到指导和借鉴作用。

松铺厚度按40 cm控制时, 碾压第5遍后满足孔隙率及93压实度要求, 碾压第6遍达到94压实度要求, 碾压第7遍达到96压实度要求;冲击碾压后压实度达到98以上。

通过实际施工记录数据得出, 松铺厚度按40 cm时, 碾压遍数6遍之后趋近0, 第5遍与第6遍沉降差为3 mm, 冲击碾压后的沉降值为28 mm, 满足设计规范要求。

3 结论与成果

经过三黎高速公路高填方路基的冲击碾压补强施工, 路基体形成了均匀、连续和密实的加固层, 提升路基的整体强度和均匀性, 进而提高了路基路面的整体与稳定性。因此, 在一定程度上避免路面出现早期损坏, 进一步延长路面的正常服务时间。

冲击碾压技术是解决高填方路堤变形的有效技术措施, 具有较高的经济及社会效益, 为今后的路基高填方施工可提供借鉴。