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        高速公路路堤填土壓實中的RIC工法試驗研究

        2010-05-08 12:05:40董金玉楊繼紅孫文懷伍法權(quán)
        鐵道建筑 2010年6期
        關(guān)鍵詞:填方工法路堤

        董金玉,楊繼紅,孫文懷,伍法權(quán)

        (1.華北水利水電學(xué)院,鄭州 450011;2.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 工程地質(zhì)力學(xué)重點實驗室,北京 100029)

        隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展,國家投入大量資金發(fā)展高速公路,并對建設(shè)工程質(zhì)量提出了更高的要求。早期修建的高速公路,尤其是山區(qū)公路,路基填方高、地質(zhì)條件變化大,由于建設(shè)周期短,路基完成后僅留有很短的自然沉降期,雖經(jīng)重型振動壓路機碾壓,尚不能有效地解決路基的沉降過大和差異沉降,其工后沉降要經(jīng)歷較長時間的通車運行方漸趨于穩(wěn)定,因此路基沉降時有發(fā)生,導(dǎo)致路面過早損壞,嚴重時影響道路正常運行[1-4]。RIC(Rapid Impact Compaction)工法是用履帶式反鏟挖掘機為基礎(chǔ)車,在其臂架上安裝1臺夯實機具,通過夯實機具高頻連續(xù)地夯擊地面以加固地基,當(dāng)用于高速公路建設(shè)時,可以較好地解決填土的壓實問題[5]。本文就鄭少(河南鄭州—少林寺)高速公路路堤填土壓實施工中采用RIC工法的試驗進行總結(jié)分析。

        1 RIC工法簡介

        1.1 RIC工法主要設(shè)備

        RIC工法的主要設(shè)備有夯實設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)。

        夯實設(shè)備是以較大重量的液壓錘為基礎(chǔ)開發(fā)的高速移動性設(shè)備(如圖1),具有高達40~60次/min的夯擊頻率。錘重為50~90 kN,最小行程為0.3 m,最大行程為1.2 m;一次錘擊所產(chǎn)生的能量最小為15 kN·m,最大為108 kN·m,可根據(jù)路堤的部位和填土厚度進行設(shè)置,處理深度在2 m和10 m之間。夯實的能量通過專用的錘體直接傳入作業(yè)地面,保證了能量的有效傳播,施工過程中沒有碎片飛濺。

        RIC工法的監(jiān)測系統(tǒng)(如圖2),進行施工過程中的作業(yè)記錄,便于質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)采集。所有作業(yè)可實現(xiàn)自動控制,可通過設(shè)置總夯實能量的大小、末錘沉降量、總沉降量、夯擊遍數(shù)等參數(shù),實現(xiàn)實時自動控制。

        圖1 RIC工法夯實機

        圖2 RIC工法監(jiān)控設(shè)備

        1.2 RIC工法主要特點

        1)高性能。原理先進、性能可靠,影響深度2~10 m,有效壓實深度4.0 m左右,壓實度可提高到95%以上。可減小地基土及路堤填土的工后沉降,提高地基整體強度。

        2)高效益。施工效率高,一次壓實松鋪填實厚度4 m,較傳統(tǒng)壓實機械大大縮短施工期限,降低綜合工程造價,有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

        3)自檢性。有自帶的監(jiān)測系統(tǒng),通過分析記錄的數(shù)據(jù),可達到檢測處理效果的目的,節(jié)省質(zhì)量檢測方面的費用。

        2 RIC工法在路堤填土中的試驗研究

        鄭州至少林寺高速公路全長53 km,起自鄭州市西南繞城高等級公路馬寨南1 km處,沿西南方向,經(jīng)新密市,止于登封中岳廟3 km處,與豫03線相接。地勢西北高,東南低,地形起伏較大,丘谷相間,沖溝發(fā)育,高填方路堤段較多,分離式立交橋15座,通道25道,橋、通道較多,橋臺背填土路堤也多為高填方。在鄭少高速公路第Ⅱ標(biāo)段斷裂構(gòu)造不發(fā)育,大多被第四系覆蓋,呈隱伏狀態(tài)。路線以填方通過,構(gòu)造對工程影響較小。通過鉆探取樣,土層從下往上為砂巖、黏土和黃土狀粉質(zhì)黏土,地下水位埋深約16 m,天然地層密實度較好,能夠達到路堤荷載要求,不需要作進一步處理。

        高速公路建設(shè)中,對路堤填土的壓實度要求較嚴,為準確測定RIC工法在路堤填土中的作用效果,以鄭少(鄭州至少林寺)高速公路第Ⅱ標(biāo)段董溝大橋南頭為試驗點分兩種工況進行了試驗。第一種工況為已壓實路堤填土(壓路機壓實)的RIC工法壓實試驗,第二種工況為未經(jīng)壓實的路堤填土(松散填土)RIC工法壓實試驗。以下分情況進行說明。

        2.1 已壓實路堤填土的RIC工法壓實試驗

        1)試驗區(qū)的選擇

        首先選擇鄭少高速公路第Ⅱ標(biāo)段董溝大橋南側(cè),已壓實好的路段為試驗區(qū)。圖3為夯擊現(xiàn)場。

        圖3 夯擊現(xiàn)場

        2)RIC工法試驗程序

        在壓路機已壓實好的路堤填土區(qū)(壓實度為92%)進行了試驗,以總沉降變形量為500 mm進行了試夯,在不到1 h的時間內(nèi)夯實面積達60 m2多。夯實完成后,進行了開挖取樣試驗,采用環(huán)刀法進行壓實度試驗檢測[6],試驗結(jié)果見表1。

        表1 RIC工法壓實度試驗結(jié)果

        3)結(jié)果分析

        從試驗結(jié)果(表1)中看出,原經(jīng)壓路機壓實后的壓實度為92%的區(qū)域,經(jīng) RIC工法夯實后壓實度>95%,最大達98%,壓實度明顯提高。

        2.2 未經(jīng)壓實的路堤填土的RIC工法試驗

        試驗區(qū)選擇在鄭少高速公路第Ⅱ標(biāo)段董溝大橋南頭。試驗時,填土厚度設(shè)計為 1.0 m,1.5 m,2.0 m,3.0 m和4.0 m,試驗填土設(shè)計見圖4。

        圖4 填土厚度設(shè)計示意(單位:m)

        2.2.1 路堤填土高度為4 m

        1)RIC工法試驗的實施與控制

        填土高度為4 m試驗區(qū),通過夯擊過程中末錘沉降量進行控制,以確定 RIC工法夯擊的有效影響深度。末錘沉降量的控制標(biāo)準分別為:5 mm(B區(qū)、F區(qū)),10 mm(A 區(qū)、G 區(qū)),15 mm(C 區(qū)、E 區(qū)),20 mm(Dn區(qū)、Ds區(qū))。試驗點施工圖見圖5。

        圖5 夯擊點布置平面(單位:m)

        夯擊之前對填土做了擊實試驗,測得其最大干密度為1.94 g/cm3,最佳含水量為11.9%。

        2)取樣試驗

        填土夯實完成后,填土測其高為3 m,分別在0.2、1.0、1.8 m和2.6 m處環(huán)刀取樣,測夯實完成后的壓實度。

        3)試驗結(jié)果整理與分析

        試驗完成后,對不同夯擊區(qū)域、深度和水平位置的壓實度進行整理,得出其關(guān)系曲線如圖6所示。

        圖6 壓實度隨深度的分布曲線(不同末錘沉降量)

        通過施工現(xiàn)場觀察和對比分析圖6,可以得到如下規(guī)律:

        ①表層20 cm由于夯點之間的相互擠壓,土層較為松散,壓實度較小;在0.2~1.0 m深度范圍內(nèi)隨著深度的增加壓實度逐漸增加;1.0 m以下隨著深度的增加,壓實度逐漸減少,在2.6 m深度范圍內(nèi)壓實度全部滿足設(shè)計施工要求(Dr>91%)。

        ②兩錘中心壓實度較小,經(jīng)過補夯后壓實度明顯提高。

        ③末錘沉降量控制不一樣壓實度效果不同,最后一錘沉降量越小,壓實度越大。

        2.2.2 路堤填土高度為 1.0 m、1.5 m、2.0 m和3.0 m

        路堤填土厚為1.0 m、1.5 m、2.0 m和3.0 m時,用總沉降量控制夯實效果,經(jīng)多種方案試驗后,得到當(dāng)最終沉降量為250、400、500、800 mm時效果較好。進行人工開挖在其底部隨機做試驗測其壓實度,可得表2。

        表2 壓實度檢測

        表2為填土厚為1.0 m、1.5 m、2.0 m、3.0 m時的試驗結(jié)果,在以后的施工中對于填土厚度<3 m的情況可作為參考。

        3 結(jié)論

        通過RIC工法夯擊試驗,在壓實填土方面得出如下結(jié)論:

        1)RIC工法夯實路堤松散填土和已壓實填土后,壓實度可以達到95%以上,壓實效果好,且效率高。與其它壓實方法相比較,具有明顯的優(yōu)勢,其它壓實設(shè)備很難達到此壓實效果。更重要的是可根據(jù)末錘沉降量、總沉降量等參數(shù)的設(shè)置實現(xiàn)不同壓實度要求的控制。

        2)在已經(jīng)壓實的路堤填土之上進行 RIC工法夯擊,一是可達到增加壓實度,二是將深層夾有軟弱層等缺陷的填方地段暴露出來,及時采取補救措施。

        3)一般的振動壓路機填土厚度為25~30 cm,而使用RIC工法進行填土夯實時,一次性填土厚度可達到3.0 m,可大大縮短施工工期,保證工程質(zhì)量,節(jié)約資金,并使高速公路提前竣工投入使用。

        4)RIC工法夯實填土自身攜帶的監(jiān)測系統(tǒng)可實時自動記錄夯實總能量、夯點總沉降量、末錘夯擊的沉降量、錘擊遍數(shù)等參數(shù)來評判與檢測填土地基的壓實度。

        5)RIC工法是一種先進的、自動化程度高的、快速有效地夯擊已壓實路基填土、松散填土及橋臺背填土的方法,可以廣泛地在高速公路工程中推廣應(yīng)用。

        [1]陳斌.道路壓實的有效辦法[J].南京市政,2003(1):22-24.

        [2]蔡業(yè)青.山區(qū)高速公路高填方路堤壓實工藝探討[J].廣東公路交通,2007(2):13-18.

        [3]趙貴欣,潘欣虹.高路堤壓實工藝的研究[J].黑龍江交通科技,2009(10):14.

        [4]孫紅林,李丹.京滬高速鐵路路基工程主要技術(shù)標(biāo)準研究[J].鐵道建筑,2009(7):5-10.

        [5]孫文懷,崔國喜,董金玉.高速公路橋臺背填土壓實的 RIC工法試驗研究[J].巖土工程學(xué)報,2004,26(5):702-705.

        [6]中華人民共和國建設(shè)部.GB50007—2002 土工試驗方法[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

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