殷興華
在當前城市化持續(xù)推進的大背景下,高速公路在其中起到了不容忽視的作用,其中又以路基部分尤為關鍵。但縱觀多數(shù)工程案例可知,填方路基施工時周邊往往不具備開挖土方的條件,這點在城市建設中顯得更為突出,由此帶來了路基填料不足的問題。
在本文所探討的高速公路工程中,其周邊建設有一定規(guī)模的建筑物,經(jīng)拆除處理后產(chǎn)生了大量的建筑廢棄物。若對其進行清運處理,一方面需要投入過多的成本,另一方還會引發(fā)運輸沿途垃圾遺漏以及粉塵散布等問題,這對于道路建設工作持續(xù)開展造成了阻礙。因此,在填方路基中充分利用建筑垃圾,極具必要性。
無論是路基還是房建工程,其中的基礎部分所發(fā)揮出的作用均一致,屬于一種典型的帶狀構筑物,能夠為上部結構提供支撐,此環(huán)節(jié)使用的材料通常以土以及石料居多。關于填方路基,需要使用到大量的填料而形成帶狀路基,當區(qū)域內(nèi)有車輛通行時,所產(chǎn)生的荷載便會經(jīng)由路面最終傳遞到路基結構之中,因此路基通常會處于三維受力狀態(tài)。路基內(nèi)部存在大量的豎向應力,除了路基的自重應力外,還包含了車輛運行中所產(chǎn)生的豎向附加應力,而后者則是引起路基豎向附加變形的重要因素。
伴隨著路面深度的持續(xù)加大,自重應力也會進一步增加,但對應的豎向附加應力會表現(xiàn)出減小的趨勢。由此可以得知,在某個特定的深度范圍內(nèi),受車輛運行所引起的豎向附加應力相對更強一些,此時路基會表現(xiàn)出明顯的豎向變形現(xiàn)象,而要想分析交通荷載對于路基深度范圍所形成的影響機制,則需要借助于路基工作區(qū)這一概念來進行。相較于路基的自重力而言,若因車輛運行而產(chǎn)生的豎向附加應力占據(jù)了較大比重時,那么對應的范圍便可稱之為路基工作區(qū)。
為了進一步探討填方路基的受力狀況,此處引入了MIDASGTS軟件,借助于此平臺實現(xiàn)對路基受力狀態(tài)的靜力模擬操作。路基具有無限延伸的特性,同時斷面也大體相同,因此具備二維平面單元模擬的條件,對道路結構做進一步的劃分,建立寬度與高度分別為40m與20m的模型,使用了C20混凝土材料來模擬道路工程中的防水層,關于路基的各個構成部分,則均有莫爾庫材料來完成對應變單元的模擬,最后用點荷載的方式來模擬運行過程中的車輛荷載。
(1)計算假定
此處將路基各層視為一個具有高度連續(xù)性與均勻性的彈性體,并且不存在相對滑移現(xiàn)象;關于初始應力,除了路基自重應力外,還涉及到了側向靜止土壓力。經(jīng)過多次加載操作后,并不會對路基材料的彈塑性參數(shù)造成任何影響。
(2)邊界條件
選取模型的左、右、下3個面,分別給予其一個法向約束,同時還對上表面進行了自由約束處理;除此之外,選取與二維模型相垂直的平面,對其施加法向約束以及轉動約束,此舉可以避免模擬面出現(xiàn)轉動的現(xiàn)象。
(1)位移分析
受車輛荷載的影響,會引發(fā)路基豎向位移現(xiàn)象,對其進行分析得知,在路面荷載的作用下,路基會出現(xiàn)一定程度的受力變形現(xiàn)象,若與路面的距離越近,那么所產(chǎn)生的變形程度也越大,且達到了5.9mm;盡管多個區(qū)域都發(fā)生了沉降現(xiàn)象,但以路面以下5m之內(nèi)最為明顯,當深度達到5~7m時,沉降量將大幅減緩,若>7m,所產(chǎn)生的沉降量則穩(wěn)定在1mm以內(nèi)。因此,關于路基沉降現(xiàn)象,其主要集中在路面以及路基上部這兩大區(qū)域。
(2)應力分析
受車輛荷載的影響,路基會產(chǎn)生豎向應力,對其進行分析得知,受交通荷載的影響,會給路基帶來附加應力,且這一現(xiàn)象伴隨著深度的增加而愈發(fā)明顯,最大處達到了1.12MPa,經(jīng)分析后得知,這一區(qū)域主要為車輪荷載所在垂直方向的正下方1~2m處;當深度>3m時,應力值明顯減小。
關于建筑垃圾的類型,主要以磚渣土為多,考慮到土體滲透性與壓縮性的要求,同時提升路基填土的水文性,有必要對土樣進行分析與改良。對粉煤灰以及石灰等類型的磚渣土進行改良后,所帶來的效果較為良好,就石灰改良土而言其最佳配合比介于4%~8%區(qū)間內(nèi),以歷史施工經(jīng)驗為指導,綜合考慮到所在區(qū)域的實際情況,決定同時加入石灰以及粉煤灰,從而達到改良效果,關于其配比情況如下表所示。
組號 粉煤灰 石灰 建筑垃圾1 2 2 96 2 92 3 3 3 94 4 4 4 94 5 4 2 94 2 4
嚴格控制土樣的含水量,保障其處于最佳狀態(tài)下,基于上述的配比進行改良,將壓實度控制為0.96,此后對所得到的制樣進行了4d養(yǎng)護處理,并展開了性能試驗,具體做如下分析。
(1)壓縮試驗
對各配合比狀態(tài)下的路基填料壓縮系數(shù)進行分析,當石灰與粉煤灰的添加量為3%時,在此條件下所帶來的土壓所系數(shù)處于最小值,由此可以得知該組的不可壓縮性達到了最佳狀態(tài)。
(2)滲透試驗
由于試驗土樣主要以細粒土為主,因此展開了變水頭滲透試驗,從而得知土的滲透系數(shù),當石灰與粉煤灰的添加量為3%時,其平均滲透系數(shù)最小,為1.07074×10-6,意味著該組改良試樣的滲透性最低。
(3) CBR試驗
基于上述的分析,選取第3組展開CBR試驗,由此得知其CBR值,實際結果表明其符合工程規(guī)范,借助公式(1)可以得知CBR的具體值:
式(1)中:P1-荷載壓強,kPa;P2-標準壓強,kPa,如果貫入量達到2.5mm,此時該值為7MPa。
對上述內(nèi)容進行分析得知,當貫入量達到2.5mm時,對應的荷載壓強達到了763.90kPa,借助于上述公式能夠得知CBR值為10.91%,這符合工程所提出的≥8%的要求。
在上述基礎上,選取了某一路段展開試驗,實際結果表明不存在明顯沉降現(xiàn)象,車輛通行狀況良好,滲水與排水都能達到要求。
綜上所述,建筑垃圾可以成為路基工程中的主要材料來源,就分揀、篩分等操作,在此基礎上分別增加3%的石灰以及粉煤灰,經(jīng)試驗得知所得到的改良建筑垃圾混合料質量較佳,達到了工程所提出的要求,其可行性良好。