（交通运输规划与管理专业论文）广西平果至百色公路水泥混凝土路面裂缝成因研究.pdf

摘要 在我国南方的许多省区，由于多雨湿暖的气候条件，且水泥资源丰富，大 部分的高等级公路都铺筑水泥混凝土路面。但是，由于材料、施工、路基、养 护、交通和气候等等因素的影响，在已修建的水泥混凝土路面中，有许多在建 成投入使用几年后，路面就出现了各种程度的裂缝、沉陷与破碎等等破坏，给 道路交通和经济发展带来了严重的阻碍和影响。 本文以广西百色地区平果至百色公路水泥混凝土路面破坏严重的二塘至竹 溪路段( k 1 5 1 5 + 9 9 0 k 1 5 3 i + 0 0 0 ) 为依托，从调查试验入手，通过对该路段路 基路面病害现状、水泥混凝土路面厚度和强度、路基土特性、气候状况、地下 水情况、交通状况及当年施工资料等等做全面调查和试验的基础上，应用水泥 混凝土路面设计理论、土质土力学理论及其他诸如气象与天气学、水文地质学 等等方面的知识在深入研究路面的材料、施工、养护等因素与水泥混凝土路面 病害关系的同时，着重对路基土特性给水泥混凝土路面带来病害的内在原因做 较深入的研究，以便真正准确全面地诊断出该路段的路面病害成因，以为该路 段路面病害的治理及其他水泥混凝土路面病害的防治提供理论基础和理论依 据。 关键词公路；水泥混凝土路面；病害；成因 a bs t r a c t i nm a n yp r o v i n c e si nt h es o u t ho fo u rc o u n t r y , a sar e s u l to ft h ec l i m a t e c o n d i t i o nt h a ti ti sr a i n y 、w e t 、w a r m 、a n dp l e n t i f u lc e m e n tr e s o u r c er e a c h ，m o s to f a d v a n c e dr o a d sw e r ea 1 1s p r e a dc e m e n ts l a b b u t a sar e s u l to ft h ea f f e c t i o no ft h e m a t e r i a l s ，c o n s t r u c t i o n 、r o a d b e dm a i n t e n a n c ec o m m u n i c a t i o nc l i m a t ea n dm a n y e l e m e n t s ，o nt h es l a bt h a th a sb e e nb u i l t ，l o t so fr o a d sb u i l tw e r eu s e df o rs e v e r a l y e a r s ，t h er o a d w a yt u r n e du pl e a k 、s i n k i n g 、f r a c t u r ea n dc o l l a p s et o a l lk i n d so f d e g r e e s ，i tb r o u g h ts e r i o u sh a n d s c a p ea n da f f e c t i o nt oc o m m u n i c a t i o na n de c o n o m y d e v e l o p m e n t t h ea r t i c l ed e a l sw i t he r t a n gt oz h u x is e c t i o no fp i n g g u ot ob a i s er o a dc e m e n t a n ds l a ba r eb r o k e ns e r i o u s l y ( k 1 5 1 5 + 9 9 0 k 1 5 3 1 + 0 0 0 ) w es t a r t e d 、v i t hr e s e a r c h a n de x p e r i m e n ta n dm a d er e s e a r c hs i t u a t i o no ft h er o a ds e c t i o n ，r o a d b e dr o a d w a y , t h i c k n e s sa n ds t r e n g t ho ft h ec e m e n ts l a b ，q u a l i t yo fr o a d b e d 、c l i m a t ec o n d i t i o n 、 u n d e r g r o u n dw a t e rs i t u a t i o n 、c o m m u n i c a t i o nc o n d i t i o na n di n f o r m a t i o no fi nt h o s e y e a r sc o n s t r u c t i o n a n ds oo n w ea l s o a p p l i e dt h e o r y o fr o a d b e d r o a d w a y e n g i n e e r i n gt e r r e n et h e o r ya n dt h eo t h e ri n t e r r e l a t e dt h e o r ya n de x p l o r e dd e e p l yt h e m a t e r i a l 、c o n s t r u c t i o n 、m a i n t e n a n c e 、e l e m e n t so f t h er o a d w a ya n dt h er e l a t i o no f t h e c e m e n ts l a ba tt h es a m et i m e w ee m p h a s i z e dt og od e e pi n t or e s e a r c ht h a tr o a d b e d 、 q u a l i t yb r o u g h ti n t e r n a lc a u s eo fd i s e a s ef o rc e m e n ts l a b ，s ot h a tw ec o u l dd i a g n o s e r e a l 、 e x a c t 、d i s e a s ec a u s eo ff o r m a t i o no ft h er o a d w a ya n dp r o v i d e dt h e o r y f o u n d a t i o na n dt h e o r yg i s tf o rt h ea d m i n i s t r a t i o no fr o a ds e c t i o n ，r o a d w a yd i s e a s e a n dt h ep r e v e n t i o na n dc u r eo f t h eo t h e rc e m e n ts l a br o a d w a yd i s e a s e k e y w o r d sh i g h w a y ；c e m e n ts l a b ；d i s e a s e ；c a u s eo f f o r m a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 躲渗嗍趟 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名导师魏伽 导师签名：一l 乡日期： 五幺。上。：孑邀。c 。：猡 第1 章绪论 1 1 问题研究背景和意义 在我国南方的部分省份，由于雨量充足，水泥资源丰富，常常以水泥混凝 土作为高等级公路的路面。但是，水泥混凝土路面因为设计、施工、路基土特 性、超载、气候等等原因，常常会发生破碎、裂缝、沉陷等破坏，而且水泥混 凝土路面一旦破坏，很不容易修复，给道路交通带来很多麻烦和问题。 广西地区水泥资源丰富，质好价低，湿暖的气候也适宜修建水泥混凝土路 面。因此目前广西境内的高等级公路上基本上都铺设水泥混凝土路面。但是， 因为上述提到的设计、施工、超载、路基土特性、气候等种种原因，使广西境 内高等级公路上铺设的水泥混凝土路面许多都出现了不同状况的破坏。加上广 西湿暖的气候适宜于膨胀土生长发育，是全国膨胀土分布较广泛的省区之一， 其境内尤以珠江流域上游各水系范围内分布有大量的膨胀土，象左、右江水系 的宁明、平果、百色一带，邕江流域的南宁一带等地方都分布有大量的膨胀土。 使通过这些地区的公路其上铺设的水泥混凝土路面更是破坏严重。如国道3 2 4 线平果至百色水泥混凝土路面二级公路、南宁至梧州水泥混凝土路面二级公路 等路线中通过膨胀土地区的路段，其上的水泥混凝土路面都产生严重的损坏。 给这些地区的交通和经济发展造成了严重的影响。因此，展开广西地区高等级 公路水泥混凝土路面特别是通过膨胀土地区的水泥混凝土路面的病害成因分析 与研究，对于这些地区高等级公路的建设和养护具有较大的指导意义。 1 2 研究依托路段基本情况介绍 本文研究依托的路段是国道3 2 4 线在广西境内的平果至百色公路的二塘至 竹溪路段( 即k 1 5 1 5 + 9 9 0 k 1 5 3 1 + 0 0 0 ) 。国道3 2 4 线通过广西全境，是广西境 内的一条公路运输大动脉。平果至百色二级公路是国道3 2 4 线的一部分，也是 广西首府南宁通往革命老区百色地区的唯一一条高等级公路。该公路全长7 0 公 里，为水泥混凝土路面，路面宽9 m 。该路段部分路基土为膨胀土，旌工时采用 北京工业大学工学硕士学位论文 普通土封闭膨胀土的方法对其进行处理，即分别在挖方和填方路段的上路床加 铺普通北京土层0 4 m 0 6 m ，在填方路段的边坡外层填筑1 5 m 厚的普通土。该 路段在先期1 9 9 0 年施工的5 k m 水泥混凝土路面，于1 9 9 1 年建成通车，至今已 通车十多年，路面比较完好。其余6 5 k m 于1 9 9 2 年全线开工，9 4 到9 5 年陆续 完成混凝土路面施工后通车，通车约两年后，局部路段便开始出现开裂破坏， 随后路面损坏日益严重。其中，路面损坏最严重地区主要集中在田阳县辖内的 二塘至竹溪路段( k 1 5 1 5 + 9 9 0 0 1 5 3 1 + 0 0 0 ) ，共计长约1 5 k i n ，就是本课题的重 点研究路段。 二塘至竹溪路段( 以下简称二竹段) 地处雨季与干旱兼有的丘陵区，沿途 1 0 米以上的高填高挖路基虽不多，但也出现频繁的填挖交替。在当年勘测设计 的地质钻探资料中，可见大部分地基土是中、高液限粘土，且陆续出现了不同 程度不同等级的膨胀土。其次，从现存的施工、竣工资料中可以推断，由于当 年公路施工工期短，又对土质认识不足，该路段路基路面的施工质量都有不尽 人意之处。另外，该路段自通车以来，交通量以每年平均约1 1 的速度增长。 至今，道路断面年平均日交通量已达5 千辆以上，且大吨位的超载运输现象日 益严重，超载重量也达到了惊人的地步。如经过调查发现：辆额定载重为5 吨的车，实际载重可达到1 7 吨，一辆额定载重为8 吨的车，实际载重却可达到 2 7 吨，且这样大额度超载的车在路上还占有相当的比重。 由于上述综合的原因，该路段在使用7 、8 年后的今天，路面的坏板率已达 4 0 以上，且路面病害的主要症状是连续的纵向裂缝、沉陷以及某些板块的破 碎。路面病害严重的地段纵向裂缝贯穿数十米甚至上百米，裂缝最宽处达1 0 厘 米左右，许多断裂板块或整体板块下沉，沉陷最深处达8 1 0 厘米。虽经过不断 的大修小修，仍不能遏制这种破坏的发展。给这些地段正常的行车及安全造成 了严重的影响和威胁。 1 3 国内外相关研究综述 在国外，对水泥混凝土路面病害的研究和膨胀土给各种建筑物造成破坏影 响的研究都已有不短的历史，但在对水泥混凝土路面病害的研究中把膨胀土路 基对路面的危害现象却没有给予应有的重视。 在国内，水泥混凝土路面的修建仅仅是从二十世纪七十年代才开始，大规 2 第1 章绪论 模修建水泥混凝土路面是从二十世纪八十年代以后。所以，国内虽有一些单位 和学者对水泥混凝土路面病害开展了研究，但研究历史不长，研究的深度和力 度都很有限。据相关文献的报道显示，在该方面的研究只是对水泥混凝土路面 的材料质量、施工质量、路面的结构和厚度以及路面养护等方面与路面病害的 关系展开了浅显的研究。而对路基及路基土的特性，特别是膨胀土路基引起的 路面的破坏研究很少。虽然我国铁路和建筑部门在膨胀土对铁路路基和建筑物 的基础破坏方面研究的历史较长成果较丰富，但膨胀土对公路带来的破坏作用 仅仅是在我国修建高速公路以来才出现的新事物，投入的研究不多，且都只注 重研究膨胀土对公路路基的破坏，而几乎没有涉及膨胀土路基对水泥混凝土路 面引起的破坏影响。 本文在深入研究路面的材料、施工、养护等因素与水泥混凝土路面病害关 系的同时，也对路基土特性给水泥混凝土路面带来病害的内在原因做较深入的 研究，以便真正准确全面地诊断出研究路段的路面病害成因。 1 4 论文研究内容 1 4 1 调查、取样和试验 水泥混凝土路面的病害不但与路面自身的设计、施工、材料等直接相关， 还与其下的路基土特性和路基施工质量等密切相关。要对路面病害成因从理论 上做出正确的分析，必须先对路面破损路段的路基路面各项指标做全面的调查、 取样和试验。 对路面调查试验的内容有：路面的设计资料，旋工记录资料，现状路面的 破损状况，路面面层的厚度和强度，路面基层的结构、厚度和强度等等。 这些资料有利于分析路面产生病害是否与自身的设计、施工质量有关。 对路基的调查试验内容有：路基的填挖状况及填挖高度，路基土的土质特 性取样试验，路基面层的密实状况，路基两侧的排水情况。这些资料有利于分 析路面病害是否因路基原因引起。 除此，还要调查研究路段地区的气候、地下水位、路面交通超载状况等。 。：，。，篓彗当鐾耋塑鎏鲨丝圣。：，一 1 4 2 路面破损状况评价 在路面面板病害调查资料的基础上，应用道路养护管理规范，分别计算研 究路段的路面状况指数p c i 、路段断扳率d b l 和整体损坏系数c 。以对路面破 损的状况进行评价与分级。 1 4 3 设计、施工和超载等因素对路面破坏影响分析 路面设计不合理、施工质量欠佳、路面建成通车后车辆超载严重等等，都 会使水泥混凝士路面因刚度与强度不足造成破坏。所以，首先必须应用荷载应 力理论分析本研究路段水泥混凝土面板的应有厚度、强度，路面基层应有的结 构、各结构层的厚度和基层的整体强度，看现状面板和基层厚度和强度是否达 到设计要求。 其次是分析施工质量对路面的破坏影响，即具体分析旌工工艺和养生状况 等对路面强度和刚度的影响。 最后分析路面交通量和超载对路面的破坏作用，即路面建成通车后，因交 通量增长过快，超载现象严重，使路面在反复轴载和超重轴载的作用下提前产 生疲劳破坏或剪切破坏。 由于中国公路运输的现状，超载现象造成路面提前破坏问题的研究具有重 大的现实意义，在理论上也具有广阔的研究空间，因此本论文将这部分的研究 作为重心与创新性主体内容之一。 1 4 4 膨胀土路基对路面破坏的影响分析 膨胀士是一种吸水膨胀软化、失水收缩硬裂和具有湿胀干缩往复变形的高 塑性粘性土。它的主要矿物成份是蒙脱石和伊利石。膨胀土由于其组成含有多 量的强亲水陛粘土矿物，所以它具有吸水量大、高塑性、快速崩解性、以及剧 烈的膨胀性与收缩性等特征。同时又因膨胀土沉积时代较早，固结状态较好， 因此，其压缩性不大。这些性质构成了膨胀土区别于其它土类的独有的工程特 性。如果路基土是由膨胀土填筑而成，则膨胀土路基在气候、地下水等的影响 下，不光是路基自身会引起破坏，而且会给其上的水泥混凝土路面造成破坏影 4 响。 本部分内容通过对研究路段路基膨胀土特性的试验，再根据研究路段所在 地区的气候、地下水状况、施工时路基压实状况等等调查资料，深入分析膨胀 土路基在各种因素的作用下，对水泥混凝土路面造成破坏的机理。 1 5 论文研究的技术路线 本文研究是依托在一个产生严重病害的路段上，研究的结果是为了解决实 际问题。因此，本文研究的技术路线是从调查试验入手，通过对研究路段路基 路面病害现状、现状水泥混凝土路面厚度和强度、路基土特性、气候状况、地 下水情况、交通状况及当年施工资料等等做全面调查和试验的基础上，应用路 基路面工程理论、土质土力学理论及其他相关的理论，深入分析现状路面出现 病害的原因，以为该路段路面病害的治理及其他水泥混凝土路面病害的防治提 供理论基础和理论依据。 1 6 小结 本章在介绍论文研究的背景、意义、研究依托路段基本情况和国内外相关 研究状况的基础上，确定了论文四大方面的研究内容，并提出了论文研究的技 术路线。 北京工业大学工学硕士学位论丈 第2 章研究路段调查试验 2 1 路面调查和试验 2 1 1 路面调查 i 收集原路各种设计、施工、竣工等资料 查阅与收集原路的平、纵、横线型设计或竣工图，路面结构设计图，路面 施工中的施工队、时间、工期，路面各结构层的用料、配合比、路面施工过程 中的养生以及开放交通后道路上的交通量、养护情况等等资料。以便对该段路 路面的设计、施工等建设情况及开放交通后的使用、养护情况有个全面系统的 了解。 2 调查该路段路面破损的表观状况 包括破损路面的裂缝、破碎、沉陷的形状、位置、程度、尺寸以及与它们 相应地段的道路填挖方和边坡是否破坏等情况，以便对路面破损的位置、程度 及周围的条件有个比较详细的了解。将1 5 公里沿线路面状况的这些内容反映在 空白调查图上，在调查图上画出两列十个方格，每个方格表示一块混凝土面板， 在每页的始末都标明起始桩号。在每块面板即每个方格内用铅笔描绘出路面实 际出现的病害情况，完好无损的面板也要写明。具体包括路基填、挖方及其高 度；路面裂缝的长短和走向，并在旁边写明路面裂缝的大致宽度；在有沉陷的 地方，表示出是否已经有沥青罩面以及下陷大致深度等等。此项调查主要以“路 面破损调查图”来体现。 2 1 2 路面试验 在前面调查的基：i i l t l 上，为了获取路面基层和路面的性能指标和具体数据， 根据该路段的实际病害情况，进行了充分的现场测试和实验室实验。实验从路 面的承载能力、基层压实度等问题着手，结合前述破损状况的调查，主要进行 了路面回弹弯沉测试、路面面层基层取及芯样劈裂试验，获得了相应的试验成 果和分析数据。 6 第2 章研究路段调查试验 1 现场试验 ( 1 ) 路面芯样钻取试验 为了了解路面的使用状况和路面板的物理尺寸、结构及承载性能现场对 部分路段点的混凝土面板进行了芯样钻取试验，如图2 1 所示。在国道3 2 4 线 平百公路二竹段取样试验中选取了1 1 个点，其中有两个位置点属于无破损情 况，四处具有较明显的纵向长裂缝，六个位置点的破损严重，且具有比较突出 的碎裂现象。钻芯统计结果如表2 1 所列。 图2 - 1 路面钻芯取样 f i g u r e2 - 1t a k et h ek i n do f d r i l l i n gr u s hp i t ho i 1t h er o a ds u r f a c e ( 2 ) 路面基层芯样钻取试验 通过钻取基层芯样，了解基层的工作状况是比较有效的方法。用破碎机在 上述钻取砼板芯样的附近打开路面面板，用路面取芯钻孔机钻取上基层的二灰 碎石或二灰砂砾，从而钻取半刚性基层的芯样。在平百公路二竹段中，由于基 层的板结性极差和相当松散，各处均没有钻取成型的基层芯样。 北京工业大学工学硕士学位论文 表2 - 1平百公路路面板现场取样状况描述 t a b l e2 - 1d e s c r i p t i o no f p i n gb a ir o a dr o a ds u r f a c et e c “) i l i cp l a t et a k et h ek i n dc o n d i t i o n 试样芯 编号桩号 取土位置填挖情况破坏情况描述 厚( c m ) 1k 1 5 1 7 + 4 0 0 左幅 2 4 5 两侧较平无破损 大部分已修补，未修补部分破裂严 2k 1 5 1 8 + 4 9 0左幅 2 3 5 两侧较平 重 路面纵裂起波浪，右侧边沟长期有 3 k 15 2 0 十1 6 0右幅靠路肩 2 6 j 5两侧挖3 m “流水 路面下沉破碎严重，钴芯处上覆 4k 1 5 2 l + 7 0 0右幅靠中线2 0 5右填8 m ，左填3 m 1 0 c m 沥青 5k 1 5 2 2 + 7 2 0左幅靠路肩2 2 5 两侧挖约4 m路面连续3 0 0 m 左右无破损 6k 1 5 2 6 + 1 4 0 左幅 1 9 o 左挖约7 m ，右平连续裂缝 7k 1 5 2 7 + 1 6 0 左幅 2 4 0 两侧挖约3 m连续纵裂，间或碎裂 8k 1 5 2 8 + 0 5 0右幅2 3 o 右填8 m ，左平纵裂连续3 0 多米 9k 1 5 2 9 + 1 0 0 右幅 2 0 0 两侧挖2 m纵向连续裂缝数十米 1 0k 1 5 2 9 + 9 4 0 右幅 2 1 0 两侧挖约3 m 纵向裂缝严重 1 1 k 1 5 3 0 + 6 8 5右幅1 9 0 左填2 m ，右平连续纵裂，部分板碎裂 2 室内水泥混凝土路面芯样劈裂强度试验 混凝土芯样的弯拉和劈裂强度是水泥混凝土路面强度的控制指标。由于劈 裂实验简单易实现，实验中往往用劈裂强度来代替和表示，用以评定芯样的结 构品质和承载能力。试验在压力机上实现，试验前需测定芯样的平均直径和试 样长度；试验中将试件对中加压，以均匀速度连续加荷，直至试件劈裂为止， 确定破坏荷载。通过实验室面板劈裂强度试验结果可知，大部分芯样的强度均 较高，满足设计需要。 2 2 路基及路基土调查和试验 2 2 1 路基现状概况 在平百公路k 1 5 1 6 - k 1 5 3 1 路段内，路基大填大挖处不多，一般填挖都在 5 6 米之内，超过1 0 米的填挖地段很少。对于该路段的填方路基，未发现有坍 散、溜方和滑坡等路基边坡的常见破坏现象，但在某些半填半挖、高填且地面 第2 章研究路段调查试验 坡度稍大的地方，路基出现了向填方或地面坡度低的一侧沉降的现象。对于该 路段的填方路基，有许多地段的较高路堑边坡有溜方、崩塌甚至滑坡等现象的 痕迹。如图2 - 2 图2 - 4 是路堑边坡的破坏实例。 图2 - 2 路堑边坡溜方破坏实例 f i g u r e2 - 2t h ee x a m p l eo f l a n d s l i d eo f c u t t i n ge d g ew a sd e s t r o y e d 图2 - 3 路堑边坡崩塌破坏实例 f i g u r e2 - 3t h ee x a m p l eo fc u t t i n ge d g ew a sc o l l a p s e da n dd e s t r o y e d 9 北京工业大学工学硕士学位论文 图2 - 4 路堑边坡滑坡破坏实例 f i g u r e2 - 4t h ee x a m p l eo f c u t t i n ge d g ew a ss l i d ea n dd e s t r o y e d 2 ，2 - 2 路基土调查试验 2 2 2 1 路基土取土处道路状况及路基土各项特性试验指标 在k 1 5 1 6 k 1 5 3 1 路段，根据路面无破损、纵向微裂、混凝土板碎裂及连续 数块板或半幅路面不均匀沉陷等现象，结合路基的填挖状况，分别选取了8 个 地点挖取路基土。8 处的位置及路面破损、路基填挖、取土深度等情况如表2 2 所示。 具体取土时，是在行车道上把混凝土板破碎，除去面层和基层，再从路基 顶面挖下4 0 6 0 c m 处开始取土。因从该路段的设计施工资料中得知，本路段路 基施工时，不管是挖方还是填方，路基的上路床都填筑了一层4 0 6 0 c m 厚性能 较好的普通土作为保护层。 对上述8 处取出的路基土做液塑限、自由膨胀率、天然含水量、缩限、线 缩率、体缩率、击实等试验。结果如表2 3 所示。 表2 2 路基取土处道路状况描述 t a b l e2 - 2t h ed e s c r i p t i o no f r o a dc o n d i t i o ni nt h ep l a c ew h e r er o a d b e dt a k et h es o i l 1 0 ：。董：耋墼耋坠璧堡查堡2 塞，： ， 桩号路面破损状况 路基填挖状况取土深度 k 1 5 1 5 + 9 9 0破损严重，路面正重修补两侧各填约6 米路基顶面下5 0 厘米 k 1 5 1 8 + 4 9 0破损严重，大部分路面板己修补两侧较平坦，无填挖 路基顶面下4 0 厘米 k 1 5 2 0 + 1 6 0破损严重，路面纵裂起波浪 两侧各挖约3 米路基顶面下4 0 厘米 k 1 5 2 l + 7 0 0路面下沉，碎裂严重右填约8 米、左填约3 米路基顶面下6 0 厘米 k 1 5 2 2 + 7 2 0路面无破损 两侧各挖约3 米路基顶面下5 0 厘米 k 1 5 2 4 + 7 0 0破损严重，路面板已重修补 两侧较平坦，无填挖路基顶面下5 0 厘米 k 1 5 2 8 + 0 5 0路面连续纵裂约3 0 米 右填约8 米、左填挖交界 路基项面下6 0 厘米 k 1 5 2 9 + 1 8 5破损严重，路面正重修补 两侧各挖约0 5 米路基顶面下6 0 厘米 表2 - 3 各处路基土特性指标 t a b l e2 - 3t h et a r g e to f e v e r yr o a d b e ds o i lc h a r a c t e r i s t i c 液限塑限塑性指数自由膨胀率缩限线缩率 体缩率最佳含水量虽大干密度天然含水量 桩号 ( )( )( )( )( )( )( )( ) ( g c m 3 ) r 、 k 1 5 1 5 + 9 9 04 132 0 72 0 64 01 3 9 73 2 41 0 1 50 71 7 61 9 3 l k 1 5 1 8 + 4 9 04 6 92 2 12 4 84 41 0 9 7 3 6 7 1 1 4 5 1 4 51 9 62 0 1 3 k 1 5 2 0 + 1 6 06 z 2 2 7 83 443 21 3 8 91 7 77 6“8 8 1 9 71 8 8 6 k 1 5 2 1 + 7 0 05 02 2 12 796 51 0 9 2 3 8 61 3 6 71 3 2 l工9 21 7 3 7 k 1 5 2 2 + 7 2 04 6 2 1 52 4 52 9i 8 2 120 26 8 21 2 5l9 2 1 6 6 9 k 1 5 2 4 + 7 0 05 252 053 25 01 0 3 84 3 91 391 26 1 8 91 78 9 k 1 5 2 8 + 0 5 04 82 2 32 5 74 01 4 7 42 4 27 9 1 6 21 8 91 7 9 4 k 1 5 2 9 + 1 8 53 8 4 2 1 81 6 602 1 4 3 001 3 61 8 82 27 5 22 22 六处不同位置路基土的收缩试验 收缩试验是确定土的收缩程度的试验，它在收缩仪中进行。通过收缩试验， 可得到土样的含水量与线缩量之间的关系，并可获得缩限、体缩、收缩系数等 反映土样收缩特性的一些重要指标。 六处不同位置路基土的收缩试验如图2 5 2 1 1 所示： 3 5 3 0 2 5 专20 | 【i l 姆1 5 螂1 o o 5 0 0 。+ _ _ 、 f 一 o o5 o1 0 o1 5 ，02 0 02 5 ，0 含水量( ) 图2 - 5k 1 5 1 5 + 9 9 0 处土样含水量与线缩率关系 f i g u r e2 - 5t h er e l a t i o nb e t w e e ns o i lw a t e rc o n t a i nt h ed e a la n dc u r v ec o n t r a c t i o nr a t eo n k 1 5 1 5 + 9 9 0 一 ， ； l j j 0 o5 01 0 o1 5 o2 0 0 含水量( ) 图2 - 6k 1 5 1 8 + 4 9 0 处土样含水量与线缩率关系 f i g u r e2 - 6t h er e l a t i o no fs o i lc o n t a i nt h ew a t e rd e a la n dc u r v ec o n t r a c t i o nr a t ei nk 1 5 1 8 + 4 9 0 1 2 o 5 o 5 o 5 o 5 o 4 3 3 2 2 l l o o j6u斜嫌舔 2 0 1 5 辞 v 料1 0 嫖 螂 0 5 0 0 。 、 | | 0 05 0i o ，o1 5 02 0 0 2 5 0 含水量( ) 图2 7k 1 5 2 0 + 1 6 0 处土样含水量与线缩率关系 f i g u r e2 - 7t h er e l a t i o no f s o i lc o n t a i nt h ew a t e rd e a la n dc u r v ec o n t r a c t i o nr a t ei nk 1 5 2 0 + 1 6 0 5 o 4 0 邑3 0 僻 姆2 0 螺 1 0 o 0 、i jj o o5 01 0 01 5 o2 0 0 含水量( ) 图2 - 8k 1 5 2 1 + 7 0 0 处土样含水量与线缩率关系 f i g u r e2 - 8t h er e l a t i o no f s o i lc o n t a i nt h ew a t e rd e a la n dc a r v ec o n t r a c t i o nr a t ei nk 1 5 2 1 + 7 0 0 一、， 、 、 、 、 0 05 01 001 5 02 0 02 5 0 含水量( ) 图2 - 9k 1 5 2 4 + 7 0 0 处土样古水量与线缩率关系 f i g u r e2 - 9 t h er e l a t i o no f s o i lc o n t n n t h e w a t e r d e a la n dc u r v ec o n t r a c t i o nr a t e i n k l 5 2 4 + 7 0 0 3 0 2 5 2 0 艺 褂1 5 骠 缀1 0 0 5 0 0 。一 一 0 05 01 0 01 5 02 0 02 5 0 含水量( ) 图2 1 0k 1 5 2 8 + 0 5 0 处土样含水量与线缩率关系 f i g u r e2 - 1 0t h er e l a t i o no f s o i lc o n t a i nt h ew a t e rd e a la n dc u r v ec o n t r a c t i o nr a t ei nk 1 5 2 8 + 0 5 0 4 5 4 o 3 5 盆3 0 艇 2 5 鸯2 2 0 蝌1 5 1 o 0 5 0 o k 1 5 2 1 + 7 0 0 0 1 02 03 04 05 06 07 08 0 时间( 小时) 1 4 0 5 o 5 o 5 o 5 o 5 0 5 4 4 3 3 2 2 l l 0 0 ；一斟姆勰 ，：。：薹：重至圣塑璧堡查薹薹： 图2 7 - i l 两处代表土样时间与线缩率关系 f i g u r e2 - 11t i n eo f t w or e p r e s e n ts o i ls a m p l ea n dr e l a t i o no f c u r v ec o n t r a c t i o nr a t e 2 2 2 _ 3 无荷载有侧限膨胀量试验 2 5 2 0 ，、 琶1 5 褂 娄1 0 5 0 1 01 2 1 41 61 82 02 2 2 4 含水量( ) 图2 - 1 2 k 1 5 1 8 + 4 9 0 处土样在干密度相同时含水量与膨胀量关系 f i g u r 。2 1 2w h e ns o i ls a m p l ei ss a m ew i t hd r yd e n s i t y , t h er e l a t i o no f c o n t a i n i n g t h ew a t e rd e a la n dt h ei n f l a t i o nm e a s u r e si nk i518 + 4 9 0 3 0 2 5 2 0 毫 墼1 5 缬1 0 5 0 t 01 21 4 1 61 82 02 2 2 4 含水量( ) 图2 - 1 3 k 1 5 2 1 + 7 0 0 处土样在干密度相同时含水量与膨胀量关系 北京工业大学工学硕士学位论文 f i g u r e2 - 1 3w h e ns o i ls a m p l ei ss a m ew i t hd r yd e n s i t y , t h er e l a t i o no f c o n t a i n i n g t h ew a t e rd e a la n dt h ei n f l a t i o nm e a s u r e si nk 1 5 2 1 + 7 0 0 ；： 4 0 窑3 5 墼3 0 舒2 5 2 0 1 9 图2 1 4k 1 5 2 1 + 7 0 0 处土样在含水量相同时干密度与膨胀量关系 f i g u r e2 - 1 4w h e ns o i ls a m p l ei ss o r t i ew i t hc o n t a i n i n gt h ew a t e rd e a l ，t h er e m i o no f d r y d e n s i t ya n dt h ei n f l a t i o nm e a s u r e si nk 1 5 2 1 + 7 0 0 从表2 3 中可见，桩号k 1 5 2 1 + 7 0 0 和k 1 5 1 8 + 4 9 0 两处土样的自由膨胀率分 别为6 5 、4 4 ，液限分别为5 0 、4 6 9 。从该两指标可以确定k 1 5 2 1 + 7 0 0 处土样已 达到中等程度的膨胀土，k 1 5 1 8 + 4 9 0 处土样是属于弱膨胀土的范围。所以选取 这两处土样作为代表土样做膨胀量试验。取k 1 5 2 1 + 7 0 0 处土样做含水量、干密 度与膨胀量关系试验，取k 1 5 1 8 + 4 9 0 处土样做含水量与膨胀量关系试验，顺便 也得到各自的时间与膨胀量之间的关系。本试验是在膨胀仪上进行的，试样面 积为3 0 c m 2 、高为2 c m 。试验曲线如图2 - 1 2 - - 2 1 7 所示： 1 6 02 03 04 05 0 时间( 小时) 不同含水量 对应的符号 + 1 1 4 0 一1 4 0 0 - - - a - - 1 5 8 0 一1 9 0 0 - 一2 2 0 0 图2 1 5k 1 5 1 8 1 4 9 0 处土样在干密度相同含水量不同时时间与膨胀量关系 f i g u r e2 - 1 5w h e ns o i ls a m p l ei ss a m ew i t hd r yd e n s i t y , c o n t a i nt h ew a t e rd e a li sd i f f e r e n t ， t h er e l a t i o no f t i m ea n dt h ei n f l a t i o nm e a s u r e si nk 1 5 1 8 十4 9 0 6 0 0 一 jf 厂，一一 口。”1 驴。一旷 02 04 06 0 8 0 时间( 小时) 不同含水量 对应的符号 一1 0 7 0 一1 2 6 0 + 1 5 1 0 * 一1 8 9 0 + 2 i 9 0 图2 1 6k 1 5 2 1 + 7 0 0 处土样在干密度相同含水量不同时时间与膨胀量关系 f i g u r e2 - 1 6w h e ns o i ls a m p l ei ss a m ew i t hd r yd e n s i t y ，c o n t a i nt h ew a t e rd e a li sd i f f e r e n t t h er e l a t i o no f t i m ea n dt h ei n f l a t i o nm e a s t l r e si nk 1 5 2 i + 7 0 0 1 7 o 0 o o 0 o 如 妁 l o o 一h v 删当遮 姗 删 喜 枷 o 一唧眦。一_【v删邕避 星 昌 0 删硼| 酱 渣 ，p 一 一一。 d 目一；i 二；i ， z 二- 一 一 7 歹 厂 不同干密度 对应的符号 一1 6 2 1 6 7 1 7 3 1 8 一1 8 4 1 9 3 02 0 4 06 08 0 时间( 小时) 图2 1 7k 1 5 2 1 + 7 0 0 处土样在含水量相同干密度不同时时间与膨胀量关系 f i g u r e2 - 1 7w h e ns o i ls a m p l ei ss a l n ew i t hc o n t a i n i n gt h ew a t e rd e a l ，d r yd e n s i t yi sd i f f e r e n t ， t h er e l a t i o no f t i m ea n dt h ei n f l a t i o nm e f l s l l - e si nk 1 5 2 1 + 7 0 0 2 2 ，2 4 含水量、干密度与膨胀力之间的关系试验 膨胀力是土体在吸水膨胀时所产生的内应力。本试验采用k 1 5 1 8 + 4 9 0 和 k 1 5 2 1 + 7 0 0 两处代表土样，分别做它们的含水量或干密度与膨胀力之间的 关系试验。试验是在附有杠杆式加压设备的单轴固结仪上进行的。试验时为了 加荷方便准确，利用灌铁砂的方式来平衡试样在水作用下所产生的膨胀力。试 验曲线如图2 - 1 8 - 2 2 0 所示： 1 4 0 1 2 0 i 0 0 罾8 0 收 誊6 0 4 0 2 0 0l j l 一l j l j 1 0 01 2 01 4 01 6 01 8 02 0 0 2 2 02 40 含水量“) o 0 o 0 o o 踟 加 ：! ，：，! ：! 堡至垒塑墼堡至薹些：， ，：! ， 图2 1 8k 1 5 1 8 + 4 9 0 处土样在干密度相同时含水量与膨胀力关系 f i g u r e2 - 1 8w h e ns o i ls a m p l ei ss a m ew i t hd r yd e n s i 吼t h er e l a t i o no f c o n t a i n i n g 1 6 0 1 4 0 1 2 0 t h e w a t e r d e a la n d t h e i n f l a i o nd i n t i n k l 5 1 8 + 4 9 0 引 2 0 0 1 0 2 3 2 1 00 1 2 01 4 01 6 o1 802 00 2 2 02 4 0 含水量稿) 图2 1 9k 1 5 2 1 + 7 0 0 处土样在干密度相同时含水量与膨胀力关系 f i g u r e2 - 1 9w h e ns o i ls a m p l ei ss a m ew i t hd r yd e n s i t y , t h er e l a t i o no f c o n t a i n i n g t h ew a t e rd e a la n dt h ei n f l a t i o nd i n ti nk 1 5 2 1 + 7 0 0 2 5 0 2 0 0 罾1 5 0 r 誊 5 0 o 1 6 01 6 51 7 0l7 5 1 8 0t8 5 干密度( g c m 3 ) 幽2 2 0 k 1 5 2 1 7 0 0 处土样在含水量相同时干密度与膨胀力关系 北京工业太掌工学硕士学位论文 f i g u r e 2 - 2 0w h e ns o i ls a m p l ei ss a m ew i t hc o n t a i n i n gt h ew a t e rd e a l ，t h er e l a t i