公路路基快速施工技术阶段性研究报告

1、 . . 35/40公路路基快速施工技术阶段性研究报告 日期：高寒多风沙地区公路路基快速施工技术阶段性研究报告计划研究周期：2016.03-2017.11项目主持单位：三公司项目承担单位：三公司报告提交时间：2016年12月目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc25548 第一篇 工作报告PAGEREF _Toc25548 1 HYPERLINK l _Toc14502 1 项目背景 PAGEREF _Toc14502 1 HYPERLINK l _Toc20134 2 组织实施方法 PAGEREF _Toc20134 2 HYPERLINK l _Toc251

2、97 3 主要研究阶段 PAGEREF _Toc25197 3 HYPERLINK l _Toc11126 4 主要研究成果和创新点 PAGEREF _Toc11126 4 HYPERLINK l _Toc29229 4.1 主要科研成果 PAGEREF _Toc29229 4 HYPERLINK l _Toc27583 4.2 主要创新点 PAGEREF _Toc27583 4 HYPERLINK l _Toc15444 5 成果应用情况 PAGEREF _Toc15444 4 HYPERLINK l _Toc24419 5.1 经济效益 PAGEREF _Toc24419 4 HYPERL

3、INK l _Toc4542 5.2 社会效益 PAGEREF _Toc4542 5 HYPERLINK l _Toc23113 5.3 环境效益 PAGEREF _Toc23113 5 HYPERLINK l _Toc2883 5.4 推广应用前景 PAGEREF _Toc2883 5 HYPERLINK l _Toc7214 6 存在的问题与改进措施 PAGEREF _Toc7214 6 HYPERLINK l _Toc29395 6.1 存在的问题 PAGEREF _Toc29395 6 HYPERLINK l _Toc13281 6.2 改进措施 PAGEREF _Toc13281 6

4、 HYPERLINK l _Toc15924 6.3 下一步计划 PAGEREF _Toc15924 6 HYPERLINK l _Toc8571 第二篇 研究报告 PAGEREF _Toc8571 8HYPERLINK l _Toc28887 1 工程概况 PAGEREF _Toc28887 8 HYPERLINK l _Toc22362 1.1 主要工程数量 PAGEREF _Toc22362 8 HYPERLINK l _Toc9590 1.2 技术标准 PAGEREF _Toc9590 8 HYPERLINK l _Toc30692 1.3 地质资料 PAGEREF _Toc30692

5、 9 HYPERLINK l _Toc17732 1.4 设计概述 PAGEREF _Toc17732 11 HYPERLINK l _Toc24151 1.5 主要施工方法 PAGEREF _Toc24151 11 HYPERLINK l _Toc25080 1.6 工程技术难点 PAGEREF _Toc25080 11 HYPERLINK l _Toc13111 2 项目研究的主要容 PAGEREF _Toc13111 12 HYPERLINK l _Toc4361 3 国外现状 PAGEREF _Toc4361 12 HYPERLINK l _Toc4377 4 主要研究成果 PAGER

6、EF _Toc4377 13 HYPERLINK l _Toc22980 4.1 土样的物理力学特性分析 PAGEREF _Toc22980 13 HYPERLINK l _Toc9438 4.2 土的干压实试验 PAGEREF _Toc9438 21 HYPERLINK l _Toc5422 4.3 现场快速施工碾压控制 PAGEREF _Toc5422 28 HYPERLINK l _Toc19605 5 技术创新性 PAGEREF _Toc19605 35 HYPERLINK l _Toc21962 参考文献 PAGEREF _Toc21962 36第一篇 工作报告1 项目背景本项目为规

7、划G303线的一段，规划的G303线起点为省集安，终点为自治区锡林郭勒盟阿巴嘎旗，是自治区中东部地区连接东北经济区的一条重要通道。本项目为国道303线（原省道101线）别力古台到锡林浩特段公路工程BXSJ-1标，全长103.5公里，我分部施工管段共51.6公里（K504+400-K556+000段）。本项目是国家公路网规划（2013年2030年）中60条东西横线中G303线的一段。是自治区普通国省干线布局方案8337中的组成部分，同时也是锡林郭勒盟“8761”干线公路路网布局规划中“横3”的主要组成部分，因此，本项目的实施建设对于完善区域路网结构，对沿线地区的经济发展将起到良好的促进作用。项目

8、地理位置图近年来，随着国民经济水平和生活水平的提高，公路建设要求也在逐渐提高。路基建设作为重中之重，为了最大限度地降低施工对既有路交通造成的干扰，就势必要采取快速施工技术。本标段工程点多线长，结构各异，自然条件复杂，工程线路长，工作量大，工作容复杂多样，且项目所处地区自然条件复杂，冬期时间长、工期紧、有效施工工期短，交叉工程包含的专业施工项目较多，施工安全风险高；施工环境差，条件艰苦，干旱少雨，风大沙多，冬寒夏热，气候条件恶劣，大风与沙尘暴、干旱、霜冻、寒潮等气象灾害频发。对施工效率与施工组织有较大影响。这就体现了“高寒多风沙恶劣环境公路路基快速施工技术研究”的必要性。原设计方案采用路基湿压实

9、技术，是在最佳含水量下进行压实，而对于地区，风大沙多，昼夜温差大，气候干燥少雨。这些独特的气候条件引起的水资源的匮乏问题直接导致路基湿压实工作进展缓慢，且耗水量增大，造成了巨大的经济浪费。为避免经济损失，加快施工进度，且保证路基压实度合格，采用填筑碎石土干压实技术对本项目路基进行施工。干压实是指在含水量较低的情况下对路基填料进行压实，此施工方法可加快路基施工速度，缩短工期，并达到较好的压实效果，取得良好的经济效益。2 组织实施方法本课题的研究立足施工，服务施工，以自主研发为主，合作研究为辅，以现代项目组织管理技术对项目的组织实施进行控制，加快项目研究周期。结合工程实际，采用试验研究、参数实验、

10、仿真分析、施工监测、理论指导等研究方法，解决工程实际问题，总结施工经验，创新理论和技术。研究的技术路线见图2-1。科研项目申请研究大纲的编制科研单位、专家技术咨询关键技术研究细则的编制开展关键技术的研究与现场服务工作科学实验与理论研究高寒多风沙地区公路路基快速施工技术研究施工技术、设备、材料研 究 促进路基快速施工技术水平、为施工监控提供保障优化施工工艺、提高施工质量水平、应用和研发新设备与材料以项目为依托开展指导、优化施工与控制技术指导项目开展修订细则前期调研、技术储备图2-1 研究技术路线图3 主要研究阶段1、2016年3月2016年4月数据收集，方案编制。2、2016年5月2016年6月

11、完成土样的物理力学特性。3、2016年7月2016年8月完成室干压实试验研究。4、2016年9月2016年11月完成现场快速施工控制研究。5、2016年12月2017年1月形成阶段性研究报告一份。6、2017年2月2017年11月完成剩余研发任务，进行理论分析成果总结，总结完善高寒多风沙地区公路路基快速施工技术和工法。4 主要研究成果和创新点本研究成果以国道303线别力古台至西林浩特段公路（K504+400-K556+000段）为着入点，重点针对高寒多风沙地区公路路基快速施工技术方面开展研究。课题研究中开展了室干压实试验，通过室与现场转化，得出高寒多风沙地区公路路基快速施工技术下现场快速施工的

12、碾压控制指标。课题研究成果验证了该技术在高寒多风沙地区的实用性，为同类工程施工提供了实践经验和理论基础。4.1 主要科研成果（1）形成高寒多风沙地区公路路基快速施工技术研究报告1份。（2）形成相关施工技术参考文件1份。4.2 主要创新点建立室干压实试验与现场施工机具的转换关系，得到碎石土填筑干压实的碾压遍数n与压实度K的关系式，并对影响碾压遍数值的3个影响因素（压实度、松铺厚度与压路机吨位）进行分析，从而加快施工效率，缩短施工周期。5 成果应用情况5.1 经济效益国道303线别力古台至西林浩特段公路工程战线长、施工工期紧、风大沙多、昼夜温差大、质量控制难，原设计方案路基填筑压实过程水资源消耗量

13、过大，施工效率低，是施工成本的控制重点。本工程实施过程中，从进场建点就认真调查现场环境，研究施工图纸，优化了路基填筑压实施工方案，并应用科技研发技术，取得了较好的经济效益。 5.2 社会效益国道303线（原省道101线）别力古台到锡林浩特段公路工程BXSJ-1标全长103.5公里，我分部施工管段共51.6公里（K504+400-K556+000段）。路基施工过程中对土样的物理力学特性、现场快速施工控制等方面开展研究，加快了路基填筑速度。本工程的成功实施，深入研究了高寒多风沙地区公路路基快速施工技术的可行性，填补了高寒多风沙气候恶劣地区路基填筑施工技术方面的一项空白，保证了路基压实度，取得了建设

14、、监理单位一致好评，为今后相似地区的路基修建与施工积累了经验，提供了借鉴和参考。5.3 环境效益国道303线（原省道101线）别力古台到锡林浩特段公路工程路基填筑优化了施工方案，采用填筑碎石土干压实方法施工，节约了水资源；并与时对施工便道进行洒水，降低了颗粒污染物、噪声污染，施工环境达到了国家环保要求。5.4 推广应用前景近年来，随着城市与乡村建设的发展，公路建设要求也在逐渐提高。路基建设作为重中之重，其压实效果直接决定公路的施工质量。但本项目地区高寒多风沙，昼夜温差大，气候恶劣。这些独特的气候条件引起的水资源匮乏问题直接导致路基压实工作进展缓慢且花销巨大。针对上述问题，本课题试利用高寒多风沙

15、地区公路路基快速施工技术对该地区进行施工，开展了一系列相关的试验和理论研究，采用碎石土代替一般路基填料，无需洒水直接进行干压实，解决了水资源匮乏的问题，减少了本，对类似的工程建设具有重要的指导和借鉴意义，推广应用的前景广阔。6 存在的问题与改进措施6.1 存在的问题在我国很多气候干旱地区，基快速施工技术的实现会大大减少路基压实的用水量，提高路基压实质量，从而带来较大经济效益。但本课题的研究对象是依托工程沿线的碎石土样，由于采样少，土质特殊，得到的试验结论只能针对本项目路基施工，对于高寒多风沙地区公路路基快速施工技术的推广问题还需要很多地区的数据支持。6.2 改进措施建议联系其他类似气候施工项目

16、，进行高寒多风沙地区公路路基快速施工技术的联合试验，结合多地区数据进行分析，从而使得此技术得以推广。6.3 下一步计划本文只针对常用的单钢轮振动压路机提出了碾压遍数计算公式，对于其他型号的压路机，公式是否适用仍需要进一步研究。本文提出了压实度与碾压次数的关系式，分析了压实度、松铺厚度、压路机吨位与碾压次数之间的关系。然而针对碾压次数和优化分析需要结合具体的现场施工进行选择，对于现场振动碾压方案的制定和优化仍需要进一步研究。第二篇 研究报告1 工程概况本项目为国道303线（原省道101线）别力古台至锡林浩特段公路工程BXSG-1标段。中铁三局三公司承担本项目第一施工管理分部管段施工任务，管段起讫

17、里程YK504+400K556+000，全长51.6Km，项目行政区全部位于锡盟阿巴嘎旗境，旗政府所在地别力古台镇位于管段中部。项目业主为国道303线别力古台至锡林浩特段公路建设项目管理办公室，设计单位为路桥技术，监理总监办为锡林郭勒盟协力交通监理，驻地办监理为市环宇公路监理咨询XX公司。1.1 主要工程数量我分部路基土石方主要工程数量包括土石方367.2万m，其中挖方72.5万m（挖土方49.8万m，挖石方16.3万m，挖除非适用材料5.7万m，其他挖方0.6万m），填方294.7万m（换填土32.9万立方，利用土方10.4万m，利用石方13.5万m，借土填方152.8万m，借石填方74.4

18、万m，其他填方10.6万m）。1.2 技术标准本标段采用双向四车道一级公路标准建设，设计车速100公里/小时。整体式路基宽度26米，分离式路基宽度13米；整体式路基段利用旧路加宽至26米，形成整体式全幅路基，分离式断面利用旧路作为一幅，旧路路基宽度不变（12米），新建一幅路基宽度为13米。桥涵设计汽车荷载：新建采用公路-I级， 利用旧路维持汽-超20，挂-120。主要技术指标详见下表：主要技术指标表序号项目单位技术指标1公路等级一级公路2设计速度公里/小时1003车道数44路基宽度米分离式：213整体式路基：265停车视距米1606平曲线最小半径（一般/极限）米700/4007不设超高圆曲线最

19、小半径米40008最大纵坡%49最小坡长米25010竖曲线最小半径凸型（一般/极限）米1000/6500凹型（一般/极限）米4500/300011桥涵设计荷载公路-I级12设计洪水频率特大桥/大中桥1/300/1/100其他桥涵、路基1/1001.3 地质资料1.3.1区域构造本区位于华北地台北缘，蒙中部地槽褶皱系爱力格庙锡林浩特中间地块。区域构造以NEE向为主。由于第三纪末期地壳活动的加强，南部阴山区剧烈上升，在高原地区沉积了粗颗粒的砂砾沉积物。垂直老构造线的NNW-SSE向的构造带也已形成，该构造带东侧地壳相对下降，而西侧相对上升，同时沿该软弱带有玄武岩的喷发。该次喷发一直延续到第四纪的更

20、新世时期，形成本区大面积玄武岩覆盖层。勘察区构造具有复杂而多样的构造形态，断裂活动具有多期性和继承性，并对地层沉积起了一定的控制作用。但在地质短期趋于稳定，勘察区发育的构造体系基本已定型，目前处于稳定状态，本项目受地质构造影响较小。本项目公路自然区划为蒙草原中干区区。沿线总体地势地势由西南向东北倾斜，地形呈波状起伏，地貌类型分为高原台地、熔岩台地与台间洼地。1.3.2 水文地质本区地处高原东部水文地质区与大兴安岭西缘山地水文地质区的过渡部位。区为高原低山丘陵区，属半干旱-半湿润气候区，总体上，本区属地下水相对贫乏的地区。全区水文地质条件严格受自然条件和地质构造的控制。根据地下水的形成，全区主要

21、可分为：中低山丘陵基岩风化裂隙水、高原台地孔隙潜水，熔岩高台地玄武岩裂隙水。勘察区主要为高原台地裂隙水、孔隙潜水与熔岩高台地玄武岩裂隙水。总体来讲，沿线地表水来源主要是大气降水，路线小型宽缓河谷比较发育，但多干枯，除季节性洪水外，几乎无较表水体。局部地势低洼的洼地地段，有浅水滞留，对工程有一定影响，表现为道路春融期易翻浆。1.3.3 地震动参数区划分根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），项目区的场地地震动峰值加速度0.05g，特征周期T=0.35s，相应的场地地震基本烈度度。历史记录地震活动较弱。本区地震活动较弱，场地土多为中硬土，场地类别 = 2 * ROMAN * MERG

22、EFORMAT II类，属于建筑抗震有利地段。1.3.4 最大冻土深度与最大积雪深度本项目区属北温带干旱半干旱大陆性气候，气候的主要特点是春季干燥少雨、多风沙，夏季短暂而降雨集中，秋季霜早易冻，冬季漫长而寒冷。路线所经地区最大冻土深度2.61米，冬季最大积雪深度21厘米。1.4 设计概述本改建工程充分利用原道路横断面，尽可能利用现有的路面结构层，保留和利用现有的边坡与边坡防护，尽量采用单侧加宽的方案。利用旧路过渡段尽量维持现有的横断面不变。分离式路基：路基宽度13m，断面组成：土路肩0.75m+硬路肩3.0m+行车道3.75m2+硬路肩1.0m+土路肩0.75m。新建整体式路基：路基宽度26m

23、，断面组成：土路肩0.75m+硬路肩3.0m+行车道3.75m+路缘带0.75m+中央分隔带2.0m+路缘带0.75m+行车道3.75m +硬路肩3.0m+土路肩0.75m。新建路基路拱横坡为1.5%，土路肩横坡1.5%。1.5 主要施工方法路基填筑应采用水平分层填筑法施工，即按照横断面全宽分成水平层次逐层向上填筑。如原地面不平，应由最低处分层填起，每填一层，经过压实检验符合规定要求之后，再填上一层。路基填筑，必须根据设计断面，分层填筑、逐层压实，分层的最大松铺厚度不应超过30cm，填筑至路床顶面最后一层的最小压实厚度，不应小于10cm。按照移挖作填的土石方调配方案，以“三阶段（准备阶段、施工

24、阶段、验收阶段）、四区段（填铺区、整平区、碾压区、检测区）、八流程（施工准备、施工放线、基底处理、填土、整平、碾压、检测、边坡整形）”作业法组织施工，全断面水平分层填筑，重型振动压路机分层碾压密实，人工配合修整边坡。1.6 工程技术难点蒙当地要求基底压实系数0.92，高于公路路基检测评定标准压实系数0.90，施工工艺过程中投入的机械设备比常规下的机械设备要多。气候干燥少雨，风大沙多，路线长、工期紧。2 项目研究的主要容1、高寒多风沙地区公路路基快速施工技术施工原理、施工工艺和注意事项；2、土样的物理力学特性研究；3、土样的室干压实试验研究；4、现场快速施工控制研究。3 国外现状随着科学技术的日

25、新月异，特别是计算机技术的迅猛发展，给交通行业带来了新的发展机会，科技在交通行业的应用，促进了交通行业的稳步、快速发展。比如GPS全球定位系统在交通行业的应用，大大的减少了工程勘测的难度，也极提高了工程进度。计算机技术的发展，给交通行业提供了许多软件，例如CAD、各种概预算软件等，提高了工作的效率，节约了大量的时间成本和经济成本。快速施工已经在水利水电工程得到较好的应用，特别是在土石坝填筑施工中。如小浪底大坝，坝体总填筑量约5185万m，如不采取快速有效的填筑施工措施。维持在每月2030万m的水平，则建设工期将长达172260个月，这是任何业主都无法承受的。而实际上，小浪底大坝实际平均填筑速度

26、约150万m/月，最高速度达到200万m/月以上，有效缩短了建设工期，确保了施工的顺利进行。快速施工技术在美国、欧洲已经开始得到了较为系统的研究，美国印第安那州进行印第安那州旧路改建中采用一个设计单位、一个施工单位，或设计施工总承包模式，并在施工过动态信息管理、发布系统，让过往车辆与时了解路况，选择形式路线，以保持公路通行畅通，最终将58年的工期成功缩短为了3年。在不中断交通和确保施工安全的情况下，公路改扩建在我国还是一个全新的课题。施工区的交通组织方面，主要有交通部颁发的公路养护技术规（JTG H10-2009）以与各省与所属地方部门制定的施工路段管理办法。此外，公路交通标志和标线设置规（J

27、TG D82-2009）也对施工区安全标志的设置作了相应的规定，并给出了部门施工情形下的施工交通组织方案。但是该部分容基本上沿袭了原有的标志系统，交通组织方案也主要参考国外的标准制定的。此外，美国的MUTCD（Maual on Uniform Traffic Control Devices for streets and highway，2003Ed）和HCM（Highway Capacity Manual）则分别对公路施工区的交通组织和通行能力进行了集成研究。综上所述，高寒多风沙地区公路路基快速施工技术在我国还是一个刚刚开始的新方法，既有路改扩建施工建设在施工管理与施工控制、交通组织这些方面

28、尚未进行过系统的研究，当然也没有成熟的经验可循。因此，对高寒多风沙地区公路路基快速施工技术进行研究，具有非常重要的现实意义和前瞻性。4 主要研究成果4.1 土样的物理力学特性分析4.1.1土样颗粒组成根据公路工程试验规程（JTG E40-2007）中的筛分法对K517+300土场的3组土样进行对比试验研究，颗粒组成筛分结果如表4.1.1所示。表4.1.1.1颗粒组成筛分结果筛孔孔径不同粒径（mm）通过率（%）mm土样1土样2土样36010010095.844010010092.752072.0390.8366.221043.6161.7138.83532.1443.7728.03215.124

29、.912.6112.6320.6510.060.59.2711.587.660.256.543.195.490.0754.640.183筛分过程见下图：图4.1.1.1土样筛分试验我国公路用土依据土的颗粒组成特性，土的塑性指标和土中有机质存在情况，分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类，其中巨粒土和粗粒土是按照颗粒组成划分的。而碎石土是指粒径大于2mm的颗粒质量超过全重的 50% 的土，根据颗粒形状以与大小，由大到小，包括：漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾。根据上表中3组土样的颗粒组成筛分结果可知，土样1的砾粒组质量占全重的84.9%，土样2的砾粒组质量占全重的75.1%，土样3的砾粒组质量

30、占全重的87.4%，占全重比例均超过50%，故以上3种土样均为碎石土。对表4.1.1.1的筛分结果进行粒径级配累计曲线绘制，见图4.1.1.2。根据粒径组成筛分结果与粒径级配累计曲线可见，土样1、2、3的三组颗粒组成的曲线变化趋势一致，均未缺失某个中间粒组。土样1、3的土粒粒径在0.075mm0.5mm围的每组粒径通过率接近，最大差值只有1.64%；土样1、2的土粒粒径在40mm60mm围的每组粒径通过一致，均为100%，说明土样1、2土粒粒径均在40mm之。而土样3与土样1、2的最大差别在于土样3中粒径大于40mm的土粒占7.25%。土的粒径级配累计曲线是土工上最常用的曲线，从曲线可以直接了

31、解土的粗细、粒径分部的均匀程度和级配的优势。其中不均匀系数反映土的颗粒均匀程度，曲线系数是反映土的粒径级配累计曲线的斜率是否连续的指标系数。根据这两个参数值可以对土样级配的优劣性能进行评价，故对土样的不均匀系数和曲率系数进行计算，公式如下。其计算结果如下表4.1.1.2所示：Cu=d60/d10 （4-1）Cc=d302/(d10*d60)（4-2）以上两式中：Cu不均匀系数，Cc曲率系数，d10过筛重量占10%的粒径，d30过筛重量占30%的粒径，d60过筛重量占60%的粒径。表4.1.1.2土的不均匀系数与曲率系数土样编号不均匀系数Cu曲率系数Cc129.22.3221.21.73320.

32、62.26由土样的颗粒组成得出3种土样均为碎石土，根据公路土工试验规程（JTG E40-2007）可知：不均匀系数Cu反映粒径曲线坡度的陡缓，表明土粒大小的不均匀程度，是反映土粒组成不均匀程度的参数。工程上常把Cu5的土称为匀粒土；反之Cu5的土则称为非匀粒土。曲率系数Cc反映粒径分布曲线的整体形状与细粒含量。Cc3的土也是不连续，细粒含量小于30；故Cc13时土粒大小级配的连续性较好。所以，在工程中，对粗粒土级配是否良好的判定规定如下：良好级配的材料：一般来说，多数累积曲线呈凹面朝上的形式，坡度较缓，粒径级配连续，粒径曲线分布围表现为平滑。同时满足Cu5与Cc13的条件。不良级配的材料：这类

33、材料颗粒较均匀，曲线陡，分布围狭窄。不能同时满足Cu 5与Cc13的条件。对3种土样进行分析，根据筛分结果以与不均匀系数、曲率系数的计算结果对其进行分类：土样1、2、3的不均匀系数Cu均大于5，曲率系数Cc均在13围，均属于级配良好碎石土。4.1.2 含水率现场采集的土样使用塑料袋包装，用细绳进行绑扎封装，并确保与外部环境隔离。回到试验室以后迅速进行含水率测定，此含水率称为天然含水率w。而将风干状态下土中所含水分的质量与固体土颗粒质量的比值称为风干含水率w。参考大量文献可知，采用天然含水率可达到较好的压实效果，故本课题中的室试验均采用天然含水率w这个指标来进行研究。根据公路土工试验规程（JTG

34、 E40-2007）中的烘干法测量3种土样的天然含水率，和最佳含水率对比如下表4.1.2.1：表4.1.2.1 土样的含水率土样编号天然含水率w/（%）最佳含水率/（%）14.75.224.46.233.85.1试验过程见下图：图4.1.2.1天然含水率试验（1）图4.1.2.2天然含水率试验（2）根据含水率的测定结果得出，土样1、2、3的天然含水率值和最佳含水率值接近。其中土样1的天然含水率和最佳含水率最为接近，相差值为0.5%。4.1.3 天然稠度根据公路土工试验规程（JTG E40-2007）规定的液限和塑限联合测定法，取过0.5mm筛的碎石土样分别配置不同的含水率下的试验，使用SYS数

35、显液塑限测定仪来测定土样的液限wL、塑限wp、并计算天然稠度wc，试验仪器见下图：图4.1.3.1 SYS数显液塑限测定仪稠度wc定义为土的含水率w与土的液限wL之差与土的塑限wp和和液限wL之差的比值，即：wc=（wL-w）/（wL-wp），较准确的反映了土的各种形态与湿度的关系，稠度指标综合土的塑性特征，包含液限与塑限，全面直观地反映土的软硬程度。稠度指标是路基干湿类型的划分标准。对3种土样进行液塑限联合测定试验，分别得到土样1、2、3的圆锥入土深度h与相对应的含水率w，绘制h-w图，求得液限wL和塑限wp。锥入深度和含水率关系见图4.1.3.2。采用100g锥做试验，可在上图中纵坐标入土

36、深度h=2m、20m所对应的横坐标的含水率w，即为该土样的塑限wp和液限wL。并根据上述公式对3种土样的天然稠度wc进行计算，结果如下表。表4.1.3.1 土样的天然稠度土样编号天然含水率w/（%）液限wL/（%）塑限wp/（%）天然稠度wc/（%）14.724204.8 24.425193.4 33.824194.0 根据公路自然区划标准（JTJ 003-86）中的全国公路自然区划图可知，阿巴嘎旗属于蒙草原中干区1区，查阅各自然区划土基干湿分解稠度表，其中1区土质干燥状态路基的下限稠度wc0=2，对比3组土样的天然稠度值可知，该取土场（K517+300）处于干燥状态。4.2 土的干压实试验4

37、.2.1 室标准击实试验击实试验类别选取公路土工试验规程（JTG E40-2007）中的击实试验方法种类有四种，详细参数见表4.2.1.1。表4.2.1.1 击实试验方法种类试验方法类别锤底直径锤质量落高试筒尺寸试样尺寸层数每层击实击实功最大粒径径高高度体积cmkgcmcmcmcmcm次KJ/mmm轻型I-152.5301012.7 12.7 997327598.220I-252.53015.217122177359598.240重型II-154.5451012.7 12.7 997527268720II-254.54515.2171221773982677.240当土中最大颗粒粒径大于或等于

38、40mm，且大于或等于40mm颗粒粒径的质量含量大于5%时，则应使用大尺寸试筒进行击实试验，或按5.4条进行最大密度校正。大尺寸试筒要求其最小尺寸大于土样中最大颗粒粒径的5倍以上，并且击实试验的分层厚度应大于土样中最大颗粒粒径的3倍以上。单位体积击实功能控制在2677.22687.0kJ/m3围。对于高速公路和一级公路而言，路基压实的标准高，而蒙当地要求基底压实系数0.92，高于公路路基检测评定标准压实系数0.90，故路基的室击实试验均采用重型击实试验，即采用4.5kg的击锤（落高45cm）。根据土样的筛分试验可知土样1、2的最大粒径为40mm，而土样3的最大粒径为60mm，故土样1、2采用重

39、型II-2类别进行击实试验，土样3按规要求使用大尺寸试筒进行击实试验。土样标准击实曲线采用上述的试验类别分别对土样1、2、3进行标准重型击实试验，得到对应的含水率w与干密度d的值，结果见表4.2.1.2，并建立3种土样的标准击实曲线如图4.2.1.1所示。表4.2.1.2 土样的标准击实试验结果土样1含水率w/（%）2.23.55.47.19.3干密度d/（g/cm）2.072.22.272.192.08土样2含水率w/（%）2.64.86.18.210.8干密度d/（g/cm）2.082.172.232.162.07土样3含水率w/（%）1.83.25.27.29.4干密度d/（g/cm）2

40、.122.162.262.152.09试验过程见下图：图4.2.1.2 土样的标准击实试验对试验结果进行分析可以看出，土样1、2、3的击实曲线均为有明显峰值的凸型完整曲线，说明这3种土样有类似的特性，具有干压实和湿压实双重特点。针对本项目地区干旱少雨的气候特征，干压实技术从根本上解决了水资源匮乏给路基压实带来的困难，而这3种土样的击实特性也为干压实技术的实现提供了理论依据。4.2.2 室干压实试验与结果分析室干压实试验方案为了提高土样的击实效果，获得更大的压实度，本课题引入击实功参数来制定试验方案。击实功是影响击实效果的重要因素之一，而最大干密度随击实功的增大而增大，故试验采取改变击实功的大小

41、来得出最大干密度。击实功与击实筒的尺寸、锤重、落高、分层制样的层数和每层锤击数等技术参数有关，单位体积击实功的表达式如下：Ec=10We*H*Nb*Ne/V （4-2-2-1）式中：Ec单位体积击实功（KJ/m） We击锤重量（N），We=锤重（kg）*重力加速度（N/kg） H击锤落高（cm） Nb每层土的击数 Ne土层数 V击实筒体积（cm）单位击实功表达式中的技术参数会影响击实功的大小，本课题室干压实试验采用改变Nb（每层土的击数）的方式来改变击实功的大小。试验方案：试验采用天然碎石土样进行干压实试验，采用重型II-2类别进行击实试验，击实层数为3层，大筒，每层土的击数Nb以10次为递增

42、次数从20次依次增加，其他技术参数保持不变。室干压实试验结果与分析试验结果土样1土样2土样3图4.2.2.1土样每层土的击数密度关系图试验采用3组平行式样来进行击实，得到土样每层土的击数Nb与密度的关系。逐渐增加每层土的击数Nb，直至土样密度恒定不变或者出现极大值时试验终止。根据结果可知，图4.2.2.1中土样1每层土的击数达到110次后，增加每层土的击数对土样密度的增加不起作用，试验终止；土样2在2090次随着每层土击数的增大，土的密度也随之增大，当每层土的击数超过90次以后，土样的密度不再有变化，且趋于稳定值，试验终止；土样3中，当每层土的击数为25次时，土样的密度出现极大值，之后曲线下降

43、，故在35次时试验终止。土样1、2的密度随着击实功的增大而增大，并达到一恒定值，其中土样1的密度增长幅度小，土样2的增长幅度大；土样3的密度增长幅度小，先随着击实功的增大而增大，出现极大值后，曲线又有所下降。击实功-密度关系曲线建立3种土样采取的重型击实方法不同，故不能同时建立3个土样密度与每层土的击数Nb的关系。因此，结合公式（4-2-2-1）将每层土的击数Nb装化为单位体积击实功Ec，从而建立击实功Ec与密度的关系式，并比较3中土样达到最大干密度max所需用的能量大小。根据公式（4-2-2-1）计算出3中土样的击实功值Ec，并将对应的平均密度值（3组平行式样的平均值）列在下表中。表4.2.

44、2.1 土样1、2击实试验每层土的击数2030405060708090100110120130击实功（KJ/m）5478201094136716411914218824612735300832823555土样1密度（kg/m）195020202060209021202140214021502160218021702180土样2密度（kg/m）1820190019602050208021102130215021402140/表4.2.2.2 土样3击实试验每层土的击数5101520253035击实功（KJ/m）49899514931991248829863483土样3密度 （kg/m）19402

45、00020302040207020402030利用表4.2.2.1、表4.2.2.2所列出的4中土样的各参数值，绘制出击实功密度关系曲线，并对3种土样的值进行拟合，所得结果见下图。图4.2.2.2 土样击实功密度关系曲线对土样1、2、3进行趋势线拟合，当拟合为二阶多项式（二次线性）时，相关系数均达到0.95以上，拟合度高。拟合公式如下式：土样1：1= -3*10-5Ec2+0.1994Ec+1870.2（R2=0.9746） （4-2-2-2）土样2：2= -8*10-5Ec2+0.4108Ec+1618.1（R2=0.9946） （4-2-2-3）土样3：3= -3*10-5Ec2+0.14

46、47Ec+1878.6（R2=0.9588） （4-2-2-4）其中3种土样达到最大干密度max时所对应的击实功Ec分别为3008.2KJ/m、2461.3KJ/m、2488.1KJ/m。可知土样1所用击实功率最大，土样2、3所需的击实功取值接近，均比土样1减少17%左右。试验结果分析针对3组土样的试验结果，可得以下结论：对于土样1、2而言，在一定的围土的密度随着每层土的击数（击实功）的增大而增大。超过围后，土样的密度趋于一恒定值，不再随着击实次数的增大而变化。土样3较特殊，密度先随着每层土击数的增大二增大，达到最大值后有一定幅度的下降，呈现“橡皮现象”。4.3 现场快速施工碾压控制4.3.1

47、 室试验与现场快速施工参数关系建立施工机具振动击实能量与室干压实试验击实功转换单钢轮振动压路机振动压实能量可根已下公式计算： （4-3-1-1）式中：E振动压实能量（KJ/m）碾压时的重叠宽度系数，取1.25 Fo激振力（KN） Wz震动轮部分的重量（KN） Ao理论振幅（m） f振动频率（Hz）v行驶速度（m/s），取v=0.56m/s B振动轮宽度（m） h每层松铺厚度（m） n碾压遍数 Kp振动作用力的作用系数，Kp=1.7-Fo/10Wz计算时忽略能量损失，假定室试验击实功Ec=震动压路机振动压实能量E。压实度压实度K是指工地上实际达到的干密度（现场）与室标准击实试验所得最大干密度ma

48、x的比值，计算公式如下：K=（现场）/max （4-3-1-2）在实际施工中，由于不同层位土的压实度标准不同，可根据室最大干密度max与相应的压实度K对实际干密度（现场）进行计算。碾压遍数公式的建立由公式（4-3-1-1）可知，现场施工机具在工作时主要的可变参数为碾压遍数n与每层松铺厚度h，根据公路路基施工技术规（JTG F10-2006）中对松铺厚度的规定，本课题选取松铺厚度围为0.30.5m，以0.02m为递增区间，并对公式（4-3-1-1）进行转换，建立对应的碾压遍数n的关系式，见下式： （4-3-1-3）依据假定条件E=Ec，并结合公式（4-2-2-2）、（4-2-2-3）、（4-2-

49、2-4）中3种土样击实功Ec与密度i的关系式，可将公式（4-3-1-3）中E转化成3种土样的室密度i的表达式。同时根据忽略能量损失的假定，同种土样下工地上实际达到的干密度（现场）等于一样能量作用下的室密度，即（现场）=Kmax。且保持其余参数不变，将上式中的E转化为压实度K的函数关系式，把公式（4-3-1-3）转化为如下几个公式： （4-3-1-4） （4-3-1-5） （4-3-1-6）注：由于公式（4-2-2-2）、（4-2-2-3）、（4-2-2-4）是通过二次线性拟合得到的，故在取值中有些试验测试点无法计算或算得的结果与实际偏差较大，故对压实度K的取值围进行定义。计算得出的碾压遍数n值

50、需进位取整。4.3.2 现场快速施工碾压遍数确定施工机具型号与参数表4.3.2.1 单钢轮振动压路机型号与参数生产型号XS142JXS162JXS183JXS203JXS223JXS263J吨位（t）141618202226振动频率f/(Hz)282828283328332732理论振幅Ao/(mm)1.91.91.91.90.951.860.931.90.95激振力Fo/(KN)274290320353245374290405290振动轮分配质量/(kg)670077009000100001100013000振动轮重Wz/(KN)677790100110130振动轮宽度B/(m)2.132.

51、132.132.132.132.17注：以上压路机的参数均满足GB/T8511-2005振动压路机规中自行式压路机的相关规定。上表给出了一组单钢轮振动压路机的型号与具体参数值，依据3种土样碾压遍数的公式（4-3-1-4）、（4-3-1-5）、（4-3-1-6），可计算出不同压实度对应的碾压遍数，得到碾压遍数与压实度、松铺厚度的关系，从而指导施工。对于公式（4-3-1-4）、（4-3-1-5）、（4-3-1-6）中的激振力Fo、振动轮部分的重量Wz、理论振幅Ao、振动频率f以与振动轮宽度B等参数按照表4.3.2.1进行取值。碾压遍数计算碾压遍数与压实度、松铺厚度的关系结合公式（4-3-1-4）、

52、（4-3-1-5）、（4-3-1-6）以XS142J型号的振动压路机参数带入公式，得到3种土样不同压实度下，变换松铺厚度h值得到的碾压遍数n计算结果见表4.3.2.2、4.3.2.3、4.3.2.4，图例见图4.3.2.1。表4.3.2.2 土样1不同压实度下机具的松铺厚度与碾压遍数机具型号：XS142J松铺厚度（m）0.30.320.340.360.380.40.420.440.460.480.5压实度（%）碾压遍数33334444445904444455555691455556666779255666677788936667788899994777889991010119578899101011111212968910101111121213131497101011111213131414151698表4.3.2.3 土样2不同压实度下机具的松铺厚度与碾压遍数机具型号：XS142J松铺厚度（m）0.30.320.340.360.380.40.420.440.460.480.5压实度（%）碾压遍数34444445555854444555556