公路三背回填材料及稳定性

公路三背回填材料及稳定性研究三背回填材料及稳定性问题是影响路基稳定性的重要因素之一。它对道路行车质量产生了较大的影响。所谓三背，是指公路构造物中的桥台台背、挡墙墙背、涵台台背。即指构造物背后。在公路工程中这些部位经常会因为压实工艺、压实控制，施工方法和填料选择等问题，造成路基错台、路面开裂，结构位移等现象，容易引起桥头跳车等不良后果，特别是在西部山区地形起伏大，高填深挖相对较多，三背回填的建设高度较大，因此容易造成三背区域回填材料不佳，胸腔压实不足和土压力计算不当等因素引起路基、路面病害和结构稳定等问题突出，经常成为山区公路修筑中的通病。早在70年代国内外公路工作者就开始关注三背区域的稳定性问题。有些国家就三背回填的填料质量、填充方式、设计方法和排水问题都进行了比较详细的系统研究，并就三背回填材料的质量与压实作了比较明确的要求，提出了较为完善的指标作为规范性控制。国内80年代随着高等级公路建设的发展，开始针对三背回填稳定性问题作了一些专题讨论。取得了许多宝贵的经验和一些初步的成果，同时也发现了许多尚需注意的问题。我省对高等级公路三背回填作了一些特定的要求，例如采用一定规格的石料或手摆片石码砌回填，并且分层碾压，开始采用一些小型的压实机具用来解决构造物背后区域的压实问题；也开始提出采用稳定固化材料来处理构造物背填筑的稳定性问题。为了系统地了解三背填筑和稳定性问题，XX省交通厅给XX省交通科学研究所下达了《公路工程中三背回填及稳定问题》的课题，XX省交通科研所就此对三背回填进行了一定的工作，对三背填筑问题有了初步的认识，获得了初步成果。XX省交通科学研究所在学习了国外先进方法，总结了国内外的一些成功经验后，认为要完全解决三背回填的稳定性问题，应对三背回填的材料性能、填筑方式、应力变形关系、压实工艺、施工方法进行系统的研究，针对具体问题作具体分析，并制订专门的设计方法、施工方法，压实工艺后才能较好的解决三背回填材料稳定性问题，保证公路的使用质量，提高道路服务水平。通过调查研究后认为影响三背稳定性的主要原因是：·压实死角导致局部压实不够；·填筑材料选择不当，造成沉降差异较大；·水和填料膨胀的作用，造成了结构物部份坍塌现象。·地基软弱，产生沉降最后将三背回填产生的通病，按解决工程实际出发划分为以下几个方面来讨论下列问题：·三背回填和稳定性分析及控制标准；·三背回填的设计原则和工程措施；·三背回填材料的品质及压实工艺一、三背回填的稳定性分析及控制标准（一）三背回填的稳定性分析鸡研究形变和应猜力分布有两种矛互为补充的途荷径可资利用。般一种是对有代缘表性的工程作婆现场量测；一裳种是进行数值维分析。现场量汗测成果是土的宏种类、应挂力野—川应变特性；加木载违章和施工弓方法等客观因唉素的综合反映身。其加深对填踩方形变和应力愈变化过程的认贤识。数值分析绳则是预估填方喊位移和应力分请布、沉降中心屿的部位，应力伯集中和重分布吓现象、张拉应筐力区及可能产撇生裂缝的位置助，应力主轴的许偏转和塑性区转的开展等。曾1甲、三背回填的迎数值分析抗寨讨论时，应考百虑以下两种方份式；一种按构异造物顺路基方拖向考虑，这种蒜情况下构造物蚂背顶面上部活终荷载有一定的汇变化，而且垂颠直于纵断面方基向；另一种按涂构造物垂直路矩基方向，这种匠情况下上部活豪荷载是均布的杆。未a燥、构造物平行哗于路基方向时万（这种情况多认数反映的是挡轻墙墙背的情形嘱）有下面的应博变特征：号构造物背的竖抽直应力较填方惕中部（路基轴勾线）小，有两疮个因素；一是腾活载的横向分只布问题，导致侄路基轴线部位驼的应力相应要跪较路基边缘大透；二是路基轴厌线部位填料的胡压实度也要较扔路基边缘好，祝往往能获得充载分的压实，因准而土压力也就社偏大。位构造物背的竖恼直应变（变形雄）较填方中部擦大，主要原因衫在于构造物背驾填料的压实往炮往不能充分得腥到保证，其变赴形包含了较大其的压实变形。绿b垫、在构造物顺吴路基方向，有顷三种讨论的形辨式，这些形式内主要取决于构陕造物在路基中式埋置的竖直位也置。一般按构迅造物顶面位置本分为下列三种翠形式：在路面惧结构层内、在然路面结构层下专、在路基体内短。艇当构造物顶面尘在路面结构层舰内时的力学特铅征十分复杂，填在构造物顶面锅剪切应力活动输频繁，剪切破模坏反应突出。疗表现多为网状统破坏。构造物则与其背后填料弄变形差异较大趁，主要原因是多材料特性差异垦大，刚（构造肉物实体）柔（锹背后集料填料族）差异较大，做形成一定的变障形，导致在这吹些道路在这些氏部位形成错点勿变形裂缝的特殖征。潜当构造物顶面程在路面结构层姓下时，讨论其煎应力、应变比变较困难，因为监这与路面结构粱的设计、施工沃有很大的关系仪，当路面结构易层设计得较弱沉时其力学特性断与在路面结构端层内近似或一脏致被；央当路面结构层烤具有相当的强令度时，其力学叔特性又与在路今基体内时一致意，构造物顶、狸背和路基部份中的应力、应变势变化不大。舌当构造物完全殊在路基体内时玻，此时的应力虾、应变变化比示较小，变形差随异不是十分明楼显。胡采用恒应三角幅形单元或任意蛾四边形等参元谢来分析填方，另用有限元法逐睛段线性的或非僚线性的增量法芳来模拟填方取缝得结果血如图：班由初始切线模笼量贸E拿i恼和其它有关参脂数形成劲度矩施阵室[K]堆0逆，稳经过一次有限惭元分析，求得厅位移增量和应距力增量，即：狠选{坛δ借}={汽δ忧0屯}+{诸Δδ把}塑1钟罗贸不牵挣{岔σ液}={物σ赛0晶}+{云σ挑}万1抹n愧随着填方的加奖高，新的荷载逗增量又作用在筐地基上。用以居模拟新填土的料单元数目将有巨所增加，因此陈，每次均要重伏新建立总劲度成矩阵和总荷载挪列阵，以便进犬行新的增量计衔算，到毅第封i抢级增量为止，求可以得到踢{回δ勇}毯i杠=推{吉δ患}艺i-1身+不{哨Δ认δ友}许i皱{株ε窗}范i进=雾{披ε刊}砌i-1缸+浙{缓Δ丙ε景}抢i冷珍梁{非σ嫁}搭i叠=么{谱σ多}军i-1饿+周{步Δ姻σ乌}闪I纤2菜、三背回填的锡现场量测岁在模拟的构造荒物背后埋设各歪种量测元件疮，建●灵为孔隙压力传盈感器胃，患▲陪为竖直土压力锣盒自，普■笛为沉降观测柴点剑距，醋┃足为连续式侧向卸位移传感器，耳并采用这些元关件观察监测位豪移和受力过程街。这些装置可痕通过一种模拟猎的构造物背后毅的填料的应力够、应变及位移善量来测得结果汤，并且用来分谁析构造物背后亭的应力、应变之情况。构造物构造物倘挡墙墙背的有彼限元积垂直位移等值弊线图扭垂直应力等值模线卵（二）三背回就填的控制标准县本次研究拟讨例论的设计指标滔和控制标准有宵：疯1话、催变形量控制标随准佛三背区域的变企形差异标准的赴建立是比较困插难的，其不仅冶与填料的品质辉、压实度及荷丧载大小有关，坡还与汽车行驶龄速度，公路等婆级都有一定的日联系。三背区蚂域的变形昂对道路产生的抄作用有：导致纯服务性能降调低杂—虎—虾跳车，导致行攀驶功能减座弱魂—侨—篮路面开裂局部判沉陷，严重时呈导致形成大面旅积沉陷，局部踢倒塌。提本次研究，以丈最高标准控制各，即从服务性杀能指标未确定抛沉降标准，也跳就是说当满足残了控制跳车的辜沉降标准后，死其它的工程通辱病路基沉陷、震路面开裂、局练部倒塌等问题胞就得到解决。vWl钢板vWl钢板饼控制沉降指标黎拟按下述试验摄方法获得采用借在水平的刚性论地面上，铺垫退不同厚度钢板毕，选定三～五船种代表性车型替，根据公路等尸级及要求给定掠不同的行车速虎度，由若干驾钱驶员行车通过流后评价打分，睬评价服务性能毒的同时确定出俱不同的沉降指闷标。变形控制标准2.0＜三级公路1.5＜二级公路1.0＜一级公路0.5＜高速公路控制标准公路等级朽2样、以变形控制巡而确定的其它染控制指标仅兰当三背区域的添变形指标获得献后，其它的指纸标相应就就比夹较容易确定，或我们拟准备在裙确定相关土力躲学原理计算方日法后控制。以绸控制变形的原类则控制下列指耗标填料的密实度沸填料压实后味的停CBR填料的水稳性填料的渗透性游填料的压实厚孕度秋3莫、三背回填的焦控制标准逗（配1荐）设计控制标克准被作a云、变形量控制缘原则欧沉降差异导致狭的变形，在超偶过一定的水平倍产生路基错台记汽车行驶速度誓不同，有不同订的服务水平，乔在超过这个水妄平时，产生跳蛙车。软弱地基离使路基或构造浴物产生沉降。想b荡、填筑材料控跟制原则煌不同品质的填衰料，在同样的口条件下有不同胁的变形特性和雪强度相同品质刻的填料，不同既的粒径、级配贷有不同的强度塑选用了膨胀性吗的、不透水的拼填料将会造成盲部分坍塌。尾（挣2纽）工程质量控社制标准悄a嗓、压实控制原现则鹰袜压实度不同有躲不同的变形和颗强度、压实功缩造就填料的强坊度和变形量。矛b竿、材料配伍原改则拾我含水量控制期崇望压实逆度题项、改性材料掺尖量改变填料的乌强度、变形。物c批、压实厚度控值制原杨则驱争不同的压实厚泥度有不同的压寨实度。多二喊、笋伏三背回填材料音的设计原则杠（一）挡墙墙佣背的设计原则送药凉晶魔车亭视淡1洗、一般填方处冶，与填方主体炊一致，无其它会特别的规定。雁当一般填方的升路基部位有挡禁土墙时，维修陆管理上不易发低生主线横向错貌台。因此，其授背后填土结构女并无特别的规搅定。但是，为申了减轻土压，桐应尽量调配内群摩擦角大的材困料。文辉当遇到象扶壁爽式挡土墙那样拐难以用大型压须实机械施工的善情况时，以桥食台的背后填料知结构为准。昌2肯、位于坡面上砌时当构造物挖昨掘与原地基的船交点到上层路亦床面的垂直距倚离桌在象3视m俱以内时，以下红图为准声当构造物挖掘欲线与原因地基意的交点到上层辜路床面的垂直蜡距离固在饰3焰米以内时，因吴构造物挖掘范界围受到限制，怠施工场地狭窄睬，而且在挖填济方交界处容易职发生主线主线昨纵向错台，因盾此，应使用良炒好的填料，认取真施工。桃（二）涵洞背淹后的设计原则赖（厕1纤）涵洞背后填箩料部分的形状文以往大部分是眼倒梯形。从重纽视背后填料施抹工角度出发，推除挖方及软弱控地基外，应采袜用便于使用大好型压实机械施彻工的正梯形。刻这时，原则上载就先进行背后怀填料部分的施简工。疑（任2照）在挖方、挖州填交界的挖方龄侧以及软弱地钥基进行预压地运点的背后填料汇形状，以往基温本上都采用倒仁梯形，填料因是在狭窄的场地越施工，往往会停因为压实不足呜发生下沉，因魔此，挖方部分判原则上使用优惰质材料（相当通于背后填刮料五A确）。在软弱地箱基，考虑残余武下沉，使用当此地材料（相当某于背后填燕料至B屯）。渐（夺3握）当主线横断只方向发生半填营半挖时，其背巨后填料的结构玻原理上与挖方偿相同，但是，驼当填方为主体画时，则各用各芒的形状设计。湖当背后填料部连分不能先进行秤施工时，则按铅下图所示的方镜法施工。书A担涵洞的背后填刻料根据涵洞的骗位置以下列图骤的结构为准。独B伪线横向的背后胡填料范围在涵沃洞的翼墙之间鞠。涂C禽涵洞顶面在路绪床内伴涵洞在路面结务构层内涵洞在路基内雷(裤4昨）涵洞翼墙周板围特别容易因错压实不足面引浸起下沉及坍塌燕，给维修管理秒带来麻烦。因把此，不仅要认击真施工，而且够要认真研究翼脑墙的结构，使撞之便于施工（舟如采用与主体妖侧墙平行的翼针墙型式），但闹是，与一般翼踪墙相比，由于熄视线差及车辆控转弯半径小，宾所以只能在周屯围无辅道的箱丢涵及水渫箱涵希使用。组（睛5肠）设计半地下管箱涵等地下水姻位高的涵洞的辩背后填料结构方时，要充分考尖虑排水备件。慈高填方中的拱姨涵，与涵洞侧橡墙相接的部分壶要尽量使用内舒磨擦角大的填贵料，而且施工暖时不得发生偏陪压。煎（三广）曲甚桥台背后的设少计原则单（踪1饿）桥台背后的疮填料附近与涵伪洞的情况不同纺，因路基部分敞与构造物部分鼻区分明显，因坟此投入使用在嚷反复荷载的作搏用下，特别容谷易产生错台，沙以致补修频繁冬；因此，要特脖别认真地进行烫桥台背后填料牛部分的施工。吼扶壁式桥台有隆时很难用大型条机械压实。这竟种场合要与小奏型振动压路机缴配套使用，充映分压实。宜填方处的背后宪填料部分形状烘一般为正梯形呆。枯低填方处台背财填料部分的形郊状以下图为准穴，当填方高度醒不普足取3像m疏时，以挖方式绩为准。才资仿（赠5逢）桥台嵌入部赛分因它与翼墙嗽之间有时坡度织很陡，很容易怕坍塌。因此，勉除了施工上应掠充分注意外，播宜在坡脚处砌故筑预制块或设绍置扁圆石笼，刃加以保护。昨桥台背后填料滤部分的结构根替据桥台的位置伐，以下图为准耽。珍主线横断方向脚的背后填料范疼围在桥台的翼搬墙之间。咬（四厘）升侨构造物背后填励料部分的排水糕构造物背后填湾料部分的排水撞，要根据地形睁、涌水等情况两，单独或组合怕设置下列排水论设施：御1际、地下排水设宜施段a记地下排水设施求设置于填主下盗部的主线横断顽方向及挖填交筐界处策b吧形状及尺寸以行《给排水构造蔽物标准设计图扯集》所示的挖循填交界为准。2、过滤层晕a葡过滤层设于原促地基与填方的刺交界处。坊b支过滤层的厚度护一般在叠30cm且以上，设置范异围以构造物背桂面起状15m工。羊c毕过滤层使用的培材料为透水性丽较高的粗砂、掠含砾砂或未筛习碎石。撕3勤、纵向排水材份料耳a伤背后填料部分衫使用的纵向排谱水材料为难透值水性材料（粘炎性土系）构造动物所在的位置碧限放在容易集四水的地形。写b湾纵向排水一般匙使用透水性良湖好的砂、未筛欧碎石及有相同箩机能的材料，望设置间距厉为彼2-4材m识。搅当原地基倾斜炸、背后填土部株分浸水时，在程邻接填方与背们后填土部分的亡交界处，要根唱据构造物背面奇涌水量，设置殿地下排水设施剪。哗当原地基在倾督斜地及沼泽水波田处，预计涌剂水多时，不仅踏要设置地下排付水设施，还应戴增设过滤层。裤构造物背后填最料部分在路基管与构造物的连棋接处，不易保酿证路面整度。敬因此，设计时剖必须注意，就宴采取以下有效眠措施：咽a纱构造物背后填或料部分原则上纸要使用大型压增实机械充分压播实。沸b泰构造物背后填问料使用的材料买要择优选用现惊场的填方材料拨。湾c协施工中及施工类后要采取有效兔的排水措施。榆在桥台、涵洞早等构造物与路肌基的连接部分蔑，容易在维修视管理中发生问扩题，如不同的腔下沉引起头错抬台、嵌入部的设坍塌等。其主币要原因多是施杏工地点狭小，感压实不足造成计的。解决这些坡问题要尽可能难扩大施工场地屈，以便使用压劣实一般填方的奉压实机械，认贤真施工、充分皱压实。酒以及构造物背秩后填料部分使姓用的材料多为汪压缩性小的优慧质外购材料。狡但是，如页（远1术）所述，施工妙不良比增料不芳良更易造成构访造物背后填料驰部分下沉。因绳此，只要构造盾物背后填料便耐于取采，就应守尽量就地取材角。愈如拴（绝3妥）所述，填料命的排水措施对均填方的稳定极便为重要