热带雨林地区黏土质材料作为路基填方的研究及应用

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  摘要:根据所处地形不同,公路路基基本分为两种:路堤和路堑,即我们日常俗称的填方和挖方。不论是路堤还是路堑,主要是以天然土石类散性材料构成的土工结构体,在经受温度、雨雪等气候条件侵蚀破坏破坏的同时,还必须直接承担路面结构呈所受到交通带来的静载或动载应力作用,所以路基要有一定的強度、稳定性和耐久性。通常的路基材料都是利用土体作为主要填筑材料,而土质的特性在土木工程学相关的各个领域都有广泛研究。因为土壤形态的复杂性,决定其每一种土体都有一定的用途和意义。这里,仅对雅杜高速公路路基填筑材料做出相关阐述。
  关键词:公路路基;填筑;材料特性
  一、工程概况
  (一)本项目区位于喀麦隆西南部地区,地形由喀麦隆中西部山区向滨海森林平原区过渡,总体呈东高西低的趋势,海拔高程介于20m-820m之间;其中一期工程属中西部山区地形以山岭重丘为主,地形起伏较大。起点位于雅温得附近属于热带高原雨林气候,年均气温24.6℃,年均降雨量1600毫米,降雨天数200天以上。
  (二)在地质方面,项目所在区域特点为变质类型的混合岩演化的铁铝岩土类土壤,土壤质地为沙质骨料型粉质粘土。下层为片麻岩。沿线主要不良地质为浅层软土,主要分布在沿线沟谷低洼处,厚度一般小于3m。
  二、材料详细研究分析
  (一) 向喀麦隆国家实验室咨询,初步了解,工程所处区域植被茂盛,土体保水效果良好,导致材料天然含水量偏高。
  (二) 根据初步设计的地勘资料显示,本区域主要材料有黏土类、分化岩土类和岩石(片麻岩)。
  (三)项目实验室对所有挖方及沿线征地范围内进行取样检测、分析。如表1
  三、用于填方材料研究
  (一)保证质量的前提下,结合成本和进度综合考虑,采取因地制宜、合理选材、便于施工的原则,进行工程填方施工。
  (二)根据表1中检测结果和法国路桥实验室(LCP)填方工程和地质地貌基本原则(以下简称基本原则)中的建设工程材料特性分类表进行分类确定其属于A类和B类两种材料。
  1、A类和B类材料从广义上讲是可以用作填方材料,由于不同等级的公路路基对填方材料的要求不尽相同,根据本工程实际勘查结果并结合法国路桥实验室(LCP)填方和路基工程一般原理(以下简称一般原理)对A类材料和B类材料按照含水量状态对本工程材料进一步的分类,并指出填方使用的部位及施工条件如表2所示。
  由表2 可知,B类红土粒料材料更优于用作填方,施工工艺容易操作,受雨水影响轻于黏土类,但是由于此类材料在本工程区域内非常匮乏,因此,只留作路基顶50cm内填方和大于10m填方的下部使用。关于B类分化岩材料不建议直接用作填方,首先因为此类材料抗雨水冲刷能力较弱,会导致路基被雨水损坏。其次,此类材料红土粒料型材料相比,抗剪切强度较小,在边坡较陡的情况下容易引起路基瞬间失稳、滑移等破坏,如果边坡较缓,会增加填方数量,既影响施工进度又增加成本。综合分析在本工程优先使用黏土作为路基填料。如果这些材料在某些情况下被利用于工程填方,必须对路基做防护或做其它相关的技术处理。
  2、 根据设计文件及相关规范规定,路基材料指标要求(如表3所示)。A类材料中的A2h、A2th、A3h、A3m同样也满足填方要求,况且沿线A类材料资源比较丰富,但是这类材料在含水量适中或偏少的时候粘性很高,在含水量偏多是表现出粘或滑的特性。这大大增加了施工难度以及实验室内的操作。所以在施工中要根据工程实际情况对此类材料从施工工艺或材料改性方面做相应的处理。
  3、根据以上数据以及现场检测指标要求(如表4所示)进行研究分析,现场压实度是按照90%OPM控制,而室内CBR是按照95%OPM得到的CBR值,设计过程中参与计算的CBR值不能直接作为路基填方材料选择的依据,为避免实际现场CBR值偏小,引起质量事故,应该在实际操作过程中要按照现场的压实度90%OPM测得的CBR值作为填料选择的参考值。如果提高现场压实度到95%OPM会给施工带来极大的困难,使工程进度严重受限。为保证工程质量又不影响现场施工进度,所有的填方均使用CBR≧10或CBR≧5的A2h、A2th、A3h、A3m、A3th材料.
  四、 施工应用
  (一)由于此类材料天然含水量高于最佳含水量5%-8%,导致现场施工难以压实并出现严重弹簧现象。如果通过翻晒的方式降低含水量,旱季至少需要2天才能达到要求,虽然增加施工成本,但是不能加快施工进度。雨季是无法进行填方施工。对工期影响非常大。为解决此类问题,可以通过优化施工工艺对其进行改善。
  1、根据基本原则及材料的相关实验数据综合分析,此类材料可以采用轻型压实,首先可以减少施工过程中弹簧现象的出现,其次,含水量更加接近于轻型击实最佳含水量(OPN)。为确保工程质量,对同种材料的重型击实和轻型击实下现场检测压实度所得CBR值进行对比,如表4所示。
  例如,本工程就是将现场的压实度 90%OPM换作99%OPN,通过表4可以看出,CBR值保持不变或变化很小。这样既能加快施工进度又能确保施工质量满足设计要求。当然这些数据仅仅是用于同种材料同区域的对比,对于其它不同的工程应该做相应的实验来进行验证,以便获得更优的施工工艺。
  2、采取薄层填筑方法,施工层厚保持在20-30cm之间,太薄影响施工进度还会增加施工成本,太厚难以压实。事实上,压实度会随着厚度的变化引起压实度也随之变化。所以压实度一般有两种层位检测方法,一种是压实土层厚度的平均密度检测方法,另一种是压实土层底部8cm土层压实度检测方法。可以根据施工工艺和施工机械在试验段时确定其中的一种方法作为标准,通常施工采取前一种方法控制现场压实状态,但必须保证层厚满足要求。后一种方法可以用于抽检,对路基填筑进行双指标压实控制。
  五、 结语:
  经过对黏土质材料的特性和现场施工工艺研究,本工程填方路基各项指标均满规范要求。在质量、进度、成本方面都达到了预期效果。同时,希望本文能够为非洲热带雨林地区的类似工程提供参考。
  参考文献:
  [1]本工程CCTP
  [2]本工程设计文件
  [3]公路路基施工技术规范  JTG F10--2006
  [4]Realisation des remblais et des couches de forme  Fascicule I  Prtncipes Generaux
  [5]Realisation des remblais et des couches de forme  Fascicule II  Annexes techniques
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