风积沙路基的干法施工方法转让专利

申请号 : CN200910061177.1

文献号 : CN101503871B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 李永潇刘素云

申请人 : 中铁十一局集团有限公司中铁十一局集团第四工程有限公司

摘要 :

本发明公开了一种风积沙路基的干法施工方法。该方法根据风积沙的理化性质及力学特点,通过选取适当的振动频率和振幅,合理的振动时间,在恰当压力下,用振动压实机械对铺设在路基上的自然状态的风积沙实施振动碾压,使振动压实后的路基强度达到设计要求;该方法还采用一层风积沙、一层碎石土的方法,以及最后用粘土或砂砾对路基进行全封闭的方法,来避免风蚀并保证路基的整体稳定性。与现有技术相比,本发明在严重缺水的沙漠地区,减少使用珍贵的水资源进行施工,不但降低了工程的造价,对当地环境的影响也降到了最低程度,是一种既具有经济效益,更具有社会效益的理想施工方法。

权利要求 :

1.风积沙路基的干法施工方法,其特征在于,该方法按下列步骤顺序进行:A、测量放线:标出需要施工的区域,路基两侧超出路基设计宽度的50cm~80cm;

B、清表平整:清除原路面表层的浮置土、植物和其它杂物,平整地表;

C、铺底层:在整平的地表上铺筑20cm~40cm的砂砾土层或碎石土层,整平后碾压作为施工地表;

D、画网格:根据自卸车的运输量和风积沙的松铺厚度计算出每车的摊铺面积,用标尺拉线、划出摊铺面积的网络白格,使得卸料均匀,以准确控制风积沙的松铺厚度;

E、卸填料:用自卸车将风积沙按网格倒退着卸料,使得自卸车始终行走在碎石土层或砂砾土层上;

F、摊铺初平:每卸完一车风积沙即用推土机摊铺整平,再卸下一车,直到一个段落中施工区域内风积沙的松铺厚度达到40cm~60cm;

G、推土机碾压:用推土机在风积沙上以不高于10km/h的速度来回压碾2遍,每一遍碾压时均由两边向中间进行,弯道处由内侧向外侧进行,碾压时履带应有1/2的重叠,直至压遍铺设的风积沙;

H、压路机碾压:振动压路机先以不高于10km/h的速度碾压1遍,再以不高于5km/h的速度按1/3轮宽重叠强振碾压3~5遍,每一遍均直道处先压两边,后压中间,弯道处则先压内侧,后压外侧,直到压遍铺设的风积沙;

I、用压路机或推土机静压1~2遍;

J、质量检测:采用灌沙或者灌水法检测压实后的压实系数K,平板载荷仪试验测定地基系数K30,干容重按规范要求频率进行检测,如果压实系数K和地基系数K30指标有一个或两个都不合格,重复步骤H~I,直至压实系数K和地基系数K30均合格;

K、画网格:根据自卸车的运输量和碎石土的松铺厚度计算出每车的摊铺面积,用标尺拉线、划出摊铺面积的网络白格,使得卸料均匀,以准确控制碎石土的松铺厚度;

L、用自卸车从最近端将碎石土卸到风积沙层上,保证自卸车始终行走在碎石土层上;

M、对碎石土进行推平摊铺碾压,直至达到设计标准要求;

N、重复步骤D~M,至距路堤设计标高0.6m;

O、风积砂路基表层0.6m范围全部填筑碎石土或A、B组填料,重复步骤K~M,直至填至设计标高;

P、刷坡:按设计的边坡坡度及位置,至上而下进行刷坡;

Q、封闭:为避免雨水冲刷和风蚀,路基边坡采用厚度不小于20cm的粘性土或者碎石土包坡,路肩用最小尺寸大于10cm的卵石栽砌或干砌片石防护,防护宽度80cm,厚度不小于20cm;

R、完成风积沙路基的施工。

2.根据权利要求1所述的风积沙路基的干法施工方法,其特征在于,步骤F中所述的一个段落一般长度为50m~100m。

3.根据权利要求1所述的风积沙路基的干法施工方法,其特征在于,步骤H中所述的强振碾压是指选用振动频率为45~50Hz,振幅为压路机的强振档进行碾压。

说明书 :

技术领域

本发明涉及铁路路基、公路路基的施工方法,尤其涉及在沙漠地区用风积沙作为主要填料填筑路基的施工方法。

背景技术

为了满足经济建设的需求,高速铁路及高等级公路得到了大力发展,在沙漠地区修筑铁路及公路也就成为现实的需要。当填筑路基的填料为普通的粘性土时,一般采用标准击实和最优含水量作为施工中控制的压实参数,通过检测达到标准要求即可。
而在沙漠地区修筑路基,如果要采用普通的粘性土,就需从远处运输,不但取土困难,而且会大大提高工程造价和延长施工工期。本着就地取材,降低工程造价的原则,填筑路基的主要填料当然最好能采用可就地取材的风积沙。
由于风积沙在天然条件下呈松散状态,粘聚力基本为0,抗剪性能差及剪涨现象,因此,用风积沙作为填筑路基的主要填料时存在着两个困难:
一是不易压实。风积沙的压实一般采用振动压实的方法,在压力不足或者激振力不够,则压实效果不佳,无法达到设计要求;而由于风积沙还存在着剪涨现象,在振动压实时,过大的激振力或者过长的激振力作用时间,不但密实度不会增加,使风积沙更加松散,如果是颗粒粒径分布不匀的风积沙,还会出现大颗粒处于下层、小颗粒处于上层的分层现象,这是路基施工中不允许发生的;另外,对风积沙路基进行碾压时,压力过大或者遍数过多时,都会使风积沙又恢复到松散状态。
二是稳定性差。即便风积沙路基经振动压实后满足了设计要求,其表层仍然对外力作用有很高的反映和灵敏度,即便施工机械在路基表面行走,也会使其重回松散状态,且路基易受到沙漠风暴的侵蚀,路基的稳定性差。
国内外对风积沙早有研究,但国外的研究主要集中在类似于风积沙的细砂的工程特性方面,应用于路基及路面底基层。国内沙漠地区修筑的铁路及高等级公路,普遍应用风积沙修建路基,并对沙漠风积沙的工程特性开展了一定的研究,但主要研究的是湿法施工技术,对风积沙的干法施工技术、压实工艺、施工方法、质量检测和控制等,现在尚无标准和规范。
目前采用的湿法施工方法,主要是在施工过程中洒水,使得风积沙含水量达到最优含水量,增加风积沙的粘聚力,便于振动压实及保持其稳定性。
风积沙路基采用湿法施工方法的缺点在于:在严重缺水的地方,使用了珍贵的资源——水。这不但增加了工程的造价,还给当地的环境造成一定的压力。因此,在严重缺水的沙漠地区,不适宜采用湿法施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供风积沙路基的干法施工方法。该方法通过选取适当的振动频率和振幅,合理的振动时间,在恰当压力下,用振动压实机械对铺设在路基上的自然状态的风积沙实施振动碾压,使振动压实后的路基强度达到设计要求;该方法还采用一层风积沙、一层碎石土的方法,以及最后用粘土或砂砾对路基进行全封闭的方法,来避免施工扰动和风蚀并保证路基的整体稳定性。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
风积沙路基的干法施工方法的工作原理:
振动碾压风积沙,会在风积沙内产生振动冲击,使其颗粒由初始的静止状态过渡到运动状态,颗粒之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态进入动摩擦状态。风积沙在有一定含水量的情况下,如果含水量接近最优含水量,材料中的水分的离析作用,使材料颗粒的外层包围一层水膜,形成了颗粒运动的润滑剂,假粘聚力消失,为颗粒的运动提供了十分有利的条件,容易使其振密。当含水量较低,颗粒周围的水分子数量不足以在其颗粒外层包裹一层水膜,由于毛细作用产生的吸力,颗粒间假粘聚力发挥作用,妨碍颗粒间的相互错动填塞孔隙,要将其压实需要克服该假粘聚力,则不易压实。当风积沙在完全干燥状态下,颗粒间不存在假性粘聚力,其颗粒在振动荷载作用下容易产生位移,而重新排列。由此可见,用风积沙作为路基填料时,自然风干状态和达到最优含水量时都可以得到较大的密实度。
由前所述,采用振动碾实的方法是压实风积沙的最佳途径。风积沙压实后的密实度与风积沙的含水量、振动压实所采用的振动频率、振幅、振动时间、压力强度等因素有关。如由长安大学陈忠达等2007年1月发表的《风积沙振动参数及振动压实机理》长安大学学报(自然科学版)第27卷第一期就说明了风积沙的压实机理。研究表明,风积沙在风干状态下或者达到最优含水量时压实后的干密度最大,振动频率为45~50Hz、振幅根据压路机的振幅变化范围适当选择,一般选用强振较佳、振动时间为3分钟左右时压实效果较佳,由于风积沙压实存在剪涨现象,在过大的激振力作用下作较长时间的振动压实时,风积沙反而变得更加松散,会出现密实度下降的情况,风积沙路基碾压遍数过多,风积沙也会变得松散。因此,在施工过程中不加水,而是直接利用自然风干状态下的风积沙是有科学和实验依据的。
另外,风积沙即便经振动压实后达到了密实度的要求,但是,随着地基高度的不断增加,其稳定性会逐步减弱,如果经压实的风积沙直接暴露在空气中,则沙漠风暴的侵蚀,机械奔驰的振动都会对其密实度的稳定性产生严重影响。实验证明,填筑路基时,只要采用一层风积沙,一层碎石土,并当路堤填至设计标高后,顶面用粘土或砂砾,边坡用粘土或碎石土,路肩用大卵石或片石进行全封闭包裹,便可保证风积沙路基的整体稳定性。
风积沙路基的干法施工方法,该方法按下列步骤顺序进行:
A、测量放线:标出需要施工的区域(为了保证路基的压实度及路基边坡的压实度,每侧超出路基设计宽度的50cm~80cm);
B、清表平整:清除原路面表层的浮置土、植物和其它杂物,平整地表;
C、铺底层:在清理整平的地表上铺筑20cm~40cm的砂砾土层或碎石土层,整平后碾压作为施工地表(若清表后地面为砂砾土,则此步骤省略);
D、画网格:根据自卸车的运输量和风积沙的松铺厚度计算出每车的摊铺面积,用标尺拉线、划出摊铺面积的网络白格,使得卸料均匀,以准确控制风积沙的松铺厚度;
E、卸填料:用自卸车将风积沙从最远端按网格倒退着卸料,保证自卸车始终行走在碎石土层或砂砾土层上;
F、摊铺初平:每卸完一车风积沙即用推土机摊铺整平,再卸下一车,直到一个段落(一般长度为50m~100m)中的施工区域内风积沙松铺厚度达到40cm~60cm;
G、推土机碾压:用推土机在风积沙上以不高于10km/h的速度来回压碾2遍,每一遍碾压时均由两边向中间进行,弯道处由内侧向外侧进行,碾压时履带应有1/2的重叠,直至压遍松铺的风积沙;
H、压路机碾压。振动压路机先以不高于10km/h的速度碾压1遍,再以不高于5km/h的速度按1/3轮宽重叠强振碾压3~5遍,每一遍均为:直道处先压两边,后压中间,弯道处则先压内侧,后压外侧,直到压遍铺设的风积沙;
I、用压路机或推土机静压1~2遍;
J、检测:采用灌沙或者灌水法检测压实后的压实系数K,平板载荷仪试验测定地基系数K30,干容重按规范要求频率进行检测,
如果压实系数K和地基系数K30指标有一个或两个都不合格,则重复H~I,直至压实系数K和地基系数K30均合格;
如果压实系数K和地基系数K30指标都合格,进行步骤K~L;
K、画网格:根据自卸车的运输量和碎石土的松铺厚度计算出每车的摊铺面积,用标尺拉线、划出摊铺面积的网络白格,使得卸料均匀,以准确控制碎石土的松铺厚度;
L、用自卸车从最近端将碎石土卸到风积沙层上,保证自卸车始终行走在碎石土层上;
M、对碎石土进行推平摊铺碾压,直至达到设计标准要求;
N、重复步骤D~M,至距路堤设计标高0.6m,进行步骤L;
O、风积砂路基表层0.6m范围全部填筑碎石土或A、B组填料,步骤重复K~M,直至填至设计标高;
P、刷坡:按设计的边坡坡度及位置,至上而下进行刷坡;
Q、封闭:为避免雨水冲刷和风蚀,路基边坡采用厚度不小于20cm粘性土或者碎石土包坡,路肩用最小尺寸应大于10cm的卵石栽砌或干砌片石防护,防护宽度80cm,厚度不小于20cm;
R、完成风积沙路基的施工。
本发明的优点是:根据风积沙的理化性质及力学特点,通过选取适当的振动频率和振幅,合理的振动时间,在恰当压力下,用振动压实机械对铺设在路基上的自然状态的风积沙实施振动碾压,使振动压实后的路基强度达到设计要求;该方法还采用一层风积沙、一层碎石土的方法,以及最后用粘土或砂砾对路基进行全封闭的方法,来避免风蚀并保证路基的整体稳定性。与现有的风积沙路基采用湿法施工方法相比,本发明在严重缺水的沙漠地区,减少使用珍贵的水资源进行施工,不但降低了工程的造价,对当地环境的影响也降到了最低程度,是一种既具有经济效益,更具有社会效益的理想施工方法。

具体实施方式

下面通过具体的实施例,对本发明作进一步的说明:
本实施例通过分析风积沙的基本物理化学性质、基本力学性质,对风积沙的压实参数、压实机理进行研究,并以风积沙作为填筑路基的主要填料进行试验,结果表明:风积沙路基的干法施工方法切实可行。
本试验的风积沙具有如下特性:
1)风积沙的基本物理化学性质
试验结果表明:风积沙结构松散、级配不良、孔隙率大、透水性强、保水性较差、水稳性好、粘聚力小甚至无粘聚力、抗剪强度低。其矿物成分以石英、长石、云母为主,易溶盐含量很小,其化学性质呈微碱性,无腐蚀性。自然状态下的含水量很低,最低不足1%,最大不超过5%,干容重一般为1.4g/cm3,湿容重大约为1.56g/cm3左右,压实后的最大干密度可达1.76g/cm3~2.1g/cm3,为天然状态下的1.2~1.4倍。
风积沙的颗粒组成很细且十分均匀,其不均匀系数Cu在2.6~3.1左右、曲率系数Cc在0.9~1.6左右,粒径在0.25~0.074mm含量占到风积沙总量的85%~95%,即颗粒粒径的分布比较集中,级配曲线较陡,属于颗粒级配不良沙。试验的风积沙也含有一定的塑性成分。
2)风积沙的基本力学性质
压缩变形小,压缩量与荷载呈指数关系,回弹模量70~90MPa,在荷载反复作用下其值可大于100MPa,常规的重型击实无法测出其最大干密度,粘聚力c值很小,在干燥状态下几乎为零,在有一定含水量的情况下,由于毛细作用产生的吸力,表现出一定的假粘聚力。
3)风积沙压实参数的确定
试验表明:对风积沙采用振动台法要比标准击实法得到的干容重高0.05g/cm3~0.15g/cm3。
4)风积沙压实的特性
通过风积沙的试验和现场路基压实度检测,风积沙填筑路基的压实具有几个特点。
a)标准击实试验具有两个最大值。风积沙的击实曲线可以在含水量最小时和含水量达到最优含水量时,干密度均相对较大。
b)风积沙压实存在剪涨现象,在过大的激振力作用下作较长时间的振动压实时,有时反会变得更加松散,风积沙路基碾压遍数过多,则会又恢复到松散状态,施工时压实开始和结束时均应采用低吨位压实机械静压,中间宜采用较小激振力压实机械短时间作业。
c)风积沙经过压实后,其表层仍然对外力作用有很高的反映或灵敏度,施工机械直接在风积沙路基表面行走可以使其松散,因此,宜在成型的风积沙路基表层铺设碎石土或A、B组填料。
以风积沙作为填筑路基的主要填料进行试验的施工步骤具体如下:
A、测量放线:标出需要施工的区域(为了保证路基的压实度及路基边坡的压实度,每侧超出路基设计宽度的50cm~80cm);
B、清表平整:清除原路面表层的浮置土、植物和其它杂物,平整地表;
C、铺底层:在清理整平的地表上铺筑20cm~40cm的砂砾土层或碎石土层,整平后碾压作为施工地表(若清表后地面为砂砾土,则此步骤省略);
D、画网格:根据自卸车的运输量和风积沙的松铺厚度计算出每车的摊铺面积,用标尺拉线、划出摊铺面积的网络白格,使得卸料均匀,以准确控制风积沙的松铺厚度;
E、卸填料:用自卸车将风积沙从最远端按网格倒退着卸料,保证自卸车始终行走在碎石土层或砂砾土层上;
F、摊铺初平:每卸完一车风积沙即用推土机摊铺整平,再卸下一车,直到一个段落(一般长度为50m~100m)中的施工区域内风积沙松铺厚度达到40cm~60cm;
G、推土机碾压:用推土机在风积沙上以不高于10km/h的速度来回压碾2遍,每一遍碾压时均由两边向中间进行,弯道处由内侧向外侧进行,碾压时履带应有1/2的重叠,直至压遍松铺的风积沙;
H、压路机碾压:振动压路机先以不高于10km/h的速度碾压1遍,再以不高于5km/h的速度按1/3轮宽重叠强振碾压3~5遍,每一遍均为:直道处先压两边,后压中间,弯道处则先压内侧,后压外侧,直到压遍铺设的风积沙;
I、用压路机或推土机静压1~2遍;
J、检测:采用灌沙或者灌水法检测压实后的压实系数K,平板载荷仪试验测定地基系数K30,干容重按规范要求频率进行检测,
如果压实系数K和地基系数K30指标有一个或两个都不合格,则重复H~I,直至压实系数K和地基系数K30均合格;
如果压实系数K和地基系数K30指标都合格,进行步骤K~L;
K、画网格:根据自卸车的运输量和碎石土的松铺厚度计算出每车的摊铺面积,用标尺拉线、划出摊铺面积的网络白格,使得卸料均匀,以准确控制碎石土的松铺厚度;
L、用自卸车从最近端将碎石土卸到风积沙层上,保证自卸车始终行走在碎石土层上;
M、对碎石土进行推平摊铺碾压,直至达到设计标准要求;
N、重复步骤D~M,至距路堤设计标高0.6m,进行步骤L;
O、风积砂路基表层0.6m范围全部填筑碎石土或A、B组填料,步骤重复K~M,直至填至设计标高;
P、刷坡:按设计的边坡坡度及位置,至上而下进行刷坡;
Q、封闭:为避免雨水冲刷和风蚀,路基边坡采用厚度不小于20cm粘性土或者碎石土包坡,路肩用最小尺寸应大于10cm的卵石栽砌或干砌片石防护,防护宽度80cm,厚度不小于20cm;
R、完成风积沙路基的施工。
其中:步骤F中所述的一个段落一般长度为50m~100m。
其中:步骤H中所述的强振碾压是指选用振动频率为45~50Hz,振幅为压路机的强振档进行碾压。
采用本发明的方法填筑的铁路或者高等级公路路基,均能满足设计部门对路基的质量要求,不仅可节省洒水费用,降低工程成本,经济效益可观,还加快了施工进度,同样能保证施工质量。对节约土地资源和水资源、保护生态环境也可起到良好的作用。