浅谈高速公路土石混填路堤填料

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【摘要】依托河南省三门峡至淅川高速公路LXTJ-7标土石混填高填方路基施工实例，根据当地实际情况尝试将施工爆破的各类石料与当地施工可利用土相互组合，通过试验研究其组合混合料的参数和压实性能，确定土与石料最佳配比，并通过试验段实践证明该理论[1-2]。这样不仅可解决土石混填的填料问题，而且能充分利用本地资源，处理隧道施工爆破的碎岩，降低对周围环境的破坏，具有经济、环保的双重效益。

【关键词】土石混填；填料选用；组合比例

1、引言

近年来修筑的公路，尤其是高速公路、一级公路，路堤在整个路基施工中所占的比重越来越大，而且土石混合料在山岭丘陵区路堤填筑施工中越来越被重视。因此，正确对土石混合料相关技术方面的研究，对保证路堤施工质量，具有十分重要的意义。天然土石混合料，因其土类复杂多变，土石含量差异等特点，用作路堤填料时，较难掌握其压实特性，因此国内外对土石混合填料都做了大量的研究，对土石混合料的分类、压实特性、施工工艺取得了一定的成果，土石混合料填筑路堤的技术也快速发展。山区高速公路路堤填料大多来源于当地，混合料种类多，成分复杂，土的优劣差别较大，对混合料全面研究存在一定的难度。所以从目前研究情况来看，山区土石混合料的可利用研究并不全面，没有得到全面的发展[3]。

2、填料选用

根据当地实际情况并考虑经济效益，将施工爆破的各类石料与当地施工弃土两两相互组合，充分利用本地资源，既处理了隧道施工爆破的碎岩，也降低了对周围环境的破坏，具有经济、环保的双重效益。

2.1岩石

岩石是天然产出的具有稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成，是构成地壳和上地幔的物质基础。按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。河南省三门峡至淅川高速公路LXTJ-7标施工中开采的岩石主要为强风化斜长角闪片岩和中风化角闪片岩，岩石中的主要成分分别为正长岩、闪长岩、花岗岩等，部分岩层花岗岩侵入，属于深成岩浆岩。

据表1分析石料的工程性质，岩石的孔隙率反映了岩石的结构和构造，吸水率的大小反映了岩石孔隙度的大小，孔隙的张开程度越大，岩石的吸水率越大，说明水对岩石颗粒间结合物的浸湿、软化作用较强，岩石的稳定性和强度受水作用越显著；岩石的软化系数反映了岩石在饱和状态下的极限抗压强度和风干状态下极限抗压强度的的比值，其值越小，表示岩石在水作用下的强度和稳定性越差，此表中软化系数大都接近于1，表明此岩类属于弱软化的岩石，其抗水、抗风化和抗冻性强。作为填筑材料岩石的基本物理性质必须符合填筑的要求，就三门峡至淅川高速公路LXTJ-7标段而言，填筑段位于旧河道，并且有周期性的洪水暴发，因此为保证路堤的稳定性，石料必须具有比较强的抗水、抗风化和抗冻性，所以该地区的岩石适合做填筑材料[5]。

2.2土

土是以岩石颗粒为主体骨架的没有胶结或弱胶结的松散堆积物。土有不同的成因和类型，按其成因类型分为：残积土、坡积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。根据高速公路施工标段实际情况分析，路堤填筑使用的土源主要为残积土。

测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，以确定土的粒径分布范围，可以了解土的颗粒级配，为土的工程分类、判别土的工程性质和建材选择等用途提供数据。土的级配好坏将直接影响到土的工程性质，级配良好的土，压实时能达到较高的密实度，孔隙率低，因为，压实后土的透水性小，强度高，压缩性低。反之，级配不良的土，压实后的密度小，强度低，透水性强，不适合做工程用土。

通过图1粒组频率曲线可以看出，河南省三门峡至淅川高速公路LXTJ-7标段路堤填土属于粗粒组，333适合与路堤石料混合，为良好土源，且该处地区土属于二类土，坚实系数0.6-0.8，密度为1100-1600kg/m3，适宜开挖，工程性质良好。

3、土与石料组合比例的研究

河南省三门峡至淅川高速公路LXTJ-7标段高填路堤使用的填料为隧道爆破、路堑开挖得到的碎石料，形状不规则，破碎程度较大，这种碎石在很大程度上可能无法满足填筑路基对填料的级配要求，而土石混填料可以得到级配效果更好的填料[4]。为了确定最佳的土石比，混合料依次以含石量为30%、40%、50%、60%、70%进行填料的筛分试验，并对筛分结果进行处理，通过级配曲线图找出有效粒径d10、限制粒径 d60、以及d30，计算出各组填料的不均匀系数和曲率系数。

不均匀系数计算公式：Cu=d60/d10 （1）

曲率系数计算公式： （2）

式中：d10有效粒径，表示在粒径分布曲线上小于该粒径的填石料的含量为试样总质量的10%的粒径；

d30表示在粒径分布曲线上，小于该粒径的填石料的试样的含量为总试样质量的30%的粒径；

d60表示限制粒径，表示在粒径分布曲线上小于该粒径的填石料的试样含量为总试样质量60%的粒径。

不均匀系数Cu

由表3可知，在含石量为60%-70%时，是符合规范要求的，但是从筛分试验级配曲线上看，当含石量超过60%时，超粒径碎石的含量增长较快。

综合河南省三门峡至淅川高速公路LXTJ-7标高填路堤施工情况，施工中选择含石量为60%（±3%）土石混合料。

4、填料最大干密度确定

河南省三门峡至淅川高速公路LXTJ-7标段高填路堤使用的填料为隧道爆破、路堑开挖得到的碎石料。而我国的标准规范对于填料的最大干密度确定方法并不适应于大粒径填料，为了准确确定土石混合料的最大干密度，国际同行进行了大量的试验，提出了多种理论和方法[7]。根据高填路堤填料的粒径分析，发现填料中超粒径粒料的含量不是特别多，因此高填路堤土石混合料的最大干密度试验采用剔除法。该试验方法简单，但剔除法虽然剔除了超粒径碎石，但是在试验时，试验材料来源于填料，所以即使剔除了超粒径碎石，对现场施工的指导意义仍然较大[8]。最终现场工地试验室通过重型击实试验[8]，使用剔除法剔除超粒径粒料，得出填料的含水率与最大干密度的关系。

5、总结

本论文通过一系列试验及理论分析解决了河南省三门峡至淅川高速公路LXTJ-7标在土石混填路堤填料选择及组合比例的难题，并通过高填路堤试验段对混合填料的选择和组合比例进行了施工实践证明，路基压实度基保证在95%以上，证明了所参考理论的正确性，对以后的工程施工具有一定的指导意义。但本论文只是仅将自然环境中含土量接近零的石料、含石量接近零的土进行组合，由于填料受到自然因素影响，石料中必然含有不同程度的风化土，所以该论文具有一定的局限性，有待进一步提高。

参考文献

[1]甘睿.浅谈土石混填路基修筑技术[J].山西建筑，2007，33（12）：302-303

[2]徐子柏.土石混填路基施工质量控制技术[J] .江西建材.2014，7：183-186

[3]柴贺军，陈谦应，孔祥臣等.土石混填路基修筑技术研究综述[J].岩土力学.2004，25（6）：1005-1010

[4]唐建卫.高速公路土石混填路基的施工控制技术[J].中国高新技术企业，2010，16：167-168

[5]邓东升.山区土石混填高路堤路基沉降特性研究[J].公路与汽运，2009（5）：80-81

[6]高一峰，柴贺军等.土石混填路基强夯压实试验研究[J].公路交通技术，2003（3）：8-11.

[7]王清洲，刘淑艳等.超大粒径土石混填路基无损检测技术的应用研究[J].公路，2011（1）：192-197.

[8]程晓明.土石混填路基压实特性与数值模拟[D].西安：长安大学，2012.