沈群,等:农村公路建设中土壤固化剂的应用研究
农村公路建设中土壤固化剂的应用研究
沈群1,
唐谦2,
任晓云2
236000)
(1.安徽省公路管理局,安徽合肥230022;2.阜阳市公路管理局,安徽阜阳
摘要:文章针对安徽省农村公路技术等级低、路面状况差的状况,选择适合的土壤固化剂,经过大量的室内试验,研究适用于我省土壤特点的固化剂用量、路面材料配合比等,并通过试验路段的铺设与性能观测,为土壤固化剂在安徽的推广应用提出指导性意见。关键词:农村公路;土壤固化剂;研究中圈分类号:TU58.2;U214.11
文献标识码:A
文章编号:1673—578l(2007)03一0242一03
截至2006年底,安徽省公路总里程已达
147611
1.3试验结果分析
本试验共进行了110组试件无侧限抗压强度试验,其结果如图1~图4所示。
(1)图1为无侧限抗压强度随不同灰剂量掺加不同剂量固化剂的变化趋势,从中可以看出:当灰剂量≤2%时,掺加不同剂量的固化剂对土壤的改善效果不明显,当4%≤灰剂量≤8%时,掺加不同剂量的固化剂对土壤强度有较大提高,性能得到良好改善,当灰剂量≥10%时,掺加固化剂对土壤强度不升反降,说明当灰剂量达到一定程度时,土体强度主要来源于土颗粒间钙化形成,此时掺加固化剂反而破坏其结构,使其强度降低。从图2~图4中可以看出,石
km,其中县道以下农村公路136
363
km,占
公路里程的92.4%。农村公路普遍存在着技术等级低、路面状况差、服务水平落后及抗灾害能力弱的状况。由于我省淮北地区砂石材料匮乏,运距远,价格高,多半采用石灰稳定土、水泥稳定土或各种综合稳定土类基层。这种结构虽然能够满足强度和刚度要求,但是普遍存在着易产生收缩裂缝、受环境温度影响大、施工过程中对周围环境有污染等缺陷。因此,因地制宜,探索研究适合的道路工程新材料、新技术,
运用到我省农村公路建设中,改善农村公路状况,具
有良好的经济效益和重要的社会意义。
1室内性能试验
1.1
原材料与试验方法的确定
根据路特固生产厂家提供的参考用量范围以及
时
蹇
固化剂掺量/(%)
北京、河南等省市试验数据,首先在2%~12%不同石灰土含量的土样中,分别按19%、21%、23%、25%的剂量掺入路特固固化剂[1j,再根据7
d、14d、28
d
三种不同龄期的浸水与不浸水养生条件,测定试件强度进行对比分析,找出最经济合理的配合比,评价固化剂对土样强度的影响及经济效果[2]。
∞
1.2试验步骤
(1)土样颗粒分析和液塑限试验,以检测土样是否适合路特固LPC一600的适用范围。
(2)对不同石灰含量(o%~12%)的混合料掺入不同剂量的路特固进行击实试验[3]。
(3)试件成型和养生,进行无侧限抗压强度试验。
收稿日期:2007一03—16
作者简介:沈群(1969~),男,安徽宁国人,硕士,安徽省公路管理局高级工程师
蹇
固化剂掺量/(%)
(b)
图1不同灰剂量7d浸水无侧限抗压强度
242
《工程与建设》2007年第21卷第3期
万方数据
沈群,等:农村公路建设中土壤固化剂的应用研究
+7+7d不浸水—*一14d浸水
d不浸水
一1.5
+14d不浸水+28d浸水—*卜28d浸水
蹇¨
19
21
23
25
固化剂掺量/(%)
图2
2%灰土不同龄期无侧限抗压强度
2
∞
塞
O
固化剂掺量“%)
图34%灰土不同龄期无侧限抗压强度
2
l
日
塞
lO
O
19
21
23
25
固化剂掺量/1:呦
图4
6%灰土不同龄期无侧限抗压强厦
灰土在不掺加路特固和掺加时,同一配比7d、14
d
强度均有所增长,但同龄期7
d、14
d掺加路特固的
灰土强度大大高于不掺加的灰土强度,在同龄期28d
时这种强度增长却不明显。这说明路特固LPC一600的加固作用在较短时间内就会达到最佳效果,对早期灰土强度提高有较大帮助。
(2)结合图1~图4可以看出,当灰剂量合适时,掺加一定量的固化剂,会使灰土强度有较大提高,脆性减弱、可塑性增强。但剂量并不是越大越好,当达到0.21~O.25L/m3压实土质量浓度时,可发挥最佳效果,继续增大,效果不明显反而不经济。
(3)通过浸水与不浸水的养生条件后,强度对比得出,加入路特固LPC一600固化剂的灰土,在浸水条件下仍保持有较高的强度。说明路特固会使土壤斥
水性增强,使路基的使用范围大大增加,还可以有效
万方数据
降低路基填土高度。2
工程应用
(1)试验路段概况。X050线华高路位于阜阳市
颍州区内,按平原微丘区三级公路标准建设,起点与省道102线相接,向西南经驿堂店、马寨至临泉交界处欧庙,全长13.979km,计算行车速度60km/h,路基宽10m,路面宽7m,桥涵设计荷载为汽一20,
挂一100。试验路段位于2km+000m~2km+
900
m段。
(2)路面结构设计。试验路段原结构层设计为:
路基+27cmlO%灰土+15cm水泥稳定碎石+3cmAM~16沥青碎石;采用加固化剂后,结构层调整为:路基+30cm4%石灰土掺23%路特固LPC一600+
3
cmAM一16沥青碎石。竣工验收弯沉值为61.2
(O.0lmm)。
(3)试验路段的施工工艺及控制,如图5所示。
I
验收路床平整度、密实度
、L施工工艺
。。。。
取就地土壤,用推土机推平,弪制措施
拖拉机排压(可配铧犁或旋耕机,降低初始含水量)路拌机拌和、破碎土壤。
一萤轰皇曩笳揽。
上
平整的土基上均匀摊铺辅剂(4%Il必须经消解过石灰4‰石灰),路拌机将辅剂充分拌和均卜叫6%准确测试出最佳含水匀,平地机整平。II量,配路特固稳定剂。
上
洒水车将稀释液均匀喷洒,压稀释比不得低于1:200,
实土按23%控制路拌机充分拌测出最佳含水量时充分匀l遍,平地机将拌过的土料●—一
压实,取拌匀土料制件
向路中间推移,以加强拌匀,澳07d,14d,28d无俱0
然后平地机做精平。
限抗压强度。
J,
振动式羊蹄碾碾压2遍,平地机同时整平,振动式羊角碾碾压2遍,平地机整平,平地机与胶一臻徽黟
轮碾同时整平,光碾收面。
上
立即喷洒透层油,48~72h完成Ll立即喷洒透层油,48~铺沥青面层。l’172h完成铺沥青面层。
图5试验路段的施工工艺及控制
试验段施工各技术环节均按流程进行,严格控制石灰含量及含水量,精确掺加路特固稳定剂[4],并控制每层松铺厚度保证碾压效果。但由于天气原因及施工设备条件限制,2km+000m~2km+500m路段在施工过程中受雨水浸泡受到影响。施工时每段
(下转第245页)
《工程与建设》2007年第21卷第3期
243
韩振峰:中等跨度斜拉桥的动力分析,
另外,塔、承台、主梁、横梁都用梁单元(框架单元)模拟[5’6]。
计算方法采用反应谱法和动力时程分析法相结合。反应谱采用桥涵设计规范反应谱,也可借用建筑抗震规范的反应谱;时程分析用的地震波可以利用现有的记录如ELCENTRO波等,也可人工拟合生成;同时不考虑行波效应对结构动力反应的影响。
来调整模态。
对塔的水平纵向位移和主梁中最大轴力,分别用反应谱法和动力时程分析法做了比较,结果见表1所列。可以看出反应谱法和动力时程分析法的分析结果比较接近,因而可仅采用反应谱法进行中等跨度斜拉桥的动力分析,进一步简化了分析。
表1反应谱法和动力时程分析法计算结果
3软件选择与结果示例
结构动力简化工作完成后,要进行计算分析,那么就要选择软件:ANSYS,SAP,ALGOR等都可,考虑到普通设计人员的使用,推荐用SAP2000软件进行分析。可以在AutoCAD中建立桥梁空间模型,然后再导入SAP2000中进行分析。
本文用SAP2000对上述双塔双索面预应力混凝土肋板式斜拉桥进行了分析,承台底的纵向弹簧刚度为3.oelOkN/m,竖向弹簧刚度为3.2e7kN/m,扭转弹簧刚度为4.3e9kN/m,分别用反应谱法和动力时程分析法进行计算,反应谱法采用规范谱(CQC法),地震波采用EI。CENTRO波。
计算得出该桥的模态值,其中前三阶模态频率分别为0.138
16、0.29925、0.367
4结束语
对此类桥型的动力分析的简化,使得原先很复杂的分析理论及过程清晰化、明确化,满足一般设计人员的需要。
[参考文献)
[1]刘士林.斜拉桥[M],北京:人民交通出版社,2002.
[2]谢旭.桥梁结构地震响应分析与抗震设计[M].北京:人民交
通出版社,2006.
[3]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2001.[4]范立础.桥梁抗震[M].上海:同济大学出版社,1997.[5]
李国豪.桥梁结构稳定与震动[M].北京:中国铁道出版社,1992.
[6]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,1994.
93,比较接近,为长
周期,与预计情况相符;也反映了该类型的斜拉桥以主梁水平纵向振动为主,可以通过改变塔与索的刚度
(上接第243页)
完成后7d内喷洒透层油,并在未喷洒透层油前及时进行了洒水养护。全线基层施工结束后,一次性铺筑沥青碎石面层。
(4)试验路段的工程质量检测评定哺]。每段试验段完成后,均及时采用灌砂法检测灰土层压实度,发现不足立即补压,最终全路段灰土压实度值均达到规定的95%以上,同时也对灰土层的平整度、宽度、纵断高程进行检测,均满足设计标准要求。
铺筑沥青碎石路面后,检测竣工弯沉平均值为42.4
(o.01mm),满足设计弯沉最大值61.2(o.01H】n1)的要求。
约工程费用3.7万元,节省15%的工程建设投资。
在农村公路建设中,当路基材料、现场施工条件适合时,采用在石灰土中加入适量的路特固土壤固化剂的方式,可以达到增强基层强度、改善基层性能的使用效果,并且可以节约造价、缩短工期以及保护环境,值得推广使用。
[参考文献]
[1]张信贵,欧鸥,易念平.土壤固化类材料及其应用[J].工程设
计与建设,2004,36(6):8—11.[2]汪梁旗,孙秀香,谢
禄.土的固化材料在公路工程中的应用
[J].内蒙古公路与运输,2004,(4):23—25.[3]
张丽娟,汪益敏,陈页开.电离子土壤固化剂加固土的压实性能[J].华南理工大学学报(自然科学版),2004,32(3):83—87.
3
结束语
采用固化剂灰土层代替水泥稳定碎石基层,两种
[4]杨建华,习应祥.土壤固化剂在湖区道路基层的应用研究[J].中南公路工程,2000,25(2):85—87.
方案的建设成本分别如下:按原设计方案实施:建设直接费约24.6万元。采用固化剂方案:建设直接费约20.9万元。两种方案相比,采用固化剂施工可节
[5]李文瑛,戴经梁.土壤固化剂加固土的研究[J].东北公路,2003,
26(1):34—36.
《工程与建设》2007年第21卷第3期
245
万方数据
沈群,等:农村公路建设中土壤固化剂的应用研究
农村公路建设中土壤固化剂的应用研究
沈群1,
唐谦2,
任晓云2
236000)
(1.安徽省公路管理局,安徽合肥230022;2.阜阳市公路管理局,安徽阜阳
摘要:文章针对安徽省农村公路技术等级低、路面状况差的状况,选择适合的土壤固化剂,经过大量的室内试验,研究适用于我省土壤特点的固化剂用量、路面材料配合比等,并通过试验路段的铺设与性能观测,为土壤固化剂在安徽的推广应用提出指导性意见。关键词:农村公路;土壤固化剂;研究中圈分类号:TU58.2;U214.11
文献标识码:A
文章编号:1673—578l(2007)03一0242一03
截至2006年底,安徽省公路总里程已达
147611
1.3试验结果分析
本试验共进行了110组试件无侧限抗压强度试验,其结果如图1~图4所示。
(1)图1为无侧限抗压强度随不同灰剂量掺加不同剂量固化剂的变化趋势,从中可以看出:当灰剂量≤2%时,掺加不同剂量的固化剂对土壤的改善效果不明显,当4%≤灰剂量≤8%时,掺加不同剂量的固化剂对土壤强度有较大提高,性能得到良好改善,当灰剂量≥10%时,掺加固化剂对土壤强度不升反降,说明当灰剂量达到一定程度时,土体强度主要来源于土颗粒间钙化形成,此时掺加固化剂反而破坏其结构,使其强度降低。从图2~图4中可以看出,石
km,其中县道以下农村公路136
363
km,占
公路里程的92.4%。农村公路普遍存在着技术等级低、路面状况差、服务水平落后及抗灾害能力弱的状况。由于我省淮北地区砂石材料匮乏,运距远,价格高,多半采用石灰稳定土、水泥稳定土或各种综合稳定土类基层。这种结构虽然能够满足强度和刚度要求,但是普遍存在着易产生收缩裂缝、受环境温度影响大、施工过程中对周围环境有污染等缺陷。因此,因地制宜,探索研究适合的道路工程新材料、新技术,
运用到我省农村公路建设中,改善农村公路状况,具
有良好的经济效益和重要的社会意义。
1室内性能试验
1.1
原材料与试验方法的确定
根据路特固生产厂家提供的参考用量范围以及
时
蹇
固化剂掺量/(%)
北京、河南等省市试验数据,首先在2%~12%不同石灰土含量的土样中,分别按19%、21%、23%、25%的剂量掺入路特固固化剂[1j,再根据7
d、14d、28
d
三种不同龄期的浸水与不浸水养生条件,测定试件强度进行对比分析,找出最经济合理的配合比,评价固化剂对土样强度的影响及经济效果[2]。
∞
1.2试验步骤
(1)土样颗粒分析和液塑限试验,以检测土样是否适合路特固LPC一600的适用范围。
(2)对不同石灰含量(o%~12%)的混合料掺入不同剂量的路特固进行击实试验[3]。
(3)试件成型和养生,进行无侧限抗压强度试验。
收稿日期:2007一03—16
作者简介:沈群(1969~),男,安徽宁国人,硕士,安徽省公路管理局高级工程师
蹇
固化剂掺量/(%)
(b)
图1不同灰剂量7d浸水无侧限抗压强度
242
《工程与建设》2007年第21卷第3期
万方数据
沈群,等:农村公路建设中土壤固化剂的应用研究
+7+7d不浸水—*一14d浸水
d不浸水
一1.5
+14d不浸水+28d浸水—*卜28d浸水
蹇¨
19
21
23
25
固化剂掺量/(%)
图2
2%灰土不同龄期无侧限抗压强度
2
∞
塞
O
固化剂掺量“%)
图34%灰土不同龄期无侧限抗压强度
2
l
日
塞
lO
O
19
21
23
25
固化剂掺量/1:呦
图4
6%灰土不同龄期无侧限抗压强厦
灰土在不掺加路特固和掺加时,同一配比7d、14
d
强度均有所增长,但同龄期7
d、14
d掺加路特固的
灰土强度大大高于不掺加的灰土强度,在同龄期28d
时这种强度增长却不明显。这说明路特固LPC一600的加固作用在较短时间内就会达到最佳效果,对早期灰土强度提高有较大帮助。
(2)结合图1~图4可以看出,当灰剂量合适时,掺加一定量的固化剂,会使灰土强度有较大提高,脆性减弱、可塑性增强。但剂量并不是越大越好,当达到0.21~O.25L/m3压实土质量浓度时,可发挥最佳效果,继续增大,效果不明显反而不经济。
(3)通过浸水与不浸水的养生条件后,强度对比得出,加入路特固LPC一600固化剂的灰土,在浸水条件下仍保持有较高的强度。说明路特固会使土壤斥
水性增强,使路基的使用范围大大增加,还可以有效
万方数据
降低路基填土高度。2
工程应用
(1)试验路段概况。X050线华高路位于阜阳市
颍州区内,按平原微丘区三级公路标准建设,起点与省道102线相接,向西南经驿堂店、马寨至临泉交界处欧庙,全长13.979km,计算行车速度60km/h,路基宽10m,路面宽7m,桥涵设计荷载为汽一20,
挂一100。试验路段位于2km+000m~2km+
900
m段。
(2)路面结构设计。试验路段原结构层设计为:
路基+27cmlO%灰土+15cm水泥稳定碎石+3cmAM~16沥青碎石;采用加固化剂后,结构层调整为:路基+30cm4%石灰土掺23%路特固LPC一600+
3
cmAM一16沥青碎石。竣工验收弯沉值为61.2
(O.0lmm)。
(3)试验路段的施工工艺及控制,如图5所示。
I
验收路床平整度、密实度
、L施工工艺
。。。。
取就地土壤,用推土机推平,弪制措施
拖拉机排压(可配铧犁或旋耕机,降低初始含水量)路拌机拌和、破碎土壤。
一萤轰皇曩笳揽。
上
平整的土基上均匀摊铺辅剂(4%Il必须经消解过石灰4‰石灰),路拌机将辅剂充分拌和均卜叫6%准确测试出最佳含水匀,平地机整平。II量,配路特固稳定剂。
上
洒水车将稀释液均匀喷洒,压稀释比不得低于1:200,
实土按23%控制路拌机充分拌测出最佳含水量时充分匀l遍,平地机将拌过的土料●—一
压实,取拌匀土料制件
向路中间推移,以加强拌匀,澳07d,14d,28d无俱0
然后平地机做精平。
限抗压强度。
J,
振动式羊蹄碾碾压2遍,平地机同时整平,振动式羊角碾碾压2遍,平地机整平,平地机与胶一臻徽黟
轮碾同时整平,光碾收面。
上
立即喷洒透层油,48~72h完成Ll立即喷洒透层油,48~铺沥青面层。l’172h完成铺沥青面层。
图5试验路段的施工工艺及控制
试验段施工各技术环节均按流程进行,严格控制石灰含量及含水量,精确掺加路特固稳定剂[4],并控制每层松铺厚度保证碾压效果。但由于天气原因及施工设备条件限制,2km+000m~2km+500m路段在施工过程中受雨水浸泡受到影响。施工时每段
(下转第245页)
《工程与建设》2007年第21卷第3期
243
韩振峰:中等跨度斜拉桥的动力分析,
另外,塔、承台、主梁、横梁都用梁单元(框架单元)模拟[5’6]。
计算方法采用反应谱法和动力时程分析法相结合。反应谱采用桥涵设计规范反应谱,也可借用建筑抗震规范的反应谱;时程分析用的地震波可以利用现有的记录如ELCENTRO波等,也可人工拟合生成;同时不考虑行波效应对结构动力反应的影响。
来调整模态。
对塔的水平纵向位移和主梁中最大轴力,分别用反应谱法和动力时程分析法做了比较,结果见表1所列。可以看出反应谱法和动力时程分析法的分析结果比较接近,因而可仅采用反应谱法进行中等跨度斜拉桥的动力分析,进一步简化了分析。
表1反应谱法和动力时程分析法计算结果
3软件选择与结果示例
结构动力简化工作完成后,要进行计算分析,那么就要选择软件:ANSYS,SAP,ALGOR等都可,考虑到普通设计人员的使用,推荐用SAP2000软件进行分析。可以在AutoCAD中建立桥梁空间模型,然后再导入SAP2000中进行分析。
本文用SAP2000对上述双塔双索面预应力混凝土肋板式斜拉桥进行了分析,承台底的纵向弹簧刚度为3.oelOkN/m,竖向弹簧刚度为3.2e7kN/m,扭转弹簧刚度为4.3e9kN/m,分别用反应谱法和动力时程分析法进行计算,反应谱法采用规范谱(CQC法),地震波采用EI。CENTRO波。
计算得出该桥的模态值,其中前三阶模态频率分别为0.138
16、0.29925、0.367
4结束语
对此类桥型的动力分析的简化,使得原先很复杂的分析理论及过程清晰化、明确化,满足一般设计人员的需要。
[参考文献)
[1]刘士林.斜拉桥[M],北京:人民交通出版社,2002.
[2]谢旭.桥梁结构地震响应分析与抗震设计[M].北京:人民交
通出版社,2006.
[3]项海帆.高等桥梁结构理论[M].北京:人民交通出版社,2001.[4]范立础.桥梁抗震[M].上海:同济大学出版社,1997.[5]
李国豪.桥梁结构稳定与震动[M].北京:中国铁道出版社,1992.
[6]林元培.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,1994.
93,比较接近,为长
周期,与预计情况相符;也反映了该类型的斜拉桥以主梁水平纵向振动为主,可以通过改变塔与索的刚度
(上接第243页)
完成后7d内喷洒透层油,并在未喷洒透层油前及时进行了洒水养护。全线基层施工结束后,一次性铺筑沥青碎石面层。
(4)试验路段的工程质量检测评定哺]。每段试验段完成后,均及时采用灌砂法检测灰土层压实度,发现不足立即补压,最终全路段灰土压实度值均达到规定的95%以上,同时也对灰土层的平整度、宽度、纵断高程进行检测,均满足设计标准要求。
铺筑沥青碎石路面后,检测竣工弯沉平均值为42.4
(o.01mm),满足设计弯沉最大值61.2(o.01H】n1)的要求。
约工程费用3.7万元,节省15%的工程建设投资。
在农村公路建设中,当路基材料、现场施工条件适合时,采用在石灰土中加入适量的路特固土壤固化剂的方式,可以达到增强基层强度、改善基层性能的使用效果,并且可以节约造价、缩短工期以及保护环境,值得推广使用。
[参考文献]
[1]张信贵,欧鸥,易念平.土壤固化类材料及其应用[J].工程设
计与建设,2004,36(6):8—11.[2]汪梁旗,孙秀香,谢
禄.土的固化材料在公路工程中的应用
[J].内蒙古公路与运输,2004,(4):23—25.[3]
张丽娟,汪益敏,陈页开.电离子土壤固化剂加固土的压实性能[J].华南理工大学学报(自然科学版),2004,32(3):83—87.
3
结束语
采用固化剂灰土层代替水泥稳定碎石基层,两种
[4]杨建华,习应祥.土壤固化剂在湖区道路基层的应用研究[J].中南公路工程,2000,25(2):85—87.
方案的建设成本分别如下:按原设计方案实施:建设直接费约24.6万元。采用固化剂方案:建设直接费约20.9万元。两种方案相比,采用固化剂施工可节
[5]李文瑛,戴经梁.土壤固化剂加固土的研究[J].东北公路,2003,
26(1):34—36.
《工程与建设》2007年第21卷第3期
245
万方数据