CN109977357B - 一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，包括以下步骤；1.根据最大密度曲线理论中的N法选取出若干不同的幂指数；2.排除不符合要求的幂指数；3.计算不同幂指数条件下的各级配区间含量；4.对不同幂指数条件下的土石混合体填料进行剪切强度试验，选取抗剪强度最大的一个幂指数，将其作为最佳级配；5.将幂指数所对应的不同粒径区间土样的百分含量，分为若干个粒径区间，从每个粒径区间选取一个数值作为关键筛孔直径，及所需粒径的上限值关键筛孔和下限值关键筛孔；6.施工过程中使用的土石混合体填料，采用关键筛孔进行筛取后得到的原料。保证施工压实的高质量，减小在后期运营中路基病害的发生。

Description

一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法
技术领域
本发明属于公路路基施工领域，涉及一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法。
背景技术
土石混合体是由碎石、块石、砾石、卵石等粗颗粒与砂土、黏土、粉土及风化残留物等细颗粒混合而成的一种特殊地质体，其结构组成复杂、粒径变化较大、级配不均匀、颗粒离散性大。土石混合体中粗颗粒的大小、排列方式、空间分布、接触方式不同，导致其压实强度特性有很大不同。当材料被压实时，粗颗粒往往会产生滑动、滚动、挠曲、压碎等，原有之间孔隙被填充，颗粒进行重新排列，导致其压实质量很难控制。当其作为路基填料时，与传统均质材料路基填料的压实性质有很大不同。
土石混合体填料路基压实质量好坏和强度大小直接影响着公路施工的整体质量，目前对于土石混合体的压实质量没有较好的控制方法，大多数施工现场都是通过控制碾压遍数等方法进行控制，且大多数传统压实质量检测方法对土石混合体填料路基也不实用，在实际过程中很难满足施工的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，能够保证土石混合体填料路基的施工压实的高质量，从而减小在后期运营中路基病害的发生。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，包括以下步骤；
步骤一、根据最大密度曲线理论中的N法选取出若干不同的幂指数n值；
步骤二、排除不良级配的幂指数；并且排除低于含石量下限和高于含石量上限的幂指数；剩余幂指数符合要求；
步骤三、计算符合要求的不同幂指数条件下的各级配区间含量；
步骤四、对符合要求的不同幂指数条件下的土石混合体填料进行剪切强度试验，选取抗剪强度最大的一个，将其作为最佳级配；
步骤五、将步骤四中选取的幂指数所对应的不同百分含量的粒径区间土样，分为若干个粒径区间，从每个粒径区间选取一个数值作为关键筛孔直径，及所需粒径的上限值关键筛孔和下限值关键筛孔；
步骤六、施工过程中，使用的土石混合体填料，采用步骤五中的关键筛孔进行筛取后得到的原料。
优选的，步骤一中，幂指数选取范围在0.3～0.7之间。
优选的，步骤一中，相邻幂指数之间增量大小相同。
优选的，步骤二中，计算不同幂指数条件下的不均匀系数Cu和曲率系数Cc，
Figure BDA0002007436120000021
Figure BDA0002007436120000022
当不均系数Cu大于等于5且曲率系数Cc在1至3之间时为良好级配，否则为不良级配，排除不良级配的幂指数；
并且排除低于含石量下限和高于含石量上限的幂指数。
优选的，步骤三中，根据N法计算公式，计算符合要求的不同幂指数条件下的各级配区间含量。
Figure BDA0002007436120000031
式中，Di为特定筛孔孔径，单位为mm；pi为集料颗粒在特定筛孔孔径Di上的通过百分率；i为特定筛；Dmax为集料的最大粒径，单位为mm。
优选的，步骤四中，剪切强度试验采用直剪试验、原位试验或三轴试验。
优选的，步骤五中，按照土地类型划分粒径区间，0.075mm以下颗粒属于粘性土类和有机质土，2mm～0.075mm区间属于砂土类，20mm～2mm区间属于碎砾石类，60mm～20mm属于块卵石类。
进一步，选取各粒径区间的最大值作为关键筛孔直径，为0.075mm、2.0mm、 20mm和60mm，及所需粒径的上限值关键筛孔和下限值关键筛孔。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明根据最大密度曲线理论中的N法选取不同幂指数，对幂指数进行筛选，得到一个最佳级配，通过最佳级配选择关键筛孔，通过关键筛孔再控制各类粒径的含量，从而保证填料的压实质量和强度，使土石混合体填料路基压实质量和强度有大幅度提高，可以减少公路在后期运营中路基病害的发生，并且该方法操作简单，效率和可靠性高，应用范围广，只需要在施工现场控制几个关键筛孔便可以控制土石混合体填料路基压实质量和强度，从而大大减少现场施工工作量。
附图说明
图1为本发明的不同幂指数对应的粒径连续级配曲线图；
图2为本发明的抗剪强度随级配的变化规律图；
图3为本发明的幂指数n＝0.55时对应的各粒径百分含量图；
图4为本发明的归类后幂指数n＝0.55时对应的各粒径百分含量图。
具体实施方式
下面结合图对本发明做进一步详细描述：
本实施例选取试验材料为陕西洛南地区张坪水库附近冲洪积体，现场堆积物主要由卵砾石、漂卵石、砂砾石及砂土组成。粗颗粒土成分复杂，分选差、大块石较少、颗粒磨圆度较好，砂土多为粗砾砂，矿物主要成分以长石、石英为主，粘粒含量高。
计算土石混合体填料不同幂指数n值对应的级配，根据剪切强度试验选取最佳级配，最终根据最佳级配选择关键筛孔，具体步骤为：
步骤一、根据最大密度曲线理论中A.N.Talbol提出的N法选取不同幂指数n 值，n值选取范围在0.3～0.7之间，n值选取原则为不同n值之间增量大小相同，覆盖整个选取范围，n值选取个数越多越好，本实施例选取n值个数为9个，不同幂指数n值对应的粒径连续级配曲线如图1所示。
步骤二、排除不符合要求的幂指数n值。主要包括以下两部分：
第一，根据公式计算不同幂指数n值条件下的不均匀系数Cu和曲率系数Cc，
Figure BDA0002007436120000041
Figure BDA0002007436120000042
当不均系数Cu大于等于5，曲率系数Cc在1至3之间时为良好级配，否则为不良级配，排除不良级配的n值，计算结果如表1所示，
表1
Figure BDA0002007436120000043
由表1看出，当n小于0.4时，冲洪积体填料的曲率系数Cc不符合要求。
第二，排除低于含石量下限和高于含石量上限的n值，当n大于0.6时，虽然不均匀系数Cu和曲率系数Cc都满足要求，但此时填料含石率已达到80％，本实施例以5mm作为土石阈值，含石量过高，不符合规范和施工要求。
因此，排除不符合要求的幂指数n值，最终选取n＝0.4、0.45、0.5、0.55和 0.6五种级配。
步骤三、根据N法计算公式，计算符合要求的不同幂指数n值条件下的各级配区间含量。
Figure BDA0002007436120000051
式中，Di为特定筛孔孔径，单位为mm；pi为集料颗粒在特定筛孔孔径Di上的通过百分率；i为特定筛；Dmax为集料的最大粒径，单位为mm。
计算结果见表2。
表2
Figure BDA0002007436120000052
步骤四、对幂指数n＝0.4、0.45、0.5、0.55和0.6五种级配下的土石混合体填料进行剪切强度试验，选取抗剪强度最大的一个n值，将其作为最佳级配；剪切强度试验可以采用直剪试验、原位试验或三轴试验，本实施例选用大型直剪试验。如图2所示，试验结果表明，当n＝0.55时，试样抗剪强度最大，即n＝0.55 时的级配为最佳级配。
步骤五、分析n＝0.55时不同粒径区间土样的百分含量，如图3所示。将较多的级配粒径归类为几个重要的粒径区间，几个重要的粒径区间是指具有代表性和起关键作用的粒径区间，比如按照土地类型划分的粒径区间，在此将其归类为 0mm～0.075mm属于粘性土类和有机质土，0.075mm～2mm属于砂土类， 2mm～20mm属于碎砾石类，20mm～60mm属于块卵石类，如图4所示。根据归类的粒径区间选取各粒径区间的最大值作为关键筛孔直径，选择的关键筛孔为 0.075mm、2.0mm、20mm和60mm共四个，四个关键筛孔得到四个级配区间，因为本实施例60mm为粒径上限，因此本实施例不用另外选取粒径的上限值关键筛孔和下限值关键筛孔。
步骤六、施工现场通过控制这四个关键筛孔，使用的土石混合体填料，采用步骤五中的关键筛孔进行筛取后得到的原料，保证每个区间的含量与得到的四个级配区间含量一致，便可以保证土石混合体路基施工压实质量和强度，从而大大减少现场施工工作量。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一、根据最大密度曲线理论中的N法选取出若干不同的幂指数；
步骤二、排除不良级配的幂指数；并且排除低于含石量下限和高于含石量上限的幂指数；剩余幂指数符合要求；
步骤三、计算符合要求的不同幂指数条件下的各级配区间含量；
步骤四、对符合要求的不同幂指数条件下的土石混合体填料进行剪切强度试验，选取抗剪强度最大的一个，将其作为最佳级配；
步骤五、将步骤四中选取的幂指数所对应的不同百分含量的粒径区间土样，分为若干个粒径区间，从每个粒径区间选取一个数值作为关键筛孔直径，及所需粒径的上限值关键筛孔和下限值关键筛孔；
步骤六、施工过程中，使用的土石混合体填料，采用步骤五中的关键筛孔进行筛取后得到的原料。
2.根据权利要求1所述的一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，其特征在于，步骤一中，幂指数选取范围在0.3～0.7之间。
3.根据权利要求1所述的一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，其特征在于，步骤一中，相邻幂指数之间增量大小相同。
4.根据权利要求1所述的一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，其特征在于，步骤二中，计算不同幂指数条件下的不均匀系数Cu和曲率系数Cc，
Figure FDA0002007436110000011
Figure FDA0002007436110000012
当不均系数Cu大于等于5且曲率系数Cc在1至3之间时为良好级配，否则为不良级配，排除不良级配的幂指数；
并且排除低于含石量下限和高于含石量上限的幂指数。
5.根据权利要求1所述的一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，其特征在于，步骤三中，根据N法计算公式，计算符合要求的不同幂指数条件下的各级配区间含量；
Figure FDA0002007436110000021
式中，Di为特定筛孔孔径，单位为mm；pi为集料颗粒在特定筛孔孔径Di上的通过百分率；i为特定筛；Dmax为集料的最大粒径，单位为mm。
6.根据权利要求1所述的一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，其特征在于，步骤四中，剪切强度试验采用直剪试验、原位试验或三轴试验。
7.根据权利要求1所述的一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，其特征在于，步骤五中，按照土地类型划分粒径区间，0.075mm以下颗粒属于粘性土类和有机质土，2mm～0.075mm区间属于砂土类，20mm～2mm区间属于碎砾石类，60mm～20mm属于块卵石类。
8.根据权利要求7所述的一种土石混合体填料路基压实质量和强度的控制方法，其特征在于，选取各粒径区间的最大值作为关键筛孔直径，为0.075mm、2.0mm、20mm和60mm，及所需粒径的上限值关键筛孔和下限值关键筛孔。
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土石混合料强度特性的试验研究;董云;《岩土力学》;20070615(第06期);全文 *

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