填石是一种人工填土层,通常指粒径大于等于100mm,含量超过50%的卵石、碎石、混凝土块、桩头等组成的填层。常用于道路建设。
特性
填石路基多修筑在地势险峻,沟壑纵横的山岭地区。由于线形的缘故,路堤的填筑高度较高,填方量大,再加上碎石填料本身的密度较大,路堤填筑体的自重荷载很大。这就对地基的承载力提出了较高的要求。就普通的填土路基而言,其填料颗粒之间具有一定的粘聚力,抗剪强度较低,填筑体本身的塑性较强,当地基由于承载力不足等自身原因发生较大不均匀沉降时,路基填筑体可以在一定范围内随着地基的沉降而共同沉降。但是填石路基的填料为粒径较大的碎石,颗粒之间基本上没有粘聚力,其抗剪强度多由颗粒之间的摩擦力与嵌挤力来形成,且强度较高,故填石路基在一定程度上可以看成是半刚性体。当地基的不均匀沉降程度较小时,颗粒之间的嵌挤作用可以保证路基的整体稳定性,避免其发生较大的变形沉降,路基总体上表现出一定的刚性。然而,当地基发生较大沉降,路基填筑体内部产生的剪应力大于路基的极限抗剪强度时,路基就会发生较大的剪切变形而失去稳定。由此可见,填石路基对地基的不均匀沉降较为敏感,石料之间的嵌挤作用一旦被破坏后,就难以象填土路基那样慢慢得以恢复。因此,对于填石路基而言,尤其是高填方路堤,地基承载力是保证路基压实质量和正常使用性能的前提条件,如若地基承载力不足,必将会导致路基的坍塌和失稳,进而使路面产生病害破坏。
处理要求
地基承载力
填石路基对地基的沉降要求较为严格,在填石路基填筑前应对地基的承载力进行测试(具体测试方法可参照桥梁基础的规定进行),地基的承载力应满足路基不同填筑高度的要求:
当填石路基填筑高度小于l0m时,地基承载力不宜低于150KPa;
路基填筑高度为10-20m时,地基承载力不宜低于200KPa;
路基填筑高度大于20m时,路基应宜填筑在岩石基底上。
清理要求
在填石路基填筑前,首先应该对原地面进行表面清理,清除树木等杂物。一般耕植土地段原地面应清除表土15cm深,同时用满足规范要求的土料回填原地面的坑、洞等低凹处,并按规定进行压实。当基底为松散土,且含水量较高时,压实前应先进行翻晒,使其重型压实度度不小于90%,当填石路基高度大于80cm时,基底压实不应小于95%,当路堤基底原状土的强度不符合要求时,应进行换填,其换填深度不小于30cm.若遇到不良地基(膨胀土、盐渍土、黄土等)时,应视具体工程条件采取清淤、排水固结、抛石、换填或复合地基等技术措施进行加固处理。此外,在土质地基上填筑填石路基时,为提高地基的强度与均匀性,应设置过渡层。
排水要求
由于填石路基的孔隙较大,水较易从边坡或路面等部位进入路基中,而且由于路基填筑体的渗透性好,水很容易浸湿地基,同时若地基范围内存在地下水,这都会影响填石路基的整体稳定。因此,当路堤基底范围内由于地面水或地下水影响路基稳定时,填石路基应采取必要的引排、拦截等措施,或在路堤底部填筑不易风化的片石、砂砾石或块石等透水性材料来设置透水层,其厚度应不小于30cm,以防止水对地基的不良影响。
坡度处理
当原地基有一定的坡度时,为保证填石路基的整体稳定性,应对地基进行如下处理:
在地基横坡陡于1∶5的地段,应将原地面挖成宽度不小于1.0m,高30cm的搭接台阶,同时台阶进行内倾处理,然后进行平整压实,使基底强度和密实度达到设计要求;
在地基横坡缓于1∶5的地段,当清除树根草皮或腐植土后,承载力满足要求时,可直接在天然地面上填筑填石路基。
压实要求
施工现场中由于石料爆破后的粒径较大,变化差异复杂,且细粒土的含量较少,从而导致填料的粒径组成不佳,大块石之间点面接触容易松动,不易嵌锁紧密,再加上填石路基所在的地形一般都较为复杂,斜坡沟谷纵横。如果施工管理上再存在一定的疏漏,将使填石路基不易压实达到稳定的状态,给竣工后公路的正常使用留下较大的隐患。正由于填石路基具有以上所述的压实特性,所以路基在压实过程中应着重注意以下几点:
应针对不同工程性质的填料具体对待,在施工中加强工艺控制,避免盲目施工。
在压实过程中,石料有可能不断被压碎,改变原有的粒径组成,从而对路基密度、强度和稳定性都会产生重要影响。
由于填料的透水性良好,填石路基宜产生孔隙,在一定条件下(如雨水冲刷或浸水路堤)会导致路基填筑体中的细粒料流失,从而发生较大的沉降,所以应采取必要的措施加以防范。
石质地基处理
方法
一般认为石质地基较为理想,其承载力较大,能为填石路基的稳定性提供较为理想的支承保证。但是应当看到,如果对石质地基的要求过低或施工时处理不当,其承载力的不均匀现象仍然会对路基产生不利的影响。因此不应对填石路基的石质地基掉以轻心,放松要求,应确保石质地基的平整性与强度的均匀性。
处理
在山区填石路基的施工现场经常会遇到岩石和细粒土混合地基,这种地基的强度很不均匀,同时其表面不易整平,如不采取必要的处理措施将会对路基的稳定性有较大的影响,尤其是路基填筑高度较高时,会增加不均匀沉降,导致路基路面产生破坏。对于岩石和细粒土混合的地基,主要问题是由于强度不同,存在承载力差异,故应提高细粒土部位的强度,具体处理方法是将岩石炸平,并在细粒土部位设过渡层。
施工质量检测
填石路基施工质量检测方法包括沉降差检测方法、密度检测法、弯沉检测法、压实度法、试验路段法、弹性模量法、沉降法、面波法、附加质量法等。其中,沉降差检测方法是测定压实层表面的测点早用标准吨位的压路机碾压前后的高程差即沉降差,用以评价路基压实质量的方法。密度检测法则是现场密度试验,它是较为直接的检测手段。弯沉检测法是以路基弯沉值作为路面设计的重要指标之一,可通过落锤式弯沉仪测定动弯沉来进行检测。压实度检测法则采用填料的最大干密度作为压实标准,通过现场实测的填料干密度与最大干密度的比值即压实度的大小来检测施工质量。试验路段法是在修筑试验路段的基础上,确定填筑的厚度、压实机械和碾压遍数等关键施工参数,以此来控制施工质量。弹性模量法则以变形控制为依据,通过监测填料的变形情况来评估路基的密实度。压实计法是由加速计、数据处理装置和指示表组成,通过波形畸变的程度来判断压实程度。面波法则是根据表面传播速度与材料密度、强度以及弹性模量等力学参数的良好相关性来对被检测体进行质量检测。附加质量法则是根据单自由度体系的震动原理,通过对测点的质量和体积的计算来求得测点土体的密度。相对沉降量法则是通过仪器架设在路基外,检测前后的仪器高度不变,碾压前后各侧点的读数差即为该点的相对沉降量。
施工工艺
填石路基的施工工艺主要包括选择路基填石路段、对填石路基基底的处理、摊铺填石路基和对填石路基的压实。在选择路基填石路段时,要考虑填料的性质,可以选择先后分层填筑和土石方交替填筑两种方法。在对填石路基基底的处理中,应选用岩石及细粒土的混合基底,以加强处理细粒土的水平,使路基基底强度更加均匀。摊铺填石路基时,应采用渐进式摊铺法,先进行计划,划定一定的范围,用推土机进行初平施工,向前推移填料,并在已完成的工作面上堆放材料,再用同样的方法进行向前推平,使工作面平整,需要注意的是,每次推土机向前推进的距离不要超过3米,最后是填充工作,即填补石料之间的空隙,使用的材料通常是石渣或石屑,直到完全平整,没有空隙为止。人工铺填粒径25cm以上石料时,应先铺填大块石料,大面向下,小面向上,摆平放稳,再用小石块找平,石屑塞缝,最后压实。人工铺填块经25m以下石料时,可直接分层摊铺,分层碾压。在对填石路基的压实中,要注意控制路基碾压厚度、压路机碾压速度、遍数以及填料的含水量等因素,以确保路基的压实度。
技术控制
填石路基施工技术的控制包括控制地基承载力、对地基表面杂物的处理、控制石质地基和控制填石路基的质量。在控制地基承载力方面,要对地基承载力进行测试,确保其满足施工条件。在对地基表面杂物的处理中,要确保地面的干净程度,便于进行填筑工作。在控制石质地基时,要遵循相关的规定,规范操作,用合理的操作方法确保施工的质量。在控制填石路基的质量时,要对填石路基的质量进行监控,严格遵守相关的施工规范,对于每层石料的厚度、粒径、碾压速度、遍数也要进行严格、详细的记录,在施工的整个过程都要进行把关监控。