一种高铁路基用碎石级配设计的方法
【专利摘要】本发明提供的高铁路基用碎石级配设计的方法包括以下步骤：用筛孔分别筛得不同粒径的碎石；以16粒径的碎石作为第一级粒料，19粒径的碎石作为第二级粒料，通过CBR值变化规律，确定第二级粒料的掺量；将26.5粒径的碎石作为第三级粒料，掺入最佳比例的第一、二级的混合料中，通过测定CBR值变化规律，确定第三级粒料的掺量；采用同样的方法分别确定第四级13.2粒径、第五级9.5粒径、第六级4.75粒径的碎石最佳掺量，最终确定的粗集料中各粒径的碎石掺量；用K值理论计算的方法，确定细集料的级配；将理论计算的细集料与粗集料混合，混合料进行CBR试验，确定粗集料和细集料的级配。该方法能高效、直观、准确地反映作为路基的级配碎石的基本性能，为施工质量和工程安全提供了必要的保障。
【专利说明】一种高铁路基用碎石级配设计的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及闻速铁路路基碎石级配设计施工领域，提供一种闻铁路基用碎石级配设计的方法。
【背景技术】
[0002]随着我国改革开发步伐的不断加快以及经济和科技的跨越，我国的铁路技术，尤其是高铁技术持续快速发展，集中体现了我国铁路交通实现跨越式发展的进程，使中国铁路基础设施总体水平实现历史跨越。高速铁路路基是承受轨道结构和列车荷载的基础，是铁路工程的重要组成部分，除应具备基本功能外，还应额外满足列车高速运行时冲击荷载的要求:具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，能够承受正常施工和使用时可能出现的各种情况。
[0003]材料的性能与其结构有着密切关系，结构决定了混合料的性能。尤其对于级配碎石，其主要力学性能来自集料间的嵌挤作用，因此良好的颗粒级配起到至关重要的作用。级配碎石是一种由不同粒径石料组成的嵌挤密实型结构，级配对弹性模量值有较大影响。另外，级配碎石通过振动碾压使松散体形成骨架，从而具备一定强度。级配是影响级配碎石强度与刚度最重要的因素。一般来说，密实的级配易获得高密度，从而使级配碎石获得高的CBR值、回弹模量及抗永久变形能力。
[0004]目前为止，集料级配组成有嵌挤原则和级配原则。常用的级配理论主要有最大密度曲线理论和粒子干涉理论，前一理论主要描述了连续级配的粒径分布，可用于计算连续级配。后一理论不仅可以用于计算连续级配，而且可以用于计算间断级配。
[0005]最大密度曲线理论是通过试验提出的一种假想的理想曲线。富勒(w.B.Fuller)和他的同事研究认为:固体颗粒按粒度大小有规则地组合排列，粗细搭配，可以达到密度最大、空隙最小的混合料。初期研究的理想曲线是:较细集料的颗粒级配为椭圆形曲线，较粗集料的颗粒级配为与椭圆形相切的直线，由这两部分曲线组成的级配曲线可以达到最大密度。这种曲线计算比较复杂，后来经过许多研究改进，提出简化的抛物线最大密度曲线理论。该理论认为:矿质混合料的颗粒级配曲线越接近抛物线，则密实越大，常见的计算方法有η法、k法等。粒子干涉理论认为:为达到最大密度，前一级颗粒之间的空隙应由次一级颗粒所填充，其余空隙又由再次小颗粒所填充，但填隙的颗粒粒径不得大于其间隙的距离，否则大小颗粒粒子之间势必发生干涉现象。
[0006]上面列举的级配理论其设计计算的中心思想都是相同的，即通过对不同粒径集料的组合使其密实度达到最大，但在实际操作中并不严格这样。一般来说我们在进行级配的设计时总是考虑如何尽量减少混合料的空隙率，提高混合料的密实度，而没有考虑混合料本身骨架的形成情况。有实验已经证明密实度较大的级配其骨架有可能不是很好，比如说悬浮密实型级配，这种级配不符合施工要求。
【发明内容】
[0007]发明目的:为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种更高效实用更准确的高铁路基用碎石级配设计的方法。
[0008]技术方案:本发明提供的高铁路基用碎石级配设计的方法包括以下步骤:
[0009]第一步，用筛孔分别为0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm、
9.5mm、13.2mm、16mm、19mm、26.5mm、31.5mm的标准方孔筛筛分出单粒径碎石，分别筛得0.075,0.15,0.3,0.6,1.18,2.36,4.75,9.5,13.2、16、19、26.5,31.5 粒径的碎石；
[0010]第二步，以16粒径的碎石作为第一级粒料，19粒径的碎石作为第二级粒料，按一定的比例梯度将二者混合，通过测定CBR值变化规律，确定第二级粒料的掺量；将26.5粒径的碎石作为第三级粒料，掺入最佳比例的第一、二级的混合料中，按一定的比例梯度将二者混合，通过测定CBR值变化规律，确定第三级粒料的掺量；采用同样的方法分别确定13.2、
9.5,4.75粒径的碎石的最佳掺量；最终确定的4.75mm以上即粗集料中各粒径的碎石掺量;
[0011]第三步，用最大密度曲线理论的K值理论计算的方法，确定4.75mm以下碎石即细集料的级配；
[0012]第四步，将步骤三理论计算的细集料与粗集料混合，混合料进行CBR试验，确定粗集料和细集料的级配。
[0013]其中，第二步中，粗集料中各粒径的碎石掺量分别为:4.75粒径的碎石15.0~20.0 % ；9.5粒径的碎石16.0~18.0% ;13.2粒径的碎石12~14.5% ;16粒径的碎石15~17% ；19粒径的碎石21~22% ；26.5粒径的碎石14.5~15% ;优选的，粗集料中各粒径的碎石掺量分别为:4.75粒径的碎石20.0% ；9.5粒径的碎石16.0% ；13.2粒径的碎石12.4% ;16粒径的碎石15.4% ;19粒径的碎石21.4% ;26.5粒径的碎石14.8%。
[0014]其中，第三步中，细集料中各粒径的碎石掺量分别为:0.075粒径为3.5~5.0%,
0.15 粒径为 10.0 ~IL 5%,0.3 粒径为 23.0 ~25.0%，0.6 粒径为 14.0 ~15.0%，L 18粒径为18.5~21%，2.36粒径为26~27.5% ;优选的，细集料中各粒径的碎石掺量分别为:0.075 粒径为 4.4%,0.15 粒径为 10.8%，0.3 粒径为 24.0%,0.6 粒径为 14.5%, 1.18粒径为19.7%, 2.36粒径为26.6%0
[0015]其中，第四步中，粗集料和细集料的级配为粗集料65 %~75 %，细集料为25%~35% ;优选的，为 74.1%:25.9%0
[0016]有益效果:本发明提供的高铁路基用碎石级配设计的方法通过测量的基本力学性能结合理论计算来设计出骨架结构和密实度都符合使用要求的骨架密实级配，能高效、直观、准确地反映作为路基的级配碎石的基本性能，为施工质量和工程安全提供了必要的保障。
[0017]该方法是一种新的级配设计方法，与传统方法相比，充分考虑了碎石集料的力学性能和实际应用情况，从而设计了更为密实骨架结构更好的碎石级配。
[0018]该方法机理如下:CBR值代表着松散材料对外力贯入的抵抗能力，也就是竖向压应变的能力。而像级配碎石这种松散材料其强度主要来自颗粒间的摩擦阻力，内摩擦角的数值直接影响摩擦阻力的大小。路基材料的实际受力状况与CBR实验有侧限的状态比较接近，因此CBR值的大小能够近似反映出各级粒料的镶嵌挤合程度。在外力的贯入作用下能够较长时间保持结构的稳定和较小的变形的混合料可以看作是其骨架比较优良。这种材料有较高的内摩擦阻力，即CBR试验值比较高。且一般来说连续级配相对于间断级配具有更加良好的工作性能，因此采用连续分布的粒料。另一方面，由于粒径小于4.75mm的粒料对骨架的形成的贡献作用作用太小可以忽略不计，只是作为骨架中的填充物发挥作用，故小于4.75mm的粒料级配由K值法确定。然后再由CBR实验方法确定粗细集料的比例，从而保证粗集料形成比较好的骨架的同时细集料也能够填充粗骨料骨架的空隙。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为逐级填充CBR值变化规律，由图可以看出，CBR值对级配设计的指导作用。粗骨料形成的骨架受4.75~9.5这个范围内粒料的含量影响最大，从CBR值随填充级数变化的曲线可以看到4.75 (第五级)粒料后面CBR数值出现显著降低。
【具体实施方式】
[0020]下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0021 ] 取代表性试样50Kg，过筛后约取25Kg，四分法分为4份，每份约6Kg，供击实试验和制试块之用。
[0022]利用本发明技术方案，确定碎石级配，方法如下:
[0023]第一步，用筛孔分别为0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm、
9.5mm、13.2mm、16mm、19mm、26.5mm、31.5mm的标准方孔筛筛分出单粒径碎石，分别筛得
0.075,0.15,0.3,0.6,1.18,2.36,4.75,9.5,13.2、16、19、26.5,31.5 粒径的碎石；
[0024]第二步，以16粒径的碎石作为第一级粒料，19粒径的碎石作为第二级粒料，按一定的比例梯度将二者混合，通过测定CBR值变化规律，确定第二级粒料的掺量；将26.5粒径的碎石作为第三级粒料，掺入最佳比例的第一、二级的混合料中，按一定的比例梯度将二者混合，通过测定CBR值变化规律，确定第三级粒料的掺量；采用同样的方法分别确定13.2、
9.5,4.75粒径的碎石的最佳掺量；最终确定的4.75mm以上即粗集料中各粒径的碎石掺量;
[0025]第三步，用最大密度曲线理论的K值理论计算的方法，确定4.75mm以下碎石即细集料的级配；
[0026]第四步，将步骤三理论计算的细集料与粗集料混合，混合料进行CBR试验，确定粗集料和细集料的级配。
[0027]由以上方法确定了以下碎石级配:
[0028]实施例1
[0029]粗集料和细集料的级配为:粗集料74.1 %，细集料25.9%。
[0030]其中，粗集料中各粒径的碎石掺量分别为:4.75粒径的碎石20.0%；9.5粒径的碎石16.0% ；13.2粒径的碎石12.4% ；16粒径的碎石15.4% ；19粒径的碎石21.4% ；26.5粒径的碎石14.8%。
[0031]其中，细集料中各粒径的碎石掺量分别为:0.075粒径为4.4%，0.15粒径为
10.8%，0.3 粒径为 24.0%,0.6 粒径为 14.5%, 1.18 粒径为 19.7%,2.36 粒径为 26.6%0
[0032] 该级配碎石CBR值为75，最大干密度为2.16g/cm3。
[0033]实施例2
[0034]粗集料和细集料的级配为:粗集料74.1 %，细集料25.9%。
[0035]其中，粗集料中各粒径的碎石掺量分别为:4.75粒径的碎石15.0%；9.5粒径的碎石18.0% ；13.2粒径的碎石14.4% ；16粒径的碎石16.4% ；19粒径的碎石21.4% ；26.5粒径的碎石14.8%。
[0036]其中，细集料中各粒径的碎石掺量分别为:0.075粒径为4.4%，0.15粒径为
10.8%,0.3 粒径为 24.0%,0.6 粒径为 14.5%, 1.18 粒径为 19.7%, 2.36 粒径为 26.6% ?
[0037]该级配碎石CBR值为73，最大干密度为2.13g/cm3。
[0038]实施例3
[0039]粗集料和细集料的级配为:粗集料71 %，细集料29%。
[0040] 其中，粗集料中各粒径的碎石掺量分别为:4.75粒径的碎石15.0%；9.5粒径的碎石18.0% ；13.2粒径的碎石14.4% ；16粒径的碎石16.4% ；19粒径的碎石21.4% ；26.5粒径的碎石14.8%。
[0041]其中，细集料中各粒径的碎石掺量分别为:0.075粒径为4.4%，0.15粒径为
10.8%,0.3 粒径为 24.0%,0.6 粒径为 14.5%, 1.18 粒径为 19.7%, 2.36 粒径为 26.6% ?
[0042]该级配碎石CBR值为76,最大干密度为2.08g/cm3。
[0043]实施例4
[0044]粗集料和细集料的级配为:粗集料65 %，细集料35 %。
[0045]其中，粗集料中各粒径的碎石掺量分别为:4.75粒径的碎石15.0%；9.5粒径的碎石18.0% ；13.2粒径的碎石14.5% ；16粒径的碎石17% ;19粒径的碎石21% ；26.5粒径的碎石14.5%。
[0046]其中，细集料中各粒径的碎石掺量分别为:0.075粒径为3.5%，0.15粒径为
10.0%，0.3 粒径为 23.0%，0.6 粒径为 15.0%,1.18 粒径为 21.0%,2.36 粒径为 27.5%。
[0047]该级配碎石CBR值为74，最大干密度为2.12g/cm3。
[0048]实施例5
[0049]粗集料和细集料的级配为:粗集料75%，细集料25%。
[0050]其中，粗集料中各粒径的碎石掺量分别为:4.75粒径的碎石18.0%；9.5粒径的碎石18.0% ；13.2粒径的碎石12% ;16粒径的碎石15% ;19粒径的碎石22% ；26.5粒径的碎石15%。
[0051]其中，细集料中各粒径的碎石掺量分别为:0.075粒径为5.0%，0.15粒径为
11.5%,0.3 粒径为 25.0%,0.6 粒径为 14.0%,1.18 粒径为 18.5%,2.36 粒径为 26.0%o
[0052]该级配碎石CBR值为75,最大干密度为2.15g/cm3。
【权利要求】
1.一种高铁路基用碎石级配设计的方法，其特征在于:包括以下步骤:
第一步，用筛孔分别为 0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm、9.5mm、13.2mm、16mm、19mm、26.5mm、31.5mm的标准方孔筛筛分出单粒径碎石，分别筛得0.075、0.15,0.3,0.6,1.18,2.36,4.75,9.5,13.2、16、19、26.5,31.5 粒径的碎石； 第二步，以16粒径的碎石作为第一级粒料，19粒径的碎石作为第二级粒料，按一定的比例梯度将二者混合，通过测定CBR值变化规律，确定第二级粒料的掺量；将26.5粒径的碎石作为第三级粒料，掺入最佳比例的第一、二级的混合料中，按一定的比例梯度将二者混合，通过测定CBR值变化规律，确定第三级粒料的掺量；采用同样的方法分别确定13.2、9.5,4.75粒径的碎石的最佳掺量；最终确定的4.75mm以上即粗集料中各粒径的碎石掺量; 第三步，用最大密度曲线理论的K值理论计算的方法，确定4.75mm以下碎石即细集料的级配； 第四步，将步骤三理论计算的细集料与粗集料混合，混合料进行CBR试验，确定粗集料和细集料的级配。
2.根据权利要求1所述的一种高铁路基用碎石级配设计的方法，其特征在于:第二步中，粗集料中各粒径的碎石掺量分别为:4.75粒径的碎石15.0~20.0% ；9.5粒径的碎石 16.0~18.0% ；13.2粒径的碎石12~14.5% ；16粒径的碎石15~17% ；19粒径的碎石21~22% ；26.5粒径的碎石14.5~15% ;优选的，粗集料中各粒径的碎石掺量分别为:4.75粒径的碎石20.0% ；9.5粒径的碎石16.0% ；13.2粒径的碎石12.4% ；16粒径的碎石15.4% ;19粒径的碎石21.4% ;26.5粒径的碎石14.8%。
3.根据权利要求1所述的一种高铁路基用碎石级配设计的方法，其特征在于:第三步中，细集料中各粒径的碎石掺量分别为:0.075粒径为3.5~5.0%，0.15粒径为10.0~11.5%，0.3 粒径为 23.0 ~25.0%，0.6 粒径为 14.0 ~15.0%, 1.18 粒径为 18.5 ~21%，2.36粒径为26~27.5 % ;优选的，细集料中各粒径的碎石掺量分别为:0.075粒径为4.4%,0.15 粒径为 10.8%，0.3 粒径为 24.0%，0.6 粒径为 14.5%, 1.18 粒径为 19.7%,2.36 粒径为 26.6%。
4.根据权利要求1所述的一种高铁路基用碎石级配设计的方法，其特征在于:第四步中，粗集料和细集料的级配为粗集料65%~75%，细集料为25%~35% ;优选的，为.74.1%:25.9%。
【文档编号】C04B20/00GK104176962SQ201410401941
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】蒋金洋, 赵国堂, 佘伟, 潘利 申请人:东南大学