一种千枚岩路基填料压实质量检验方法与流程

本发明属于公路路基施工技术领域，涉及一种千枚岩路基填料压实质量检验方法。

背景技术：

风化千枚岩从力学特性上属于软岩，其主要矿物成分为绢云母和黏土矿物，加之特有的千枚状片理构造，使得填料易崩解破碎。但受到地质条件、经济条件的限制，并考虑其对环境的影响，在道路经过风化千枚岩分布的区域，仍然不可避免的将其作为路基的填料。

填料路基压实质量的好坏直接影响着公路施工整体的质量。我国现行的公路路基设计规范中主要将压实度作为控制路基施工压实质量的指标，且填料路基必须满足承载力(cbr)要求，但公路路基设计和施工规范中没有明确千枚岩压实质量控制标准，设计施工中通常通过压实度和cbr值来控制其压实质量。

经过对千枚岩填料路基的长期调研发现，千枚岩填料路基常常会发生不均匀沉降、车辙、裂缝等路基病害，而引起这些路基病害的主要原因是由于风化千枚岩的易崩解破碎特性。虽然在施工现场检测其压实度和cbr值符合规范要求，但千枚岩填料路基压实后往往会产生二次破碎，甚至三次破碎，且产生二次破碎及三次破碎的时间也是不确定的，周期可能很长，这就使得在公路正常运营期间往往会产生不均匀沉降、车辙、裂缝等路基病害。因此通过压实度和cbr值控制其压实质量存在偏差，不能很好的反应其施工压实质量。至今为止，国内外也没有很好的解决千枚岩填料路基压实质量的方法，因此需要寻求一种能够控制千枚岩填料路基压实质量的方法，以便更好的反应千枚岩填料路基及类似于千枚岩特性的碎石类材料路基的施工压实质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种千枚岩路基填料压实质量检验方法，能够直观的反应出千枚岩填料路基的施工压实质量，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：

一种千枚岩路基填料压实质量检验方法，包括计算室内千枚岩填料的分维值和计算千枚岩填料路基的分维值；

计算室内千枚岩填料路基趋于稳定的分维值包括以下步骤，

步骤一，选择至少三组与公路所用填料粗粒含量相同，初始级配相同的千枚岩填料；

步骤二，将每组选取的千枚岩填料进行室内击实试验；

步骤三，计算每组击实后的千枚岩填料的分维值；

步骤四，重复步骤二和步骤三，直至千枚岩填料的分维值趋于稳定；

计算千枚岩填料路基的分维值过程为，当填料施工完成后，且其压实度和cbr值均符合规范要求的前提下，对施工现场千枚岩填料路基进行取样，计算相应的分维值；

比较室内千枚岩填料的最后一次击实的分维值和填料施工后的千枚岩填料路基分维值，若填料施工后的千枚岩填料路基分维值在所有组室内千枚岩填料中的最大分维值和最小分维值的区间内时，则压实质量符合要求，若小于该区间，差值越大，产生路基病害的几率越大。

优选的，步骤一中，对千枚岩填料进行粗料和细料的划分。

优选的，步骤二分为以下步骤；

步骤2.1，测量千枚岩填料的最佳含水率；

步骤2.2，进行击实，并且分为三组平行试验；

步骤2.3，采用筛分法对击实前后的不同粒组进行筛分称量。

进一步，步骤2.1中，测得最佳含水率后，按照设定好的初始级配对应的最佳含水率进行配料，闷料一昼夜后，转步骤2.2。

进一步，步骤2.2，击实试验中的击实层数为三层，每层击实次数为98次。

优选的，步骤四中，千枚岩颗粒质量与颗粒粒径的分形关系为

其中，dmax为千枚岩填料的最大粒径，di为某一筛孔尺寸，di为千枚岩填料粒径尺寸，m(di)为小于di筛孔的千枚岩填料的累积筛余质量，mt为所选填料的总质量，d为分维值，对上式两边取对数可得，

其中，即为千枚岩填料的di筛孔对应的通过率；

千枚岩填料的通过百分率与粒径尺寸在双对数坐标下呈线性相关，千枚岩填料满足分形特性，以lg[m(di)/mt]为y轴，lg(di/dmax)为x轴建立坐标系，对数据进行线形拟合，求得直线斜率为k＝3-d，反算分维值d。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明只需通过室内击实试验和筛分试验测得千枚岩填料路基趋于稳定时的分维值区间和现场施工时填料的分维值，便可通过两者分维值的比较判断其是否符合施工压实质量，减小在后期运营中路基病害的发生。该方法操作简单，效率和可靠性高，不仅适用于千枚岩填料路基，同样适用于其它易风解破碎类似于千枚岩性质的碎石类材料路基以及在相应区域的工程建设。

附图说明

图1为室内击实试验55％粗料含量填料级配曲线；

图2为一次重型击实条件下55％粗粒含量的各级粒组变化图；

图3两次连续重型击实条件下55％粗粒含量的各级粒组变化图；

图4为55％粗料击实前后lg(di/dmax)和lg[m(di)/mt]拟合曲线；

图5为试验路段填料压实前后的级配曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本实施例选取试验材料为十堰-天水高速安康东段33标段k121附近风化千枚岩挖方弃料，主要矿物成分为粘土矿物、石英、绢云母等。试验路选用初始级配为55％粗料含量千枚岩填料，通过计算可知，该初始级配曲线的不均匀系数为10.4，曲率系数为2.6，可知此级配良好，经碾压后易得到较高的密实度。因此室内击实试验选用与试验路相同的初始级配。

第一部分：计算室内击实试验条件下千枚岩填料路基趋于稳定的分维值。

其主要步骤如下：

一、千枚岩填料路基初始级配的确定

在十堰-天水高速安康东段33标段k121附近风化千枚岩挖方弃料现场随机取料，对原始材料进行破碎处理。采用新标准方孔筛，规格为铁板方孔：4.75、9.5、13.2、16、19、26.5、31.5、37.5、53mm；丝网方孔：0.075、0.15、0.3、0.6、1.18、2.36，筛分后得到最大粒径为53mm，由于实验室击实试验条件所限，对较大超粒径的填料等量替换进行处理，经处理后的最大粒径为37.5mm。然后在经处理后的级配基础上以4.75mm粒径作为粗料和细料的分界线，设定5组粗料含量为55％的平行试验，为了说明其试验过程和方法，因此本实施例只选用其中一组加以说明，其级配曲线如图1所示。

二、室内击实试验

1)测得粗料含量55％的最佳含水率为7.3％。

2)按粗料含量为55％对应的最佳含水率7.3％进行配料，闷料一昼夜后进行击实试验。

3)试验室采用标准重型击实试验ⅱ-2型，即为采用大尺寸内径为15.2cm，高度为17cm的击实筒，击实层数为3层，每层击实次数为98下，其中做三组平行试验。重型击实试验结束后，将千枚岩填料烘干后选用新标准方孔筛进行筛分。

4)为了进一步分析二次碾压对千枚岩填料粒径的影响，试验设计了多次连续击实；即一次击实完成后，将千枚岩填料脱模、碾散后，进行再一次击实。试验操作步骤与一次击实试验相同，每次击实后计算千枚岩填料的分维值，直到分维值趋于稳定。

5)当击实功超过一定界限时，千枚岩填料在击实作用下级配会发生较大变化。采用筛分法对一次重型击实及二次连续重型击实前后不同粗料含量下的不同粒组进行筛分称量，其一次重型击实和二次重型击实条件下粗粒含量的各级粒组变化如图2、图3和表1所示。

表1

三、分维值大小控制千枚岩填料路基压实质量

1)设千枚岩填料最大粒径为dmax，某一筛孔尺寸为di，千枚岩颗粒质量与颗粒粒径的分形关系为

式中，di为千枚岩填料粒径尺寸，单位为mm；m(di)为小于di筛孔的千枚岩填料的累积筛余质量，单位为g；mt为所选填料的总质量，单位为g；d为分维值。对上式两边取对数可得，

式中，即为千枚岩填料的di筛孔对应的通过率，单位为％。

千枚岩填料的通过百分率与粒径尺寸在双对数坐标下呈线性相关，千枚岩填料满足分形特性。以lg[m(di)/mt]为y轴，lg(di/dmax)为x轴建立坐标系，对数据进行线形拟合，通过拟合曲线可以看出，试验数据具有良好的线性相关性，且相关系数高于0.96，证明千枚岩填料击实破碎后粒度分布具有分形特性，求得直线斜率为k＝3-d，反算分维值d。粗料击实前后lg(di/dmax)和lg[m(di)/mt]拟合曲线如图4所示，反算得出分维值d的大小如表2所示。

表2

2)由图4和表2可以看出二次连续击实后，55％粗粒含量的分维值基本稳定在2.63，因此无需进行三次击实。

3)经过对5组平行试验分维值的计算，确定55％粗粒含量的初始级配下，其分维值区间为2.60-2.67。

第二部分：计算施工现场千枚岩填料路基的分维值。

“十天”高速公路水泥改良千枚岩填筑试验段选定在25标头，全长250m。路基在填筑过程中选用55％粗粒含量的填料进行路基填筑。试验段分三层铺筑，层厚27cm。采用与室内击实试验相同的击实功对路基进行碾压，为了保证路基压实效果，取室内最大干密度为97％时对应的击实功为最低标准。在现场试验路段检测频率为每200m，每压实3层测4处随机取样。采用挖坑灌砂法进行压实度检验测定，测试结果见表3。

表3

从表3可以看出，作为路堤填料的千枚岩满足规范要求的94％的压实度要求。

经过对试验路段zk19+120某处进行取样，筛分试验后其初始级配和压实后级配曲线如图5所示。根据公式计算以及曲线拟合后，计算得到现场选用填料压实后的分形维数为2.62。

第三部分：试验路段测得的分维值为2.62，处在室内击实试验所计算的分维值区间2.60-2.67内，说明其压实质量符合要求，在公路运营期间发生二次及三次，可能多次破碎的概率较低，产生路基病害，主要指不均匀沉降、车辙和裂缝的可能性较小。

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。