优质路基填料匮乏是滨海地区公路建设普遍面临的问题,无论是就近取土还是远距运土不仅会导致建设成本增加还会引发一系列的环境和社会问题。为积极践行国家建设资源节约、环境友好社会及海南省“绿色公路”理念,有必要基于滨海地区广泛分布的材料——滨海粉细砂开发新型路基填筑技术和工艺。
国内外在填砂路基领域虽已取得了一定的研究成果,但对滨海粉细砂的路用性能尚未进行过系统的研究,且没有在细砂地基上修筑粉细砂路基的先例。因此要实现滨海地区粉细砂路基的成功修筑,需解决以下三大核心技术难题:①粉细砂软弱地基处理标准及实用技术;②滨海地区粉细砂工程特性判定及其压实技术;③滨海地区粉细砂路基的设计理论和性能保障技术。
有鉴于此,该项目以文昌航天发射场配套道路——东郊至龙楼公路为依托,对滨海旅游公路粉细砂路基修筑技术进行研究。通过室内外试验、理论分析、数值模拟、工程试验等手段,对粉细砂地基处理、砂填料物理力学特性及适用性、粉细砂路基压实技术、粉细砂路基稳定与变形控制技术、粉细砂路基边坡防护与加固技术等关键技术问题进行深入系统研究。为实体工程建设提供了系统、可靠的技术保障,也为滨海地区类似工程建设提供技术储备和借鉴示范,提高全省公路建设技术水平。项目取得的主要研究成果和结论如下:
① 通过对全岛滨海地区粉细砂的现场调研及室内物理力学性质实验,确定省内滨海地区存在含细粒土砂、细砂、中砂、粗砂四种类型粉细砂,并绘制了相应的岛内分布图;
② 基于不同粉细砂路用性能试验结果,提出了公路工程滨海砂填料细化分类新方法和标准,针对粉细砂不宜作为上路床的限制,对三种无机结合料处治方式进行了技术、经济分析,结合海南省具体情况推荐滨海地区粉细砂路基顶封层优先采用8%的水泥处治砂材料;
③ 开展了室内C.K.C循环三轴与循环剪切动力试验研究,表明粉细砂在7度地震荷载下不会产生液化,并确定了循环荷载作用下粉细砂地基的临界循环应力比,并由此构建了粉细砂地基动力变形预估方程。基于该方程的计算表明,交通荷载对低路基产生的附加动应力是地基累积变形的主因,高路基可显著降低这种影响。
④ 在对粉细砂地基进行稳定和变形评价的基础上,考虑现有地基处理技术优缺点,有针对性地研发了粉细砂地基冲击碾压浅层处理技术和相应施工工艺,并编制了《滨海旅游公路粉细砂地基冲击碾压施工技术指南》;
⑤ 采用模量三参数复合预估模型对粉细砂动态回弹模量进行预估,获得了12种工况下参数,并建立了回弹模量本构模型中参数(k1、k2、k3)与压实度、含水量等物性指标间的经验回归关系,由此基于CHAI-MURAL动力应变预估模型建立了运用粉细砂路基土属性预估行车荷载作用下永久变形的模型;
⑥ 大型移动式足尺加速加载研究表明,粉细砂路基在高地下水位和重载交通条件下,能够保持良好的长期性能。并通过加速加载的全程监控和动态分析,掌握了重载交通和滨海高地下水位条件下粉细砂路基结构的动态响应特征;
⑦ 提出了滨海粉细砂路基的结构形式与构造体系,提出了砂芯-包边土复合粉细砂结构稳定验算双楔形体极限平衡法和路基动力变形的分条分层总和法,建立了基于稳定与变形控制的粉细砂路基设计理论和方法。