玻利瓦尔公路项目火山灰高填方施工研究

玻利瓦尔公路项目火山灰高填方施工研究

段书伟

中国水利水电第十四工程局有限公司 云南省昆明市 650041

一、目的和意义

厄瓜多尔是一个多火山国家，首都基多地区多以火山灰为主，然而当地自然环境恶劣，人口密度小，地方财政能力有限，加上缺少砂石等传统筑路材料，使得公路建设受到严重制约，经济发展也受到限制，提高地产材料的使用性能是解决当前困境的重要途径。

气候条件：该地区地处半湿润中温赤道气候和干燥中温赤道气候的过渡带。年平均温度一般在13℃～15℃。年降水量从800mm（Calderón）到400～500mm之间变化。

厄瓜多尔火山灰储量巨大，因此积极开展火山灰材料在公路工程中的应用，利用有限的资金增加公路总里程、提高公路建设质量具有重要的意义。

厄瓜多尔西蒙▪玻利瓦尔大道延长线公路工程全长21.74km。项目金额：合同总额为10069.8万美元。

项目挖方约为217万立方米，填方约为151万立方米，填方高度达到56m。其余涵洞填方均在20m-30m之间。

通过西蒙.玻利瓦尔公路对火山灰等特殊路基填料的施工工艺进行重点性的研究，结合现场实际施工情况，形成特殊路基填料施工工艺，指导施工，确保工程质量，降低工程成本。利用特殊的路基填料，就地取材，大大降低项目的投资。

二、国内外研究水平综述

火山爆发时，岩石或岩浆被粉碎成细小颗粒，这些细小颗粒就是火山灰，火山灰不同于烟灰，它坚硬、不溶于水，由岩石、矿物、火山玻璃碎片等组成，一般直径小于2毫米，其中极细微的火山灰称为火山尘。在常温和有水的情况下可与石灰（CaO）反应生成具有水硬性胶凝能力的水化物。因此磨细后可用作水泥的混合材料及混凝土的掺合料。火山灰材料在我国的应用起步相对较晚，应用时间最长、技术最成熟的方式是利用火山灰材料制作水泥，并已在实际工程中成功应用。

【参考文献】

【1】陈青生、钱桂凤。西藏火山灰质材料作为混凝土掺合料的可行性。水利水运工程学报;2001年04期

【2】杨福珍、黄清友、张建栋。火山渣在路基工程中的应用。内蒙古公路与运输。2006年04期

【3】刘莉、何芳、李雪梅、薛家儒、马志鹏。路面基层新材料的研究与应用。山西建筑。2013年18期。

三、研究的理论和实践依据

本项目的关键技术如下：

主要针对南美地区厄瓜多尔当地有代表性的火山灰物理、化学性质及，研究将火山灰材料填筑路基的关键技术问题，总结指导火山灰材料在道路工程中的应用。

1、火山灰材料路用性能的特殊性；

2、火山灰用于路基填筑材料的施工技术及功效分析；

四、项目的研究内容、研究方法和技术路线

1、研究内容

通过理论分析、现场实验和施工监测，对火山灰填筑路基的施工方法、检测手段、边坡稳定及排水方面进行系统研究，综合评定总体施工进度情况和工后的沉降观测情况，优选最佳机械吨位和组合，制定最优的方案用于指导施工。

根据火山灰最佳含水率较高、透水性差、难压实等特性主要开展以下研究内容：

（1）火山灰填料的基本性能研究

A火山灰材料的特殊性；不同产地、不同区段火山灰的变异性；

B火山灰、火山渣的粒径分析；

C火山灰、火山渣的天然含水率、液限、塑限、标准击实试验、CBR试验等；

（2）火山灰高填方路基稳定技术研究及试验路段施工技术研究

A路基填料试验、检测报告；

B火山灰作为路基填料试验压实工艺主要参数：确定火山灰的最佳含水率、最大干密度及CBR值；压实机械规格、机械组合、松铺厚度、碾压遍数、碾压速度、最优含水率及碾压时含水率允许偏差、压实度检测方法等；

C不同区域填料对压实度的影响；火山灰在适当的含水量下可能对路基的整体稳定性破坏试验。

（3）火山灰高填方路堤边坡稳定性研究

A高填方路基填料抗剪强度参数试验方法及粘聚力、内摩擦角取值要求；

B高填方路基在不同工况下的稳定性研究；

C不同填方坡度对高填方路基稳定性的影响；

D火山灰高填方路基适用的边坡防护型式及条件；

（4）火山灰高填方路基排水技术研究

A火山灰路基填料的渗透性能；

B火山灰高填方路基地面排水方法及要求；

C火山灰高填方路基地下排水方法及要求；

（5）火山灰高填方路基工后沉降研究

A试验段路基压实度检测，填料物理力学性能试验及理论沉降量计算；

B分段对试验段路基工后沉降量观测、统计，提供沉降修正系数；

C针对火山灰高填方工后沉降的处理方法；

2、研究方法

研究方法主要采用调研、现场试验、理论分析、数值模拟及工程类比相结合的方法，选取西蒙玻利瓦尔公路线路第二段作为试验段。通过对试验段的填料及填筑工艺进行研究，分析试验段的填料、施工方法及工艺的合理性，寻找填料含水率控制的关键技术及方法，从而进一步指导推广全线的路基填筑施工。

针对本课题研究的内容，分四个阶段进行实施：

（1）第一阶段：材料基本特性研究

2016年7月到9月，通过现场调查、查阅资料及拜访在厄当地有类似施工经验的工程师，确定线路火山灰填料分布及数量。按照土石方调配计划，合理设置取土地段，自取土地段取土进行相关土工试验。并与基多天主教大学合作研究西蒙玻利瓦尔公路沿线各区域火山灰的变异性，对各区域火山灰、火山渣进行粒径、天然含水率、液限、塑限、标准击实试验、CBR试验等进行分析。

（2）第二阶段：火山灰高填方路基稳定性研究

2016年9月到10月，根据各区域材料的特性，并邀请各级专家进行专家会审。确定试验段的选择区间。结合线路典型横断面及各路段回填高度，与云南省设计院集团合作，对火山灰高填方路基稳定性进行验算， 制定试验段实施性施工方案指导试验段施工。

（3）第三阶段：方案实施、数据采集、分析及纠偏

2016年10月到2017年12月，通过对试验段的原材料土工试验结果，施工方法进行研究，以及地基承载力、填筑压实度的测试，分析试验段的机械的配套性、施工方法及工艺的合理性，寻找压实度能达到规范要求的关键技术及方法，施工方法及工艺。试验段完成后，埋设沉降观测标，对观测点进行观测，收集观测数据，并进行进一步的分析、整理。

（4）第四阶段数据整理、形成图表、总结成果

2017年7月到2017年12月，项目路基施工完成后，对收集到的所有数据进行整理，并绘制成图表，形成结论性总报告；并对施工中采取的其它措施进行分析总结，最终形成科技成果报告。

【技术路线】

根据火山灰填料的特点，在试验段主要进行以下测试：

火山灰、火山渣的粒径分析、天然含水率、最大干容重、最佳含水率、液限、塑限、CBR试验、火山灰、火山渣填料的渗透性、粘聚力、内摩擦角等；

通过试验段的研究可以得到：火山灰填料的基本（物理和化学）性能。

确定火山灰的最佳含水率、最大干密度及CBR值；压实机械规格、机械组合、松铺厚度、碾压遍数、碾压速度、最优含水率及碾压时含水率允许偏差、压实度检测方法，并对火山灰高填方路基边坡稳定性及排水、理论沉降、工后沉降及修正系数进行研究分析。

五、预期目标

通过对南美厄瓜多尔地区火山灰材料性质的研究，找寻改善火山灰高填方路基压实稳定性的方法，并对火山灰用于路基填筑材料的施工技术及功效分析，降低项目施工成本，研究成果能够成功的指导火山灰材料在公路工程中进行全方位应用，经济和社会效益显著，研究意义重大。

六、成果

通过研究成果，共完成填方约为151万立方米，均到达了设计质量要求，遵循了就地取材原则，节约了施工成本，取得良好的经济效益。

- 4 -