隧道弃渣填筑高速公路路基施工与检测技术研究

摘要

随着西部大开发，山区的高速公路建设发展迅速，建设中桥隧所占的比例日益增加，其中所产生的隧道弃渣也越来越多，大多数处理的方法就是简单的堆砌。这种粗放型的做法，将本可以利用的隧道弃渣未加利用而直接抛弃，填筑路基时又缺乏筑路材料，反而需在当地大量开采筑路材料，这不仅破坏自然环境和生态平衡，而且浪费社会资源，增加了建设费用。若利用隧道弃渣，并经破碎等工艺处理后作路基填料，可实现材料的就地取材，也可提高路基的强度及稳定性。
　　隧道弃渣作路基填料时，检测其压实度是否符合要求就显得尤为重要。本文首先分析了隧道弃渣的工程特性;其次分析了在压实过程中隧道弃渣的破碎性及其影响因素;同时进一步阐明了影响隧道弃渣压实度的因素，分析出传统压实度检测方法的一些不足。本文通过借鉴国内外对弃渣填料压实度检测研究成果的基础上，建立了“振动机—路基填料”模型并提出压实度连续检测系统，该方法有利于压实质量的实时控制。
　　本文对压实度连续检测系统进行了理论分析研究及现场试验，证明了该方法的可靠性、准确性。主要得出以下几个结论:
　　(1)在我国高速公路建设中，规范中压实度的检测方法只适用于填土路基，而对于填石路基的检测有很大缺陷，在本文研究试行一种新的检测方法，即压实度连续检测技术。该检测方法能够方便利用快速检测出路基的压实质量且实用性强。
　　(2)提出由加速度传感器、数据采集仪、计算机及数据分析系统组成的压实度连续检测系统进行的压实度连续检测技术。通过采集加速度的振动信号并对其进行分析处理，其结果能够反映出路基整体的压实程度。在本文中也证明了该方法准确可行。
　　(3)通过对采集压路机加速度激振信号分析证明:路基压实度是与路基填料的刚度成正相关、与其阻尼成负相关的;而振动压路机垂直的振动加速度与路基填料的刚度也是成正相关、与其阻尼也是成负相关的。通过本文理论分析的结果基础上，建立起“振动压路机—路基”模型仿真模拟，结果表明路基填料压实度的确与振动压路机垂直的振动加速度成正相关关系。
　　(4)因隧道弃渣填料属于散体材料，具有破碎性质，我们以第一种级配进行三种压实工艺的对比，确定工艺Ⅰ的施工方法对路基压实的效果最为合理。
　　(5)提出用振动压路机的振动加速度有效值表示压实填料的压实度。本文得到三种弃渣填料在级配不同、最佳含水量不同的条件下，压实度与振动轮加速度有效值之间的回归公式和相关系数。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 课题的研究意义

1．3 课题主要内容和技术路线

1．4 国内外研究现状综述

第二章 隧道弃渣的工程应用特征及其压实过程的探索

2．1 隧道弃渣做路基填料的工程应用分析

2．1．1 弃渣软岩填料的级配特性分析

2．1．2 弃渣软岩填料的密度特性分析

2．1．3 弃渣软岩填料的强度特性分析

2．2 隧道弃渣路基填料的压实过程

2．2．1 弃渣路基填料的压实特性

2．2．2 弃渣路基填料的破碎性及其影响因素

2．2．3 振动击实作用下的弃渣路基填料颗粒的破碎性

2．3 本章小结

第三章 弃渣路基的振动压实及其检测技术的概述

3．1 压实度的概念

3．2 弃渣填料压实的影响因素

3．3 弃渣路基压实度检测技术的概述

3．3．1 灌砂法检测法

3．3．2 沉降量检测法

3．3．3 核子密度仪检测法

3．3．4 试验工程检测法

3．4 弃渣软岩路基压实度检测技术的不足

3．5 本章小结

第四章 振动轮的振动特性—弃渣路基压实度数学模型建立

4．1 “振动机—压实度’’的数学模型建立意义

4．2 Bathelt动力学模型分析

4．3 振动论—路基二自由度数学模型的建立

4．4 振动轮—路基系统动力学方程

4．5 振动加速度

4．6 加速度和压实度之间的内在关系

4．7 对“振动轮—路基”系统模型的仿真

4．8 加速度信号和压实度之间的关系

4．9 本章小结

第五章 压实度连续检测系统的组成及其原理

5．1 压实度连续检测系统的基本原理

5．2 压实度连续检测系统的硬件组成

5．2．1 压路机参数及加速度传感器的选型

5．2．2 采集仪型号及参数

5．3 采集仪的信号的分析

5．4 采集仪信号的时域分析

5．4．1 特征值分析

5．4．2 信号的相关分析

5．5 采集仪信号的频域分析

5．5．1 离散傅里叶级数和离散傅里叶变换

5．5．2 快速傅里叶变换

5．5．3 离散傅里叶变换(DFT)递推算法

5．5．4 信号离散化及确定采样频率

5．5．5 信号滤波器选取

5．5．6 确定窗函数

5．6 振动压路机采集信号过程

5．7 本章小结

第六章 隧道弃渣路基压实度连续检测试验及分析

6．1 路基填料的组成

6．2 隧道弃渣作路基填料实时连续检测试验

6．2．1 现场试验路段路基填料的基本性能

6．2．2 击实试验

6．2．3 传感器安装

6．4．4 数据采集仪的参数设置

6．4．5 施工现场检测数据采集

6．4 隧道弃石压实施工工艺

6．5 隧道弃渣压实度与振动压路机有效加速度的关系分析

第七章 结论与进一步研究

7．1 主要结论

7．2 进一步研究

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果