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石场废弃物在道路工程上的利用与路面结构优化
作 者: 李啟荣
导 师: 邹桂莲
学 校: 华南理工大学
专 业: 道路与铁道工程
关键词: 石场废弃物 路床 土基回弹模量 水泥稳定土 路面结构优化
分类号: U414
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
砂石材料是道路工程建设中不可或缺的材料,也是短期内不可再生的矿产资源。近年来中国公路每年新增里程超过10万km,消耗砂石材料高达数十亿吨,对产地自然和生态环境可持续发展造成严重破坏。同时,由于中国石料开采属粗放生产,每年产生约4亿m3的各种石场废弃物,如何将其高效用于道路建设中,使其变为宝贵的材料资源,是亟待解决的道路工程技术问题,也是道路建设中的生态问题。本文将为石场废弃物在道路工程上的利用提供一个思路。广东省增从(增城—从化)高速公路街口支线K17+080~K17+620穿越广州从化荣兴石场废弃物堆放区,面积约3.2万m2,石场废弃物约60万m3。鉴于废弃物料堆规模巨大,另外选址堆放要占用土地,影响环境,且搬迁运输时间跨度很长,影响施工进度,费用高昂。本文探讨其在路基、路面结构层应用的可行性,通过工程途径妥善解决其搬迁与应用的问题,达到经济、合理利用石场废弃物的目的。本文对荣兴石场废弃物进行原材料、用于道路的可行性及实际工程和沥青路面结构优化分析研究。材料方面,通过大量试验对石场废弃物进行了粒径和物理性质分析,并由此对其用于道路结构层的可行性进行分析研究,确定可用于路床加固(80cm)和水泥稳定土底基层(20cm)。在路床加固利用方面,根据多因素对石场废弃物进行了室内击实试验,并通过修筑室外试验段,研究其施工参数和质量控制指标。同时对石场废弃物室内外土基回弹模量进行研究,为优化设计提供可靠参数。在水泥稳定土底基层利用方面,通过室内试验、室外试验段检测和大面积施工的跟踪,研究石场废弃物用于该结构层的路用性能参数。结构优化方面,运用BISAR程序分别对基层和沥青面层进行优化设计并计算其所取得的经济效益。研究表明:石场废弃物粒径和塑性指数变异性很大,其它物理性质则相对较小。石场废弃物最大干密度受多因素影响波动很大,采用压实度和沉降指标可较好地控制路床施工质量。石场废弃物加固路床效果明显,土基回弹模量值可提高70%以上,有效减小路面弯沉和层底拉应力。其用于水泥稳定土底基层,性能指标均满足规范要求。通过路面结构优化,水泥稳定碎石基层可减薄6cm,石场废弃物利用取得可观的经济效益和明显的社会效益。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-12 第一章 绪论 12-17 1.1 问题的提出 12 1.2 国内外研究现状 12-14 1.2.1 国内石场废弃物研究及应用现状 12-13 1.2.2 国外石场废弃物研究及应用现状 13-14 1.3 本文研究的主要内容和技术路线 14-17 1.3.1 研究的主要内容 14-15 1.3.2 研究的技术路线 15-17 第二章 石场废弃物用于道路结构的可行性 17-35 2.1 石场废弃物性能分析 17-24 2.1.1 试验结果 18-22 2.1.2 粒径变异性分析 22-23 2.1.3 物理性质变异分析 23-24 2.2 用于路面垫层的可行性 24 2.3 用于水泥稳定碎石的可行性 24-32 2.3.1 底基层 26-27 2.3.2 基层 27-31 2.3.3 可行性分析结果 31-32 2.4 用于水泥稳定土的可行性 32-33 2.5 用于路床加固的可行性 33-34 2.5.1 室内回弹模量 33 2.5.2 台背回填的回弹模量 33-34 2.6 本章小结 34-35 第三章 石场废弃物路床加固的室内试验 35-45 3.1 石场废弃物的击实试验 35-40 3.1.1 试验方法 35 3.1.2 粗颗粒含量与干密度的关系 35-37 3.1.3 含泥量与干密度的关系 37-39 3.1.4 级配与最大干密度的关系 39-40 3.2 石场废弃物的回弹模量试验 40-44 3.2.1 试验方法 41-42 3.2.2 粗颗粒含量与回弹模量的关系 42 3.2.3 含水量与回弹模量的关系 42-43 3.2.4 压实度与回弹模量的关系 43-44 3.3 小结 44-45 第四章 石场废弃物路床加固试验段 45-66 4.1 试验段方案 45-47 4.1.1 试验段目的 45 4.1.2 试验段内容 45 4.1.3 试验段方案 45-47 4.2 试验段颗粒组成分析 47-49 4.3 试验段最大干密度 49-50 4.4 压实遍数与压实度的关系 50-52 4.4.1 试验结果 50-51 4.4.2 结果分析 51-52 4.5 压实遍数与表面沉降量的关系 52-54 4.5.1 试验结果 52-53 4.5.2 结果分析 53-54 4.6 施工工艺参数的确定 54-55 4.7 室外土基回弹模量 55-63 4.7.1 测试设备与原理 55-57 4.7.2 台背回填的回弹模量 57-58 4.7.3 路床试验段的回弹模量 58-60 4.7.4 大面积施工的回弹模量 60-62 4.7.5 室外回弹模量影响因数分析 62-63 4.8 室内外回弹模量的相关性分析 63-64 4.9 本章小结 64-66 第五章 石场废弃物水泥稳定土底基层 66-74 5.1 水泥稳定土室内试验 66-68 5.1.1 材料说明 66-67 5.1.2 最大干密度和最佳含水量 67-68 5.1.3 7 天无侧限抗压强度 68 5.2 水泥稳定土底基层试验段 68-70 5.2.1 材料说明 68 5.2.2 现场施工控制与压实度 68-69 5.2.3 7 天无侧限抗压强度 69-70 5.3 大面积施工质量检测 70-72 5.3.1 基本情况 70-71 5.3.2 施工过程控制指标 71 5.3.3 强度与弯沉值 71 5.3.4 抗裂性能 71-72 5.4 本章小结 72-74 第六章 路面结构优化 74-83 6.1 路面设计指标与计算方法 74-75 6.1.1 路面设计指标 74 6.1.2 设计方法 74-75 6.2 路面结构设计的材料参数和方案 75-76 6.2.1 材料参数 75 6.2.2 计算方案 75-76 6.3 计算结果与分析 76-81 6.3.1 对基层进行优化的计算 76-79 6.3.2 对沥青面层进行优化 79-81 6.4 经济性分析 81 6.5 本章小结 81-83 结论与展望 83-85 参考文献 85-87 攻读硕士学位期间取得的研究成果 87-88 致谢 88-89 附件 89
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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 道路工程 > 道路建筑材料
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