高填方路堤沉降分析.doc

河北工业大学2011届毕业论文毕业论文中文摘要高填方路堤沉降分析摘要：随着国家西部大开发决策的实施，高填方路堤的沉降规律已经成为工程界越来越关注的问题。然而由于填料力学性质的复杂性及种种原因，高填路堤的沉降规律在交通土建部门研究的不多。西部山区的高等级公路建设中, 不可避免的出现大量的高填方路堤。从目前投入运营的高速公路来看, 普遍反映出路堤沉降、特别是工后不均匀沉降问题较为严重。高填方路基的沉降问题相对于稳定问题表现得更为普遍、更为突出, 是路基的主要病害之一。关键词：高填方路堤、检测手段、沉降、- 33 -毕业论文外文摘要Titlehigh embankment settlement analyseAbstractWith the implementation of the western development strategy,the rule of settlement of the high embankment has become the problem to which engineering have paid moreand more attention. However the mechanical properties of filling for complexity and a variety of reasons, Few studies about the rule of settlement of the high embankment in communications civil engineering department.In the mountains of western construction of high-class highway,a large number of the high embankment appear of unavoidable. In the present state of the throw in operation freeway,it is more serious problem that embankment settlement, especially the problem of after construction uneven settlement in universal. The problem of the high embankment settlement that is more universal and more outstanding is relatived to the problem of stability,which is one of the major embankment diseases.Keywords：high embankment、test facility、settlement目 次第一章 绪论2 第二章 高填方路堤施工规范32.1 相关技术标准与规范32.2 相关技术指标要求3第三章 路基沉降计算方法113.1 影响路基沉降计算的因素113.2 路基沉降预估方法14第四章 路基检测的作用及检测方法174.1 路基检测的作用174.2 高填方路基沉降观测的目的174.3 既有路基调查主要项目184.4 公路路基设计和检测中的问题214.5 路基质量检测方法 214.6 各种检测方法的优缺点及解决措施23第五章 高填方路基的沉降常见表现及危害255.1 高填方路基的沉降常见表现 255.2 高填方路段沉陷后易发生的危害 25第六章 高填方路段施工处理预防措施266.1 设计方面的原因266.2 施工方面的原因266.3 施工工艺方面的原因266.4 工程质量管理方面的原因276.5 施工技术处理方面的原因276.6 施工工期的控制28第七章 病害的处理297.1 换填土法297.2 布设土工格栅法297.3 灌浆法29总 结 31参 考 文 献 32致 谢 33第一章 绪 论 公路是国民经济的重要命脉，由于其特有的优越性和灵活性而发挥着其它运输方式所不可替代的作用。公路建设又是国家最主要的基础产业之一，它的迅速发展对于促进国民经济并推动其它相关产业的发展具有非常重要的意义。近年国内公路建设的规模和水平有了很大的提高，尤其是高速公路以其车速快(最高时速一般为120Km/h)、行车安全、通行能力大、运输成本和货物耗损低而成为我国公路发展的首要目标。随着“十五规划”的实施和“五纵七横”国家道路主干线系统的建设，我国的高速公路正逐步从东部向中西部延伸，在中西部地区高速公路沿线的地质条件也愈来愈复杂，工程难度不断增加，如湖南的耒宜高速公路、潭邵高速公路、衡枣高速公路、常张高速公路、常吉高速公路等，由于沿线多为丘陵山区，地形与土质条件复杂，高填深挖及半填半挖极其普遍。填切交界高差6-10m以上者常见，高填方路堤大量出现，最大填方高度20余米甚至达30余米。为了使高速公路在使用年限内能够很好地运营，高速公路对于工后沉降、差异沉降和路面平整度都提出了很高的要求。一般要求在设计使用年限内，路面的工后沉降量应小于30厘米，桥头路堤应小于10厘米；对平整度要求更高，其标准差应在1.8毫米以内，不应在人工构造物与路堤衔接处产生差异沉降。由于高速公路对地基沉降的要求十分严格，所以如何较为合理地预估路基后期沉降量就成了高速公路建设中的一个重要问题。以往，在我国东部公路建设中遇到的问题主要是软基沉降问题，对于这个问题，国内外开展了大量的研究并取得了许多成果，然而在高路堤方面则缺乏全面系统的沉降观测资料和研究成果。同时，由于我国幅员辽阔，东西部高速公路建设过程中遇到的地质问题差异较大，所以不能简单地将在东部积累的经验用于中西部，而必须重视中西部地区的地质特殊性,如湖南境内就大量存在红砂岩和高液限粘土等不良土质。为此，针对中西部地区出现的高路堤，开展高路堤沉降观测和沉降变形特性的研究可以极大地丰富和发展这一领域的成果，同时通过对实测的路基沉降观测资料进行整理分析可以预测高路堤沉降过程，据此可以指导进一步的优化设计，推算各结构层次的施工时间表，改进有关的施工工艺，直接为公路施工决策提供科学依据，并起到指导施工、保证工程质量和加快进度的目的。第二章 高填方路堤施工规范2.1 相关技术标准与规范2.1.1交通部颁公路工程技术标准（JTG B01-2003）2.1.2交通部颁公路路线设计规范（JTG D20-2006）2.1.3交通部颁公路勘测规范（JTJ061-99）2.1.4交通部颁公路路基设计规范（JTG D30-2004）2.1.5交通部颁公路路基施工技术规范（JTG F102006） 2.2 相关技术指标要求 2.2.1高边坡路堤与陡坡路堤2.2.1.1高边坡路堤与陡坡路堤设计应贯彻综合设计和动态设计的原则。应在充分掌握场地水文地质条件、填料来源及其性质的基础上，综合进行路堤断面、排水设施、边坡防护、地基及堤身处治等的设计。当实际情况有变化时，应及时调整设计，保证路堤稳定。2.2.1.2对边坡高度超过20m的路堤或地面斜坡坡率陡于1:2.5的路堤，以及不良地质、特殊地段的路堤，应进行个别勘察设计，对重要的路堤应进行稳定性监控。2.2.1.3高边坡路堤与陡斜坡路堤的地基勘察应查明地基土的土质类别、层位、厚度、分布特征和物理力学性质，确定地下水埋深和分布特征，确定地基土的承载能力，获取设计所需的物理力学指标。其工程地质勘察应满足公路工程地质勘察规范的要求。2.2.1.4必要时，可采用冲击碾压或强夯等进行增强补压，以消减高路堤的差异变形。2.2.1.5高路堤边坡形式和坡率应根据填料的物理力学性质、边坡高度、车辆荷载和工程地质条件等经稳定计算，并结合工程经验分析确定。高路堤断面形式宜采用台阶式，降水量较大的地区，平台上应加设截水沟。2.2.1.6高路堤稳定性分析的强度参数应根据填料场地情况，选择有代表性土样进行室内试验，并结合现场情况确定。路堤填土的强度参数、值，采用直剪快剪或三轴不排水剪试验获得。试样的制备要求及稳定分析各阶段采用的试验方法详见表2-1。当路堤填料为粗粒土或填石料时，应采用大型三轴试验仪进行试验。 表2-1控制稳定的时期强度计算方法土 类试验方 法采用的强度指标试样起始状态备 注施工期总应力法渗透系数小于10-7cm/s直剪快 剪、填筑含水量和填筑密度。当难以获得填筑含水量和填筑密度时，或进行初步稳定分析时，密度采用要求达到的密度，含水量按击实曲线上要求密度对应的较大含水量。 任何渗透系数三轴不排水 剪运营期总应力法渗透系数小于10-7cm/s直剪固结快剪、同上用于新建路堤的稳定性分析。任何渗透系数三轴固结不排水剪渗透系数小于10-7cm/s直剪快剪、同上，但要预先饱和。用于新建路堤边坡的浅层稳定性分析。任何渗透系数三轴不排水剪渗透系数小于10-7cm/s直剪快剪、取路堤原状土用于已建路堤的稳定性分析。任何渗透系数三轴不排水剪分析高路堤的稳定性时，地基的强度参数、值，宜采用直剪的固结快剪或三轴剪的固结不排水剪试验获得。分析路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性时，应结合场地条件，选择控制性层面的土层试验获得强度参数、值。可采用直剪快剪或三轴剪的不固结不排水剪试验。当可能存在地下水时，应采用饱水试件进行试验。2.2.1.7路堤稳定性分析包括路堤堤身的稳定性、路堤和地基的整体稳定性、路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性等内容。路堤的堤身稳定性、路堤和地基的整体稳定性宜采用简化Bishop法进行分析计算，稳定系数Fs按式(2-1)计算。 （公式2-1）图2-1 简化Bishop法计算图示式中： 第土条重力；第土条底滑面的倾角；第土条垂直方向外力； Ki依土条滑弧所在位置分别按（2-2）和（2-3）计算。当土条滑弧位于地基中时 （公式2-2）式中： 第土条地基部分的重力；第土条路堤部分的重力；第土条宽度；地基平均固结度；、第土条滑弧所在地基土层的粘结力和内摩擦角。 当土条滑弧位于路堤中时 （公式2-3） 式中： 、第土条滑弧所在路堤土的粘结力和内摩擦角。 其余符号同前。 （公式2-4）式中： 第土条滑弧所在土层的内摩擦角。滑弧位于地基中时取地基土的内摩擦角，位于路堤中时取路堤土的内摩擦角。路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性可采用不平衡推力法进行分析计算，稳定系数Fs按式（2-5）方法计算。 （公式2-5） （公式2-6）图2-2 不平衡推力法计算图示用式（2-5）和（2-6）逐条计算，直到第n条的剩余推力为零，由此确定稳定系数。式中：第个土条的重力与外加竖向荷载之和；第个土条底滑面的倾角；、第个土条底的粘结力和内摩擦角；第个土条底滑面的长度；第个土条底滑面的倾角；第个土条传递给第个土条的下滑力。2.2.1.8路堤稳定性计算分析得到的稳定系数不得小于表2-2所列值。 路堤稳定安全系数 表2-2分析内容计算方法地基情况计算采用的地基平均固结度及强度指标安全系数路堤的堤身稳定性简化Bishop法 （式2-1）按表2-1确定1.35路堤和地基的整体稳定性简化Bishop法（式2-1）地基土渗透性较差、排水条件不好取U=0，地基土采用直剪的固结快剪或三轴剪的固结不排水剪指标，路堤填土按表2-1确定。1.20按实际固结度，采用直剪的固结快剪或三轴剪的固结不排水剪指标，路堤填土按表2-1确定。1.40地基土渗透性较好、排水条件良好取U=1，采用直剪的固结快剪或三轴剪的固结不排水剪指标，路堤填土按表2-1确定。1.45取U=1，地基土采用快剪指标，路堤填土按表2-1确定。1.35路堤沿斜坡地基或软弱层滑动的稳定性不平衡推力法（式2-5）采用直剪的快剪或三轴剪的不排水剪指标，路堤填土按表2-1确定。1.302.2.1.9路堤稳定性监测设计路堤施工应注意观测路堤填筑过程中或以后的地基变形动态，对路堤施工实行动态监控。设计应明确观测的路堤段落、观测项目、观测点的数量及位置等，确定稳定性观测控制标准，说明施工中应注意的事项。2.2.2挖方高边坡2.2.2.1土质挖方边坡高度超过20m、岩石挖方边坡高度超过30m、以及不良地质、特殊岩土地段的挖方边坡，应进行个别勘察设计。2.2.2.2边坡工程勘探宜采用钻探、坑（井、槽）探与物探等相结合的综合方法，必要时可辅以硐探。边坡工程地质勘察应满足公路工程地质勘察规范的要求，并应查明下列内容：（1）地形地貌特征； （2）岩土体类型、成因、性状、风化程度、完整程度、分层厚度； （3）岩土体天然和饱水状态下物理力学性能（如重度、强度参数、等）；（4）主要结构面（特别是软弱结构面）特征、组合关系、力学属性、与临空面关系； （5）气象、水文和水文地质条件；（6）不良地质现象的范围、性质和分布规律；（7）坡顶邻近建筑物的荷载、结构、基础形式、埋深及稳定状态。2.2.2.3边坡岩土体力学参数岩体抗剪强度指标宜根据现场原位试验确定。试验应符合现行国家标准工程岩体试验方法标准（GB/T50266）的规定。当无条件进行试验时，可采用工程岩体分级标准（GB50218）及表2-3和反算分析等方法综合确定。 结构面抗剪强度指标标准值 表2-3结构面类型结构面结合程度内摩擦角 ()粘聚力 (MPa)硬性结构面1结合好350.132结合一般35270.130.093结合差27180.090.05软弱结构面4结合很差18120.050.025结合极差(泥化层)根据地区经验确定注：1）表中数值已考虑结构面的时间效应。极软岩、软岩取表中低值；岩体结构面连通性差取表中的高值；岩体结构面浸水时取表中的低值；岩体结构面的结合程度可按表2-4确定。 结构面的结合程度 表2-4结合程度结构面特征结合好张开度小于1mm，胶结良好，无充填；张开度13mm，硅质或铁质胶结结合一般张开度13mm，钙质胶结；张开度大于3mm，表面粗糙，钙质胶结结合差张开度13mm，表面平直，无胶结；张开度大于3mm，岩屑充填或岩屑夹泥质充填结合很差、结合极差(泥化层)表面平直光滑，无胶结；泥质充填或泥夹岩屑充填，充填物厚度大于起伏差；分布连续的泥化夹层；未胶结的或强风化的小型断层破碎带边坡岩体性能指标标准值可按地区经验确定。对于重要边坡应通过试验确定。岩体内摩擦角可由岩块内摩擦角标准值按岩体裂隙发育程度乘以表2-3所列的折减系数确定。 边坡岩体内摩擦角折减系数 表2-5边坡岩体特性内摩擦角的折减系数边坡岩体特性内摩擦角的折减系数裂隙不发育0.900.95裂隙发育0.800.85裂隙较发育0.850.90碎裂结构0.750.80土体力学参数宜采用原位剪切试验、原状土样室内剪切试验及反算分析等方法综合确定。土质边坡按水土合算原则计算时，地下水位以下的土宜采用三轴试验土的自重固结不排水抗剪强度指标；按水土分算原则计算时，地下水位以下的土宜采用土的有效抗剪强度指标。2.2.2.4边坡稳定性评价（1）边坡稳定性评价宜综合采用工程地质类比法、图解分析法、极限平衡法和数值分析法进行。（2）边坡稳定性计算方法应考虑边坡可能的破坏形式，可按下列方法确定：（3）规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡宜采用简化Bishop计算；（4）对可能产生直线形破坏的边坡宜采用平面滑动面解析法进行计算；（5）对可能产生折线形破坏的边坡宜采用不平衡推力法计算；（6）对结构复杂的岩质边坡，可配合采用赤平投影法和实体比例投影法分析及锲形滑动面法进行计算；（7）当边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析法进行分析。（8）边坡稳定性计算应分成以下三种工况：正常工况：边坡处于天然状态下的工况；非正常工况：边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况；非正常工况：边坡处于地震等荷载作用状态下的工况。边坡稳定性验算时，其稳定系数应满足表2-6规定的安全系数要求，否则应对边坡进行支护。 路堑边坡安全系 表2-6公路等级路堑边坡安全系数高速公路、一级公路正常工况1.201.30非正常工况1.101.20非正常工况1.051.10二级及二级以下公路正常工况1.151.25非正常工况1.051.15非正常工况1.021.05 注：表中安全系数取值应与计算方法对应。2.2.2.5根据不同的岩土性质和稳定要求应将边坡开挖成折线式或台阶式边坡。台阶式边坡中部应设置边坡平台，边坡平台的宽度不宜小于2m。坚硬岩石地段边坡可不设平台，其边坡坡率可调查附近已建工程的人工边坡及自然山坡情况，根据边坡稳定性分析综合确定。2.2.2.6边坡防护设计应根据边坡地质和环境条件、边坡高度及公路等级，采取工程防护与植物防护的综合措施，稳定性差的边坡应设置综合支挡工程，并采用分层开挖、分层稳定和坡脚预加固技术。2.2.2.7应设置完善的边坡地表和地下排水系统，及时引排地面水和地下水。2.2.2.8高速公路、一级公路挖方高边坡及不良地质、特殊岩土地段的挖方边坡设计应采用施工监测、信息化动态设计方法。应提出对施工方案的特殊要求和监测要求，应掌握施工现场的地质情况、施工情况和变形、应力监测的反馈信息，及时对原设计进行校核、修改和补充。监测的内容包括：对边坡不稳定的范围、移动方向和速度以及地下水、爆破振动等取得定量数据，供设计分析；对锚固系统、挡土墙等加固措施的受力、变形等进行量测，验证其是否达到预期的作用，如未达到则应采取补救措施。监测周期应根据公路等级、支挡结构特点、地质条件确定，对于高速公路重点高边坡，监测周期应为公路建成营运后不少于一年。2.2.2.9高填方路堤填料宜优先采用强度高、水稳性好的材料，或采用轻质材料。受水淹、浸的部分，应采用水稳性和透水性均好的材料。2.2.2.10基底处理应符合下列规定（1）基底承载力应满足设计要求。特殊地段或承载力不足的地基应按设计要求进行处理。（2）覆盖层较浅的岩石地基，宜清除覆盖层。2.2.2.11高填方路堤填筑应符合下列规定（1）施工中应按设计要求预留路堤高度与宽度，并进行动态监控。（2）施工过程中宜进行沉降观测，按照设计要求控制填筑速率。（3）高填方路堤宜优先安排施工。第三章 路基沉降计算方法3.1影响路基沉降计算的因素路基沉降分析中存在大量的不确定性因素，这些不确定性因素，使得路基沉降的理论数值计算分析的精确性大为下降。许多学者曾较系统地阐述了地基沉降分析中的不确定性因素，主要体现在以下几个方面：3.1.1 计算模型的不确定性很多文献都详细分析了计算模型的问题，由于无论采用哪种模型，都不可能绝对准确地（有时误差还很大）反映实际情况。针对不同的土质材料，许多学者已经提出许多本构模型和屈服准则，不同的模型反映的侧重点不一样，所得到的结果差异也很大。甚至有时提出的模型可能较为全面地反映了土的性质，但因为其本构关系的极其复杂，使得数值计算相当繁琐，这样也难以在工程中广泛应用。计算模型的不确定性是一个较为复杂的问题，这和土粒粒度、成分和土体结构有关，同时也和它所受外力的种类和方向、周围环境、地下水的变化等因素有关。国外学者Ditlevsen和Kiureghian等人对工程结构的计算模型不确定性进行了研究，相比之下，在岩土工程领域，研究成果还很少，目前唯有Bourdeau和Ashmaxy简单地对线弹性和理想弹塑性不确定问题进行了探讨。3.1.2 荷载的不确定性对于高速公路来说，荷载主要包括路基土体及面层的自重和车辆荷载。路基土体在实际施工中的加载方式变化很大，采用不同的加载方式和加载速率，路基的沉降时间曲线显著地不同。加载速率对初期沉降有明显影响，而对后期沉降影响不大。施工填筑速率缓慢时，土中孔隙水压力有较充分的排出和消散时间，路基的沉降便随路堤填土荷载的缓慢增加而逐渐进行。施工填筑速率过快，土体没有充分固结，那么就会造成较大的工后沉降。对于车辆荷载作用下路基的沉降问题，目前的处理办法一般只将其转化成静载。但实际上，车辆荷载和静载相比有很大的不同，天然土体及复合土体在车辆荷载作用下的性质与其在静载作用下表现出来的性质也有很大的不同。路基在车辆荷载作用下引起的累积变形可以分为两部分：在可变荷载作用下土体中的残余应变引起的变形和土体中由于可变荷载引起的孔压消散产生的固结变形。正确估算道路构筑物在可变荷载作用下的沉降，对实际工程具有重要的现实意义。3.1.3路基上材料参数的不确定性大量的试验、统计结果和工程实践表明，土性参数存在着变异性，而且变异系数远比一般的人工材料大。路基沉降计算的精度在很大程度依赖于土性参数统计分析的精度。除容重外，地基土的弹模、泊松比以及强度参数(如c,值)也都存在着变异性。Cambo的研究表明，土泊松比的变异性不大，可以不作为随机变量处理，但弹模的变异性十分明显。土体强度参数的变异性一般较大，尤其是c值，有时变异系数高达0.5左右。此外，由于地基沉降往往为一定范围内土性的平均特性所控制，而土性参数一般又表现出明显的空间变异性，不同位置土性参数具有相关性，因此，土体材料参数通常需采用随机场模型加以模拟。国内权威人士指出：“在计算科学日新月异的今天，计算参数与实际情况相比所具有的精度己远远落后于工程结构的精确分析,如果不考虑设计参数的不确定性，结构的精确分析所能取得的效益将被粗略的经验性安全指标所淹没”。在地基沉降未能全面实现概率分析以前，基于参数的反演分析方法是解决参数不确定性问题的较好途径。3.1.4 几何尺寸的不确定性 从总体上看，这一方面的研究成果还较少，目前已出现的成果主要反映在土层厚度不确定性的模拟以及土体内变异物位置和尺寸的不确定性对沉降的影响。3.1.5 初始条件和边界条件的不确定性在软土路基的沉降计算分析中，必然要关系到确定计算模型的初始条件和边界条件。由于路基所处的地下水水位都是随机变化的，所以其初始孔压和边界孔压均存在不确定性。由于岩土工程中存在着大量的不确定性因素，这些客观存在的不确定因素己使常规的分析方法显得力不从心。只有在路基沉降计算中充分考虑这些不确定因素所带来的影响，才能进一步提高计算的精度。3.2路基沉降预估方法路基沉降预测的方法主要有三种：以经典土力学为基础的传统预测方法、本构理论为基础的数值计算法和根据实测沉降资料预测法，如图1.1所示。传统的沉降预估方法是建立在太沙基等人创立的经典土力学基础之上，其中引入了许多简化假定，在预估时将地基沉降分为瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分，并按分层总和法分别计算。瞬时沉降是在外荷载加上的瞬间，土体中的孔隙水来不及排出时所发生的沉降，即地基土在不排水加载期间所产生的沉降。此时土体只发生形变而没有体变，荷载使土体产生剪切变形。固结沉降又称为主固结沉降，是荷载置于地基上后，随着时间的延续，地基土中的孔隙水逐渐排出过程中所发生的沉降。在此过程中，孔隙水排出，孔隙水压力转换为有效应力，土体逐渐压密，产生体积压缩变形。次固结沉降的主要部分是在地基土中的超静孔隙水压力完全消散以后，亦即在有效应力不变的情况下所发生的沉降。此种方法包括一维沉降计算法和从土的应力状态出发而改进的沉降计算方法。数值计算法是近代土力学研究的产物。70年代以来，随着计算机和数值计算方法的飞速发展，对土体本构关系认识的不断深入，人们可以将复杂的地基沉降计算问题编制成计算机程序，通过计算机运算，得到较准确的计算结果。其中有限元法和有限差分法应用较广。前面已经叙述，在高速公路设计和施工中客观存在的不确定因素使得常规的路基沉降计算分析方法计算的沉降量和实际沉降量有较大的出入，因此出现了根据实测沉降资料的预测方法，此种方法预测精度相对较高，同时通过对此种方法的大量运用可以积累这方面的资料和实际监测经验供日后借鉴。为此，许多高速公路都开展了沉降观测工作，如京津塘(1987)、沪嘉(1989)、广佛(1990)、广深珠(1992)、沪宁(1992)、杭甬(1992)、佛开(1994)、广珠(1995)、耒宜(1999)、衡枣(2001年)、常张(2003)和常吉(2004)等高速公路，以此来对高速公路的设计和施工提供依据并指导施工。根据对现场实测沉降资料的整理分析和研究，提出了许多沉降预估的方法，如双曲线法、指数曲线法、泊松曲线法、浅岗法、星野法、三点法、沉降速率法、灰色预测法、神经网络预测法、模糊综合评判法和反分析法等。图3-1地基沉降预估方法总结传统沉降预估方法和数值计算方法都需要对土样做大量的实验来获取尽可能接近实际的参数，但由于土是一种变异性很大的工程材料，在其漫长的形成过程中，经历了自然和人为因素的作用，其性质十分复杂，因而通过勘察、取样、试验得到的土体参数是十分离散和不确定的，具有空间变异性，同时，从经济方面来考虑，勘探的密度及试验的次数不可能达到绝对令人满意的程度，所有这些无形中都影响了计算结果的准确性。根据实测沉降资料预测法是在较为充分的取得路基沉降资料的基础上进行的沉降预测，能综合考虑各种复杂因素对土体性质的影响，因此其预测精度相对较高，但该类方法中的不同方法有其各自优缺点及适用条件，因此在实际的高速公路地基沉降预估中，应该在对每一种预估方法的原理、优缺点和适用范围等全面了解后，根据实际情况和经验，灵活选用不同方法进行预估分析。第四章 路基检测的作用及检测方法4.1 路基检测的作用4.1.1路基检测是路基工程施工技术管理的重要组成部分,是新线路基施工的基本工序和主要质量控制手段,对保证工程质量具有重要意义。4.1.2路基检测是路基工程施工质量检验评定和竣工验收评定工作的主要环节,路基检测是对新线路基施工进行过程控制的主要手段。4.1.3路基检测工作对提高路基工程质量、加快路基工程进度、降低工程造价、推动工程施工技术进步,都起到重要作用。4.1.4及早发现和及时整治冲空、岩溶、陷穴等隐蔽性危害,保障交通线安全。4.1.5.既有路基病害检测,为大修计划和方案制订提供依据,并可检测病害整治效果。4.1.6线路提速前对路基质量、状况进行检测和评估,加固后进行检验和评估。4.1.7既有路基状态检测和评定,是安排路基维修计划的主要依据,是反映路基及附属设备质量和考核路基养护管理工作的重要指标。路基检测还可指导日常维修作业,为线路“状态修”提供依据。4.1.8促进路基检测技术和方法的标准化、规范化。4.1.9促进路基检测学科的发展,促进检测设备的研制和新技术装备的开发。4.2 高填方路基沉降观测的目的4.2.1通过沉降观测及时掌握全线地基的沉降变化情况,及时发现沉降偏大的地基(如隐伏软基,未探明的溶洞等),以便在施工过程中及时加以处理,避免对路基的工后沉降和路面质量留下后患。4.2.2通过沉降观测可由此确定底基层、基层和面层等各结构层次的施工时间表,使工期的安排具有明确的依据,由此保证全段路基不会出现导致路面开裂的工后沉降发生。4.2.3通过沉降监测解决桥头跳车问题。通过对较高填方桥头台背的沉降监测,及时掌握桥头台背的沉降变化情况,并由此安排各结构层次的施工时间,从而避免较大工后沉降的发生,避免通车后桥头搭板的破坏。4.2.4通过沉降监测解决填挖交界或半填半挖的差异沉降问题。填挖交界或半填半挖的差异沉降是导致路面开裂的主要因素,通过对填挖交界差异沉降的监控量测可及时掌握差异沉降的变化情况,并通过侧向位移的观测进一步了解导致差异沉降偏大的原因,从而在施工过程中及时发现问题并有针对性的采取工程措施。4.2.5通过沉降观测可及时发现路基施工过程中地基和路堤填土的沉降变化规律,从而得出施工过程、施工方法或填土种类对路基沉降的影响,以便及时调整施工方法并可以总结沉降规律以便为类似工程提供借鉴。4.3既有路基调查主要项目4.3.1.路基填料物理性状。如填土工程类型（颗粒组成、液塑限含水量），含水量（稠度）、密度（包括压实度、相对密度）等；4.3.2.路基力学强度指标。如现场CBR承载比、路基回弹模量（回弹弯沉）、填土的抗剪强度指标c和、路基承载力、路基压实度等； 4.3.3.路基路面结构分层状况，如路面结构层厚度、路基路面层间状况、路基内部排水状况、路基基底状况； 4.3.4.路基路面病害状况，如路基病害平面、纵向分布范围，病害类型，与路面病害关系等。既有路基检测方法既有路基的检测方法主要包括现场CBR检测及回弹模量检测、深层核子密度湿度仪、地基深层原位测试、利用物探方法进行的无损检测方法及路基钻探取芯检测等。现场CBR检测及回弹模量检测C B R 试验全称为加州承载比（California Bearing Ratio）试验，是由美国加利福尼亚州公路局最早提出的一种确定路基相对承载力的试验。CBR试验是将规定尺寸的探头贯入土中，在一定的贯入深度时，以其对应的荷载强度与CBR基准比较，来确定地基承载能力的相对值。路基回弹模量即路基回弹弯沉需要一个重要数据就是弯沉值，所谓弯沉值是指路基路面结构表面在双圆均布荷载作用下轮隙中心处实测的路表沉降值。单位0.01 mm。它是直接反映强度的一个重要指标。路基现场CBR检测和回弹模量检测是通过现场挖坑至特定层位，将基坑表面整平，然后在其表面进行现场测试。通过检测可获得路基不同层位土体的测试指标，可作为判定路基强度最直观的一个指标。采用这两种方法检测路基强度准确，但测试过程较复杂，完成单点测试的时间长，且费用较高，一般不宜大量采用。深层核子密度湿度仪检测利用核子密度湿度仪可以检测路基的密实度和含水量，其原理是通过测量射线在经物质散射前后强度的变化和测试快中子的散射能量来确定被测物质的密度和含水量的。现行路基路面现场测试规程中的方法仅适用于路基路面表层检测，深层核子密度湿度仪可以通过对既有路基开孔检测深层路基。此类方法其优点在于检测指标可以参考现行规范直接用于路基评价，但需局部开挖，检测效率较低，对行车有干扰，由于仪器普及度不高，检测方法难以有统一标准。动力触探、标贯试验等地基深层原位测试方法原位测试可在原位的应力条件、天然含水量下进行，克服了钻孔及室内试验对土的扰动，对难以取原状样的土（如路基常采用的碎石土）测试优势明显。原位测试可用于土层划分、承载力确定、密实状态判断等方面。动力触探测试是通过重锤捶击触探杆，使触探仪的探头贯入土体中达到规定进尺时所需要的标准击数，换算出相应的承载力进行路基强度测定及稳定性评价。动力触探又分两种，一种是重型动力触探，一种是轻型动力触探。实际工程中，轻型动力触探多用于细粒土的测试，重型动力触探则多用于粗粒土的测试。标贯试验和动力触探测试原理相似，一般适用于砂性土的测试。原位测试方法测试是一种间接测试方法，其结果一般需通过经验换算、查表得到常用的地基基础物理力学指标，这些指标也无法直接用于路基评价。但其测试有标准操作规程，简单易于推广，测试结果可用于直观定性评价路基状况和路基病害诊断。地质雷达、面波法及电测法等物探方法进行的无损检测方法地质雷达探测由天线定向向路基发射电磁波，在介质介电常数改变的地方会发生折射与反射，通过记录反射波能确定结构层交界位置。路基为人工填筑，具有明显的分层结构特性，具备地质雷达使用的地球物理条件，采用地质雷达可对路基病害和路床状况进行大面积调查，该技术具有无损、快速、直观的突出特点，但地质雷达一般只能反映结构现状，不能与路基物理力学指标联系。面波法则通过在路基表面激振和接受信号，根据面板传播规律反演各地层波速情况，以波速区分地层调查地层异常，测试速度较快，对行车干扰小，但分辨率较低。电测法是利用电场分布规律研究地层差异来认识地质构造的一种勘探方法，通过建立人工电场，用仪器测定电场分布，计算地下土层的电阻率，以此反映地层变化，探测路基病害分布范围等，但其精度受各种因素影响较多，测试速度也不快，难以建立地层力学性质关系。上述物探方法只适合用于大范围路基病害寻找和大致分布范围调查，定量评价路基病害状况和确定其分布还需要结合开挖或路基钻探取芯检测。路基钻探取芯检测路基钻探取芯检测主要是抽取路基不同层位的土样，进行含水量、密度、干密度、塑液限等试验，得出相应路基土密实程度、稠度状况、土性状况，并通过经验判断路基强度指标。采用钻探取芯检测的方法获得的是最原始物理检测数据，这种评价方法直观、准确、可靠性好，但钻芯取样及后期试验过程由于很多因素对土样有一定的影响、试验操作误差、设备精度不够等问题，造成试验数据的准确性降低。在此着重对压实度的检测进行描述，因为在公路建设中，压实度是反映施工质量的一个重要指标。有效地压实能显著地改善填方的承载能力，提高不渗透性，在多数情况下，可以大大降低由于土壤固结而引起的沉降。公路路基目前通用压实度检测衡量路基质量,这主要是由于公路路基设计规范（JTG D30-2004）中规定了对路基填料的压实指标见表4-1。表4-1 土质路堤压实度标准对这一指标进行检测时，目前国内主要采用核子密度仪法、环刀法、灌砂法等方式。核子密度仪虽然检测方式方便快捷，它的缺点是放射性物质对人体有害，精度不高。环刀法体积小、操作简便，但检测时易受人为因素、土层干湿情况影响，且测试深度不易掌握，往往数值波动较大。灌砂法的检测原理是：对现场路基挖坑取土样称其质量，再用标准砂换算出坑中土样的体积(标准砂的密度和灌入坑中的砂的质量是已知或能算出)，质量与体积的比值即为湿密度。测出土的含水量，就可求出土的干密度，根据实验室做出的填料的密度，计算出该测点填料的孔隙率。4.4.公路路基设计和检测中的问题路基质量的一个重要指标就是路基的压实度，路基设计不能只用压实度来评价质量合格与否。对于路基填料，不能千篇一率的规定路面底面以下多深的范围内压实度必须达到多少，否则，会带来认识上的误差。因不同岩性的土质填料，在相同密实度的情况下其强度、模量和压缩变形不尽一致；对于粉土、风积沙等无黏性土，由于其土质颗粒的均匀性，施工压实比较困难，压实度很难达到95%以上；路基的塑性变形深度范围与路面及路基土的强度、模量关系极大。同时，路基压实度检测需要熟练的操作技巧，试验结果复现性差;无法在压实过程中测量或估计压实的程度，压实不足或压实过度很难及时发现。压实度需要具有代表性的土样干密度进行比较，一般当填筑的土石料较为均匀时，性质比较稳定，在同一压实条件下，干密度接近常数值，这时可用某一干密度作为设计和施工质控标准。但天然土石料往往是不均匀的，在同一压实条件下，干密度指标是不同的，若仍用某一干密度作为设计和施工质控标准，必然出现对易于压实的土石料，压实后的干密度值容易达到，而压实结果是偏松的，对不易压实的土石料，压实干密度不易达到，而压实结果是偏紧密的，这样不仅形成检测时的欠密或超密现象，同时，形成不均匀土石料在同一压实条件下，紧密程度不同，容易发生不均匀变形。4.5. 路基质量检测方法4.5.1 地基系数的检测(K30 法)路基在外力作用下会产生变形，变形量直接影响到路面的使用寿命。而路基表层变形量很难用物理指标(如压实度) 来衡量。因此有必要建立一个力学指标(地基系数) 来对工程质量进行控制。K30 平板载荷试验作为一种抗力指标，能够直观地表征路基刚度及承载能力，物理意义明确，针对性强，与传统物理量纲相比具有明显的优越性，公路路基检测应该有针对的引入这一检测方式。4.5.2 路基压实度的检测路基压实度的检测是公路建设中即普通又重要的工作，只有检测数据准确可靠，才能真实的反应出路基压实情况。对于提高路基压实度检测的准确度应注意的以下几个问题：4.5.2.1. 提高标准击实试验的准确性标准密度是保证压实度准确的前提，压实度的大小取决实测的压实密度，同样也与标准击实试验测出的密度大小有关。标准击实试验是模拟现场施工条件下得出路基填土的最大干密度和最佳含水量，路基压实度的检测准确以否，最大干密度起着决定性的作用。在做标准击实试验时，应对使用的土样进行分析，取符合粒径要求的土样做击实试验；闷土时间要保证，如果闷土时间过短，水就不能充分分布在颗粒之间，使击实后的含水量不均匀，影响击实效果；击实筒应放在坚硬的水泥地面上，这样能保证击实效果，否则会使最大干密度偏低；击实时，土层厚度要均匀，若每层装土不均匀，在相同击实力的作用下，会造成筒内土的密度不均匀，增大试验误差，并且测得的干密度和实际千密度相差较大。4.5.2.2 土体取样应具有代表性由于现场施工和标准击实试验在对土的处理上还存在一定的距离，大多数现场施工不可能象我们标准击实试验那样将土处理到符合规范要求的粒径后再进行碾压。如送检人员送检的土样不具有代表性，这样就会使标准密度与现场的干密度相差很大。4.5.2.3 现场路基压实度检测方法有灌砂法、环刀法、核子密度湿度仪法、蜡封法、水袋法等。我们最常用的便是灌砂法、环刀法、核子密度仪法。每种方法适用于不同的路基填土。灌砂法是利用均匀颗粒的砂去置换试坑的体积。它是当前最通用的方法。很多路基工程都把灌砂法列为现场测定密度的主要方法，该方法适用于测试各种土的密度。灌砂法试验过程复杂，为使试验结果准确，一定要认真标定砂的密度，当重复使用量砂时，一定要保持其千燥状态，选取试验地点的时候，一定表面平坦，若表面粗糙度较大时，应将粗糙度表面间砂的质量准确求出。核子密度仪法适用于细粒土、粗粒土。此种方法操作简单，检测速度快。在许多公路施工中，尤其需要现场快速评定时，多采用本法。但此种方法测得的密度值精度不高，故不能做为评定验收依据，也不能作仲裁试验。在使用仪器测定前应定期标定，并且按规定的时间将仪器事先预热，否则会产生误差。环刀法是测定现场密度的传统方法。它适用于细粒土及无机结合料细粒土。用环刀法测积的密度是环刀内土样所在深度范围内的平均密度，它不能代表整个碾压层的平均密度。由于碾压层的密度一般是从上到下减小的，若环刀取在碾压层的上部，则所得到的数值往往偏大若环刀取的是碾压层底部，则所得到的数值将明显偏小。因此在用环刀法测定土的密度时，应使所得的密度能代表整个碾压层的平均密度。在检测时，应取碾压层中间的土。4.5.3 动态变形模量动态平板荷载试验是通过落锤试验和沉陷测定来直接获取土体动态特性的承载力指标“动态变形模量值”的，以Evd 表示，其计量单位为MPa。和K30 之间具有一定的相关性，动态平板荷载试验可作为一种快速的试验方法。动态变形模量测试仪由加载装置、荷载板和沉陷测定仪三部分组成。4.6 各种检测方法的优缺点及解决措施4.6.1 地基系数(K30) 的检测要足够的反力，也就是需工程机械(主要是汽车) 配合，因此，在空间狭小的过渡段、测试元器件附近等部位就难以进行检测，这是其不足之处,检测还存在：同一测试地点不同时间测出的K30 值离散性较大，重复性差，缺乏可比性，从而给