毕业设计（论文）-丰董线丰润段公路病害分析及软土路基的防治.doc

吉林大学远程教育本科生毕业论文（设计）中文题目 丰董线丰润段公路病害分析 及软土路基的防治 学生姓名 专业 土木工程 层次年级2011秋专升本 学号 指导教师 许晓慧 职称 工程师 学习中心 唐山丰润奥鹏 成绩 2013年10月8日摘 要本文分析了丰董线丰润段某些路段路面破损的原因，调查了解了某些病害的成因，其中针对该工程项目中出现的软土路基病害，通过对国内外关于软土路基病害的防治技术的研究，对本工程中出现的软土路基病害采取了一些既适应本工程项目具体情况又能充分利用当地资源的具体性措施。这将为以后本地区公路建设和养护提供一些参考。关 键 词： 害路面破损 病害分析 软土路基 防治技术目 录前言 4第一章 道路病害调查及原因分析 4第二章 病害防治技术7第三章 结论14参考文献 15致谢 16前言随着近年来我市经济的飞速发展，公路作为交通运输的重要基础设施，确保其畅通性和安全性，对地方经济发展来说尤为重要。而路基是道路工程的基础，行驶在路面的车辆把荷载通过路面传给路基，如果路基机构整体或某一组成部分的强度或抗变形能力不足以抵抗这些应力.应变及位移，则路面会出现断裂，随着公路工程的不断建设以及技术水平的不断提高，路基越来越发挥着不可替代的作用，因此必须确保路基的施工质量，尤其要处理好软土路基。而作为连接丰润区和迁西县的交通干线丰董线，其在唐山地区经济发展中的重要地位则是不言而喻的。但在丰董线丰润断的一些特殊路段（尤其是过村路段、山脚路段），在历次大修中均未取得理想效果。本文就此次大修中遇到的一些病害的成因进行了调查，同时对施工中出现的软土路基进行了原因分析。通过对目前关于软土路基的各种防治方法的研究对本工程项目的该种病害采取了一定的防治措施。第一章 道路病害调查及原因分析11名词解释:软土是指淤泥、淤泥质土以及天然强度低、压缩性低、透水性小的一般粘土。其天然含水量一般在30%70%，有时甚至更高；孔隙比为1.01.9；渗透系数10-810-9cm/s；压缩系数为0.0050.02；抗剪强度低，具有触变性或流变性。在加载初期，地基中空隙水压力较高，影响路基强度，施工中表现为压实困难.不便行车和施工作业。由于其空隙比大.土颗粒间结构不稳定，具有压缩性等特点。软土地基：通常指地基承载力达不到其上面构造物要求的承载力，或虽在建筑时能达到要求，但在后期使用中由于地基本身原因或水的原因，使地基失稳，造成构造物沉降过大或不均匀沉降，以致彻底破坏建筑物的不良地基。在施工过程中直至填筑完成后，软土路基在路堤的自重作用下也会产生沉降，这种沉降将在很长的时间内持续发展，大大超过一般路堤的沉降量。即使完成路面工程后，还可能继续产生沉降，引起路面结构的破坏。1.2病害调查丰董线位于山区，整个线路依山脚而建，多处穿行于村庄。由于是连接丰润与迁西县的交通动脉，过往的多是运输铁粉和钢材的重载或超载车辆，并且相当密集。网裂、纵缝、坑槽等病害突显于K95+585K96+065、K100+613k101+113、K102+425K108+740,其中K107+040K107+350段则出现严重翻浆。一到雨季，以上路段行车更加困难，以致成为影响全线质量与行车安全的重大隐患。为彻底调查不同病害的成因、确保工程质量，同时为以后施工积累施工经验，施工前，我们对病害种类进行了详细记录，对病害所处位置作了详尽的统计与标识。病害类型统计如下表：位置主要病害病害程度病害说明K95+585K96+065网裂坑槽严重严重大面积网裂并伴有路面沉陷局部坑槽K100+613k101+113网裂坑槽严重严重大面积网裂、局部网裂伴有路面沉陷连续坑槽K102+425K108+740网裂坑槽纵缝严重严重严重大面积网裂、局部网裂局部坑槽明显贯通纵缝K107+040K107+350翻浆坑槽严重严重无法辨识路面，局部深坑达40cm连续坑槽根据路面破损严重情况，依托当地采石场多，有大量可作为填料的石料，同时考虑到过村路段高程限制。此次大修工程的设计高程，原则上不超出原有路面高程。设计结构采用：4cm细粒式5%SBS改性沥青混凝土上面层；5cm中粒式沥青混凝土下面层；2层18cm厚的水泥稳定碎石基层、底基层；路基换填80cm厚的石料。由于考虑到施工中不能完全断交，因此施工采用了半幅施工的方法。在半幅路基开挖过程中，为了分析病害形成的原因，我们针对不同类型病害的路段，采用了以下不同的开挖方法：（1） 网裂、纵缝、坑槽路段，使用分层挖除旧路结构层的方法。 挖方中发现，原路面的二灰碎石基层和底基层的板体结构已完全受到破坏，呈松散的大小不等块状。当挖到基地设计标高时，基地土质较好，土壤含水量偏大，通过适当晾晒，经压路机碾压基底表面无明显轮迹。（2） 在开挖大面积连续坑槽、翻浆路段过程中，观察到大部分路面已无沥青面层，而旧路面的二灰碎石基层和底基层已成松散颗粒，局部地段路基土已被挤压到路面。当挖至基地设计标高时，发现基地有一层含水量极高的含有碎石的红色粘性土，呈软塑状。1.3病害原因分析（1）局部坑槽病害局部坑槽病害，处于过街路段和排水不良地段。出现过街路段，由于路面高程受到两侧建筑物相对高度不能满足路基临界高度的要求，且原有道路两侧边沟受到淤积或被人为填满。大量降雨时，路面雨水不能及时排出，路面长时间受到浸泡。而雨水在面层粒间形成水膜，在车辆行驶产生的水压力反复下，导致面层松散出现坑槽。当基层处于长期受水浸泡状态下，水将逐渐渗透进入基层，当反复受到重载作用时将使坑槽病害进一步扩大。（2）网裂 由于该线路行车密集，大多数是重载车辆，超载现象严重，且行车时多渠化行驶，加重了路面的疲劳开裂。原有路面设计的4cm+6cm普通沥青混凝土面层和2层15cm厚的石灰、煤灰稳定碎石基层和底基层，抗压能力不足，不能满足现交通要求， 在反复行车荷载作用下，形成自上而下的贯通式疲劳开裂。（3） 纵缝 纵缝病害集中出现在道路中线位置，呈0.3m0.5m 宽条带形网状。其成因可能是由于行车荷载对路面产生的压应力造成路面结构层断裂；也可能是石灰、煤灰稳定碎石基层和底基层用半幅施工时，对中间接槎部位处理不符合规范要求，造成该部位一定范围内碾压不密实，压实度不符合设计要求，对其强度造成了影响，使其成为薄弱环节。通车后，由于该部位强度不足，重载下不能给面层提供足够的应力支撑而使面层过早破损，形成贯通裂缝。当水分沿裂隙渗入到基层顶时，会在路面所受荷载作用下，形成唧浆脱空现象，较多的 水长时间侵入则会加重病害。（4） 大面积坑槽以及路基翻浆 关于出现大面积坑槽和路基翻浆现象的部位，也就是发现碎石粘性软土层的路段。我们通过调查了解到，靠近山体一侧的公路附近的地面，在雨水特别充足时，曾出现过多处季节性小股泉水。同时根据路基开挖过程中，通过探挖所掌握的情况分析，该路段出现大面积坑槽以及路基翻浆有可能是以下原因：该地区山体表层覆盖土层较薄，当雨水特别充盈时，山体表土饱水后，水会在重力做下向下渗入到山体岩石表面并沿着岩石表面向山脚处渗流，当水流受阻水量集聚到一定程度时就会形成一定静水压力，此时便会在孔隙大的松软土质部位或承压能力不足部位以泉的形式涌出地表。而在该路段靠近山体一侧附近则可能有符合泉出现的条件。同时，这部分地下水在遇到孔隙大的碎石土层时慢慢渗透进入该部土层，使该部土层含水量过高，这样就形成了挖方施工中所发现的碎石软土层。当碎石土层饱水后，在毛细水的作用下，该段路基土质含水量就会增高，降低了其承载能力，在重载、超载等行车荷载的反复作用以及冻融作用下，加剧了此路段的破坏，从而形成了大面积坑槽和翻浆病害。第二章 病害防治技术2.1坑槽病害防治对于坑槽病害（尤其是过村路段），考虑到坑槽病害的可能成因，在不能抬高路基高度的情况下，道路两侧均增设或维修了排水边沟或排水管道等设施。避免因排水不畅造成道路长期被雨水浸泡而导致的路面过早破损现象。2.2网裂病害防治对与出现的网裂病害，根据病害原因分析结果，此次设计中采用的4cm厚细粒式5%SBS改性沥青混凝土上面层+5cm厚中粒式沥青混凝土下面层+2层18cm厚水泥稳定碎石基层（底基层）的结构形式，其中的SBS改性沥青细粒式沥青混凝土上面层将会有助于提高路面的防渗水性、抗车辙性和耐久性。而从基层、底基层的角度来看，现采用的水泥稳定碎石基层、底基层，其规范规定的7天抗压强度为23Mpa；原设计采用的石灰、粉煤灰稳定碎石基层、底基层，规范规定7天抗压强度为0.6Mpa。从结构强度上现设计的基层优于原设计基层，同时现设计增加了基层和底基层的结构厚度。这从设计上能弥补了原设计不满足现状交通要求的缺陷。2.3路面出现的纵缝问题防治原路面出现的纵缝问题，考虑到可能是施工不规范引起的。因此，在基层和底基层施工前，我们编制了水泥稳定碎石基层（底基层）施工作业指导书，并且将路中接茬部位的施工作为了质量控制关键点进行控制，确保了该部位的施工质量。2.4大面积坑槽、翻浆病害防治2.4.1软土地基处理施工技术 目前对于软土路基的处理技术，按加固机理主要有以下几种： （一）表层处理法 1.砂垫层 （1）机理：不仅是“换土”垫层、“扩散应力” ,更重要的是对差异沉降和建筑物应力集中有“调节”和“补偿”作用，使地基应力重新分布，大大减少地基开裂及不均匀沉降的可能性 。（2）适用条件：该法适用于路堤高度小于两倍极限高度（在天然软土地基上，基底不作特殊加固处理而用快速施工方法修筑路堤的填筑最大高度），软土层及其硬壳较薄，或软土表面渗透性很低的硬壳等情况。亦适用于软土层稍厚但具有双面排水条件的地基。 （3）特点：砂垫层施工简便，不需特殊机具设备，占地较少。但需放慢填筑速度，严格控制加荷速率，使地基有充分时间进行排水固结。因此，适用于施工期限不紧迫、砂料来源充足、运距不远的施工环境。（4）形式：有排水砂垫层、换土砂垫层、砂垫层和土工布混合使用等形式。 2.反压护道 （1）机理：在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道，以改善路堤荷载方式来增加抗滑力的方法，使路堤下的软基向两侧隆起的趋势得到平衡，从而保证路堤的稳定性。 （2）适用条件：路堤高度不大于1.52倍的极限高度，非耕作区和取土不太困难的地区。（3）特点：采用反压护道加固地基，不需特殊的机具设备和材料，施工简易方便，但占地多，土用量大，后期沉降大，以后的养护工作量也大。 3.土工聚合物处治 （1）土工布 机理：土工布在软土地基加固中的作用包括排水、隔离、应力分散和加筋补强。 土工布连接一般采用搭接法或缝接法。目前缝接法有一般缝法、丁缝法和蝶形法。 （2）土工格栅 机理：对土的加固效果，明显高于其他土工织物。 优点：可迅速提高地基承载力，加快施工进度；控制软基地段沉降量发展缩短工期，使公路及早投入使用。 4.无机结合料加固改良在软土中加入低剂量的无机结合料（如石灰、水泥）通过拌合、摊铺、碾压形成一种半刚性结构。其整体稳定性好，有一定的刚度，能在一定程度上起到提高路基承载力以及阻水的作用，且施工简单又比较经济。但施工中需控制好含灰剂量、拌合的均匀性及含水量。（二）换填法 换填法般适用于地表下0.53.0m之间的软弱土层较薄的软土处治。 1.开挖换填法 将软弱地基层全部挖除或部分挖除，用透水性较好的材料（如砂砾、碎石、钢渣等）进行回填。该方法简单易行，也便于掌握。对于软基较浅（12m）的泥沼地特别有效。但对于深层软基处理，要求沉降控制较严的路基、桥涵构造物、引道等，应考虑采用其他方法。 2.抛石挤淤法 本方法适用于常年积水的洼地，排水困难，泥炭呈流动状态，厚度较薄，表层无硬壳，片石能沉达底部的泥沼或厚度为34m的软土；在特别软弱的地面上施工由于机械无法进入，或是表面存在大量积水无法排除时；石料丰富、运距较短的情况。 3.爆破排淤法 （1）机理及特点：爆破排淤是换土的一种施工方法，较一般方法换填深度大、工效较高，软土、泥沼均可采用。（2）适用条件：当淤泥（泥炭）层较厚，稠度大，路堤较高和施工期紧迫时；路段内没有桥涵等构造物，路基承载力均衡一致，因整体沉降对道路不会产生破坏，也可考虑换填。但对桥涵构造物及两侧引道等，应考虑采用其他方法。 （3）施工要点：爆破排淤分为两种，一种方法是先在原地面上填筑低于极限高度的路堤，再在基底下爆破，适用于稠度较大的软土或泥沼。另一种方法是先爆后填，适用于稠度较小，回淤较慢的软土。 （三）重压法 1、堆载预压法（1）机理：在软基上修筑路堤，通过填土堆载预压，使地基土压密、沉降、固结，从而提高地基强度，减少路堤建成后的沉降量。 （2）特点及适用范围：堆载预压法对各类软弱地基均有效；使用材料、机具简单，施工操作方便。但堆载预压需要一定的时间，适合工期要求不紧的项目。对于深厚的饱和软土，排水固结所需要的时间很长，同时需要大量的堆载材料，在使用上会受限。 （3）方式：进行预压的荷载超过设计的道路工程荷载，称为超载预压；预压荷载等于道路工程荷载，称为等载预压。2、其他重压法 （1）真空预压法：利用大气压强0.098MPa等效堆载预压法对软基进行加固。即依靠真空抽气设备，使密封的软弱地基产生真空负压力，使土颗粒间的自由水、空气沿着纵向排水通道，上升到软基上部砂垫层内，由砂垫层内过滤再排到软基密封膜以外，从而使土体固结。该法适用于含水量高、孔隙比大、强度低、渗透系数和固结系数均较小的黏土。 （2）真空预压加堆载预压法：是堆载预压和真空预压两种方法的结合，原理与真空预压相同，但加载更大，预压时间缩短了一半。 （四）垂直排水固结法 利用砂井、袋装砂井、塑料排水板增加土层竖向排水途径，缩短排水距离、加速地基固结。 1.砂井 用振动打桩机、柴油打桩机（冲击式和振动式），以及下端装有活瓣钢桩靴的桩管将砂（含泥量不大于3）或砂和角砾混合料（含泥量不大于5）形成砂井。在施工时考虑避免“缩颈”和减少对土的扰动。 （1）套管法：将带有活瓣管尖或套有混凝土端靴的套管沉到预定深度，然后在管内灌砂后，拔出套管，形成砂井。根据沉管工艺的不同，又分为静压沉管法、振动沉管法等。 （2）水冲成孔法：通过专用喷头，在水压力作用下冲孑L，成孔后清孔，再向孔内灌砂形成。适用于土质较好且均匀的砂性土。 （3）螺旋钻成孔法：以动力螺旋钻钻孔，提钻后灌砂成砂柱。适用于陆上工程，砂井长度l0m以内，且土质较好，不会出现缩颈、塌孔现象的软弱地基。优点是设备简单机动，成孔规则。缺点是灌砂质量较难掌握，不太适用于很软弱的地基。 2.其他垂直排水固结法还有袋装砂井和塑料排水板。（五）其他软基处理施工技术 其他软基处理施工技术包括旋喷桩、粒料桩和生石灰桩等。2.4.2大面积坑槽、翻浆的防治对大面积坑槽、翻浆路段进行路基施工时，当挖到路基基底设计标高发现碎石软土层后，我们随即对其进行了探挖，结果发现软土层厚度为20cm30cm之间，继续向下探挖时，含水量较大的土层则主要集中在软土层下20cm范围内。据此，我们根据调查结果和病害原因分析以及对以上软土路基的防治技术的研究，考虑到当地采石场较多，片石资源丰富等情况，结合了业主和监理工程师，采取了如下处理方法：将碎石软土层全部挖除，以片石作为换填材料。利用石块间的嵌挤作用形成稳定骨架，增强换填层的支撑能力和水稳定性。注意挖除后基底土质含水量情况，在确保路基弯沉值符合设计要求的前提下，最终确定换填深度。具体施工步骤如下：1、挖除软土层后，我们作了两种方案的试验。第一种方案继续下挖20cm，做长度为30m试验路段；第二种方案是下挖30cm，试验路段长也为30m。同时对以上两段进行了仔细的标识。换填材料片石粒径控制在20cm30cm之间，采用人工配合挖掘机铺筑片石的施工方法。铺筑时，将片石平铺于坑底，层厚控制在30cm左右，并通过用挖掘机按压的方法使片石平稳。再用挖掘机散铺砂砾以填充片石间空隙并整平。用20t振动压路机稳压1遍，振压3遍。 2、在完成碾压作业的片石层上用粒径不大于20cm的石料作为填料，填至路基基底设计标高，人工配合挖掘机铺筑平整。再用砂砾填充石料间空隙并整平。用20t振动压路机稳压1遍，振动碾压4遍。3、在完成软基换填的基础上继续分层填筑设计规定的80cm石料至路基顶。填筑过程中，石料最大粒径控制在20cm以内，分层压实厚度控制在30cm左右。每层石料均采用人工配合挖掘机铺平，用LSS2302振动压路机按规范分层进行碾压。层间均采用石屑作为填隙料。完成顶层石料填筑后，路基顶的石屑采用平地机摊铺整平，厚度控制在2cm以内。用LSS2302振动压路机稳压1遍，振动碾压2遍，对于碾压后路基表面出现的石料间孔洞，用人工找补填满。洒水车在碾压好的石屑表面均匀洒水后，再用振动压路机振动碾压2遍。4、碾压成型后，我们用LSS2302振动压路机作为试验机械，采用钢球法对挖深20cm和30cm的试验路段进行了沉降观测检验和弯沉检测。两项试验检测频率均为每5m一个点位。检测结果如下表： 表2-1下挖20cm段填石路基沉降观测检查（合格标准两次高差值不大于2mm）点号碾压4遍塔尺读数（mm）碾压5遍塔尺读数（mm）差值（mm）是否合格1156915712合格2158215831合格3159615982合格4157015722合格5158315841合格表2-2下挖30cm段填石路基沉降观测检查（合格标准两次高差值不大于2mm）点号碾压4遍塔尺读数（mm）碾压5遍塔尺读数（mm）差值（mm）是否合格6160216031合格7162316252合格8161716181合格9163516361合格10164016422合格下挖30cm段弯沉检测 设计弯沉值（0.01mm） 155.3 点号初读数（0.01mm）终读数（0.01mm）差值（0.01mm）是否合格6203.0152.0102.0合格7193.0140.0106.0合格8175.0118.0114.0合格9286.0225.0122.0合格10168.0119.098.0合格结论该路段弯沉检测合格下挖20cm段弯沉检测 设计弯沉值（0.01mm） 155.3 点号初读数（0.01mm）终读数（0.01mm）差值（0.01mm）是否合格1254.0192.0124.0合格2195.0136.0118.0合格3196.0136.0120.0合格4228.0178.0100.0合格5186.0122.0128.0合格结论该路段弯沉检测合格表2-3表2-4通过对下挖20cm和30cm深的试验段进行检测，结果显示两种方案均能满足设计要求的弯沉标准。但从工程的技术经济性角度考虑，经业主和监理工程师同意，对此段软土路基提出了如下处理措施和技术要求：1、碎石软土层必须全部挖除、挖净。2、在挖除碎石软土层的基础上继续深挖20cm，以粒径范围在20cm30cm之间的片石对碎石软土层和超挖部分进行换填，层间以砂砾填充片石间的空隙，所用砂砾的含泥量应符合要求，以确保路基在地下水丰富时有足够的水稳定性和整体稳定性。选择的片石换填材料应注意加强片石粒径范围的控制并且应注意分