（岩土工程专业论文）高速公路软土地基差异沉降规律与土工格栅处理方法研究.pdf

摘要 摘要 随着我国经济的快速发展，交通量增长迅速，对高速公路的通行能力和行币舒适性的要求越来 越高。我国的高速公路绝大部分建于东部沿海地区，其中相当一部分建在软十地基上，公路上程的 施。l ：中，路基的稳定性一般都能有效解决，而软十地基的差异沉降一直未能得剑有效的控制，是“桥 头跳车”、路基、路面开裂等问题的主要原冈，严重影响了高速公路的运营效率和行车舒适性。软土 地基的差异沉降问题是目前高速公路建没所面临的亟需解决的重要问题。 本文针对高速公路软土地基的筹异沉降问题，结合江苏省内高速公路的实测资料和现场试验， 着重研究了软土地基的著异沉降特性和土工格栅加筋路基处理技术两方面问题。论文采j j 理论分析、 实测沉降数据分析、数值模拟和统计分析相结合的方法，深入研究了软| ：地基路段的莠异沉降规律， 提出了实用的计算方法及控制标准；采用室内模型试验、理论分析、数值计算及现场试验相结合的 方法，系统研究了士工格栅加筋路基的加筋效果、加筋机理、实用设计方法和特殊加筋方法，建立 了基于差异沉降控制的软十地基路段的设计方法。主要研究内容与成果如下： 1 系统总结了软土地基路段差异沉降规律、控制标准、治理方法的研究进展，着重总结了工程 中常j h j 的土工格栅加筋路基处理方法的研究成果，指出了存在的问题。 2 软十地基路段较大的差异沉降主要发生在过渡段。结合已建高速公路实测沉降数据，深入分 析了软_ 十地基过渡段的施 | = 期沉降特性、工后沉降特性和上后沉降呈“s ”曲线的纵向分布规律，阐 述了软土地基过渡段差异沉降的产生机理。采州数值模拟和统计分析的方法，剖析了软土地基过渡 段的j ：后沉降规律，提出了工后沉降的实用计算方法。 3 系统总结了差异沉降控制指标的研究成果，提出了软十地基过渡段差异沉降的两个控制指标： 容许工后若异沉降 s 】和容许纵坡差为【i 】，并从纵坡差与地基：i ：后差异沉降_ 关系这一角度，系统 分析了连续犁过渡段的差异沉降规律，提出了软土地基过渡段的上后沉降控制标准。江苏省某高速 公路观测段的实测沉降验证了该标准的可靠性。 4 通过室内模型试验、理论分析和数值计算，指出了土工格栅加筋路基处理方法可有效减缓软 十地基路段的差异沉降，系统研究了土工格栅加筋路基设计中土工格栅的铺设范闱、铺设位置、层 数及七上格栅的选材等关键要素，结合软土地基路段的差异沉降计算，提出了土工格栅加筋路基的 实用设计方法。 5 通过室内模型试验和数值计算，深入研究了土工格栅倾斜铺加筋路基处理方法，探讨了倾斜 加筋路基的设计方法和施- 工艺。 6 在上述研究的基础上，基于变形控制设计的原则，以宁杭高速公路丁程为例，建立了软土地 基过渡段的设计流程，当纵坡差计算值小于o 5 时，采用士j ：格栅加筋路基方法进行过渡段的没计， 当纵坡差计算值较大时，则要采用地基处理过渡方式进行过渡段的设计，在该 1 ：程中得到了成功的 应h j 。 关键词：高速公路，软十地基，差异沉降，过波段，控制标准，室内模型试验，土丁格栅， 设计方法 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h er a p i dg r o w t ho ft r a f f i cv o l u m e t h e 仃a f e c c a p a c i t ya n dd r i v i n gc o m f o r to ft h ee x p r e s s w a ya r eh i g h l yr e q u i r e d t h em o s to fe x p r e s s w a y s i nc h i n aw e r ec o n s t r u c t e di nt h ee a s t e r nc o a s t a la r e a , a n dac o n s i d e r a b l en u m b e ro ft h e m w e r e b u i l to ns o f tg r o u n d t h ep r o b l e m so ft h es t a b i l i t yo fe m b a n k m e n th a v eb e e ne f f e c t i v e l y s o l v e di ng e n e r a l h o w e v e r ，t h ed i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n to ft h ee x p r e s s w a yo nt h es o f tg r o u n di s s t i l lap r o b l e m t h ed i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n tc a u s e dt h ev e h i c l eb u m p i n ga n dp a v e m e n tc r a c k w h i c hs e r i o u s l ya f f e c t e dt h eo p e r a t i o n a le f f i c i e n c ya n dd r i v i n gc o m f o r to fh i g h w a y t h e d i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n to fe x p r e s s w a yi sa l le s s e n t i a lp r o b l e mi nh i g h w a yc o n s t r u c t i o n t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n to ft h ee x p r e s s w a yo n s o f tg r o u n da n dt h et r e a t m e n tt e c h n o l o g y t h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n tw e r e s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e db yt h em e t h o d so ft h e o r e t i c a la n a l y s i s ，m o n i t o r i n gs e t t l e m e n td a t a a n a l y s i sa n dt h en u m e r i c a ls t i m u l a t i o n ，a n dt h e nt h ec o n t r o l l i n gc r i t e r i ao fd i f f e r e n t i a l s e t t l e m e n tw e r ep r o p o s e d t h er e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s m t h ed e s i g no fg e o g r i d r e i n f o r c e d e m b a n k m e n tw e r es y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e db yt h em e t h o d so fl a b o r a t o r ym o d e lt e s t s ， t h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t l l en u m e r i c a lc a l c u l a t i o n ，a n dt h ef i e l dt e s t s b a s e do nt h ea b o v er e s u l t s ， ad e f e r m a t i o n d e p e n d e n tp r o c e d u r ew a sd e v e l o p e df o rt h et r e a t m e n to fh i g h w a ye m b a k m e n t o ns o rg r o u n d t h em a i nw o r k sa n dc o n c l u s i o na r el i s t i n ga sf o l l o w i n g ： 1 ac o m p r e h e n s i v er e v i e wi sc o n d u c t e do nt h ea v a i l a b l el i t e r a t u r eo nt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n d c o n t r o l l i n gc r i t e r i ao fd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n to fe x p r e s s w a yo ns o f tg r o u n d t h es t a t ea r to ft h e t r e a t m e n tm e t h o d se s p e c i a l l yt h em e t h o d so fg e o g r i d r e i n f o r c e de m b a n k m e n ti nt h ep r a c t i c a l e n g i n e e r i n gw a sa l s os u m m a r i z e d t h ep r o b l e m si nt h el i t e r a t u r e ss t u d i e sw e r ed i s c u s s e d 2 t h el a r g od i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n to ft h eh i g h w a ye m b a n k m e n to ns o f tg r o u n dm a i n l ya f f e c t t h et r a n s i t i o ns e c t i o n s b a s e do nt h em o n i t o r i n gs e t t l e m e n td a t aa n a l y s i s ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h es e t t l e m e n ti nt h ec o n s t r u c t i o na n dp o s t c o n s t r u c t i o n , t h el o n g i t u d i n a ld i s t r i b u t i o no ft h e s e t t l e m e ni np o s t - c o n s t r u c t i o nw e r es y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h e d t h em e c h a n i s mo ft h e d i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n tg e n e r a t e di nt h et r a n s i t i o ns e c t i o n sw a sa n a l y z e d v f l r i o i l st r a n s i t i o n s e c t i o n so ns o f tg r o u n dw e r es y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e db yt h em e t h o do fn u m e r i c a ls i m u l a t i o n , a n dt h e nt h ep r a c t i c a lc a l c u l a t i o nm e t h o dw a sd e v e l o p e df o rc a l c u l a t i n gt h ed i f f e r e n t i a l s e t t l e m e n t 3 b a s e do nt h es y s t e m a t i c a ls u m m a r yo ft h ee x i s t i n gr e s e a r c h e s ，t h et o l e r a b l ed i f f e r e n t i a l s e t t l e m e n tv a l u e 【as 】a n dt h et o l e r a b l el o n g i t u d i n a l g r a d i e n td i f f e r e n c e 【a i 】w e r ep u t f o r w a r da st h et w oc o n t r o l l i n gc r i t e r i ao ft h et r a n s i t i o ns e c t i o no ns o f tg r o u n d ，t h er e l a t i o n b e t w e e nt h ed i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n tv a l u ea n da n dt h el o n g i t u d i n a lg r a d i e n td i f f e r e n c eo ft h e t r a n s i t i o ns e c t i o n so fc o n t i n u o u st y p ew e r ed e v e l o p e d ，a n dt h ec o n t r o l l i n gc r i t e r i ao ft h e h i g h w a ye m b a n k m e n to ns o f tg r o u n dw a sp r o p o s e d t h ep r o p o s e dc r i t e r i aw e r ev e r i f i e db y t h em o n i t o r i n gs e t t l e m e n td a t a 4 t h eg e o g r i d r e i n f o r c e de m b a n k m e n tv e r i f i e db yt h el a b o r a t o r ym o d e lt e s t s t h e o r e t i c a l a n a l y s i sa n dt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n sc o u l de f f e c t i v e l ym i t i g a t et h ed i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n t 1 1 1 ek e yf a c t o r ss u c ha st h ew i d t ho ft h eg e o g r i dl a y i n g ，l a y e r so ft h eg e o g r i d ，t h em o d u l u so f t h eg e o g r i dw e r es y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h e db yt h em e t h o do fn u m e r i c a lc a l c u l a t i o n t h e p r a c t i c a ld e s i g no ft h eg e o g r i d - r e i n f o r c e de m b a n k m e n tw a sp r o p o s e db a s e do nt h ec a l c u l a t i o n o ft h ed i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n t 5 an e wr e i n f o r c e m e n tw a sp r o p o s e d ，i nw h i c hi n c l i n e dg e o g r i d sw e r el a i d t h i s n a b s t r a c t r e i n f o r c e m e n tw a sr e s e a r c h e db yt h em e t h o d so f t h el a b o r a t o r ym o d e lt e s t sa n dt h en u m e r i c a l s i m u l a t i o n ，a n dt h e nt h ed e s i g na n dt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yw e r ed i s c u s s e d 6 b a s e do nt h ea b o v er e s e a r c h e so nt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ec o n t r o l l i n gc r i t e r i ao f d i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n t ，ad e f o r m a t i o n d e p e n d e n td e s i g np r o c e d u r ew a sp r o p o s e df o rt h e t r e a t m e n tt ot h eh i g h w a y0 1 1s o f tg r o u n d t h ep r o p o s e dm e t h o dw a sv e r i f i e db yt h ec a s e d e s i g ni nt h ef i e l d k e yw o r d s ： e x p r e s s w a y , s o f tg r o u n d ，d if f e r e n t i a ls e t t l e m e n t ，t r a n s i t i o ns e c t i o n s ，c o n t r o l l i n gc r i t e r i a ， l a b o r a t o r ym o d e lt e s t ，g e o g r i d ，d e s i g nm e t h o d i i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：导师签名： 日 期： m m 鲦论 第一章绪论 1 1 研究背景 高谜公蹄是国民经济的重要命脉，其特有的快速性币i 灵活性为杜会乖【经济的发展注入了强大 的活力至2 0 0 8 年底，我固高述公踏通车里程达到60 3 万k m ，惶培世界第二位绝大部分高速公 路建于客酃沿海请肯。然而，我国沿海请省睬山永部分地段外，丈部分为掘质海岸，在地质上属 于第四纪后期形成的海相、泻湖相、三角洲相、各相和湖泊柏的牯性土沉积物或河流冲积物，有的 属于新近淤积物，土层多为淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚粘士及泥混砂层，属于饱和的正常脏密软 粘土，这种土娄抗剪强度低、压缩性高、同结速度慢，因而地基稳定性差，沉降变形晕人、尤其是 差异沉阶大。我国主婴高速公路的软土分布情况见袭i - l 1 1 沪宁京潍墙坑m亲夏怖开广佛 分布情况 斋连公镕高建2 路高速2 路高速公路高建公路高遗公路高速镕 全k h l 软土长 软土厚 一般 8 4 6 肺 最厚 3 01 3 软土占全长比糯 近年来，江苏省高速公路发展迅猛，至2 0 0 3 年底通乖里科迷3 6 0 8 k m ，居全国第3 能，里程密 度居全嗣第1 位。江苏省主要高速公路中的软十地基路段比例都报大，软十的分布情况见表10 2 。 连椽d 啦连盐高建淮盐高速淮盐高谜沪苏浙高速 分布情况 连云港段连云港段盐城段淮安段江苏段 全k m 软十k a m 3 57 3 软十厚 一般 ，m 屉厚 软十l j l 全砼比， 软土地基的特殊性和快谜掩i 产生了许多i 程问艇，从已投入使用的高述公路来看，突出的问 题姓l ：肝沉降人，差异沉降火，对高速公路的通行和运营产生了极大的危害： ( 1 ) j 后差异沉降造成路基、路面的损坏( 幽1 - 1 ) 。 ( a ) 路面起伏 陶 _ 一喇1 ( b ) 差异沉降对路面的影响 横向裂缝 东南大学博_ ：学位论文 ( 2 ) 工厉差异沉降对桥涵造成很人的危害：桥堤高差引起汽车车轮的反复冲i 疔荷载，加速桥台 台背、桥头伸缩缝以及桥头路面及桥梁伸缩缝的冲击破坏以及搭板断裂；车辆通过路桥过渡段产生 的跳跃和冲击，极易使车辆撞向桥两侧的栏杆，产生安全隐患；台后软基的著异沉降，会增加桥台 承受的水平推力，严重的有可能导致桥台的位移或断裂、甚至桩基的浮移；过大的上后差异沉降导 致通水管涵错位，过水断面减小，降低了管涵的通水能力。 ( 3 ) 工后差异沉降引起的“桥头跳车”对行车质餐的影响尤为明显，减缓了车辆的通行速度， 降低了驾乘人员的行驶舒适性。 ( 4 ) 丁后差异沉降造成高速公路运营中巨大的经济损失。据有关资料分析【2 1 ，汽车每经过一座 桥台时，因跳车紧急制动一次，将增加耗油6 0 毫升。按每昼夜5 0 0 0 辆的交通量计算，每座桥头每 天浪费燃油3 0 0 升，燃油单价平均5 元升计算，每年将造成5 4 7 5 0 0 元浪费。在美国大约有2 5 的 桥梁( 约1 5 0 0 0 座构造物) 受剑桥头跳卞的影响，每年花赀的维修费川高达l 亿美元以上l 】j 。在我 国也存在相同的问题，国家重点t 程京珠高速公路广珠段，竣 ：验收时获得广东省己建高速公路最 高分，被评为优质样板工程，其软基处理质量在广东省交通行业有口皆碑，但通车后软基差异沉降 引起的路面维修费用高达2 0 0 0 万瓣，占总运营收入的8 现行公路路基设计原则主要是路基本身的稳定问题，对于高速公路来说，路基稳定性一般都能 得到保证，而软_ 十地基的沉降变形难以有效控制，往往造成桥头跳车、路基开裂、路面的纵坡变化 等问题。因此，满足高速公路通行能力和行车舒适性，减小工后差异沉降是在软土地基上修建高速 公路的关键。 目前软士地基上高速公路的建设面临两方面迫切需解决的问题： ( 1 ) 差异沉降的控制指标。由于软土的土性、厚度以及设计路基高度等差异，软十地基路段的 变形特性与一般地基的变形特性存在着较大的差异，其沉降、工后沉降难以准确的计算和预测，国 内外现有研究成果对差异沉降并没有一致的控制标准，造成设计和旌下的困难。 ( 2 ) 差异沉降处理技术的选择与施工设计。软土地基处理方式不同，沉降量和沉降历时也不相 同，必然会造成工后差异沉降，如何根据实际工程情况选择软土地基过渡段的形式，如何合理设计 及施工控制也是一大难题。 据统计，我国规划建设的“五纵七横”主要高速公路网，都不同程度存在软十地基路段的“跳 车”或路面开裂闷题，差异沉降控制已成为衡量高速公路整体建设质量的一个重要指标。以宁杭高 速公路二期南京至漂水段：i ：程1 3 j 为例，路线全长3 7 8 8 7 k m ，软土层在全线错落分布，达1 4 6 0 9 k m ， 土层厚度变化大，全线共设主线桥梁2 1 座，支线上跨桥2 2 座，互通立交6 处，涉及到的不同地基 处理路段及桥头路段1 0 0 余处，因此软土地基差异沉降的控制尤为重要，直接影响全线的工程质量 和通车后的运营情况。 高速公路的差异沉降控制问题己引起广泛重视，已建的高速公路工程中沪蓉两高速、驻信高速、 渝湛高速、长常高速、潭邵高速、杭甬高速、东港高速、太旧高速、青银高速等 - 程，都对这类问 题进行过研究。但软土地基差异沉降控制，从设计到施工，我国现行规范均涉及不多，在已完成的 很多i r 程中都存在设计方法和施。l ：控制技术的缺陷，导致软十地基路段出现“跳车”和开裂等t 程 问题，因此对高速公路软土地基的差异沉降规律和处理技术进行研究乒；有非常重要的现实意义和应 j j 价值。 1 2 软土地基路段差异沉降规律研究现状 国内外对软土地基路段差异沉降问题的研究很多，但人多集中于如何治理该问题【4 制，对沉降及 工后差异沉降特性的研究不多。 杜秦文【7 1 等通过对河南焦作至巩义黄河公路大桥连接线一 i 警观测数据引入路堤断面中点和两 侧坡脚地基表面3 点沉降的方斧这一统计学指标，详细分析了地质结构，填筑速率、填筑高度以及 硬壳层等因素对软基不均匀沉降的影响。提出断面3 点沉降方差随着填土高度的增加而增加，并且 2 第一章绪论 与填：卜高度早现二次曲线关系；填筑速率增加，地基沉降的不均匀性增加；硬壳层的存在，减小了 地基沉降的不均匀性，但是当硬壳层破坏以后，地基沉降的不均匀性显著增加。 占月跃军【8 l 等在宁波地区公路桥头跳车调奄的基础上，研究桥头引道段不均匀沉降的最火相对沉 降鼍、纵向沉降曲线、纵坡相对差、横坡相对筹的统计规律和相互关系。提出桥头引道段最人相对 沉降每与桥头最人填士厚度之间呈现出指数关系： s m a x = a e b h 式中：s m a x 为桥头引道段最大沉降量，m m ；h 为桥头最大填土厚度，m ；a ，b 为同归系数。 桥头引道段纵坡相对差最大值a i m a x 和桥头引道段最大相对沉降量s m a x 之间关系为： s m a x = 0 1 3 4 a i m a x 0 7 5 8r l = 7 5 ，r = 0 8 7 马传明【9 1 论述了珠江三角洲地区高速公路工后不均匀沉降造成的病害及其危害，初步研究了路 堤工后不均匀沉降、堤桥( 涵) 衔接处：r 后不均匀沉降的形成原因。最后，提出了桥梁跨越、延长预 压时间、减轻路堤荷载、增加桥涵部分沉降等控制j ：后不均匀沉降的措施。 经绯【l o 】等，认为不同地基处理方法、不同填土高度下，硬壳层和软土层厚度对路基沉降的影响不 同。通过对某高速公路采用粉喷桩和砂垫层预压法两种方法加荆软基后，路基填筑过程中实测路堤沉 降资料的深入分析，总结出在该地区硬壳层和软土层厚度对路堤沉降变形的影响规律，并提出了相 应的填土临界高度( 约2 5m ) 。 颜可珍等】根据伊洛河河谷平原的河滩相软土地基沉降观测结果，用指数法和双曲线法，并配 合最小二乘法拟合分析，推算了地基的最终沉降量及i 州结参数，运用于沉降计算，发现结果比室内 试验更与实际接近。并分析路堤填筑过程中实测沉降资料，总结出填土高度对沉降变形的影响规律， 并提出了相应的临界填土高度为2 5i l l 。 汤连生等i 他】对比分析路基土在路堤静荷载作用和行车动荷载作用下的不同力学行为特征，探讨 路堤静荷载作用与行车动荷载作用在公路软基工后沉降的不同贡献，提出公路软基- t 后沉降的6 个 组成部分：少量未完成的主固结变形、次【司结变形、侧向变形、累积永久变形、动l 司结变形、动侧 向变形。 现有研究成果对软土地基路段差异沉降规律的研究还很少，地基的土性、厚度等影响冈素众多， 冈此高速公路设计阶段很难较准确地预测差异沉降。 1 3 软土地基路段差异沉降控制标准研究现状 由于r 十性、软土厚度以及设计堤高等因素的差异，软十地路段的差异沉降实际上是不可避免的， 当工后差异沉降量很小时，软_ 十地基路段不会发生破坏，只有当差异沉降达到一定程度才会产生“跳 车”或路面开裂，影响行驶舒适性和安全性。国内外对不致引起破坏的容许的差异沉降进行了大量 研究，提出了不同的控制指标，主要包括容许工后沉降 s 】、容许纵坡差【i 】和容许台阶高度【h 】， 但各国对丁后沉降指标及其确定方法不统一。 1 3 1 容许工后沉降 容许工后沉降餐 s 】是填士路堤控制剩余沉降f r o m 标，在时间上，容许工厅沉降一般指铺设路 面后所容许的剩余沉降餐。 国内外对软七地基路段容许工后沉降的研究成果很多。日本道路协会建议【1 3 】连接桥梁的填十路 堤中心处铺筑路面后3 年内的容许剩余沉降蟮不超过1 0 3 0 c m ；美国公路路堤软基处理中指山： 在公路的经济寿命期间( 1 0 1 5 年) ，桥头引道容许工后沉降为1 5 3 0 c m 。d a n i e l 等人( 1 9 9 0 ) | 1 4 1 根据美国、加拿大公路部门利研究所在2 0 年间对8 0 0 多个桥头现场调奄研究资料分析后认为，对于 设置长度为2 0 至3 0 英尺( 6 1 m 至9 1 m ) 的桥头搭板，引道与桥台沉降差接近1 英寸( 2 5 4 e m ) 左右时，不会造成桥头跳乍。 3 东南大学博+ 学位论文 我国现行的规范中对软十地基路段的工后沉降作了相应的规定，交通部的公路路基设计规范 ( j t gd 3 0 2 0 0 4 ) 规定1 1 5 i ，路面设计年限内，残余沉降( 简称j 二后沉降) 应满足表1 3 要求。 表1 3 容许丁后沉降 妄哭 桥台与路堤相邻处涵洞、通道处一般路段 道路等级 高速公路 o 1 0 m0 2 0 m0 3 0 m 公路桥涵地基与基础设计规范( j t j 0 2 4 1 9 8 5 ) j 烷| 1 6 1 ，墩台的沉降( c m ) ，不得超过下列规 定：( 1 ) 墩台均匀总沉降值( 不包括施工中的沉降) 2 0 4 l 。( 2 ) 相邻墩台均匀总沉降差值l 。o v l 。 l 为相邻墩台问最小跨径长度，以最小跨径l = 2 5 m 计，墩台均匀总沉降值 s = 1 0 c m ，相邻墩台均匀 总沉降差值 a s = 5 c m 。 我国交通部重庆公路科学研究所等单位在天津新港地区软土路段的试验研究报告中指出，对于 高等级路面铺后2 0 年内，邻近人工构造物路段容许工后沉降值定为1 0 2 0c m 较为适当。沪嘉高速 公路试验研究指出，沪嘉高速公路在桥台处设搭板，邻近桥梁构造物的路堤取容许工后沉降值 10 e r a ，并在5 0 m 范围内逐渐过渡到容许- t 后沉降3 0 c m ，其沉降差为0 4 ，正常路段允许- t 后沉 降取3 0 c m 。莘松高速公路试验则指出路堤的高度大于2 3 5 m 时，容许沉降为1 0 - - 一1 5 c m ；路堤高度 小于2 3 5 m 时，则容许沉降为 0 c m 容许工后沉降量并没有统一的指标，工程中大多采用规范规定的工后沉降指标进行施工设计。 1 3 2 容许纵坡差 软十地基路段发生丁后沉降前后的坡度变化称为纵坡差( 或纵坡相对差) 。容许纵坡差是指软土 地基路段路面结构不发生破坏的容许最人纵坡变化，是容许差异沉降的相对值指标。 m o u l t o n 1 7 l 对设置搭板的桥头路段进行研究，建议对于连续桥跨和简支跨结构的容许纵坡差分别 取0 4 和0 5 ，s t a r k 瑙j 和w a h l s l l 9 1 等建议容许纵坡差统一取1 2 0 0 ，根据d a n i e l i m j 的研究数据计算， 纵坡容许变化值o 4 左右；周虎鑫1 2 0 l 依照路面功结构性要求，采用杭甬高速缁兴试验段的路基路面 参数，分析得出不均匀沉降指标为为0 4 ；叶见曙【2 i 】分析桥头过渡段情况，并通过宁通一级公路扬 ( 州) 江( 都) 段中4 座大中型桥梁共计8 个桥头的现场的测试，提出竣上时桥面和搭板面的容许纵坡差 为0 4 ：王秉纲等人经过实地测试也提出搭板容许纵坡差为0 4 ；叶j ! - 曙1 2 到、陈晓麟1 2 3 1 等参照汽 车平顺性评价方法，建立车辆一人体一座椅的振动模型，计算桥头过渡段路面不平整的功率谱密度， 从乘车舒适度角度，提出容许纵坡差可取0 4 从国内外的研究成果可见容许纵坡差基本都在o 4 左右，容许纵坡差o 4 已得到广泛得认同。 1 3 3 容许台阶高度 当软土地基路段发生局部沉陷或沉降茸突变时，路面发生垂直错台，台阶高度决定行车舒适性 和安全性。台阶越高，行车不舒适，导致车轮跳离地面引起行车事故，此时采用容许台阶高度作为 控制指标。 对软十地基路段发生错台破坏的研究也很多，w a h l s l 2 4 1 等人认为当台阶高度达1 2 c m 时会产生跳 车，需要修补；s t a r k 等人认为当台阶高度为2 5 c m 时会发生跳车，当达5 7 5 c m 时会使行车严重不 舒适；胡长顺1 2 5 】等经过行车调查发现，驾驶员在车辆通过桥头前可以看剑3 - 5 c m 的桥头台阶，并需 采取减速或制动措施，而当以1 0 0 k m h 以上的车速通过桥头时，则对2 - 3 c m 的桥头台阶有明显的跳 车感觉，建议当基准期控制为三年时，桥堤衔接部位台阶控制在2 c m 以内，对桥头路基容许丁后沉 降采刚桥台沉降值加2 c m 。即( 2 0 l + 2 ) c m ，其中l 为墩台间晟小跨径长度( 单位为m ) ；凌建明【2 6 1 采用台阶高度评价“错台型”桥头引道沉降，通过经验分析的方法建议车速为1 4 0 8 0 k m h 时相应的 错台高度允许值为7 1 6 m m 。 4 第一章绪论 软十地基路段产生错台破坏的偶然性较人，而且往往在路段遇结构物处发生，因此控制指标研 究成果的差异也较大。 1 4 软土地基路段差异沉降治理方法研究现状 1 4 1 软土地基处理方法 对软土地基进行处理是控制高速公路地基沉降的主要方法，目前常用的软基处理方法及优缺点、 适用范闱和效果见表1 3 t 。 表1 3 常用软基处理方法的优缺点、适用范围和特点 方法效果 沉降稳定 处理方法处理原理 方法特点适川范围促进减小控伟i _促进 防i e 同结 总沉剪切强度 液化 沉降降变形 增长 填十预压 施j r 简单，工期长。 等载预压 利用十层闻有排水通适用于路基稳定， 、， 、， 道，进行排水同结 超载预压需要土方两 沉降小的路段 超载预压 次调运 换填置换作用 施工简单，费用高适用于清淤同填 、， 冲积能量可以改变十 施一r 简单，速度快， 体的力学性质，增加适用于加同碎石 强夯路基的稳定性，减小 无需添加特殊材料， 沉降，增强抗液化能 费用低，对周围环境十、砂土和一般粘 、，、， 影响大。 土 力 增加抗滑力矩，防i 卜施： 简单，费用低， 适用丁路堤高度不 反压护道 人于临界高度的地 、， 路堤滑动破坏但公路刚地增加 基， 施j 方便，费用低， 适用于填土高度 但预压时间长，通常 小，软土层薄，埋 砂垫层深浅，无便壳层工 、， 与竖向排水法结合使 砂垫层主要增加水平用 期不紧张的软土路 方向的排水能力；砂 基 同袋装井和塑料排水板增加相对于普通砂井，刚 适用于软土厚度 结砂井竖向的排水能力，同砂量少，旋上简便快 大，路堤稳定，填 、， 排时减小水平排水路 捷。土高的软土路基。 水 径。但填筑期较k ， 如果软十中含有薄 施丁时应严格控制填 层粉细砂夹层时， 筑速率 与袋装砂井比，具有效果会更好。不适 塑排板旌：r 效率高，施工机用于次f 州结量占很 、， 、， 械轻便的特点人比例的十类，如 泥炭，有机质枯十 和高液限粘土。 同化荆( 水泥) 与十 强制搅拌，产生物理 施： 工艺较复杂，造适用于路堤高，沉 复 搅拌桩化学反戍，达到提高价较高，一般只适川 降要求严格，软士 、，、，、，、， 厶 地基承载力和减小沉 1 ：软十深度不人丁，压缩性人，排水性 u 降的目的 2 0 m 的地基。 能低的软土地基。 地 基 对砂七、粉十和碎彳i 士具有挤密和置换作 施亡工艺较复杂，造 适用于j h l 耐松散的 碎石桩 价高，施。l 对周闱环 、，、，、，、， 用；对粘七以置换为 境影响火 枯性十和粉土 主，兼有排水作用 5 东南火学博1 ：学位论文 续表1 3 常用软基处理方法的优缺点、适朋范同和特点 方法效果 沉降稳定 处理方法处理原理方法特点适用范围促进 减小 控制 促进 防止 i f 爿结总沉 剪切 强度 液化 沉降降变形 增长 生石灰与水反应形成 施工工艺复杂，造价适用于含水最大， 石灰桩 桩身强度，桩体膨胀 高，受地下水影响较排水性差，没有滞 、，、，、， 复 挤密桩间土，排水性 大 水砂层的软士地基 厶 能良好 u 利川管桩，c f g 桩等 地 基 单桩承载力高的特 施j 二工艺复杂，造价适片j 丁路堤离，软 刚性桩点，由桩承担上部路 高 _ 十深，含水量大， 、， 、，、， 堤荷载，减少地基变排水性差的软土 形 士= 织物增强路基稳 加筋路堤定性，减小路基的筹施f t 简单，费用低廉 适用于差异沉降大 、，、， 的路基 异沉降 1 4 2 差异沉降治理方法 由于“桥头跳车”现象较为普遍，软土地基路段差异沉降治理方法的研究多集中于“桥头跳车” 的治理 2 j 处理方法的主要思路有：路面结构处理；减小路基压缩变形；减小地基沉降量及沉降过 渡。治理方法的研究成果火致可归纳为表l - 2 。 表l 一2 过渡段差异沉降治理方法 治理思路治理方法 ( 1 ) 提高路基填_ 七的压实度 过 减小路基 ( 2 ) 换填材料( 砂砾石，碎石、灰士等) 渡 压缩变形 ( 3 ) 挤密桩 段 不( 4 ) 加筋( 土工格栅、土1 格窒等) 均 匀 ( 1 ) 桥头搭板、升降搭板 沉沉降过渡方法( 2 ) 调整桩间距 降 治 ( 3 ) 柔性桥台 理( 1 ) 地基处理( 粉喷桩、钢渣桩、超载预压等) 方减小地基沉降量 ( 2 ) 采_ 【 轻质材料填筑路基( 如粉煤灰，聚苯乙烯 法 泡沫塑料e e s ) 和发泡珍珠岩等) ( 1 ) 预设反向坡度 路面结构处理 ( 2 ) 设置过渡段路面、预抛高 近年来，通过士工合成材料加筋来处理过渡段差异沉降的方法越来越多地受到重视， ：程的应 用也很多。国外从2 0 世纪8 0 年代开始研究十工合成材料加筋处治“车辙”和“桥头跳车”，己进行了 人量室内和室外试验，取得了良好效果 2 7 - 3 1 1 。f a n n i n 等( 1 9 9 6 ) 1 2 7 1 通过现场试验的观测，认为软七 地基中铺设士： 合成材料可有效减小无铺面结构路面的车辙：g i r o u d 等( 2 0 0 4 ) 【2 8 】系统地提出了无 铺面结构公路土工合成材料的加筋设计方法：m o n l e y 2 9 等对桥头段使用十工合成材料加筋的效果 进行了研究。g r a e m e ( 2 0 0 5 ) 等1 3 0 j 、a b u h e j l e h 等( 2 0 0 2 ) 1 3 1 j 等通过现场试验表明十上合成材料加筋 十柔性桥台有很高的承载力并且可减缓桥头的差异沉降；h e l w a n y 等( 2 0 0 3 ) p j 通过数值计算与实测 数据的对比表明加筋桥台可有效减小差异沉降。并对台背的不同士性( 从松散砂土到硬粘土) 进行 6 第一章绪论 了研究。 国内在桥头路堤加筋及七工合成材料加筋柔性桥台方面的研究也很多1 3 2 - 3 s 】，周志刚等【3 2 - 3 3 i 对土 工格栅加筋柔性桥台的机理及设计方法进行了研究；谢永利等【4 j 对十：l ：格室柔性桥台进行了研究： 文献【3 4 1 及公路七工合成材料应用技术规范【3 5 】给出了土工合成材料加筋土桥台的两种设计形式。 1 5 土工格栅加筋路基研究现状 近年来，软土地基路段施工中，通常会在不同地基处理交界路段的路基中铺设土丁格栅处理差 异沉降，江苏省内的连盐高速、连徐高速、汾灌高速、宁杭高速均采刚这种方法控制差异沉降。目 前，国内外对土工格栅加筋路基的加筋设计、加筋效果及加筋机理的研究还比较少。 十一i 二格栅加筋路基的试验方面已有一些研究。s m u r u g e s a n 等1 3 6 j 利用室内模型试验，对不同二卜 丁格栅加筋红j 二路堤与不加筋路堤在荷载作刚下的沉降、坡面侧向位移情况进行了研究。试验表明， 由于加筋的锚同作用使得边坡坡面位移减小，加筋路堤可以承受的变形比不加筋路堤要火。 东京技术研究所( t o k y oi n s t i t u t eo ft e c h n o l o g y ) 的j 1 z a w a 等p7 】利用离心模型试验对地震中加 筋路堤的稳定性进行了模拟研究。试验表明士工格栅的拉伸刚度较低时，由于起不到限制加筋区内 土体变形的作用，路堤在较低的地震影响系数一f 就会发生破坏，但士工格栅抗拉拔力提高后，在相 同拉伸刚度下加筋路堤的抗震能力将得到明显提高，据此提出在土工格栅加筋路堤的稳定性分析中， 土工格栅的极限抗拉拔力应根据土工格栅的刚度进行折减。 朱湘等过模犁试验【3 8 l ，模拟的软十地基上的路堤结构物，通过对比试验，分别量测加