（道路与铁道工程专业论文）短工期条件下高速公路桥头引道沉降控制技术研究.pdf

摘要 摘要 目前，我国经济的高速发展，高速公路对国民经济发展的作用越来越显著， 人们迫切需要大量的高速公路来满足出行、运输等方面的需求，所以各地公路 建设部门的决策者髑都零望把高速公路的建设工攥尽可能酶嚣缡。但短工期条 件下的高速公路都存在桥头引道沉降控制的难题，易造成严重的桥头跳车现象。 基于此本文建立了一套短工期条件下的高速公路桥头引道沉降控制技术用于指 导实践。 对于桥头跳车闫题，主要需要解决的是两个方面的阀题，一是桥头弓| 道沉 降控制的指标和标准，另一个是桥头引道沉降控制方法。本文基于路面使用性 能方面考虑提出了以“纵坡最大坡差作为高速公路桥头引道沉降控制的技术 指标；并通过主观评价方法给出了不同车速下纵坡最大坡差的允许值。根据该 标准，主要从技术要求、旌工周期和处理方法的经济性凡个方面提出了沉降控 制的决策过程。 在短工期条件下的沉降控制方法，包括地基处理和预抛高设计两方匿。通 过技术经济琵选，得嬲了满足短工期条件的几种地基处理方法：真空降水联含 堆载预压、复合地基和e p s 路堤技术。本文主要分析了真空降水联合堆载预压 技术的路基加固机理，并提出了该技术方法的设计施工方法。通过桥头引道沉 降的时间帮空间分布特征，结合沉降控制指标，提凄了预抛高的设计标准，并 建立了寓速公路桥头孳 道的预抛高设计方法，给崮了横坡调整方法帮三种典型 的抛高方式。 最后本文通过上海嘉金高速公路项目实例论证了本套技术的合理性和可行 性。 关键词：高速公路，短工期，桥头引道，沉降控制，纵坡最大坡差，地基处理， 真空降水联合堆载预压，预抛高 a b s t r a c t a b s t r a c t a tp r e s e n t , b yt h ei n c r e a s i n go fo u rn a t i o n a le c o n o m y , e x p r e s s w a yi sm o r ea n d m o r ei m p o r t a n tt on a t i o n a le c o n o m y m o r ea n dm o r ee x p r e s s w a y sa r en e e d e df o r t r a n s p o r t a t i o ni m m i n e n t l y s ot h ed e c i s i o nm a k e r so fm a n a g e r i a ld e p a r t m e n th o p et h e t i m el i m i tf o ra ne x p r e s s w a yp r o j e c ti sa ss h o r ta sp o s s i b l e t h e nt h ee x p r e s s w a y u n d e rf a s t - t r a c kc o n s t r u c t i o nc o n d i t i o nh a sap r o b l e mw h i c hi ss e t t l e m e n tc o n t r o lo f b r i d g e a p p r o a c h i n gs e c t i o n 。t h i sw i l li n d u c es e v e r eb u m p i n ga tb r i d g e - a p p r o a c h i n g t h i sd i s s e r t a t i o nf o u n d ss e t t l e m e n tc o n t r o lt e c h n o l o g yo fb r i d g e - a p p r o a c h i n gs e c t i o n o fe x p r e s s w a yu n d e rf a s t - t r a c kc o n s t r u c t i o nc o n d i t i o nf o rp r a c t i c e t h e r ea r et w op r o b l e m st os o l v eb u m p i n ga tb r i d g e a p p r o a c h i n g o n ei st h e i n d e xa n dc r i t e r i o no fs e t t l e m e n tc o n t r o lo fb r i d g e a p p r o a c h i n gs e c t i o n ，t h eo t h e ri s s e t t l e m e n tc o n t r o lt e c h n o l o g yo fb r i d g e - a p p r o a c h i n g t h i sd i s s e r t a t i o np u t sf o r w a r d m a x i m a ld i f f e r e n c eo fv e r t i c a l s l o p e a s i n d e xo fs e t t l e m e n tc o n t r o lo f b r i d g e - a p p r o a c h i n gs e c t i o nb a s e do np e r f o r m a n c ei ns e r v i c eo fp a v e m e n ta n dg i v e s t h ec r i t e r i o no fm a x i m a ld i f f e r e n c eo fv e r t i c a ls l o p eb a s e do ns u b j e c t i v ee v a l u a t i o n b a s i sf o rd e c i s i o n m a k i n go fs e t t l e m e n tc o n t r o li sp u tf o r w a r db yc a l c u l a t i o no f t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s ，c o n s t r u c t i o np e r i o da n de c o n o m y s e t t l e m e n tc o n t r o lt e c h n i q u eu n d e rf a s t - t r a c kc o n s t r u c t i o ni n c l u d e sf o u n d a t i o n d i s p o s a la n dp r e s e t t i n g h e i g h t b yt h ec a l c u l a t i o no ft e c h n i q u ea n de c o n o m y , s o m e t e c h n i q u e s 砌- cs e l e c t e df o rf a s t - t r a c kc o n s t r u c t i o nc o n d i t i o n ：v a c u u mp r e l o a d i n g ， c o m p o s i t ef o u n d a t i o na n de p se m b a n k m e n t t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e sm e c h a n i s mo f v a c u u mp r e l o a d i n ga n dg i v e si t st e c h n i q u eo fd e s i g na n dc o n s t r u c t i o n 。b yt h et i m e a n ds p a c ed i s t r i b u t i o no fs e t t l e m e n to fb r i d g e a p p r o a c h i n g ，c o m b i n i n gt h ei n d e xo f s e t t l e m e n tc o n t r o l ，t h i sd i s s e r t a t i o np u t sf o r w a r dt h ec r i t e r i o na n dd e s i g nd e s i g n m e t h o do fp r e s e t t i n g - h e i g h to fb r i d g e a p p r o a c h i n gs e c t i o no fe x p r e s s w a y , a n dg i v e s t h em e t h o do fc r o s ss l o p ea d j u s t i n ga n dt h r e et y p i c a lp r e s e t t i n g - h e i g h tm o d e 。 t h er e a s o n a b l e n e s sa n df e a s i b i l i t yo ft h i st e c h n o l o g yi sd e m o n s t r a t e db yt h e e x a m p l eo fj i a d i n g j i n s h a ne x p r e s s w a yp r o j e c ti ns h a n g h a i a b s t r a c t k e yw o r d s ：e x p r e s s w a y , f a s t - t r a c kc o n s t r u c t i o n ，b r i d g e - a p p r o a c h i n g ，s e t t l e m e n t c o n t r o l ，m a x i m a ld i f f e r e n c eo fv e r t i c a ls l o p e ，f o u n d a t i o nd i s p o s a l ， v a c u u mp r e l o a d i n g ，p r e s e t t i n g h e i g h t i n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供露录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：砌砸 泓昭年弓月加日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本入承担。 学位论文作者签名： 确锯 加窖年岁月沈e t 第1 章前言 第1 章前言 l 。l 本文研究的目的和意义 桥头引道跳车是高速公路运营中的一个通病，它不仅影响行车速度和舒适性，而且 使桥头伸缩缝以及接缝破坏，甚至导致交通事故( 特别是车辆机械事故) 。尤其是在我 国东南沿海一带，公路修建在软土邋基上，桥头跳车病害尤其严燕，为此，公路养护部 门每年必须投入大量的人力和物力进行维护。以上海地区为例，沪嘉高速公路在建成通 车后一年后即开始进行桥头引道沉降处理，六年间拭五次对全线1 5 6 k m 长的道路上大 多数桥头进行处理，实际处理总嚣积l l l 0 1 5 m 2 ，工程蓁护总费用9 8 2 。6 万元。蠢此可见， 桥头跳车已经成为高速公路建设和营运中应该重视并亟待解决的问题。 另一方面，随着我阑经济的高速发展，高速公路对国民经济发展的作用越来越显著， 人们迫切需要大量的高速公路来满足如行、运输等方面的需求，所以近年来我图的高速 公路建设是处于如火如荼的进行之中。“经济要发展、道路要先行 这一鬣念邑在人们 的头脑中引起共识。鉴于此，各地的公路建设部门的决策者们都希望能在尽可能短的工 期条件下满足人们的这一诉求，三年、两年半甚至更短的高速公路建设工期在全国各地 已屡见不鲜。但随着人们法制观念的提高、自我保护意识的加强，过去依靠行政干预的 “一刀切”式的运作方式己不再可行，这就在客观上造成征地、拆迁、安置等方面的困 难，实际的高速公路建设周期较之预期的更短。事物的运行都有其自身的规律性，在如 此短的周期之内要完成高质量的高速公路建设，本身就已经违背了事物发展的应有规 律，为离速公路将来的运营留下了极大的隐患。当前我国短工期条l 牛下的高速公路都存 在这样的通病：地基预压周期不够、工后沉降大、桥头跳车现象严重等等。嘲此造成高 速公路路况和行车条件恶化，服务水平下降，直接导致行车安全受到影响，车辆运营成 本上升，道路使用寿命缩短，维护投入提高，严重影响了高速公路工程项目的经济效益 和当地的社会效益。为此我国的高速公路建设迫切需要一套能解决由于短工期条件丽带 来的各种病害的建设技术来用于指导实践。 以上海嘉金高速公路( 编号为a 5 ) 第二期工程为例，该工程处于长江三角洲地带， 存在着大量的软弱地基，桥头弓| 道路段大多采焉堆载预压技术进霉亍处理，原定预压期为 1 0 - - - 1 2 月，但由于后来征地、拆迁等方面的实际情况，很多桥头弓i 道地段的预压期只剩 余2 4 个月，个别甚至没有预压期。如不采取措施，预计运营后将会出现较大的工后 沉降，从而引起极为严重的橇头跳车现象。 本文针对我国高速公路短工裳建设的现状，在借鉴国内辨穗关磅究成栗，吸收各墙 成功经验的基础上，以嘉金高速公路为依托，就短工期条件下高速公路桥头引道沉降控 第l 章前言 制技术进行了深入的研究，为尽量经济的避免、延缓和减轻高速公路橇头跳车现象的危 害提供系统、可靠的技术依据。 l 。2 国内外研究现状 对于桥头跳车问题，主要需要解决的是两个方面的问题，是桥头引道沉降控制的 指标和标准，另一个是桥头引道沉降控制方法。本文现就国内外在这两方面的研究现状 综述如下。 1 2 1 桥头引道沉降控制指标和标准 为傺持行车条件的连续性，从而将桥头跳车控制在容许程度之内，就要解决挢头弓| 道沉降控制指标和标准问题。 从表观上看，桥头引道的沉降模式主要有两种：由于桥台与台后路基、路面在结构 上的差异，使得在路一桥结合处产生沉降突变，形成错台现象，造成纵坡线形突变，这 种情况称筠“错台型”桥头弓| 道沉降，该类型主要是现在桥头来设搭叛的情况；二是奎 于桥头引道范围内路基出现了不均匀沉降而出现纵坡像马鞍一样下凹，这种情况称为 “错台型 桥头引道沉降，该类型主簧出现在桥头设置搭板的情况。相应的有两类指标 用于表示桥头引道的沉降控制指标：一是容许错台沉降差，主要用于“错台型 桥头孳| 道的流降标准：另一个是桥头弓| 道豹纵坡最大坡差，主要用于“马鞍型”桥头引道的沉 降标准。 d a n i e ljt h i e l e 等人【l 】( 1 9 9 0 ) 根据美国、加拿大公路部门和研究所在2 0 年间对8 0 0 多个桥头现场调查研究资料分析后认为，对于设置长度力2 0 - - - 3 0 英尺( 6 1 9 1 m ) 的 桥头搭板，弓| 道与桥台沉降差接近l 英寸( 2 5 4 c m ) 左右时，不会造成桥头跳车，即其 纵坡最大坡差判定标准为0 2 8 - - - 0 4 2 。 而张奎鸿、钱绍武【2 】( 1 9 9 3 ) 在沪嘉高速公路软基工程的研究中指出，根据对沪嘉 高速公路9 年的跟踪谖查取褥的观察资料研究螽，建议由工后沉降量造成纵坡变纯率控 制在0 2 - - 0 3 之内，则会避免高速行车时有跳车感觉。 东南大学交通学院叶见署【3 】( 1 9 9 7 ) 在分析桥台基础和引道土体之间差异沉降的基 础上，提出桥头引道工后容许纵坡变化值为0 4 。 j a m e sh l o n g 等人【4 】( 1 9 9 8 ) 结合i l l i n o i s 州调查研究，认隽纵坡坡差0 8 1 o 可以作为桥头引道沉降处理的判定标准，养护目标限值为o 5 。 凌建明等1 5 j 在高等级道路桥头引道沉降处理辅助决策研究( 2 0 0 1 ) 中，依据据上 海市市管公路的摆关资料，从人机工獠学的角度分析了桥头弓| 道沉降特征与道路使用性 能之间的定量关系，从而确定了不同车速下桥头引道沉降的评价标准和养护标准。并且 2 第1 章前言 通过上海城市外环线( 一期) 桥头雩 道沉降处理专项养护工程的应焉，对该评价标准和 养护标准进行了检验和调整，开发建立了适用于桥头弓| 道沉降处理的决策辅助系统 ( a p p r o a c h s e t t l e m e n tt r e a t i n gd e c i s i o na i d e ds y s t e m 简称a s t d a s ) 。 湖北交通基本建设工程质监站冯光乐等【6 j ( 2 0 0 5 ) 从道路使用功能的角度，建立四 自由度的人体一汽车一路面的振动模型，通过输入路面缴坡坡差摊求司乘入受受到的振 动加速度，并结合i s 0 2 6 3 l 的相关规定，分析桥台与桥头引道沉降坡差对行车舒适度的 影响，得出了不同车速下纵坡坡差的极限值和养护目标限值。 陶向华【7 】从人车路相互作用出发，建立了人车路系统振动方程帮路桥过渡段路面不 平整模型，并通过编制的r c r p 程序分析了车辆行驶舒适性的影响因素，最詹确定了基 于行车舒适性的路桥过渡段差异沉降的控制标准。 美国2 0 世纪6 0 - 7 0 年代在a a s h t o 试验路大量试验的基础上，从路面功能要求的 焦度出发，提出了根据路面服务能力指标( p s i ) 设计路面结构盼a a s h t o 设计法，p s i 是在实测数据和主观评价之间建立起一定的统计关系所得到的一个相对指标，它反映了 路面对汽车行驶质量( 行车舒适性) 影响的程度，根据因为路面不平整度引起的p s i 的 减小量，也就能够确定平均坡度的方差，从而确定纵坡坡度的变化值。根据该法得出： 当车速为1 2 0 k m h ，沉降区段长度为8 m 时，桥头孳| 道最大纵坡坡差隆值为0 ，3 7 ，养 护限值为0 2 4 。 其余如瑞典在其软基桥头处理时养护判定标准取为纵坡改变值小于o 4 ；法国将 养护判定标准定为0 3 8 0 。6 3 ；我国“七五”攻关项目“软地基路基综合处理设 计方法研究成果中提出，由沉降弓l 起的纵坡变化，不使驾驶员有不适感的临界值为 o 2 5 ；宁通一级公路扬江段桥头跳车调查分析表明，当行车速度为1 0 0 k m h 时，由工 后沉降引起的纵坡变化值小于o 6 的桥头，没有行车不适感；厦泉高速公路软基课题 缝提出的桥头雩| 道工薏容许缀坡交化值力0 。6 。 另外也有不少学者从路面结构功能的角度出发，对以纵坡最大坡差作为桥头引道的 沉降控制标准进行了相关的研究。无论是柔性路面还是刚性路面，其桥头引道的沉降均 应在保诞路面结构功能的范围之内，通过一定的路面沉降变形，反推路亟结构所能承受 的附加弯拉应力，从而可以得出较为合理的满足桥头弓| 道路面结构功能的沉降标准。 e v o s 8 】( 1 9 8 5 ) 曾提出一种可考虑地基不均匀沉降影响的混凝土板内附加虑力计算 方法，得出一个计算桥头引道沉降的标准。但这种方法只能考虑软土地基上设置单层板 的情况，无法应用于分析多层结构，特采是夹层结构的附加应力。 陈建军【9 】认为柔性路面的沥青混凝土面层具有较好的柔性，它允许有较大的变形， 不致造成面层结构的破坏，所以对工后沉降的控制指标主要由半刚性基层材料的强度控 制，并假定半刚性基层为均质、连续、各向同性的弹性地基梁，软土地基采用文克勒地 基模型，假定层闻为光滑接触，推导了计算基层的附加应力计算公式，并计算路基沉降 对半刚性基层附加应力的影响及路面其它各参数的变化对半刚性基层附加应力的影响。 第1 章前言 东南大学的周虎鑫1 1 田( 1 9 9 6 ) 、重庆交通学院的俺兆益【1 q ( 1 9 9 6 ) 、同济大学的邬洪 波h l j ( 2 0 0 2 ) 等假定路堤为弹性力学中的平面应交体，层与层之间为完全连续，采用有 限元分析的方法，求得沥青路面层底弯拉应力并与规范值进行比较，提出了沥青路面软 基容许工后不均匀沉降指标。 煎济大学泻光乐疆列( 2 0 0 4 ) 利用将荷载应力和温度翘曲应力分开考虑鲶方法，采雳 理论分析和有限元计算的方法得出了水泥路面桥头引道的沉降标准。另外他根据不同的 边界条件，考虑行车荷载的作用，建立分析模型进行理论分析，并选用a n s y s 计算路 基沉降下的基层附加应力及其车辆荷载作用下的综合附加应力，得出了沥青路面桥头弓l 道的沉降标准。 1 2 2 桥头引道沉降控制技术 当蓠关于高速公路桥头引道沉降控制的方法有很多，但各有其适用条件，主要有以 下一些方案。 1 、地基方面的处理措施 ( 1 ) 复合地基法 复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然 地基中设置加筋材料，加固区是由基体( 天然地基土体) 和增强体( 桩体) 两部分组成 的人工地基。根据地基中增强体的方向可分为竖向增强体复合地基和水平向增强体复合 地基两类。竖向增强髂复合选基习惯上称为桩体复合地基，根据桩体强度霹缨分为散体 材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基；根据桩体材料可细分为散体土类 桩、水泥土类桩和混凝土类桩。 复合地基具有两个基本特点： 1 ) 加固区由基体和增强体两部分组成，所以是非均质和各向异性的； 2 ) 在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载作用。 前一种特征使它区别于均质地基( 包括天然的和人工的均质地基) ，后一特征使它 区尉于桩基础。基体和增强体形成复合地基的前提条件是：在蘅载作臻下，通过两者变 形协调，共同承担荷载。从荷载传递机理看，竖向增强体复合地基介于均质地基和桩基 础之间。从某种意义上讲，均质地基和桩基础是竖向增强体复合地基的两种特殊情况。 当复合地基置换率等于零时，复合地基蜕化为均质地基：当复合地基桩间土强度发挥度 等予零时，复合地基蜕纯力桩基。强蓊，复合地基已成为常用的三种地基形式( 天然地 基、复合地基和桩基) 之一。以往针对均质地基和桩基础的承载力和变形计算理论研究 较多，已形成相对成熟的理论体系，而对复合地基的计算理论研究很少，复合地基的理 论体系还燕在形成和发鼹之孛。 ( 2 ) 排水固结法 4 第l 章前言 撬水固结法是利用天然地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向翻水平向排 永体，通过预先在地表进行预压或利用构筑物自身重量使土体中孔隙水逐渐摊出，土体 逐渐固结，地基土逐渐压密，强度逐渐提高的方法；或者利用井点降水和插入土中的通 电电极使中水发生渗流以达到区域土体自重应力的增加，从而使土体逐渐压密的方 法。 排水圃结法由排水系统和加压系统两部分组成。如图1 1 所豕。排水系统可以由在 土中打设的砂井、袋装砂井、塑料排水板等竖向排水体同地面铺设的砂石垫层构成，也 可以利用天然地基中夹粉砂薄层的“千层糕”状土，而对较薄的不含透水层的软粘土可 仅在地蔼镳设一定厚度的砂垫层作为排水系统。翻压系统是指通过堆载以增加体的总 应力并随超静水压力消散来增加其有效应力，使土体压缩、抗剪强度增加；或者通过抽 取覆盖子地表薄膜内的压力，降低膜内土体中的压力，使土体中的孔隙水排出，有效应 力增麓，强度提高。 统 图1 1 排水固结法系统组成不意图 根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为堆载( 等载、超载) 预压法、 砂井( 袋装砂井、塑料排水板) 预嚣法、真空预鹾法、堆载- 真空颈压法、降水预压法 和电渗法等。 ( 3 ) 路堤桩法 路堤桩法是通过桩和水平加筋体( 土工格橱、土工布；等土工合成材料) 联合处理 软基的一种形式，通过桩、桩顶托板、水平加筋体和砂垫层的共丽作用，起到支撑路堤 荷载、调节路堤沉降的作用。如图1 2 所示。 第1 章前言 图1 2 路堤桩示意图 和其他软基上的路堤处理方法穗毙，采用桩承式路堤具有施工周裳短，侧淘变形小 和沉降可以调节等优点。该法既节约了工程造价，又不使路堤顶面出现差异沉降，很适 合软基以及桥头附近需要快速建造的路堤，目前在网内外一些工程中已经得到了实际的 应用，例如杭蘑高速公路拓宽工程中的一些工程、伦敦的s t a n s t e d 机场的铁路连接加宽 工程、巴蘸圣保罗北部的公路拓宽工程、荷兰的部分高速公路。桩承式路堤的工作性状 十分复杂，目前我国还没有相应的设计规范，主要依靠经验进行设计，该法在路堤较低 时不经济。 2 、潞堤方面的处理措施 ( 1 ) 桥头引道加筋 为了减小差异沉降，常在台背回填时，进行加筋处理，将土工合成材料一端锚固在 桥台中，另一端向压实后的路基中水平展铺，以使得桥台借助于土工聚合材料与台背的 路基压实土连为一体，( 图1 3 ) 。 图1 3 耩头弓| 道加筋布置图 6 第1 章前言 檩比其它处理方法( 轻质路堤等) ，台背加筋操作方便，经济可靠，而且效果显著。 采用台背加筋可以达捌双重目的：一方面利用锚圈的加筋材料一端的张拉作用，在台背 局部范围，分层阻止填料顺台背的沉降；另一方面，由于加筋材料是按一定层间距水平 铺设的，加筋材料的拉力是由其接触的土颗粒传递给没有接触的土颗粒，使颗粒受到 约束，土体本身颡粒之闭以及颗粒与抽筋誊| 料接触面的摩擦咬合作焉增强，从丽楚土 体中的部分应力得到扩散和转移，改善局部荷载作用下土体内部的受力状态，扩大荷载 沿土体深度方向的扩散范围，进而达到减小外部荷载对土体的压缩沉降作用，即相当于 提高土体的抗变形能力，起到雕性桥台和柔性路堤间过渡结构鼷的作用。 ( 2 ) e p s 路堤法 e p s 是泡沫苯乙烯( e x p a n d e dp o l y s t y f e n c e ) 的简称，可用于公路及铁路填土、桥 台及挡墙填土、机场建设、港口工程及道路拓宽、地下结构上部覆土以及造因绿化等许 多领域，统称为董p s 超轻质料填法。其结构示意图如图1 4 掰示。 网1 4 典型e p s 轻质路堤三维剖面图 相比其他填材料两言，它具有以下几个方面的优点： 1 ) 趣轻质性，醅s 材料密度在0 2 - 0 。3 烈加3 这个范匿之内，是主和混凝土的 1 1 0 0 - 1 6 0 。e p s 是通过减载解决软土地基路堤沉降及斜坡地段抗滑稳定的超轻质填料。 2 ) 压缩与蠕变特性，即使进入塑性状态，无侧限抗压强度还能很好地发挥而不产 生甓确的剪切破坏区域，一般不出现最大应力。 3 ) 摩擦性，e p s 块与砂的摩擦系数，对于干燥砂f 为0 5 8 0 4 6 ，对湿砂f 为0 5 2 0 2 5 ；e p s 块与块之间f 为0 6 0 7 范围。 4 ) 耐水性，e p s 为含有2 左右树脂成分的树脂发泡体，其余9 8 力空气，由于 e p s 内部气泡具有猿立性，水很难侵入。 5 ) 耐热性及耐燃性。 7 第1 章前言 6 ) 恕立性与自硬性。 7 ) 抗震性，选震结果表明，填土与e p s 受震模式几乎一致，而最大加速度的增幅， 填土要比e p s 要大。 8 ) 耐久性，e p s 在紫外线作用下表明会泛黄，但强度和变形性质基本不变。 9 ) 易施工性，e p s 麓工不需要特殊的建筑机械，采震人工藏能麓工，且施工速度 快。 由于以上的一些特点，e p s 不失为一种极好的填土材料，但价格偏高，尚不能完全 推广使用，相信随着这种技术的推广，费用是会降低，发展前景很大。 ( 3 ) 粉煤灰及二获路堤法 粉煤灰是热电厂燃煤发电后排出的炉灰，对周围环境、水源都有较严重的污染，所 以对粉煤灰的处理和综合利用具有重要意义。欧、美各国都非常重视粉煤灰的综合利用， 大量焉俸结构回填材料。美国有8 0 的粉煤灰用于填筑路基，填高可达8 , - - - , 9 m 。我国黠 粉煤灰的利用相对滞后，目前的粉煤灰利用率仅为2 0 左右，多数用于生产建筑材料和 水泥混凝土及砂浆中的掺和料，以节省水泥。公路建设中利用粉煤灰填筑路堤尚处于起 步阶段。 2 0 擞纪8 0 年代初甥，我匡在高速公路建设中逐步开发剥震粉煤灰，僵当时主要用 于路面基层，如各种二灰结构，以获代土填筑公路路基尚为数不多。上海沪嘉高速公路 首次大量使用粉煤灰，以灰代土填筑路堤，特别是用于该公路沿线的软土地基，取得显 著效果。实践证明，在赢速公路上用粉煤灰填筑路堤完全可行。为推广应用粉煤灰，1 9 9 1 年警家计委颁发了中国粉煤灰综合利用技术政策及实施要点，将粉煤灰筑路列为重 点推广应用技术。交通部于1 9 9 3 年1 2 月颁发了公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范 ( 玎j0 1 6 - 9 3 ) ，以规范推广这项工作。粉煤灰路堤的典型结构图如图1 5 所示。 图1 5 粉煤灰路堤结构示意图 l 一泻水孔；2 一盲沟；3 一封顶层；4 一土质护坡；5 一质路拱；6 一粒料隔离层； 7 一粉煤灰；8 一殷澹瑟 8 第1 章前言 二灰技术是在粉煤灰孛掺入适量的生石灰，经拌合、压密，使其物理、力学性能褥 到相应的改善，室内试验表明，二灰自重轻，水稳性好、强度和压缩模量高，而且具有 良好的板体性。这种特性对于减小桥头引道的沉降是十分有利的。由于相对于一般的路 堤填料而言，二灰材料的自重很小( 通常为1 2 - 1 4 9 c m 3 ) ，从而给地基土带来的附加应 力较小，减小桥头季| 遘的沉降。该法施工方法篱便，不需要对地基进行处理，只需将 二灰分层填筑、压实，并在原设计标高上作适当的预抛，而且造价很低，但只适应于路 堤较低的路段( 通常为2 m 以内) 。 3 、其它设计、施工方匿的处理措施 其它关于短工期条件下的桥头孳| 遒沉降技术，按设计、施工各环节癌纳主簧有以下 一些方案： ( 1 ) 合理设置桥涵构造物 设置桥涵构造物应充分考虑台鸳填方路基的地质情况，填方高度、路堤长度、填料 来源及路堤沉降等问题，选择恰当的桥涵位置、跨径即桥台后部防护工程，尽量避免大 河面，小跨径桥涵。 ( 2 ) 严格控制填料质量 桥台后宣填筑蠹摩擦较大魏透水性材料，便于控割压实质量，减小路基压缩沉降； 同时，选用内摩擦较大的填料也有利于台背缝隙中渗入的雨水沿宙沟或泄水管顺利排到 路基外。 ( 3 ) 桥头弓| 道路瑟做特殊结构处理 考虑桥台与台背路面在结构、材料、雕柔，胀缩等方面存在的差异，为了在其纵、 横向都能平顺逐渐过渡，可采取以下措施： 1 ) 设置枕梁和搭板 考虑桥台与台背路面在结梅、材料、嚣l 柔，胀缩等方面存在的差异，不少公路上采 用设置枕梁和搭板。一般搭板一端支在桥台牛腿上，另一段与路堤相接，下方设一根以 上的枕梁。搭板长度一般在5 米以上。搭板按简支板进行内力计算配筋。单在荷载作用 与搭板时，板下路基会起一定的支承作用，特别是当枕粱下沉，部分搭板则曼受到路基 支承，傻板顶产生局部拉应力。对这种复杂的受力过程，设计时难以确定，应结合实铡 工程，对路基和搭板的受力情况进行理论研究。根据有限元分析，设置枕梁后，使搭板 所受的最大拉应力增大1 3 ，设置枕梁，到底是良是弊，仍有待进一步的研究。 另外，枕梁按弹性地基粱计算，其关键问题在于确定地基巍力的分布觏律。丽曩前 关于弹性地基结构计算的各种理论都只是部分地、不同程度地反映地基的实际性质，只 在一定范围内比较符合实际。 2 ) 设置变厚式埋极 对沥青混凝土路露，在桥台连接处增设变厚式埋板；对水泥混凝土路面，则将连接 处的路两板改为变厚式板。在搭板、埋板或变厚式板下，为保证连接部位的刚柔层次在 9 第1 章前言 水平和垂奁方向均垂直变化，宜采雳强度及回弹模量均高于土基的路面结构层材料，以 提高该部位的整体受荷荷抗冲击能力，利于减少错台幅度，调整不均匀沉陷。 3 ) 路面类型过渡 桥头引道路面不均匀沉降原因很多，且难以根除，为此，常根据桥涵的长度荷接缝 填方长度在桥头一定长度范围内铺设过渡性路面，待路堤漉降基本完成在改镶原设计路 面。常用的过渡性路面有预制水泥混凝土块，条石铺砌、半刚性过渡层及沥青过渡层等。 过渡性路面一般适用于的等级公路。 ( 4 ) 采焉适当抛高的方式处理桥头引道 根据路基工后沉降的预佶值，综合考虑行车舒适性，在原路褥设计的横拨和纵坡上 适当地抛高的方法，能够在一定程度上抵消桥头引道沉降带来的负面影响，但是，其抛 高量由于受行车舒适性的限制，对于工后沉降较大的桥台所起的作用不大。这种方法在 挢头弓l 道设计黧桥头跳车的养护处置审可以普遍采用。抛高量的计算根据养护燕标限值 以及原路面设计的纵坡和横坡进行。 ( 5 ) 严格质量管理，确保合格工程 严格质量管理，关键在于建设单位及其主管部门，特别时设计、施工单位的协调努 力，共同遵照设计、施工规范、施工程序、技术标准帮操作规程以及严格的震量检验和 监理，以确保合格工程，才能避免桥头跳车病害的产生。 薹3 主要研究内容和技术路线 1 3 1 主要研究目标 桥头弓| 遵沉降的闫题涉及的领域很广，不少研究者从不嗣的角度 乍了些研究工 作，需甍解决的问题很多，现阶段也不可能一一突破，因此，本文从问题的主要方面入 手，要解决桥头跳车问题，主要要解决两个方面的问题，一是桥头引道沉降控制指标和 标准闻题，另一个是耩头弓| 道沉降控涮方法闻题，结合嘉金高速公路的工程实况，主要 研究目标有： 1 、提出较为完善的桥头引道沉降控制标准与养护标准，以便为相关设计与施工规 范及路面养护系统提供参考，并进行短工期条件下桥头引道沉降控制的决策分析。 2 、提出短工期条件下高速公路耩头弓| 道的地基处理技术。蓑重研究真空降水联合 堆载预压技术的工程原理，提出其设计方法、施工技术，并根据工程实例对其进行效果 验证；为短工期条件下类似的地基提出一种新的处治方案。 3 、提浅桥头引道的预抛高技术，给出预抛高豹技术依据、设计愚路，并结合工程 实际进行效果分析。 l o 第l 章前言 薹。3 2 磷究内容 为解决各项关键技术问题，本文对以下内容展开了详细研究： l 、桥头引道沉降控制指标和标准的研究 采用类毫鬟于a a s 艇 o 或者i r i 主观评价翡调态评价小组，在一定车型和一定的车 速下，由专职的驾驶员驾驶，并由不同评价者对不同沉降的桥头引道进行评价，得出其 满足舒适性的沉降标准，即主观评价方法所得的评价标准。 2 、短工期条件下桥头引道沉降控制决策分析 ( 1 ) 提出短工期条件下桥头引道沉降控制的决策原翼| j 和依据 ( 2 ) 建立短工期条件下桥头引道沉降控制的决策过程 3 、短工期条件下高速公路桥头弓l 道的地基处理技术研究 ( 1 ) 真空降水联合堆载预蓬地基处理技术、复合地基技术和e p s 轻质路堤技术的 作用机理、设计和施工方法。 ( 2 ) 真空降水联合堆载预压技术在嘉金高速公路中的应用：适用条件、设计方法 及施工过程。 ( 3 ) 真空降水联合堆载预压地基处治技术的癍餍效果分析。 4 、桥头引道预抛离方案的研究 ( 1 ) 通过对收集到的施工期间各个桥头引道的沉降数据进行分析，得出桥头引道 沉降的时间和空间特援。 ( 2 ) 根据预测的桥头弓| 道沉降的时空特征及控制标准，得到典型预抛高方案的控 制点及极限抛高值，对不符合沉降要求的桥头引道地段进行预抛高处治。 董。3 。3 技术路线 本文的技术路线如图1 6 所示。 豳1 6 本文技术路线霭 第2 章短正期条件下桥头引道沉降控制的技术要求和决策分析 第2 章短工期条件下桥头引道沉降控制的技术要求和决策 分析 为保证高速公路运营后在要求的年限内将桥头跳车控制在容许程度之内，首 先需要解决的是桥头沉降控制标准的问题，当前关于桥头跳车病害的预防措施有 很多秘，如何在短工麓施工条件下对各种预防措施进行决策是本章要研究的第二 项内容。由于蜀前高速公路的桥头均普遍设置了桥头搭板，所以其桥头引道的沉 降为典型的“马鞍型模式，如图2 1 所示。应采用纵坡最大坡差来作为其沉降 控制技术标准。因此，本文将就“马鞍型 沉降模式的纵坡最大坡差容许值的取 值徽进步说明。 设计路面纵断面 图2 1 “马鞍型”沉降模式纵坡特征示意图 2 1 高速公路桥头引道沉降控制指标和标准 如前所述，许多学者从路面使用功能的角度出发，对以纵坡最大坡差作为桥 头弓| 道的沉降控制标准进行了相关的研究，扶不圈的角度提出不同的漉降标溅， 但提出的控制容许值却各有差异。本文采用主观评价的方法，从司乘人员的行车 舒适性入手探讨桥头引道的沉降标准。 2 1 。1 主观评价法的必要性 确定桥头引道沉降标准的前提是保证司乘人员的行车舒适性，在此基础上提 出考虑工程的建设和养护费用的路巍沉降标准，而行车舒适性之闻与车辆产生的 入体振动密切相关。关于人体对振动的反应问题有关部门已经作了大量研究工 1 2 第2 章短工期条件下桥头引道沉降控制的技术要求和决策分析 作，并从大量试验结果分析中建立了车辆振动强度对旅客舒适度煎评定标准。但 是，因为人体是一个生物结构的振动系统，用以确定车辆在桥头弓l 道的运行品质 是一个很复杂的问题。人的感受与振动大小的关系也很难精确量化，人体对振动 的感受性很可能是非线性关系，在一定范围内振动大小的变化对人感觉不灵敏， 僵振动达到一定水平时，人体对振动的感觉会很敏感，并产生烦闷感。人体对振 动的感觉不仅与振动幅值、频率、作用方向及持续时间有关，而且也受一系列心 理及环境因素的影响，目前对它还不能在机理上进行准确描述和预测。所以对于 桥头引道沉降标准的确定，有必要采用主观评价的方法。 2 1 2 司乘人员对于竖向加速度的敏感特征 对于崭马鞍型 桥头弓| 道沉降，产生“桥头跳车”的原因是患于沉降导致纵 坡坡差过大，当汽车驶过交坡点时，产生的竖向加速度使司乘入员感到不适。因 此，确定这种桥头沉降的评价标准必须首先明确司乘人员对于竖向加速度的敏感 特征。 电梯工程中关于轿厢蠹人体对于振动频率耩强度响应的研究表明，人体对不 同频率的振动具有不阉的感觉。在振动强度不大的振源作用下，改变频率作试验， 0 1 h z 的振动主要影响头部，持续几分钟后往往有不舒服的感觉；l - - 一2 h z 时易 使人打瞌睡；3 - 、一4 h z 时腰胸局部有较大振动；5 , - - - - 8 h z 时不舒服感觉大；9 - - - - 3 0 h z 时脸、颈部振动大、视线受到干扰，3 0 h z 时振感最明显；3 0 - - - 8 0 h z 时振感逐渐 减小，到高频区时脚部有发麻感觉。除了频率对人体各部位有影响外，振动强度 对人体亦有较大影响，一般来说2 0 h z 以下的振动，振动加速到o 1 m s 2 时使人 产生感黉，随着振动加速度的增鸯羹感觉更加明显，超过5 m s 2 会造成人体器窘平 衡失调，导致神经与心血管障碍。此外，人站在轿厢内，水平方向的振动比运行 方向振动更让人有不舒服的感觉。因此，现行标准( 及企业内控指标) 规定，正 常运行轿厢内的振动强度为：水平振动不大于o 1 5 m s 2 ，运行方向( 竖向) 振动 不大予0 2 5 m s 2 。 我图现行公路路线设计规范规定，如果仅仅从缓冲( 即舒适度) 要求考 虑，竖曲线极限最小半径的标准如表2 1 所列。 表2 。l 道路竖基线极限最小半径( 扶缓冲要求考虑) 计算车速( k m h ) 凸藏线极限最小半径( m )凹馥线极限最小半径( m ) 1 2 04 0 0 0 4 0 0 0 1 0 0 2 7 8 0 2 7 8 0 8 01 7 8 01 7 8 0 6 0l 鞠01 0 0 0 5 07 0 07 0 0 第2 章短工期条件下桥头弓l 道沉降控制的技术要求和决策分析 车辆在竖睦线路段行驶时所产生的竖向加速度可麦下式计算，结果如表2 。2 。 矿2 ”蒜 _ 式中：卜车速( k m h ) ； 凰一竖益线极限最小半径( 黼) 。 表2 2 极限最小半径时的竖向加速度 计算行率速度 凹曲线半径( m )竖囱加速度( m 詹)凸婚线半径( m )摄向加速度( m s 2 ) ( k i n h ) 1 2 04 0 0 0o ，2 7 6 9 4 0 0 00 。2 7 6 9 1 0 02 7 8 0 0 2 7 6 72 7 8 00 2 7 6 7 8 0 1 7 8 00 2 7 6 61 7 8 00 2 7 6 6 6 01 0 0 00 2 7 6 91 0 0 00 2 7 6 9 5 07 0 00 2 7 4 77 0 00 2 7 4 7 表2 2 表明不同车速条件下极限最小半径所产生的竖向加速度是相同的，均 为0 2 7 7 m s 2 。该值即为竖曲线设计中采用的竖向加速度控制值。 综合电梯工程和路线竖蘸线设计中对于竖向加速度的考虑，可以认为，在 1 , - 8 0 h z 振动频率范围内( 车辆正常行驶过程中的振动频率) ，竖向加速度达到 0 2 5 - 0 3 0 m s 2 时，司乘人员即感到不适，换言之，当车辆行驶在桥头引道路段 时，如果道路纵断面导致司乘人员产生大于0 2 5 - - - , 0 3 0 m s 2 的竖向加速度，即形 成“桥头跳车”现象。 车辆行驶时司乘人员对道路纵断面的响应是通过车辆传递的，在此过程中， 由于汽车悬架的减振缓冲作用，司乘人员感到的竖向加速度应当小于由道路纵曲 线产生的竖向加速度( 差值由车辆减振所吸收) ，所以直接采用0 2 5 - - 一0 3 0 m s 2