（交通运输工程专业论文）丹庄高速公路软基处理技术的研究.pdf

捅要 本文以辽宁省丹东庄河高速公路建设项目为依托。丹庄高速公路全长1 3 5 k m ，其 中软土路基长度5 0 4 1 5 1 ( 1 i l ；占路线总长的3 7 3 ，因此，软基处治成为该路建设的技术 关键。课题组针对不同软基的物理特性，经过设计方案比选，选定粉喷桩、碎石桩、塑 料插板和自重预压四种方法进行软基处治设计：在施工现场于不同的软基处治段落内布 设了观测传感器，经过路基试验路的施工期观测、工后沉降观测，获取了填土高度沉 降的关系曲线、填土高度土压力的关系曲线和填土高度水平位移的关系曲线。 课题组通过对观测数据的分析研究，认为丹庄软基处治设计是合理的；根据辽宁地 区软土特性，软基路堤施工期建议采用课题组提出的填筑速率方法取代规范中的沉降速 率方法进行路堤施工控制，该方法简便、易行，经济、安全；根据本课题软基工后沉降 观测结果及辽宁营口地区、辽宁盘锦地区的软基工后沉降结果均大大小于3 0 c m 的实际 情况，建议辽宁地区软基工后沉降设计控制指标由规范规定的3 0 c m 提高为2 0 c m 是完 全可行的，此项建议还可减小桥头跳车的程度。 课题组编制的辽宁地区软基处治设计指南与施工技术指南对今后类似软土路基的 设计、施工和路堤稳定性监控等具有较强的指导作用。 a b s t r a c t t l l e t o p i cc o m e s舶mt h ed a i l d o n g - z h u a n g l l ee x p r e s s w a yc o n s t m c t i o np r o j e c t d 柚d o n g z i l u a l l 曲ee x p r e s s w a yi s1 3 5l 【i l o m e t e r si nl e n g t h 弧es o f tr o a d b e di s5 0 4 1 5 l 【i l o m e t e r si i ll e n 舀h ，w h i c hi s3 7 3 o ft h ew h o l e r o u t e t h e r e f o r e ，t h et r e a t m e n to fs o f te a n h r o a d b e dt u m si n t ot h ek e yt e c l u l o l o g yo fc o n s t l l l c t i o n 加m i n ga tt h ed i 骶r e n ts o re 础h r o a d b e dp h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ， c o n t r a s t i n ga n ds e l e c t i n gt h ed e s i 鲈e dp r o 伊a m ，t l l e d i s c l l s s i o ng r o u ps e l e c t e dd r yj e tm i x i n gp i l e ，g r a v e lp i l e s ，p l a s t i cb o a r d s 孤dp r e l o a d i n g s o l ew e i g l l tf o u rm e t h o d sf o rs o f ：【e a n hr o a d b e dd e s i g n a tt h ec o n s t n l c t i o ns i t ei nd i f f e r e n t p a r a 伊a p h so ns o f tf o u n d a t i o nl a i dw i t h i nt h eo b s e r v a t i o ns e n s o r b yt h er o a dt e s tr o a d b e d c o n s t m c t i o no b s e r v a t i o n 柚dt h eo b s e i n g0 ft h es e t t l e m e n ta r e rt h ec o n s t m c t i o n ，w eg a i n e d t h er e l a t i v ec u eb e t 、) l ，e e nt h eh e i g l l to fe a n hf i l l 肌dt h es e t t l e m e n t ，t h er e l a t i v eb e 铆e e nt h e h e i g h to fe a n hf i ua n ds o i lp r e s s u r e ，t h er e l a t i v eb e 呐e e nt h eh e i g l l t0 fe a n hf i u 锄d h o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n t t h ed i s c i l s s i o ng r o u p ，o no b s e r v a t i o n a ld a t a 翘a l y s i s ，d r e wt l l ec o n d u s i o nt h a tt h ed e s i 弘 o ft h es o f te 础hr o a d b e do nd 觚d o n g - z h u a l l g l l ei sr e a s o n a b l e a c c o r d i n gt 0t l l es o f ts o i l c h a r a c t e r i s t i c si nl i a o i l i n gp r o v i n c e ，i nt h es o f te a r t hr o a d b e de m b a n k m e n tc o n s t n l c t i o n p e r i o d ，w ep r o p o s et oa d o p tt h em e t h o d0 ff i l l i l l gr a t ep u tf o 刑a r db yt h ed i s c u s s i o ng r o u p r e p l a c et h em e t h o do fs e d i m e n t a t i o nr a t ei nt h ec o d e t l h em e t h o di ss i m p l e ，e a s y e c o n o m i c ， s e c u r i t y a c c o r d i i l gt 0t h es u b s i d e n c e0 b s e r v a t i o n s 世e rt h ec o n s t m c t i o no fs o f te a r t hr o a d b e d i nt h es u b j e c t 卸dt h es u b s i d e n c eo b s e r v a t i o n sa f t e rt h ec o n s t l l l c t i o no fs o f te a r t hr o a d b e di n y i i l g k o u 柚dp 删i ni ni j a o n i n gp r o v i l l c et h es u b s i d e n c cr e s u l t sw e r es u b s t 趾t i a l l y3 0 c e n t i i i l e t e r sl e s st h a nt h ea c t u a ls i t u a t i o n t l l e p r o p o s a l w h i c hc h 锄g e st h ec o n t r o l s t a n d a r d i z e di n d i c a t o r sa f t e rt h es o f te a n hr o a d b e df o mt h e3 0c e n t i m e t e r st o2 0c e n t i i n e t e r s i se n t i r e l yf e a s i b l e t 1 l ep r o p o s a lc o u l dr e d u c et h ee x t e n to f b r i d g e h e a db u m p i n g 1 1 b ed i s c u s s i o n 伊o u pc o m p i l e dt h e g i l i d e l i n e sa b o u ts o f te a j t hr o a d b e dt r e a t m e n td e s i 印 a j l dc o n s t l l j c t i o ng u i d et e c l l l l i c a li nr e g i o n so fl i a o n i n gp r o v i n c e 加m i i l ga tt h es i m i l a rs o f t e a i t hr o a d b e dd e s i g i l ，c o n s t m c t i o n 锄de m b a m 咖e n ts t a b i l i t ys u e i l l 柚c e ，t h eg u i d e l i n e sp l a y t h es t r o n gr o l ea sag u i d e i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 办酵年 。肱日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 捺x 肋g 年矽月蚶日 长安大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景与意义 本课题是配合我省丹东庄河高速公路建设项目而设立的。丹庄高速公路全长 1 3 5 k m ，其中软土路基长度5 0 4 1 5 k m ；占路线总长的3 7 3 ，因此，软基处治成为该路 建设的技术关键。 我国幅员辽阔，软土在我国分布广泛，给公路工程建设和人工构造物带来较大的影 响和隐患，成为公路工程关键问题之一。近2 0 年来，我国已建成或拟建的高等级公路 中，有数十条高等级公路不同程度、长短不一地修建在软土地基上。不同地区软土性质 有较大的差别，因而采用的处理方法也是因地而异。但软基处理的目的是同样的：减少 地基沉降和保证修建在软基上的路堤稳定。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外几种软土路基施工方法： 1 ) 使用土工织物法处理软基 土工织物处理浅层软基是把土工织物敷设在软基上，用以确保施工机械的可行驶 性，同时通过均等承受填方荷载。减少地基的局部下沉和侧向位移，进而提高地基的承 载力。 土工织物处理深层软基采用桩网施工法。是把木桩打入软基，然后用钢筋将木桩顶 部连成网格状，在其上敷设土工织物并进行填方。由于填方荷载的大部分有桩群承受， 而且土工织物能防止填方材料压入地基中，因而减少了填方的滑塌破坏和沉降量。 2 ) 深层拌合法处理软基 该法是将石灰或水泥等固化材料拌入软土地基中，使其形成加固的柱体，因而可以 早期获得较高的强度，该法抗地基下沉和变形的能力大，可以大大提高路堤的稳定性和 减少沉降。 3 ) 冻结施工法处理软基 冻结施工法是在土中设置钢管，将地基中的孔隙水进行人工冻结。冻结方式可采用 低温液化气方法、载冷剂方法等。冻结施工法适用与所有土质，但造价高昂。 4 ) 注入化学药剂法处理软基 注入化学药剂法是把水玻璃系药剂注入软基，使其形成固结土，增加地基的强度。 最近还研制出了以无公害的、经济的二氧化碳气体、水玻璃气液反应砂浆等药剂。注入 第一章绪论 化学药剂法可作为永久的软基加固措施而得以广泛应用。 5 ) 真空联合堆载预压法处理软基 真空联合堆载预压法是真空预压与堆载预压联合工法。该法特点是土体固结加快、 强度相应提高，可加快填土速度、缩短工期，而不致在施工时路堤发生滑移。该法1 9 5 2 年由瑞典杰尔曼教授提出，8 0 年代我国交通部一航局科研所、南京水利科研院等单位进 行了更深入的研究，使该项技术日趋完善。 6 ) 轻型填方施工法处理软基 轻型填方施工法是利用大型泡沫苯乙烯块( e p s ) 0 9 1 1 8 2 0 0 4 m 修筑的填方路堤。 它重量极轻，o 0 2 o 0 4 k 幽：i n 3 ，在挪威公路上使用后的1 5 年内，没有发现强度出现问 题。沪杭高速公路第5 合同段也使用了该中材料。 7 ) 加固填方施工法处理软基 加固填方施工法处理软基是在填方路堤内敷设钢板与锚固钢筋连接的方法进行加 固路堤，利用加固材料与土之间的拉力，抑制软土传递的滑塌和侧向流动。日本道路工 团采用次法，处理了由冲积泥炭土、粘土层组成的1 0 m 厚的软基，并在软基上修建了 1 0 m 高的路堤。 1 2 2 国内软基处理的方法 我国近1 0 年来，对软基的设计与施工有了进一步的研究和重视。1 9 9 7 年交通部发 布了j t j0 1 7 0 1 公路软土地基路堤设计与施工技术规范，1 9 9 8 年1 1 月在江苏无锡 召开了高速公路软弱地基处理学术讨论会，由上海大学出版社出版了龚晓南等编著的 高速公路软弱地基处理理论与实践一书，较全面地反映了我国目前高速公路软基处 理技术应用的现状和发展水平。 国内常用的软基处理方法有： 填土预压、强夯、等载预压、超载预压、反压护道、砂垫层、袋装沙井、塑料排水 板、粉喷桩、碎石桩、石灰桩、轻质路堤、加筋路堤、c f g 桩等软基处理方法。这些方 法分别应用在福建泉厦高速公路、浙江的同三高速公路、杭甬高速公路、珠江三角洲高 速公路、无锡的广渝高速公路、辽宁的沈山高速公路、沈大高速公路的软基处理中，取 得了较好的效果。本课题针对丹东庄河沿海地区的软基特点进行软基处理技术研究。 1 3 课题主要研究内容 本课题根据设计所确定的软基处理方案，并按照与交通部科技司签定的科研项目计 2 长安大学工程硕士学位论文 划任务书( 项目编号2 0 0 33 5 33 2 10 8 0 ) 开展科研课题研究工作，课题研究以下内容： 1 ) 根据软基设计时经过经济、技术比选确定的粉喷桩、塑料排水板、振冲碎石桩、 自重预压四种软基处理措施，进行软基处理技术的研究。 2 ) 通过软基处理的现场观测和试验，分析软基设计方案的技术性能，研究填土与 沉降、填土与水平位移、填土与土压力的关系，并总结设计与施工技术。 3 ) 在软基处理方案的实施过程中，课题组在施工现场指导软基处理施工，以确保 丹庄高速公路软基处理的各项技术指标满足规范和设计的要求，一旦发现问题，及时进 行研究、调整和解决。 4 ) 编制软基处理的施工技术应用指南。 1 4 课题研究技术路线 1 ) 软基处理方案比选并最后确定设计方案 2 ) 确定软基处理试验段并布设观测传感器 3 ) 施工期现场观测软基沉降、土压力、水平位移并进行数据分析 4 ) 竣工后观测工后沉降并进行数据分析 5 ) 得出课题结论 1 5 课题研究达到的目标 1 ) 软土路基处理设计以工后沉降量3 0 c m 控制。 2 ) 完成国内软基处理方法、使用效果的资料调研报告。 3 ) 提出软基处理观测断面的观测报告。 4 ) 编制软基处理施工技术指南。 5 ) 完成科研课题报告。 3 第二章丹庄高速公路软基特征及处理方案确定 第二章丹庄高速公路软基特征及处理方案确定 2 1 丹庄高速公路软基概述 丹东庄河高速公路起点丹东市古城子，终点庄河市，全长1 3 5 k m 。区域地质资料 表明：第四纪地质时代曾有一次大规模的海浸，在丹东庄河之间形成冲海积地层，其 中的淤泥质亚粘土、淤泥质粘土、亚粘土、粘土层为软土层，厚度在1 2 1 7 m ；软土状 态为饱和、软塑、流塑状态，天然含水量3 9 9 6 4 1 ，空隙比1 1 0 1 7 9 ，压缩系数 o 6 9 1 5 7 ，快剪凝聚力4 2 1 2 2 k p a ，快剪摩擦角4 1 1 9 度，静力触探锥尖阻力0 2 3 o 7 8 m p a ，十字板抗剪强度2 3 5 0 m p a ，固结系数4 1 7 3 5 4 1 0 4 c m s ，灵敏度2 1 3 4 。 2 2 丹庄高速公路软基段落划分及物理力学指标 详见丹庄高速公路软基段落划分及物理力学指标表2 1 。 从表中可以看出： 1 ) 软土路基共2 8 个段落，长度5 0 4 1 5 k m ； 2 ) 路堤的设计高度均大于由软基快剪粘聚力计算的路堤极限高度，因此软土路基 必须进行处理，否则路堤不稳定。 2 3 丹庄高速公路软基路段处理设计方案 1 、软基处理标准 ( 1 ) 路堤稳定控制标准 高速公路的路堤，在施工期和运营期，使用有效固结应力法( 快剪与固结快剪指标) 计算，最小稳定系数k 1 2 0 。 ( 2 ) 工后沉降控制标准 路基工后沉降3 0 c m ；涵洞路段工后沉降2 0 c m ；桥头工后沉降1 0 c m 。 ( 3 ) 施工期填筑速率控制标准 路基施工期6 个月，按6 个月的施工时间控制路堤的填筑速度；路面施工期3 个月， 完成路面的上下基层和部分沥青面层。 2 、软基处理方案确定 根据丹庄高速公路软土的特征，经过设计方案的经济技术比选，确定了四种软基处 理方案：粉喷桩、碎石桩、塑料插板和自重预压。具体设计如下： ( 1 ) 桥涵基底： 桥头路基采用粉喷桩+ 7 0 锄石渣处理，处理长度每侧1 5 m 。 4 瑙 枢 熙 譬3 1卜口 v 、 西 h h noh hn 寸 寸 n n nhnn l n n n nnnhnn 逛 裂 七 密 螂 裂 越 p 一 卜 o i n n 葛 o 岔 o o on 瀣 培 卜 q譬 hl ，、 q赡q “ q吨吨19 u 中l n的卜 ? 价卜nl nh 啦q哼吨 n n 一 n n寸nl n 2? o o o 盘会 oo 试 卜1 n nn n 口n hh 222 瑟3 ? ? o o寸n 裂 h 口、 吨乜q o峰 n寸n 密 n卜 ；|l萋 s i ni n i o 寸 。n oh、oon卜 n n西n寸 卜 nn西 h 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、软土厚度5 m 的路段，采用自重预压+ 7 0 c m 砂砾。 路基高度 3 m 、软土厚度 5 m 的路段，采用碎石桩+ 7 0 c m 石渣。 沉降变形不满足工后沉降控制标准的路段，采用塑料排水板+ 7 0 c m 砂砾。 2 4 本章小结 1 ) 丹庄软土的各项指标与沈大高速公路的营口、海湾，沈山高速公路的盘锦地区 的软土还差的多，因此软基处理要特别慎重对待。 2 ) 路堤的设计高度比路堤的极限高度大的多，软基必须进行处理，否则路堤不稳 定。 3 ) 丹庄高速公路软基处理设计方案确定四种计算措施：粉喷桩、碎石桩、塑料插 板、自重预压。 7 第! 章丹庄高速公鞔基试验段施i 辩问教揖观测与分析 第三章丹庄高速公路软基试验段施工期间数据观测与分析 3 1 观测内容及传惑器选择 1 ) 施工期间试验路段的沉降观测，埋设沉降板。 2 ) 施工期间试验路段的位移观测，埋设位移边桩。 3 ) 旆工期闻试验路段的土压力观测，埋设土压力盒。 4 ) 通车后全线5 0 4 1 5 k m 软基的工后沉降观测，在路面上作观测标记。 32 路基横断面传感器埋设位置 以 2 + 5 0 0 观测断面为例路基横断面传感器埋设情况见图3 1 、图3 2 ，埋设位置 详见下页图。 图3i 埋设压力盘、沉降板、位移边桩 图3 2 埋设压力盒、沉降板、位移边桩后回填 长安大学工程硕士学位论文 3 3 路基纵断面传感器埋设位置 课题组于2 0 0 3 年7 月进入施工现场，根据不同的软土性质和不同的软基处理方式， 共设置了2 1 个观测断面，详见路基纵断面传感器埋设位置表3 3 、路基试验段施工期间 观测断面沉降板、压力盒、位移边桩埋设位置总表3 4 。 表3 3 路基纵断面传感器埋设位置表 软土厚度 观测断面 软土性质 处理方式 ( m ) 数量( 个) 里程桩号 淤泥质软土1 0 4 6自重预压 4k - 5 2 + 1 4 0 + 2 1 0 + 3 0 0 + 4 2 0 泥炭软土 3 5 4 2 振冲碎石桩 4k 2 2 + 5 0 0 + 5 4 0 + 7 2 0 + 8 5 0 淤泥+ 细沙软土 3 0 7 7 振冲碎石桩 5k 7 4 + 3 2 0 + 4 2 0 + 5 4 0 + 6 0 0 + 6 6 0 排水板6k 7 9 + 9 0 0 + 9 8 0 k 8 0 + 2 4 0 + 3 4 5 + 4 4 5 + 5 0 4 淤泥软土4 5 9 6 粉喷桩 2k 8 0 + 2 0 5 + 2 2 0 合计 2 1 3 4 传感器埋设总数量 每个观测断面埋设安装沉降板1 1 1 4 块、压力盒1 1 1 4 块、路基位移边桩2 根， 观测断面仪器仪表埋设图如l ( 2 2 + 5 0 0 断面图所示，2 1 个观测断面共埋设沉降板2 4 7 块、 土压力盒2 2 3 块、路基水平位移边桩4 2 根，详见观测断面沉降板、压力盒、位移边桩 埋设明细表3 4 。 3 5 软基试验段施工期间数据观测与分析 3 5 1 填土高度与路基沉降数据观测与分析 1 ) 观测数据 详见观测断面填土高度、各点沉降量汇总表3 5 。 9 第三章丹庄高速公路软基试验段施工期间数据观测与分析 表3 4 路基试验段施工期间观测断面沉降板、压力盒、位移边桩埋设位置总表 沉降板沉降杆压力计电缆线位移边桩 压力盒观测 井 序 软基 ( 块) ( 0 3 m 根) ( 个) ( m )( 根) ( 个) 号 观测段面处理方现 式 设现场 设计 场 设现场 现场设现场设埋设 计 增减增 计 增减 设计 增减计埋设计位置 减 1k 2 2 + 5 0 0 碎石桩 1 1 无 1 7 4 无 1 1 无 3 1 4 无 821 右侧1 2+ 5 4 0 碎石桩 1 1 无 1 8 3 无 1 1 无 3 3 2 无 821 右侧1 3+ 7 2 0 碎石桩 1 1 无 1 9 9无1 1无3 3 2无821右侧1 4+ 8 5 0 碎石桩 1 3无2 7 3无1 323 7 8无821右侧1 5k 5 2 + 1 4 0预压9无5 6无9无 1 9 2 无 821 左侧1 6+ 2 1 0 预压 9 无 4 9 无 9 无 1 8 7 无 82l 左侧1 7+ 3 0 0 预压 9 无 4 9 无 9 无 1 9 1 无 821 左侧1 8+ 4 2 0 预压 9无6 4无9无1 9 1无8 21 左侧1 9k 7 4 + 3 2 0碎石桩1 1无2 2 2无1 1无4 5 0无8 21 左侧1 1 0+ 4 2 0 碎石桩 1 1 无1 9 9无 1 1 无3 2 0无 821 左侧1 1 1 + 5 4 0碎石桩 1 1 无 2 1 3 无 1 1 无 3 4 3 无 821 左侧1 1 2+ 6 0 0 碎石桩 1 1 无 1 9 03 2 01 1 无 3 3 0 无 821左侧1 1 3+ 6 6 0 碎石桩 1 1 无 1 7 4 无 1 1 无 3 1 7 无 821左侧1 1 4 k 7 9 + 9 0 0排水板1 1无1 8 3无1 1无3 1 2无82 1 左侧1 1 5 + 9 8 0排水板 1 1 无 1 9 9 无 1 1 无3 3 2无8 21 左侧1 1 6k 8 0 + 2 0 5 粉喷桩 1 1+ 91 8 3+ 7 01 1 无 3 2 0 无 821 左侧1 1 7+ 2 2 0 粉喷桩 1 1+ 91 7 4+ 7 01 1 无 3 1 5 无 821 左侧1 1 8 + 2 4 0 排水板 1 1+ 21 6 2 无 1 1 无 2 9 5 无 82l左侧1 1 9+ 3 4 5 排水板1 1+ 11 2 6无1 1无2 5 9无8 21 左侧1 2 0+ 4 4 5 排水板 1 1 无 1 1 0 无 1 1 无 2 7 3 无 821 左侧1 2 1 + 5 0 4排水板1 1+ 11 0 3 无 1 1 无 2 “ 无 821左侧1 小计2 2 5+ 2 23 2 5 54 6 02 2 526 2 4 7无1 6 84 2 2 12 1 总计 2 4 7 3 7 1 52 2 36 2 4 74 2 2 1 j 四一 季g oo o oo卜nor 。no寸 卜 on口av 、 or - l v hhhhnnnnn 西nn寸n寸o弋fo h o v 1o十寸口on寸价 h oohhht _nnnn oooooooooo n。0v 、卜卜 卜价 ， o 岔nl ，、d- n寸卜。o hooof -hdnnnnf q oooooooooo noonn卜卜寸ho o ao 卜h寸o卜 口nn ohhr _nnnnnf 、 oooooooooo o卜o 。nn中v 、o o 中 o ono oo心oni ，、n oh _ ，_nnnnnn oooooooooo hv 、nn寸o 卜o卜 h寸oo 。ar 叫 中v 、 ohhhnnnnnn 基 oooooooooo 回卿 hnh寸寸 西 8h o o口 n价 nnn 遨 口o 。ni no 。oo 。 。ooo ohohnn 蜉 oooooo 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