（水利工程专业论文）黄河冲积平原高速公路构造物台背处理技术研究.pdf

山东大学硕士学位论文 中文摘要 该项目主要立足于黄河冲积平原高速公路桥梁结构物，在对已通行的高速 公路结构物台背回填进行全面现场调查检测的基础上，总结桥梁结构物桥头跳 车产生的原因及对公路的使用性能将产生的影响。通过对在建工程台背回填处 理技术的观测、力学分析、试验检测等方面的研究，总结出该地域台背回填处 理技术并应用于工程实践中。 项目主要研究内容 ( 1 ) 国内外高速公路结构物台背处理技术的调查及相关资料的收集： ( 2 ) 黄河冲积平原高速公路结构物台背处理技术的研究； ( 3 ) 黄河冲积平原高速公路结构物台背回填材料的研究； ( 4 ) 黄河冲积平原高速公路桥梁结构物桥头跳车力学分析的研究。 项目主要立足于黄河冲积平原高速公路桥梁结构物，对其进行全面、细 致、深入的现场调查，查明填筑材料、施工工艺及缺陷或潜在缺陷的性质、所 在部位、严重程度及发展趋势，以便分析、评价桥梁结构物桥头跳车产生的原 因及对公路的使用性能将产生的影响，主要针对桥梁结构物的立柱式桥台、薄 壁式轻型桥台、重力式桥台、涵洞和通道台背、挡土墙台背等不同的结构类型， 选择出适合的建筑材料，提出可行的技术处理方案。 关键词：平原区、土质分析、强夯施工、无砂大孔砼、e p s 材料 山东大学硕士学位论文 第一章黄河冲积平原高速公路构造物台背处理技术概论 黄河冲积平原又称黄泛平原，包括三角洲在内，分布于鲁西和鲁北，是山东 省平原的主体，总面积为4 9 0 6 1 6 平方公里，占山东省面积的3 2 。黄河冲积平 原地势平坦，土层深厚，河滩高地与河间洼地纵横交错，河网密布，地表排水不 ， 畅，区域内各级公路基本为填方路基，路基填筑高度一般为2 4 米，少数路段 高达7 米以上，而土质又多为粉土，地下水位高，容易被冲刷和产生崩坍，路基 形成后的边坡防护问题较为突出。在桥梁病害中，由于桥头引道高填土产生不均 匀沉降，致使许多桥梁桥面与引道路面衔接处不够平整顺适，从而使车辆驶过桥 头时，产生轻微或严重跳车。桥头跳车不但影响车速，影响行车质量；长期解决 跳车现象，也会影响桥梁使用寿命；因此，有必要进行深入的研究，确定桥背回 填材料方案，并进行充分的论证和实验，以达到效果好、造价低的目的，确保公 路的安全。 1 1 黄河冲积平原土质特点： 黄河冲积平原地下水位高、土质差，多以粉性土为主，丽粉性土又是一种不 良的筑路材料，其粘聚力小，毛细水作用强烈，稳定性能差，施工中难以压实， 容易造成不稳、流失严重，对公路的安全运营构成严重的威胁。 1 1 1 黄河冲积平原土壤颗粒组成分析 通过对京福高速公路( 德齐段) 和菏关高速公路水文地质资料的分析与对沿 线的沿线的勘察取样试验表明，沿线以齐河，禹城、平原三县市和菏关高速公路 沿线的路段土质较差，地下水位较高，其土质构造大多为粉性士，并夹有薄层粘 土，粉性土的颗粒组成主要是粉土颗粒( o 0 7 4 0 0 0 2 n n ) 含量有的高达9 6 。 砂粒含量为0 3 2 ，粘粒含量很低，仅在2 5 之间，如表卜l 所示。 山东大学硕士学位论文 表1 - 1取土场土的颗粒组成分析表 液 颗粒组成( 按重量计) 土场分布塑性 土类限2 “0 0 7 4 “ 2 0 m ( m )m 目前受 造价 2 0 3 0 74 1 0机械条件限 ( 万元5 0 米) 5 制 自2 0 0 1 年以来，由于化工产品价格下降，目前e p s 材料的市场价格为2 5 0 元m ，e p s 轻质路堤将有更为优越的技术经济性，如表4 - 5 所示。 表4 - 5 不同填筑高度e p s 路堤造价表( e p s 材料价格2 5 0 元m 3 ) e p s 填筑高度( m ) 2 m3 m4 m 造价 1 5 42 3 02 8 0 ( 万元5 0 米) ， 从以上分析可以看出e p s 超轻质路堤在深软基、低填方的桥头引道工程具有 相对经济可行性随着我国国民经济的不断发展，科技水平的不断提高，我国化 工产品的成本将e t 益降低，e p s 材料作为化工产品在高等级公路软基路堤中将有 较好的应用前景。 4 8 结论 4 8 1 材料力学性质 通过研究，e p s 材料的物理化学性质主要表现在以下几个方面： ( 1 ) e p s 材料质量超轻，密度小于2 5 k g m 3 。考虑其具有一定的吸水性，其 吸水后密度也不超过6 0k g m 3 ，和普通填土密度相比属超轻质材料，用于软土地 基上路堤填筑可显著地减少地基的沉降和工后沉降，用于桥头台背回填，可大大 减少台背地基和桥头之问的沉降差，从而较好地解决桥头跳车问题 ( 2 ) e p s 不溶于水，在自然条件下具有物理化学稳定性，因而在路基工程中 使用具有一定的耐久性。 ( 3 ) e p s 材料在单轴压缩试验条件下呈现出较典型的弹塑性，单轴压缩屈服 强度超过8 0 k p a ，弹性模量一般为2 6 m p a 。单轴压缩条件下，e p s 材料存在徐变， 但在4 0 天以后，材料压缩变形基本稳定。 4 0 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) e p s 在常规三轴试验条件下，也体现出典型的弹塑性，其最大允许偏应 力为8 4 k p a ，而且在三轴应力状态下，具有体变性，屈服应力和弹性模量随围压 的增大而变小受此影响，e p s 材料只适用于低围压填方路段或地基浅表处理。 ( 5 ) e p s 材料与混凝土、砂和土问的抗剪强度为3 0 k p a 左右，e p s 材料块体 间抗剪强度为2 0 k p a 因此在实际的施工中，e p s 块体间应采取联接措施，减少 e p s 间的滑移，保证路堤的稳定。 ( 6 ) 在三轴低围压条件下，e p s 材料加卸载过程中累积的塑性变形较小，适 用于交通荷载作用条件 4 8 2e p s 路堤模型试验和有限元分析结论 ( 1 ) 根据模型试验结果，e p s 材料在小荷载作用下可以作为弹性材料，其抗 压强度为9 0 k p a 左右，能满足实际工程作为路堤超轻型填料的要求。 ( 2 ) 在模型实验中，共进行了四级加载，最终荷载达到3 3 7 k p a ，路堤仍然 是稳定的，e p s 路堤能达到稳定的要求。 ( 3 ) 试验中，沉降自台背沿路堤中线和路肩线呈连续性变化，且沉降中后期 沉降较小，说明e p s 路堤有利减少桥台台背处差异沉降。 ( 4 ) 根据模型试验结果，采用e p s 路堤可以达到保证路堤稳定和减少台背差 异沉降的目的 ( 5 ) 基于室内模型试验的有限元数值分析结果表明e p s 路堤所产生竖向压 力和对桥台台背的侧压力均较小 4 8 3e p s 实际工程应用及效果 通过在菏关高速公路的e p s 试验路堤铺筑及研究可得出以下结论： ( 1 ) 采用e p s 轻质路堤可以大大减少地基沉降。 ( 2 ) e p s 路堤平均压缩变形实测值为4 o e m ，基本和e p s 路堤理论压缩变形 值4 1 9 c m 相符，说明e p s 材料弹性模量为2 6 m p a 左右，材料的徐变小。 ( 3 ) e p s 路堤产生的对桥台的推力远小于同样高度的填士对桥台产生的推 力。 ( 4 ) e p s 复合路基现场四个测点回弹模量平均值为7 9 8 m p a ，远高于普通填土 路基的强度，符合高速公路路基强度要求。 ( 5 ) e p s 路堤建成后，通过观测台背压力、地基沉降和桥头锥坡表面状况， 4 l 囊 专 山东大学硕士学位论文 没有异常情况发生，说明地基是稳定的e p s 材料由于其质量的超轻性，可大幅 度地提高地基的稳定性，路堤在短时间内可以填筑完成、且施工质量容易保证。 ( 6 ) 现场观测和试验结果说明，采用e p s 材料填筑轻型路堤被证明是成功 的。 经济性方面，e p s 超轻质路堤在深软基、低填方的路堤填筑工程和其它地基 处理方法相比具有相对经济性。 综上所述，e p s 材料密度低，稳定性、强度和弹性模量符合高等级公路路堤 填筑要求，应用e p s 材料填筑的试验路堤自身压缩沉降和地基沉降小，路堤施工 快速简便、施工质量可控性好，理论和实践均证明e p s 是高等级公路软基路堤填 筑的一种良好材料。 ， 山东大学硕士学位论文 主要参考文献 【1 】p r o p e r t i e so f p r o t e c t i v el o o s e - f i l lf o a m s ，e d t a t a r k a ，r l c u n n i n g h a m 【2 】c o d eo fp r a c t i c eu s i n ge x p a n d e dp o l y s t y r e n ef o rt h ec o n s t r u c t i o no fr o a d e m b a n k m e n t s g e r m a n y , 1 9 9 5 【3 】a g u i l l o u x 矗e s c h l o s s e r s o i ln a i l i n g ：p r a c t i c a la p p l i c a t i o n s r e c e n t d e v e l o p m e n ti ng r o u n di m p r o v e m e n tt e c h n i q u e s , p r o c i n t s y m p a ta i t , b a n k o k , 1 9 8 3 【4 】c k s h e n , c ta 1 g r o u n dm o v e m e n ta n a l y s i so fe a r t hs u p p o r ts y s t e m , j g e o t e c h e n g ，a s c e ，d e c 1 9 8 1 【5 】c k s h e n , c ta 1 f i e l dm e a s u r e m e n to f a l le a r t hs u p p o as y s t e m , j g e o t e c h e n g ，a s c e ，d e c 1 9 8 1 6 】p p x u n t h a k o s ，j w a b r a m s o n , d a b r u c e ，g r o u n dc o n l r o la n di m p r o v e m e n t ， j o h nw i e l y s o n sp u b ，1 9 9 4 阴特集轻量填土，土邑基础，1 9 8 9 ，2 【8 】特集轻量填土工法，基础工，1 9 9 0 ，1 2 【9 】e p s 轻质路堤研究浙江省交通设计院，1 9 9 6 年 【1 0 王勇聚苯乙烯泡沫( e p s ) 用于软基换土垫层技术研究，华中理工大学出 。 版社，1 9 9 5 【1 1 】朱赞凌等，e p s 在路堤填筑工程中的应用全国公路土工合成材料应用技术 交流会文集2 0 0 0 年4 月，江苏 【1 2 】蒋军循环荷载作用下粘土及含砂芯复合试件性状试验研究浙江大学博 士学位论文，2 0 0 0 年3 月 【1 3 】郭耿新等e p s 在桥头软基基础上的应用全国公路土工合成材料应用技术 交流文集2 0 0 0 年4 月，江苏 【1 4 】张忠坤等e p s 的力学特性及其快体荷载试验有限元分析岩土工程学报， n o 31 9 9 8 【1 5 】唐作华等泡沫苯乙烯( e p s ) 轻质填土第三届全国地基处理学术讨论文 集杭州：浙江大学出版社，1 9 9 2 年 山东大学硕士学位论文 i 【1 6 】殷宗泽，朱泓，许国华土与结构材料接触面的变形及其数学模拟阴岩土 工程学报1 9 9 4 。( 3 ) ：1 4 2 2 【1 7 】钱家欢土力学南京：河海大学出版社，1 9 8 8 【1 8 】华南理工大学等四校合编地基及基础北京：中国建筑工业出版社，1 9 9 8 【1 9 】叶书麟主编地基处理与托换技术北京：中国建筑工业出版社，1 9 9 4 2 0 1 林宗元主编岩土工程治理手册沈阳：辽宁科学技术出版社，1 9 9 3 【2 1 】梁钟琪土力学与路基北京：中国铁道出版社，1 9 9 5 【2 2 】朱百里，沈珠江计算土力学上海：上海科学技术出版社，1 9 9 0 【2 3 】张学年岩土塑性力学北京：人民交通出版社，1 9 9 3 【2 4 】王泳嘉，邢纪波离散单元法及其在岩土力学中的应用沈阳：东北工学院 出版社，1 9 9 1 2 5 】周萃英复杂性理论与滑坡动态预测研究新思路地质科技情报，1 9 9 6 , 2 1 ( 6 ) 【2 6 1 孙君实条分法的数值分析岩土工程学报，1 9 8 4 ，6 ( 2 ) 【2 7 】赵阳升矿山岩石流体力学北京：煤炭工业出版社，1 9 9 4 2 8 】地基与基础工程施工及验收规范( g b j 2 0 2 - 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