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高填方路堤沉降分析毕业论文 毕业论文中文摘要高填方路堤沉降分析摘要随着国家西部大开发决策的实施高填方路堤的沉降规律已经成为工程界越来越关注的问题然而由于填料力学性质的复杂性及种种原因高填路堤的沉降规律在交通土建部门研究的不多西部山区的高等级公路建设中 不可避免的出现大量的高填方路堤从目前投入运营的高速公路来看 普遍反映出路堤沉降特别是工后不均匀沉降问题较为严重高填方路基的沉降问题相对于稳定问题表现得更为普遍更为突出 是路基的主要病害之一关键词高填方路堤检测手段沉降毕业论文外文摘要Titlehigh embankment settlement analyseAbstractWith the implementation of the western development strategythe rule of settlement of the high embankment has become the problem to which engineering have paid moreand more attention However the mechanical properties of filling for complexity and a variety of reasons Few studies about the rule of settlement of the high embankment in communications civil engineering departmentIn the mountains of western construction of high-class highwaya large number of the high embankment appear of unavoidable In the present state of the throw in operation freewayit is more serious problem that embankment settlement especially the problem of after construction uneven settlement in universal The problem of the high embankment settlement that is more universal and more outstanding is relatived to the problem of stabilitywhich is one of the major embankment diseasesKeywordshigh embankmenttest facilitysettlement目 次第一章 绪论2 第二章 高填方路堤施工规范321 相关技术标准与规范322 相关技术指标要求3第三章 路基沉降计算方法1131 影响路基沉降计算的因素1132 路基沉降预估方法14第四章 路基检测的作用及检测方法1741 路基检测的作用1742 高填方路基沉降观测的目的1743 既有路基调查主要项目1844 公路路基设计和检测中的问题2145 路基质量检测方法 2146 各种检测方法的优缺点及解决措施23第五章 高填方路基的沉降常见表现及危害2551 高填方路基的沉降常见表现 2552 高填方路段沉陷后易发生的危害 25第六章 高填方路段施工处理预防措施2661 设计方面的原因2662 施工方面的原因2663 施工工艺方面的原因2664 工程质量管理方面的原因2765 施工技术处理方面的原因2766 施工工期的控制28第七章 病害的处理2971 换填土法2972 布设土工格栅法2973 灌浆法29总 结 31参 考 文 献 32致 谢 33第一章 绪 论 公路是国民经济的重要命脉由于其特有的优越性和灵活性而发挥着其它运输方式所不可替代的作用公路建设又是国家最主要的基础产业之一它的迅速发展对于促进国民经济并推动其它相关产业的发展具有非常重要的意义近年国内公路建设的规模和水平有了很大的提高尤其是高速公路以其车速快 最高时速一般为120Kmh 行车安全通行能力大运输成本和货物耗损低而成为我国公路发展的首要目标随着十五规划的实施和五纵七横国家道路主干线系统的建设我国的高速公路正逐步从东部向中西部延伸在中西部地区高速公路沿线的地质条件也愈来愈复杂工程难度不断增加如湖南的耒宜高速公路潭邵高速公路衡枣高速公路常张高速公路常吉高速公路等由于沿线多为丘陵山区地形与土质条件复杂高填深挖及半填半挖极其普遍填切交界高差6-10m以上者常见高填方路堤大量出现最大填方高度20余米甚至达30余米为了使高速公路在使用年限内能够很好地运营高速公路对于工后沉降差异沉降和路面平整度都提出了很高的要求一般要求在设计使用年限内路面的工后沉降量应小于30厘米桥头路堤应小于10厘米对平整度要求更高其标准差应在18毫米以内不应在人工构造物与路堤衔接处产生差异沉降由于高速公路对地基沉降的要求十分严格所以如何较为合理地预估路基后期沉降量就成了高速公路建设中的一个重要问题以往在我国东部公路建设中遇到的问题主要是软基沉降问题对于这个问题国内外开展了大量的研究并取得了许多成果然而在高路堤方面则缺乏全面系统的沉降观测资料和研究成果同时由于我国幅员辽阔东西部高速公路建设过程中遇到的地质问题差异较大所以不能简单地将在东部积累的经验用于中西部而必须重视中西部地区的地质特殊性如湖南境内就大量存在红砂岩和高液限粘土等不良土质为此针对中西部地区出现的高路堤开展高路堤沉降观测和沉降变形特性的研究可以极大地丰富和发展这一领域的成果同时通过对实测的路基沉降观测资料进行整理分析可以预测高路堤沉降过程据此可以指导进一步的优化设计推算各结构层次的施工时间表改进有关的施工工艺直接为公路施工决策提供科学依据并起到指导施工保证工程质量和加快进度的目的第二章 高填方路堤施工规范21 相关技术标准与规范com颁公路工程技术标准JTG B01-2003com颁公路路线设计规范JTG D20-2006com颁公路勘测规范JTJ061-99com颁公路路基设计规范JTG D30-2004com颁公路路基施工技术规范JTG F102006 22 相关技术指标要求 com路堤与陡坡路堤com1高边坡路堤与陡坡路堤设计应贯彻综合设计和动态设计的原则应在充分掌握场地水文地质条件填料来源及其性质的基础上综合进行路堤断面排水设施边坡防护地基及堤身处治等的设计当实际情况有变化时应及时调整设计保证路堤稳定com2对边坡高度超过20m的路堤或地面斜坡坡率陡于125的路堤以及不良地质特殊地段的路堤应进行个别勘察设计对重要的路堤应进行稳定性监控com3高边坡路堤与陡斜坡路堤的地基勘察应查明地基土的土质类别层位厚度分布特征和物理力学性质确定地下水埋深和分布特征确定地基土的承载能力获取设计所需的物理力学指标其工程地质勘察应满足公路工程地质勘察规范的要求com4必要时可采用冲击碾压或强夯等进行增强补压以消减高路堤的差异变形com5高路堤边坡形式和坡率应根据填料的物理力学性质边坡高度车辆荷载和工程地质条件等经稳定计算并结合工程经验分析确定高路堤断面形式宜采用台阶式降水量较大的地区平台上应加设截水沟com6高路堤稳定性分析的强度参数应根据填料场地情况选择有代表性土样进行室内试验并结合现场情况确定路堤填土的强度参数值采用直剪快剪或三轴不排水剪试验获得试样的制备要求及稳定分析各阶段采用的试验方法详见表2-1当路堤填料为粗粒土或填石料时应采用大型三轴试验仪进行试验 表2-1控制稳定的时期强度计算方法土 类试验方 法采用的强度指标试样起始状态备 注施工期总应力法渗透系数小于10-7cms直剪快 剪填筑含水量和填筑密度当难以获得填筑含水量和填筑密度时或进行初步稳定分析时密度采用要求达到的密度含水量按击实曲线上要求密度对应的较大含水量 任何渗透系数三轴不排水 剪运营期总应力法渗透系数小于10-7cms直剪固结快剪同上用于新建路堤的稳定性分析任何渗透系数三轴固结不排水剪渗透系数小于10-7cms直剪快剪同上但要预先饱和用于新建路堤边坡的浅层稳定性分析任何渗透系数三轴不排水剪渗透系数小于10-7cms直剪快剪取路堤原状土用于已建路堤的稳定性分析任何渗透系数三轴不排水剪分析高路堤的稳定性时地基的强度参数值宜采用直剪的固结快剪或三轴剪的固结不排水剪试验获得分析路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性时应结合场地条件选择控制性层面的土层试验获得强度参数值可采用直剪快剪或三轴剪的不固结不排水剪试验当可能存在地下水时应采用饱水试件进行试验com7路堤稳定性分析包括路堤堤身的稳定性路堤和地基的整体稳定性路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性等内容路堤的堤身稳定性路堤和地基的整体稳定性宜采用简化Bishop法进行分析计算稳定系数Fs按式 2-1 计算 公式2-1图2-1 简化Bishop法计算图示式中 第土条重力第土条底滑面的倾角第土条垂直方向外力 Ki依土条滑弧所在位置分别按2-2和2-3计算当土条滑弧位于地基中时 公式2-2式中 第土条地基部分的重力第土条路堤部分的重力第土条宽度地基平均固结度第土条滑弧所在地基土层的粘结力和内摩擦角 当土条滑弧位于路堤中时 公式2-3 式中 第土条滑弧所在路堤土的粘结力和内摩擦角 其余符号同前 公式2-4式中 第土条滑弧所在土层的内摩擦角滑弧位于地基中时取地基土的内摩擦角位于路堤中时取路堤土的内摩擦角路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性可采用不平衡推力法进行分析计算稳定系数Fs按式2-5方法计算 公式2-5 公式2-6图2-2 不平衡推力法计算图示用式2-5和2-6逐条计算直到第n条的剩余推力为零由此确定稳定系数式中第个土条的重力与外加竖向荷载之和第个土条底滑面的倾角第个土条底的粘结力和内摩擦角第个土条底滑面的长度第个土条底滑面的倾角第个土条传递给第个土条的下滑力com8路堤稳定性计算分析得到的稳定系数不得小于表2-2所列值 路堤稳定安全系数 表2-2分析内容计算方法地基情况计算采用的地基平均固结度及强度指标安全系数路堤的堤身稳定性简化Bishop法 式2-1按表2-1确定135路堤和地基的整体稳定性简化Bishop法式2-1地基土渗透性较差排水条件不好取U 0地基土采用直剪的固结快剪或三轴剪的固结不排水剪指标路堤填土按表2-1确定120按实际固结度采用直剪的固结快剪或三轴剪的固结不排水剪指标路堤填土按表2-1确定140地基土渗透性较好排水条件良好取U 1采用直剪的固结快剪或三轴剪的固结不排水剪指标路堤填土按表2-1确定145取U 1地基土采用快剪指标路堤填土按表2-1确定135路堤沿斜坡地基或软弱层滑动的稳定性不平衡推力法式2-5采用直剪的快剪或三轴剪的不排水剪指标路堤填土按表2-1确定130com9路堤稳定性监测设计路堤施工应注意观测路堤填筑过程中或以后的地基变形动态对路堤施工实行动态监控设计应明确观测的路堤段落观测项目观测点的数量及位置等确定稳定性观测控制标准说明施工中应注意的事项com边坡com1土质挖方边坡高度超过20m岩石挖方边坡高度超过30m以及不良地质特殊岩土地段的挖方边坡应进行个别勘察设计com2边坡工程勘探宜采用钻探坑井槽探与物探等相结合的综合方法必要时可辅以硐探边坡工程地质勘察应满足公路工程地质勘察规范的要求并应查明下列内容1地形地貌特征 2岩土体类型成因性状风化程度完整程度分层厚度 3岩土体天然和饱水状态下物理力学性能如重度强度参数等4主要结构面特别是软弱结构面特征组合关系力学属性与临空面关系 5气象水文和水文地质条件6不良地质现象的范围性质和分布规律7坡顶邻近建筑物的荷载结构基础形式埋深及稳定状态com3边坡岩土体力学参数岩体抗剪强度指标宜根据现场原位试验确定试验应符合现行国家标准工程岩体试验方法标准GBT50266的规定当无条件进行试验时可采用工程岩体分级标准GB50218及表2-3和反算分析等方法综合确定 结构面抗剪强度指标标准值 表2-3结构面类型结构面结合程度内摩擦角 粘聚力 MPa 硬性结构面1结合好 35 0132结合一般35270130093结合差2718009005软弱结构面4结合很合极差 泥化层 根据地区经验确定注1表中数值已考虑结构面的时间效应极软岩软岩取表中低值岩体结构面连通性差取表中的高值岩体结构面浸水时取表中的低值岩体结构面的结合程度可按表2-4确定 结构面的结合程度 表2-4结合程度结构面特征结合好张开度小于1mm胶结良好无充填张开度13mm硅质或铁质胶结结合一般张开度13mm钙质胶结张开度大于3mm表面粗糙钙质胶结结合差张开度13mm表面平直无胶结张开度大于3mm岩屑充填或岩屑夹泥质充填结合很差结合极差 泥化层 表面平直光滑无胶结泥质充填或泥夹岩屑充填充填物厚度大于起伏差分布连续的泥化夹层未胶结的或强风化的小型断层破碎带边坡岩体性能指标标准值可按地区经验确定对于重要边坡应通过试验确定岩体内摩擦角可由岩块内摩擦角标准值按岩体裂隙发育程度乘以表2-3所列的折减系数确定 边坡岩体内摩擦角折减系数 表2-5边坡岩体特性内摩擦角的折减系数边坡岩体特性内摩擦角的折减系数裂隙不发育090095裂隙发育080085裂隙较发育085090碎裂结构075080土体力学参数宜采用原位剪切试验原状土样室内剪切试验及反算分析等方法综合确定土质边坡按水土合算原则计算时地下水位以下的土宜采用三轴试验土的自重固结不排水抗剪强度指标按水土分算原则计算时地下水位以下的土宜采用土的有效抗剪强度指标com4边坡稳定性评价1边坡稳定性评价宜综合采用工程地质类比法图解分析法极限平衡法和数值分析法进行2边坡稳定性计算方法应考虑边坡可能的破坏形式可按下列方法确定3规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡宜采用简化Bishop计算4对可能产生直线形破坏的边坡宜采用平面滑动面解析法进行计算5对可能产生折线形破坏的边坡宜采用不平衡推力法计算6对结构复杂的岩质边坡可配合采用赤平投影法和实体比例投影法分析及锲形滑动面法进行计算7当边坡破坏机制复杂时宜结合数值分析法进行分析8边坡稳定性计算应分成以下三种工况正常工况边坡处于天然状态下的工况非正常工况边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况非正常工况边坡处于地震等荷载作用状态下的工况边坡稳定性验算时其稳定系数应满足表2-6规定的安全系数要求否则应对边坡进行支护 路堑边坡安全系 表2-6公路等级路堑边坡安全系数高速公路一级公路正常工况120130非正常工况110120非正常工况105110二级及二级以下公路正常工况115125非正常工况105115非正常工况102105 注表中安全系数取值应与计算方法对应com5根据不同的岩土性质和稳定要求应将边坡开挖成折线式或台阶式边坡台阶式边坡中部应设置边坡平台边坡平台的宽度不宜小于2m坚硬岩石地段边坡可不设平台其边坡坡率可调查附近已建工程的人工边坡及自然山坡情况根据边坡稳定性分析综合确定com6边坡防护设计应根据边坡地质和环境条件边坡高度及公路等级采取工程防护与植物防护的综合措施稳定性差的边坡应设置综合支挡工程并采用分层开挖分层稳定和坡脚预加固技术com7应设置完善的边坡地表和地下排水系统及时引排地面水和地下水com8高速公路一级公路挖方高边坡及不良地质特殊岩土地段的挖方边坡设计应采用施工监测信息化动态设计方法应提出对施工方案的特殊要求和监测要求应掌握施工现场的地质情况施工情况和变形应力监测的反馈信息及时对原设计进行校核修改和补充监测的内容包括对边坡不稳定的范围移动方向和速度以及地下水爆破振动等取得定量数据供设计分析对锚固系统挡土墙等加固措施的受力变形等进行量测验证其是否达到预期的作用如未达到则应采取补救措施监测周期应根据公路等级支挡结构特点地质条件确定对于高速公路重点高边坡监测周期应为公路建成营运后不少于一年com9高填方路堤填料宜优先采用强度高水稳性好的材料或采用轻质材料受水淹浸的部分应采用水稳性和透水性均好的材料com10基底处理应符合下列规定1基底承载力应满足设计要求特殊地段或承载力不足的地基应按设计要求进行处理2覆盖层较浅的岩石地基宜清除覆盖层com11高填方路堤填筑应符合下列规定1施工中应按设计要求预留路堤高度与宽度并进行动态监控2施工过程中宜进行沉降观测按照设计要求控制填筑速率3高填方路堤宜优先安排施工第三章 路基沉降计算方法31影响路基沉降计算的因素路基沉降分析中存在大量的不确定性因素这些不确定性因素使得路基沉降的理论数值计算分析的精确性大为下降许多学者曾较系统地阐述了地基沉降分析中的不确定性因素主要体现在以下几个方面com 计算模型的不确定性很多文献都详细分析了计算模型的问题由于无论采用哪种模型都不可能绝对准确地有时误差还很大反映实际情况针对不同的土质材料许多学者已经提出许多本构模型和屈服准则不同的模型反映的侧重点不一样所得到的结果差异也很大甚至有时提出的模型可能较为全面地反映了土的性质但因为其本构关系的极其复杂使得数值计算相当繁琐这样也难以在工程中广泛应用计算模型的不确定性是一个较为复杂的问题这和土粒粒度成分和土体结构有关同时也和它所受外力的种类和方向周围环境地下水的变化等因素有关国外学者Ditlevsen和Kiureghian等人对工程结构的计算模型不确定性进行了研究相比之下在岩土工程领域研究成果还很少目前唯有Bourdeau和Ashy简单地对线弹性和理想弹塑性不确定问题进行了探讨com 荷载的不确定性对于高速公路来说荷载主要包括路基土体及面层的自重和车辆荷载路基土体在实际施工中的加载方式变化很大采用不同的加载方式和加载速率路基的沉降时间曲线显著地不同加载速率对初期沉降有明显影响而对后期沉降影响不大施工填筑速率缓慢时土中孔隙水压力有较充分的排出和消散时间路基的沉降便随路堤填土荷载的缓慢增加而逐渐进行施工填筑速率过快土体没有充分固结那么就会造成较大的工后沉降对于车辆荷载作用下路基的沉降问题目前的处理办法一般只将其转化成静载但实际上车辆荷载和静载相比有很大的不同天然土体及复合土体在车辆荷载作用下的性质与其在静载作用下表现出来的性质也有很大的不同路基在车辆荷载作用下引起的累积变形可以分为两部分在可变荷载作用下土体中的残余应变引起的变形和土体中由于可变荷载引起的孔压消散产生的固结变形正确估算道路构筑物在可变荷载作用下的沉降对实际工程具有重要的现实意义com材料参数的不确定性大量的试验统计结果和工程实践表明土性参数存在着变异性而且变异系数远比一般的人工材料大路基沉降计算的精度在很大程度依赖于土性参数统计分析的精度除容重外地基土的弹模泊松比以及强度参数 如c值 也都存在着变异性Cambo的研究表明土泊松比的变异性不大可以不作为随机变量处理但弹模的变异性十分明显土体强度参数的变异性一般较大尤其是c值有时变异系数高达05左右此外由于地基沉降往往为一定范围内土性的平均特性所控制而土性参数一般又表现出明显的空间变异性不同位置土性参数具有相关性因此土体材料参数通常需采用随机场模型加以模拟国内权威人士指出在计算科学日新月异的今天计算参数与实际情况相比所具有的精度己远远落后于工程结构的精确分析如果不考虑设计参数的不确定性结构的精确分析所能取得的效益将被粗略的经验性安全指标所淹没在地基沉降未能全面实现概率分析以前基于参数的反演分析方法是解决参数不确定性问题的较好途径com 几何尺寸的不确定性 从总体上看这一方面的研究成果还较少目前已出现的成果主要反映在土层厚度不确定性的模拟以及土体内变异物位置和尺寸的不确定性对沉降的影响com 初始条件和边界条件的不确定性在软土路基的沉降计算分析中必然要关系到确定计算模型的初始条件和边界条件由于路基所处的地下水水位都是随机变化的所以其初始孔压和边界孔压均存在不确定性由于岩土工程中存在着大量的不确定性因素这些客观存在的不确定因素己使常规的分析方法显得力不从心只有在路基沉降计算中充分考虑这些不确定因素所带来的影响才能进一步提高计算的精度32路基沉降预估方法路基沉降预测的方法主要有三种以经典土力学为基础的传统预测方法本构理论为基础的数值计算法和根据实测沉降资料预测法如图11所示传统的沉降预估方法是建立在太沙基等人创立的经典土力学基础之上其中引入了许多简化假定在预估时将地基沉降分为瞬时沉降固结沉降和次固结沉降三部分并按分层总和法分别计算瞬时沉降是在外荷载加上的瞬间土体中的孔隙水来不及排出时所发生的沉降即地基土在不排水加载期间所产生的沉降此时土体只发生形变而没有体变荷载使土体产生剪切变形固结沉降又称为主固结沉降是荷载置于地基上后随着时间的延续地基土中的孔隙水逐渐排出过程中所发生的沉降在此过程中孔隙水排出孔隙水压力转换为有效应力土体逐渐压密产生体积压缩变形次固结沉降的主要部分是在地基土中的超静孔隙水压力完全消散以后亦即在有效应力不变的情况下所发生的沉降此种方法包括一维沉降计算法和从土的应力状态出发而改进的沉降计算方法数值计算法是近代土力学研究的产物70年代以来随着计算机和数值计算方法的飞速发展对土体本构关系认识的不断深入人们可以将复杂的地基沉降计算问题编制成计算机程序通过计算机运算得到较准确的计算结果其中有限元法和有限差分法应用较广前面已经叙述在高速公路设计和施工中客观存在的不确定因素使得常规的路基沉降计算分析方法计算的沉降量和实际沉降量有较大的出入因此出现了根据实测沉降资料的预测方法此种方法预测精度相对较高同时通过对此种方法的大量运用可以积累这方面的资料和实际监测经验供日后借鉴为此许多高速公路都开展了沉降观测工作如京津塘 1987 沪嘉 1989 广佛 1990 广深珠 1992 沪宁 1992 杭甬 1992 佛开 1994 广珠 1995 耒宜 1999 衡枣 2001年 常张 2003 和常吉 2004 等高速公路以此来对高速公路的设计和施工提供依据并指导施工根据对现场实测沉降资料的整理分析和研究提出了许多沉降预估的方法如双曲线法指数曲线法泊松曲线法浅岗法星野法三点法沉降速率法灰色预测法神经网络预测法模糊综合评判法和反分析法等图3-1地基沉降预估方法总结传统沉降预估方法和数值计算方法都需要对土样做大量的实验来获取尽可能接近实际的参数但由于土是一种变异性很大的工程材料在其漫长的形成过程中经历了自然和人为因素的作用其性质十分复杂因而通过勘察取样试验得到的土体参数是十分离散和不确定的具有空间变异性同时从经济方面来考虑勘探的密度及试验的次数不可能达到绝对令人满意的程度所有这些无形中都影响了计算结果的准确性根据实测沉降资料预测法是在较为充分的取得路基沉降资料的基础上进行的沉降预测能综合考虑各种复杂因素对土体性质的影响因此其预测精度相对较高但该类方法中的不同方法有其各自优缺点及适用条件因此在实际的高速公路地基沉降预估中应该在对每一种预估方法的原理优缺点和适用范围等全面了解后根据实际情况和经验灵活选用不同方法进行预估分析第四章 路基检测的作用及检测方法41 路基检测的作用com测是路基工程施工技术管理的重要组成部分是新线路基施工的基本工序和主要质量控制手段对保证工程质量具有重要意义com测是路基工程施工质量检验评定和竣工验收评定工作的主要环节路基检测是对新线路基施工进行过程控制的主要手段com测工作对提高路基工程质量加快路基工程进度降低工程造价推动工程施工技术进步都起到重要作用com现和及时整治冲空岩溶陷穴等隐蔽性危害保障交通线安全com既有路基病害检测为大修计划和方案制订提供依据并可检测病害整治效果com速前对路基质量状况进行检测和评估加固后进行检验和评估com基状态检测和评定是安排路基维修计划的主要依据是反映路基及附属设备质量和考核路基养护管理工作的重要指标路基检测还可指导日常维修作业为线路状态修提供依据com基检测技术和方法的标准化规范化com基检测学科的发展促进检测设备的研制和新技术装备的开发42 高填方路基沉降观测的目的com降观测及时掌握全线地基的沉降变化情况及时发现沉降偏大的地基 如隐伏软基未探明的溶洞等 以便在施工过程中及时加以处理避免对路基的工后沉降和路面质量留下后患com降观测可由此确定底基层基层和面层等各结构层次的施工时间表使工期的安排具有明确的依据由此保证全段路基不会出现导致路面开裂的工后沉降发生com降监测解决桥头跳车问题通过对较高填方桥头台背的沉降监测及时掌握桥头台背的沉降变化情况并由此安排各结构层次的施工时间从而避免较大工后沉降的发生避免通车后桥头搭板的破坏com降监测解决填挖交界或半填半挖的差异沉降问题填挖交界或半填半挖的差异沉降是导致路面开裂的主要因素通过对填挖交界差异沉降的监控量测可及时掌握差异沉降的变化情况并通过侧向位移的观测进一步了解导致差异沉降偏大的原因从而在施工过程中及时发现问题并有针对性的采取工程措施com降观测可及时发现路基施工过程中地基和路堤填土的沉降变化规律从而得出施工过程施工方法或填土种类对路基沉降的影响以便及时调整施工方法并可以总结沉降规律以便为类似工程提供借鉴43既有路基调查主要项目com路基填料物理性状如填土工程类型颗粒组成液塑限含水量含水量稠度密度包括压实度相对密度等com路基力学强度指标如现场CBR承载比路基回弹模量回弹弯沉填土的抗剪强度指标c和路基承载力路基压实度等 com路基路面结构分层状况如路面结构层厚度路基路面层间状况路基内部排水状况路基基底状况 com路基路面病害状况如路基病害平面纵向分布范围病害类型与路面病害关系等既有路基检测方法既有路基的检测方法主要包括现场CBR检测及回弹模量检测深层核子密度湿度仪地基深层原位测试利用物探方法进行的无损检测方法及路基钻探取芯检测等现场CBR检测及回弹模量检测C B R 试验全称为加州承载比California Bearing Ratio试验是由美国加利福尼亚州公路局最早提出的一种确定路基相对承载力的试验CBR试验是将规定尺寸的探头贯入土中在一定的贯入深度时以其对应的荷载强度与CBR基准比较来确定地基承载能力的相对值路基回弹模量即路基回弹弯沉需要一个重要数据就是弯沉值所谓弯沉值是指路基路面结构表面在双圆均布荷载作用下轮隙中心处实测的路表沉降值单位001 mm它是直接反映强度的一个重要指标路基现场CBR检测和回弹模量检测是通过现场挖坑至特定层位将基坑表面整平然后在其表面进行现场测试通过检测可获得路基不同层位土体的测试指标可作为判定路基强度最直观的一个指标采用这两种方法检测路基强度准确但测试过程较复杂完成单点测试的时间长且费用较高一般不宜大量采用深层核子密度湿度仪检测利用核子密度湿度仪可以检测路基的密实度和含水量其原理是通过测量射线在经物质散射前后强度的变化和测试快中子的散射能量来确定被测物质的密度和含水量的现行路基路面现场测试规程中的方法仅适用于路基路面表层检测深层核子密度湿度仪可以通过对既有路基开孔检测深层路基此类方法其优点在于检测指标可以参考现行规范直接用于路基评价但需局部开挖检测效率较低对行车有干扰由于仪器普及度不高检测方法难以有统一标准动力触探标贯试验等地基深层原位测试方法原位测试可在原位的应力条件天然含水量下进行克服了钻孔及室内试验对土的扰动对难以取原状样的土如路基常采用的碎石土测试优势明显原位测试可用于土层划分承载力确定密实状态判断等方面动力触探测试是通过重锤捶击触探杆使触探仪的探头贯入土体中达到规定进尺时所需要的标准击数换算出相应的承载力进行路基强度测定及稳定性评价动力触探又分两种一种是重型动力触探一种是轻型动力触探实际工程中轻型动力触探多用于细粒土的测试重型动力触探则多用于粗粒土的测试标贯试验和动力触探测试原理相似一般适用于砂性土的测试原位测试方法测试是一种间接测试方法其结果一般需通过经验换算查表得到常用的地基基础物理力学指标这些指标也无法直接用于路基评价但其测试有标准操作规程简单易于推广测试结果可用于直观定性评价路基状况和路基病害诊断地质雷达面波法及电测法等物探方法进行的无损检测方法地质雷达探测由天线定向向路基发射电磁波在介质介电常数改变的地方会发生折射与反射通过记录反射波能确定结构层交界位置路基为人工填筑具有明显的分层结构特性具备地质雷达使用的地球物理条件采用地质雷达可对路基病害和路床状况进行大面积调查该技术具有无损快速直观的突出特点但地质雷达一般只能反映结构现状不能与路基物理力学指标联系面波法则通过在路基表面激振和接受信号根据面板传播规律反演各地层波速情况以波速区分地层调查地层异常测试速度较快对行车干扰小但分辨率较低电测法是利用电场分布规律研究地层差异来认识地质构造的一种勘探方法通过建立人工电场用仪器测定电场分布计算地下土层的电阻率以此反映地层变化探测路基病害分布范围等但其精度受各种因素影响较多测试速度也不快难以建立地层力学性质关系上述物探方法只适合用于大范围路基病害寻找和大致分布范围调查定量评价路基病害状况和确定其分布还需要结合开挖或路基钻探取芯检测路基钻探取芯检测路基钻探取芯检测主要是抽取路基不同层位的土样进行含水量密度干密度塑液限等试验得出相应路基土密实程度稠度状况土性状况并通过经验判断路基强度指标采用钻探取芯检测的方法获得的是最原始物理检测数据这种评价方法直观准确可靠性好但钻芯取样及后期试验过程由于很多因素对土样有一定的影响试验操作误差设备精度不够等问题造成试验数据的准确性降低在此着重对压实度的检测进行描述因为在公路建设中压实度是反映施工质量的一个重要指标有效地压实能显著地改善填方的承载能力提高不渗透性在多数情况下可以大大降低由于土壤固结而引起的沉降公路路基目前通用压实度检测衡量路基质量这主要是由于公路路基设计规范JTG D30-2004中规定了对路基填料的压实指标见表4-1表4-1 土质路堤压实度标准对这一指标进行检测时目前国内主要采用核子密度仪法环刀法灌砂法等方式核子密度仪虽然检测方式方便快捷它的缺点是放射性物质对人体有害精度不高环刀法体积小操作简便但检测时易受人为因素土层干湿情况影响且测试深度不易掌握往往数值波动较大灌砂法的检测原理是对现场路基挖坑取土样称其质量再用标准砂换算出坑中土样的体积 标准砂的密度和灌入坑中的砂的质量是已知或能算出 质量与体积的比值即为湿密度测出土的含水量就可求出土的干密度根据实验室做出的填料的密度计算出该测点填料的孔隙率com设计和检测中的问题路基质量的一个重要指标就是路基的压实度路基设计不能只用压实度来评价质量合格与否对于路基填料不能千篇一率的规定路面底面以下多深的范围内压实度必须达到多少否则会带来认识上的误差因不同岩性的土质填料在相同密实度的情况下其强度模量和压缩变形不尽一致对于粉土风积沙等无黏性土由于其土质颗粒的均匀性施工压实比较困难压实度很难达到95以上路基的塑性变形深度范围与路面及路基土的强度模量关系极大同时路基压实度检测需要熟练的操作技巧试验结果复现性差无法在压实过程中测量或估计压实的程度压实不足或压实过度很难及时发现压实度需要具有代表性的土样干密度进行比较一般当填筑的土石料较为均匀时性质比较稳定在同一压实条件下干密度接近常数值这时可用某一干密度作为设计和施工质控标准但天然土石料往往是不均匀的在同一压实条件下干密度指标是不同的若仍用某一干密度作为设计和施工质控标准必然出现对易于压实的土石料压实后的干密度值容易达到而压实结果是偏松的对不易压实的土石料压实干密度不易达到而压实结果是偏紧密的这样不仅形成检测时的欠密或超密现象同时形成不均匀土石料在同一压实条件下紧密程度不同容易发生不均匀变形45 路基质量检测方法com 地基系数的检测 K30 法 路基在外力作用下会产生变形变形量直接影响到路面的使用寿命而路基表层变形量很难用物理指标 如压实度 来衡量因此有必要建立一个力学指标 地基系数 来对工程质量进行控制K30 平板载荷试验作为一种抗力指标能够直观地表征路基刚度及承载能力物理意义明确针对性强与传统物理量纲相比具有明显的优越性公路路基检测应该有针对的引入这一检测方式com 路基压实度的检测路基压实度的检测是公路建设中即普通又重要的工作只有检测数据准确可靠才能真实的反应出路基压实情况对于提高路基压实度检测的准确度应注意的以下几个问题com1 提高标准击实试验的准确性标准密度是保证压实度准确的前提压实度的大小取决实测的压实密度同样也与标准击实试验测出的密度大小有关标准击实试验是模拟现场施工条件下得出路基填土的最大干密度和最佳含水量路基压实度的检测准确以否最大干密度起着决定性的作用在做标准击实试验时应对使用的土样进行分析取符合粒径要求的土样做击实试验闷土时间要保证如果闷土时间过短水就不能充分分布在颗粒之间使击实后的含水量不均匀影响击实效果击实筒应放在坚硬的水泥地面上这样能保证击实效果否则会使最大干密度偏低击实时土层厚度要均匀若每层装土不均匀在相同击实力的作用下会造成筒内土的密度不均匀增大试验误差并且测得的干密度和实际千密度相差较大com2 土体取样应具有代表性由于现场施工和标准击实试验在对土的处理上还存在一定的距离大多数现场施工不可能象我们标准击实试验那样将土处理到符合规范要求的粒径后再进行碾压如送检人员送检的土样不具有代表性这样就会使标准密度与现场的干密度相差很大com3 现场路基压实度检测方法有灌砂法环刀法核子密度湿度仪法蜡封法水袋法等我们最常用的便是灌砂法环刀法核子密度仪法每种方法适用于不同的路基填土灌砂法是利用均匀颗粒的砂去置换试坑的体积它是当前最通用的方法很多路基工程都把灌砂法列为现场测定密度的主要方法该方法适用于测试各种土的密度灌砂法试验过程复杂为使试验结果准确一定要认真标定砂的密度当重复使用量砂时一定要保持其千燥状态选取试验地点的时候一定表面平坦若表面粗糙度较大时应将粗糙度表面间砂的质量准确求出核子密度仪法适用于细粒土粗粒土此种方法操作简单检测速度快在许多公路施工中尤其需要现场快速评定时多采用本法但此种方法测得的密度值精度不高故不能做为评定验收依据也不能作仲裁试验在使用仪器测定前应定期标定并且按规定的时间将仪器事先预热否则会产生误差环刀法是测定现场密度的传统方法它适用于细粒土及无机结合料细粒土用环刀法测积的密度是环刀内土样所在深度范围内的平均密度它不能代表整个碾压层的平均密度由于碾压层的密度一般是从上到下减小的若环刀取在碾压层的上部则所得到的数值往往偏大若环刀取的是碾压层底部则所得到的数值将明显偏小因此在用环刀法测定土的密度时应使所得的密度能代表整个碾压层的平均密度在检测时应取碾压层中间的土com 动态变形模量动态平板荷载试验是通过落锤试验和沉陷测定来直接获取土体动态特性的承载力指标动态变形模量值的以Evd 表示其计量单位为MPa和K30 之间具有一定的相关性动态平板荷载试验可作为一种快速的试验方法动态变形模量测试仪由加载装置荷载板和沉陷测定仪三部分组成46 各种检测方法的优缺点及解决措施com 地基系数 K30 的检测要足够的反力也就是需工程机械 主要是汽车 配合因此在空间狭小的过渡段测试元器件附近等部位就难以进行检测这是其不足之处检测还存在同一测试地点不同时间测出的K30 值离散性较大重复性差缺乏可比性从而给质量检测评定工作造成很大困难出现这些问题的原因一般是由于检测设备自身系统的误差和外部试验环境条件的影响等被测土体表面状态是影响测试精度的主要因素之一为此对于水分挥发快的均粒砂表面结硬壳软化或其他原因表层扰动的土必须下挖后试验com 灌砂法是利用均匀颗粒的砂去置换试洞的体积它是当前最通用的方法很多工程都把灌砂法列为现场测定密度的主要方法该方法可用于各种土或路面材料的密度灌砂法检测路基孔隙率时虽然方法简便易行但工序比较烦琐需要携带较多量的砂而且称量次数较多因此它的测试速度较慢操作过程中若把握不好细节则会使检测结果出现较大误差如标准砂要清洁干燥颗粒均匀且要进行密度标定检测现场表面要处理平整从试洞中取出的土样要及时密闭放入塑料袋或容器中防止水分及土粒散失等因此在实际操作中必须严格控制每一个操作步骤以求检测结果与现场实际结果相符合准确评定工程质量采用此方法时根据不同粒径所挖试坑的最小体积和测定天然含水量应取试样数量同时在求土体含水量时最好用烘烤法而不要采取酒精燃烧法因燃烧法一是不易把结合水烧出二是燃烧时有时易把轻质材料损失com 动态平板荷载试验可作为一种快速的试验方法在试验过程中注意测试面平整且使导向杆保持垂直K30 平板载荷试验和Evd 动态平板荷载试验仪适用的土体颗粒最大粒径尺寸是由荷载板直径决定的可用于不大于荷载板直径14 的各类土和土石混合料落锤对土层的影响深度是仪器的一项重要指标它是决定被检测路基每层填土压实检测厚度的主要因素在检测中压实检测厚度不要太大根椐现场实际试验数据来看此方法对路基的填料匀质性要求较高其仪器体积小重量轻便于携带操作简单自动化程度高避免人工读数产生的误差测试速度快性能稳定适用范围广适合桥隧过渡段路肩等狭小工作场地第五章 高填方路基的沉降常见表现及危害51 高填方路基的沉降常见表现为路基的沉陷和路基滑动两种形式引发病害的主要因素与填土高度路基填料边坡坡度地基土质性质水文状况路基压实及施工等有关52 高填方路段沉陷后易发生的危害 com路段经常紧接大型结构物以桥梁为例桥梁大多为刚性结构物 由于台背回填土与路基填筑土各自的弹性模量差别极大 出现的沉降也存在较大差别 极易出现桥头跳车 影响道路的正常运营 com路段出现较大沉降后 致使路面开裂基层断裂 加速路面的破损 严重危路面的正常使用 com 高填方路段的沉降进一步发展 可致使路基整体沉陷 横向挤压 出现路基失稳崩塌 造成道路的损毁第六章 高填方路段施工处理预防措施对于高填方路堤的沉降病害 从病害原因分析可以分为设计施工方面的原因和外在自然条件方面的原因一般来说 对于设计施工方面的原因 应该采取措施积极避免 对于外在自然条件方面的原因 应该尊重客观自然规律课题认为 主要可以采取以下措施61 设计方面的原因 外业勘测期间未对高填方路段地质进行布探对其地质构造各种软弱面的分布状况不明从技术上无法合理设计高填方边坡设计没有结合相应填料的种类也未进行稳定性验算按一般路基进行设计填料施工工艺等未作特殊的要求对扩改建工程新旧路连接处未按要求作特别处理留下隐患可能出现整体下沉或局部沉陷影响公路的正常使用应采取的措施要求设计勘测单位提高地勘设计水平 避免工作失误在设计中要充分重视高填方路基斜坡地形路基的处理针对高填方路堤应进行地质补探掌握其地质层理节理断层及了解有无地下水或其分布情况并按规范要求进行特殊设计高边坡设计应规定相应的填料如设计没有验算其稳定性地基承载力或沉降量等项目时应向有关部门提出补做确保工程质量 62 施工方面的原因原地面未彻底处理高填方路堤基底承载能力应高于一般路基基底若按一般路基要求当路基填料不断增加时原地基的压缩变形将导致路堤下沉应采取的措施在原地表处理上软土地基处理经常采用的方法有砂垫层浅层处治反压护道土工合成材料袋装砂井塑料排水板强夯砂桩碎石桩加固土桩等 方法选择应遵循因地制宜的原则路基若通过耕地施工时必须做填前碾压如果有机质含量和其他杂物多而不易压实应换填土如果地基为松软土通过对原地进行常规的填前碾压不能满足稳定和沉降要求时要按公路软土地基路堤设计与施工技术规范要求向监理工程师提出对软弱土进行加固处治路基排水方面的原因高填方地段地面线多位于低洼处常常积水尤其是下雨天使土基常时间浸泡土基含水量大排水不良施工过程中未对路基排水进行处理若遇水浸泡会引起土质松软而导致承载能力降低路堤沉陷路基下沉等应采取的措施在路堤施工中填方路堤应根据土质情况和施工时气候状况设置24的双向或单向排水横坡及时排走雨水施工前应先做好截水沟排水沟等排水及防渗设施坡脚避免遭受水的冲刷 排水沟边缘距路基坡脚不小于2m 63 施工工艺方面的原因在高填方路堤施工中未严格按分层填筑在同量工作时控制层厚的不均匀分层碾压或整平碾压时未严格控制含水量对同一路段的不同填料没有严格控制由于压实度不足或不均匀且达不到规定要求易导致局部较大的沉降变形施工组织安排不当先施工低填方路堤后施工高填方路堤往往高填方路堤施工完成后就立即铺路面路基没有足够的时间沉降固结而使路面使用不久就沉陷应采取的措施高填方路堤的填料在分层填筑时应按照施工规范要求进行逐层整平碾压并按规范进行操作应通过试验段确定机具配备洒水量适宜的松铺系数和相应的碾压遍数高填方路段应