鲁北地区高填土路基整体沉降

1、鲁北地区高填土路基整体沉降及过湿地段防护措施的研究一、项目概要1、鲁北地区人工河流路段高填土路基整体沉降研究概要随着我省经济从沿海向内地的快速发展，鲁北地区各等级公路建设取得了前所未有的成绩，同时，公路建设也正处于“质与量”并重的发展阶段。鲁北地区人工河流纵横交错，以德州市为例，东部庆云、乐陵县分布着德惠新河和漳卫新河，西部武城、夏津县分布着卫运河和马颊河，南部齐河县、禹城县分布着黄河、徒骇河、赵牛新河和引黄干渠，北部德州、宁津分布着京杭运河、减河和漳卫新河，中部临邑、陵县、平原县分布着德惠新河、马颊河和隔津河等，这些河流在给农业带来大好收成的同时，摆在公路人面前的问题是人工河流两端高填土路基

2、的整体沉降给公路运营所带来的危害。目前，高等级公路对路基沉降的要求很高，为此要采取加固措施使大部分沉降量在施工期内完成，尽量降低使用期的残余沉降量。鲁北地区属第四代冲积平原，在人工河流两端修筑高填土路基，人们不仅关心路基整体稳定的问题，而且更关心在路基荷载作用下地基的沉降变形问题。在路基、路面竣工通车后，如发生过大的工后沉降，特别是不均匀沉降，将导致路面不平整，桥台与相邻路堤出现错位（桥头跳车现象），严重影响公路的正常运行。因此，本研究项目是要根据德州市境内自西向东十余条人工河流两端不同的地质条件、不同的填土高度下，对地面以下30米范围沉积层进行地基沉降的计算和实验研究，从中找出各沉积层的变形

3、规律和经济有效的防护措施，为鲁北及周边地区的国省道改建工程及近期即将修建的德商、德滨高速公路在跨越这些人工河流时提供可靠的科学依据。2、鲁西北高等级公路过湿地段路基修筑技术研究概要鲁西北平原地区位于华北平原的南部，由黄河泛滥冲积而成。德州地区地势平缓，海拔高程5至 35米。该地区上部地层多为粉质土；优良筑路材料较为缺乏。地下水位普遍较高，且夏季多积水，地基软弱。鲁西北平原具有夏季炎热多雨，春冬季干旱多风，蒸发强烈的气候特点，使得土层周期性的积盐或脱盐。特别在雨季，促使地下水位抬高，盐渍化加剧。区内盐碱地呈斑块状分布，分布面积较广，其中禹城、陵县、齐河、临邑、平原、德州市区等地，土壤盐渍化较为严

4、重。据初步统计，工程盐渍土面积近10%。盐分组成除氯化物、硫酸盐以外，局部还含有碳酸盐。土壤盐分在垂直剖面上的分布，具有明显的表聚性。鲁西北平原地区路基修筑的不利条件和存在的主要问题可以概括为如下几方面：（1）、软土地基路基稳定与变形问题该地区地基土含水量大，抗剪强度低，承载能力较弱，容易造成高路基失稳；软土地基变形量大，常不能满足公路工后沉降要求，影响路面平整度；（2）、盐渍土潮湿路基稳定问题地基和路基土质多为粉质土，低洼地段地下水位较高，水盐运动剧烈，造成路基经常处于潮湿状态，局部路段地基和路基填筑材料易溶盐含量较高。盐渍土的力学性质受环境影响变化较大，路基较不稳定。（3）、筑路材料问题区

5、内筑路材料缺乏，良好的砂石材料运距较远，通常采用的路基填筑材料颗粒细、含水量和易溶盐较高；（4）、路基压实问题路基底部由于含水量较高，不易压实，碾压过程中经常出现“弹簧现象”，压实度难以控制。本项研究拟针对鲁西北地区过湿土及软土等特殊地段高等级公路路基修筑技术展开深入而系统地研究。主要内容包括，（1）、过湿土及软土工程地质特点和岩土工程特性，以及环境因素对路基稳定性的影响；（2）、深厚软土地基处理及过湿路基稳定综合技术研究；（3）、地基浅层处理及固化路基技术综合技术的研究；（4）、病害路基整治加固技术研究。二、研究目的、意义和国内外发展概况1、鲁北地区人工河流路段高填土路基整体沉降研究的目的是

6、，从技术上寻找德州市境内人工河流两端高填土路基在不同地质条件、不同外荷条件下地基沉降的变形规律，在满足工后沉降要求的前提下，对不同的地质条件和填土高度提出，不同的防护措施，以期达到经济、安全的目的。其意义是充分利用该项研究成果对德州市和周边地区正在修建和待建的国省道及德商、德滨高速公路的优化设计，加快建设，保证质量起到重要指导作用。高填土路段地基沉降现象，是多年来困扰公路行业的一大难题，越来越引起全国公路建设、设计、监理、施工等部门的重视。地基沉降引起的桥头跳车、路基沉陷不仅使得行车的不舒适感大为增加，而且造成车辆大幅度减速，严重地影响了公路的运输使用功能。虽然我国各研究机构对此问题作了大量科

7、研工作，但针对鲁北地区人工河流两端地质条件的高填土地基沉降变化规律，还没有系统、全面的研究资料和成果。2、对于过湿地基及软土地基的处理技术，在国内外，尤其是在我国沿海地区已有一定的研究，但是由于这些研究对象在工程地质、水文地质以及气候条件等方面均具有地区性的差异，所以各地区、路段所采取的处理技术也应有所区别。因此，针对鲁西北黄泛平原地区的过湿地基及软土地基工程地质、水文地质以及气候条件特点，提出全面、系统的综合地基处理和路基稳定方案具有重要的理论价值和现实意义。鲁西北平原地区修筑高速公路缺乏优良的路基填筑材料和地基置换加固材料。通常采用的路基填筑材料往往粉粘粒含量高、含水量大和易溶盐含量较高。

8、因此，有必要针对当地土质物理力学性质以及气候、水文等环境特点，利用当地的廉价建筑材料和工业废渣资源，对当地劣等路基填料进行改性和软弱地基加固处理。通过开展固化路基技术研究，开发出适用于当地土质特点和环境条件，且价格适中的固化材料，并提出合理的固化路基结构和固化土配比方案。三、研究主要内容、技术路线、拟解决的问题1、鲁北地区人工河流路段高填土路基整体沉降的研究（1）、研究的主要内容鲁北地区人工河流两端高填土段，遍布整个德州地区，随着我省公路建设的迅猛发展，跨越这些河流的公路桥梁越来越多，越来越新颖多样，河流两端的填土高度亦越来越高。本项研究的重要内容是通过大量的野外勘探资料和实验室土工实验计算出

9、德州市境内自西向东跨越这些河流的高填土路段地基沉降的变化规律（经验公式）和相应的防护措施，并通过现场试验进行验证。（2）、技术路线路基沉降计算的公式、方法较多，对参数的选定也有众多说法，本项研究根据鲁北地区地质条件的特点，计算一定荷载作用的总沉降量并观测记录沉降过程，以期得出相应的数据和经验公式，并提出在不同的地质条件和荷载下相应的防护措施。（3）、拟解决的问题该项研究拟计算出路线在跨越鲁北地区人工河流时两端高填土路段不同地质条件、不同外荷条件下的地基沉降变化规律。通过对鲁北各代表性人工河流的地质勘察，分析德州境内自西向东地质土质的特性，并形成数据资料库。通过正在建设的工程项目的现场观测资料，

10、对地基沉降计算的方法和经验公式进行参数的修正。2、鲁西北高等级公路过湿地段路基修筑技术的研究（1）、主要研究内容本课题研究内容包括如下4个方面、鲁西北地区公路工程地质条件及岩土工程特性研究具体内容包括：a、公路工程地质、水文地质和自然环境条件研究；b、软土、盐渍土的工程性质研究；c、工程地质、水文地质和自然环境条件对路基稳定性的影响。、鲁西北地区病害路基整治加固技术研究具体内容包括：a、变形规律研究；b、路基内水（盐）分运动规律研究；c、路基病害特点和病害机理研究；d、路基病害整治措施研究；e、软土地基公路“工后加固修补”和“分期施工”方案研究。、鲁西北地区固化路基技术及地基浅层处理综合技术的

11、研究具体内容包括：a、工业废渣的路用性能和环境影响研究；b、已有固化剂产品的筛选和适用型固化剂的开发；c、固化土的水理特性、力学性质和长期性能研究；d、地基浅层处理综合技术研究。、鲁西北地区深厚软土地基处理及过湿路基稳定综合技术研究具体内容包括：a、路基修筑技术方案的比选；b、路基结构及地基处理优化设计：过湿盐渍土路基填料的改良和固化技术；水分迁移途径的隔断和路基结构设计；深厚软土地基综合处理技术和复合地基优化设计；c、施工工艺研究；d、质量控制和检测技术研究。2、技术路线本研究技术路线如下图所示：室内实验路基病害机理路基病害整治对策软土和盐渍土工程性质室内实验路用工业废渣环境评价优化设计方案

12、路基稳定综合技术试验工程施工试验工程监测试验工程设计室内实验固化剂研究勘查调研工程地质条件工程环境条件室内实验与调研水盐运移控制技术路基内水盐运动规律路基变形规律完善施工工艺充实完善地基加固理论监测与调研计算与设计完善检测技术软土地基处理方案室内实验固化路基方案固化土的水理、力学性质3、拟解决的问题（1）、软土及过湿地基加固问题；（2）、过湿盐渍土路基稳定及病害防治问题；（3）、路基填筑材料及特殊困难路段施工工艺问题。四、考核目标全部工作完成后将提交包含全部科研、试验资料及技术成果的研究报告，并通过专家评定和项目鉴定验收。预期提交如下研究报告：1、鲁北地区人工河流路段高填土路基整体沉降研究；2

13、、鲁西北地区病害路基整治加固技术研究；3、鲁西北地区固化路基技术研究； 4、鲁西北地区过湿路基稳定综合技术研究。五、项目研究经费预算及来源费用名称预算金额（万元）经费来源地质勘探、调研费15.0申请补助实验设备购置费15.0申请补助室内土工实验费3.0自筹现场观测实验费25.0申请补助专家评审及其它费用5.0自筹自筹研究经费8.0申请补助经费55.0研究经费合计63.0六、预期效益和应用前景鲁北地区人工河流路段高填土路基沉降的研究，是围绕德州市境内十几条人工河流上的国省道桥头高填土路段进行的，其内容具有较强的广泛性、代表性和针对性。该项目研究成果不但对本地区在建和待建的各级公路在设计、监理、施

14、工方面起到指导作用，而且将在鲁北滨州、聊城及河北省衡水、沧州等地区的公路建设中起到很好的辅助参考作用。同时，对本行业的技术进步将起到积极的推动作用，并具有较好的推广前景。该项研究成果的推广应用，对鲁北及周边地区等在建和待建公路的建设将节省大量的勘察和实验经费。高填土路段路基稳定性的提高，以及桥头跳车现象的大幅减少，也将给公路车辆舒适、安全的运行带来很大方便，其社会效益非常显著。高等级公路过湿地段路基修筑技术的研究是根据鲁西北地区的公路工程地质特点、岩土工程特性以及公路环境特殊条件，对高等级公路过湿地段路基修筑技术进行深入而系统地研究，最终提出一套紧密结合鲁西北地区实际情况的路基修筑技术与方法，

15、为该地区公路建设、养护与管理提供科学依据。在充分考虑技术-经济-环境因素的条件下进行路基设计施工养护管理的科学决策，减少主观盲目性，避免不必要的经济损失和环境及生态破坏。通过开展固化路基技术研究，开发出适用于当地土质特点和环境条件，且价格适中的固化材料，并提出合理的固化路基结构和固化土配比方案，有利于劣等筑路材料和工业废料（经改性后）的资源化利用，减少对优良筑路材料的需求以及不必要的土地资源的浪费和环境污染，因此具有明显的环境效益，生态效益和社会效益。研究成果的投入应用，将提高该地区不良地质地段路基稳定性，提高公路的使用性能，提高车辆运行的平顺性。从而实现公路的可持续发展与沿线地区经济的快速增

16、长，其应用前景和经济效益将是巨大的。七、项目的创新点及与研究有关的工作基础1、鲁北地区人工河流路段高填土路基整体沉降的研究（1）、项目的创新点该项目的创新点是按照德州市境内人工河流两端地质条件的变化情况，充分利用先进的勘探和试验设备，通过国内最科学的地基沉降计算方法，研究计算出适合鲁北地区不同地质条件、不同荷载作用下的地基沉降的变化规律和经验公式，从而为该地区在建和待建的各级公路节省大量的试验时间和经费，并在设计、监理和施工方面起到广泛的指导作用。（2）、与研究有关的工作基础近几年来，德州市国省道路网改建工程都跨越这些人工河流、桥梁改建工程的地质勘察资料比较丰富齐全。在这些河流两端的地质资料中

17、，详细记录了各桥址的土质、水文地质和工程度地质条件等数据，为该项目研究提供了可靠的科学依据。另外，在2000年京福高速公路德州南联接线工程建设中，路线所跨越的京杭运河、减河、国道105线、京沪铁路以及漳卫新河等高填土路段地基沉降问题的解决，得到了工程建设指挥部的高度赞扬。从地质条件的勘探、地基沉降的计算、不同地基条件下的防护措施到路基填筑材料的选择以及施工方案的确定，都做了大量的工作并留下完整齐全的记录资料。以该例所撰写的高填土路段地基整体沉降计算方法和防护措施一文，被省公路学会评为优秀论文。这些科研数据和资料为该项目研究奠定了坚实的工作基础。2、鲁西北高等级公路过湿地段路基修筑技术的研究（1

18、）、项目创新点本研究针对鲁西北地区岩土工程性质、工程地质和环境条件特点，提出软土、盐渍土和过湿路基综合处理和加固方案以及固化路基技术，并进行路基结构-地基处理优化设计；拟在固化材料在潮湿、盐分侵蚀环境下的长期强度性能及环境影响评估研究等方面将取得一系列新的成果（2）、研究工作基础德州市公路局近年来在公路建设和养护过程中，已积累了丰富的实践经验，长期以来，也一直在分析路基下沉等病害形成的原因，针对近几年部分路基出现的问题，已开展了一些尝试性研究，这为本次课题研究奠定了良好的理论和实践基础。长安大学是由原西安公路交通大学、西安工程学院、西北建筑工程学院合并组建而成的一所国家教育部直属的重点大学。长

19、安大学公路学院及公路科学研究院是在原西安公路学院公路系、西安公路交通大学公路工程学院的基础上发展而来的。长期以来，长安大学（原西安公路交通大学）致力于特殊土地区道路工程的研究工作，并取得了许多具有国际先进水平或国内领先水平的科研成果。针对河北滨海高等级公路盐渍化软土地基、豫东过湿土高等级公路地基以及开展大量的科研工作。通过重点路段调查、勘探、理论分析、修筑试验路与室内试验等研究工作，根据当地工程地质条件和自然环境，提出了一些新的研究成果。这些成果的取得，对本项目的实施奠定了良好的基础。同时，长安大学道路结构与材料实验室是交通部重点实验室，特殊地区道路实验室是教育部重点实验室。实验室经过“211

20、工程”重点建设，建筑面积已近3000平方米，引进了一大批国际一流的试验检测设备并进行了卓有成效的开发和应用，可用于本项目研究。八、研究进度安排1、鲁北地区人工河流路段高填土路基整体沉降的研究时间项目研究内容2005年2月2005年3月1、搜集整理历年德州市国省道改建工程、济聊高速公路、京福高速公路德州南联接线以及德衡一级公路的相关地质勘察资料；2、补充项目研究所需的地质外业勘探资料；3、选定适合该项目所研究在建工程的试验路段；4、购置该项目研究所需的观测和实验设备。2005年4月2005年6月1、对所有地质、水文等资料进行分类排序；2、进行系统的室内土工试验；3、分析计算并得出不同地质、不同荷载的作用下，人工河流两端高填土路段地基沉降的变化规律及经验公式；4、确定实验路段不同地质、不同荷载作用下地基沉降的防护措施方案；5、在所选定的实验路段埋设现场观测的实验设备；6、在实验路段现场监测路堤填筑的全过程，并详细记录观测数据。2005年7月1、资料反馈分析；2、总结地基沉降实际观测和计算结果的差异，修正经验公式的相关参数；3、进行研究项目的专家评审准备工作。2、鲁西北高等级公路过湿地段路基修筑技术的研究时间项目研究内容2005.03-2005.07搜集国内外研究资料，系统分析总结当前国内外研究成果。对德州地区路基的各种病害进行