特殊路基大纲.doc

1、特 殊 地 质 条 件 下 高 速 公 路 路 基 的 设 计与 施 工 技 术 研 究研究大纲长沙交通学院路桥工程系耒宜高速公路建设有限公司一九九九年六月六日2特 殊 地 质 条 件 下 高 速 公 路 路 基 的 设 计 与 施 工 技 术 研 究一 、 研 究 的 目 的 意 义 和 国 内 外 概 况随 着 我 国 高 速 公 路 工 程 建 设 事 业 的 迅 速 发 展 、 路 线 向 山 岭 重 丘 区 的 不 断 延 伸 ， 不 良 地 质 地段 、 特 殊 路 基 的 处 理 、 高 填 深 切 路 基 沉 降 计 算 、 边 坡 稳 定 分 析 及 坡 面 防 护 技 术

2、等 ， 成 了 道 路 工 程建 设 者 必 须 面 临 和 解 决 的 技 术 难 题 ， 并 成 为 路 基 设 计 与 施 工 的 关 键 ， 系 统 地 开 展 山 岭 区 高 速 公 路路 基 修 建 技 术 的 研 究 已 是 公 路 科 技 工 作 者 的 当 务 之 急 。耒 宜 高 速 公 路 地 处 湘 南 山 岭 重 丘 区 ， 现 已 查 明 ， 沿 线 存 在 多 种 不 良 地 （ 土 ） 质 路 段 ， 如 ：高 液 限 、 高 塑 指 粘 性 土 、 高 含 水 量 土 、 粉 性 土,以 及 沿 线 普 遍 采 用 的 深 切 、 高 填 路 基 的 边 坡

3、稳 定 与 防护 的 问 题 。 针 对 这 些 特 殊 的 不 良 地 质 地 段 进 行 合 理 的 路 基 设 计 ， 采 取 切 实 可 行 的 工 程 技 术 处 治 措施 ， 确 保 耒 宜 高 速 公 路 的 高 标 准 、 高 质 量 ， 是 特 别 值 得 深 入 研 究 和 探 讨 、 意 义 深 远 的 课 题 。国 外 为 保 持 生 态 平 衡 和 道 路 景 观 ， 公 路 设 计 很 少 采 用 深 挖 、 高 填 路 基 和 陡 边 坡 ， 路 基 沉 降处 理 和 边 坡 加 固 的 问 题 不 突 出 ， 特 殊 地 质 条 件 下 的 路 基 研 究 主

4、要 集 中 在 对 软 基 和 膨 胀 土 的 处 理 。对 于 边 坡 防 护 加 固 的 研 究 ， 国 内 铁 道 部 门支 挡 加 固 采 用 的 方 法 有 预 应 力 锚 索 、 高 压 旋 喷 注 浆 、 挖 孔抗 滑 桩 、 锚 柱 式 桩 板 墙 、 土 钉 墙 等 。 但 对 不 良 土 路 基 的 填 筑 压 实 技 术 研 究 很 少 。 公 路 部 门 对 特 殊地 质 条 件 下 高 速 公 路 路 基 修 建 技 术 的 研 究 起 步 较 晚 ， 交 通 部 公 路 科 研 所 在“七 五 ”国 家 重 点 科 技 项 目（ 攻 关 ） 高 等 级 公 路 路

5、基 综 合 稳 定 技 术 中 对 过 湿 土 路 基 的 压 实 进 行 了 较 为 系 统 的 研 究 ， 提 出 填 料能 直 接 压 实 的 先 决 条 件 是 土 体 含 水 量 至 少 要 小 于 塑 限 （ 即 稠 度 不 小 于1.0） ， 并 提 议 采 用 饱 和 度 来 控 制路 基 压 实 ,但 用 粉 性 土 填 筑 路 基 和 粉 性 土 边 坡 稳 定 性 研 究 未 曾 有 过 报 道 。 对 路 基 边 坡 的 防 护 与 加 固因 此 ， 针 对 耒 宜 高 速 公 路 不 良 地 质 条 件 系 统 开 展 路 基 设 计 与 施 工 技 术 研 究 ，

6、充 分 运 用 国 内外 科 研 成 果 ， 尤 其 近 年 来 道 路 新 材 料 、 新 结 构 、 新 工 艺 的 开 发 应 用 ， 逐 个 解 决 耒 宜 公 路 路 基 工 程的 实 际 问 题 是 非 常 有 意 义 的 。本 课 题 研 究 的 目 的 ， 就 是 通 过 现 场 详 细 的 地 质 勘 探 ， 在 室 内 外 试 验 、理 论 分 析 、 实 体 工 程 试 验 的 基 础 上 提 出 相 应 的 工 程 技 术 措 施 、 路 基 沉 降 预 报 的 理 论 模 型 与 方 法 、加 固 工 程 的 设 计 理 论 和 方 法 ， 以 保 证 耒 宜 路 路

7、 基 的 工 程 质 量 ， 并 为 路 面 结 构 选 择、 设 计 提 供 必 要 的 参 考资 料 ， 同 时 为 本 省 其 他 高 速 公 路 以 及 全 国 类 似 情 况 下 的 高 速 公 路 修 建 提 供 借 鉴 ， 其 研 究 成 果 将 具 有 显著 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 。二 、 项 目 研 究 目 标 不 良 土 质 路 基 修 筑 技 术 研 究 的 目 标 ： 在 对 高 液 限 、 高 塑 指 、 高 含 水 量 粘 土、 粉 性 土 的 土 性 试 验 的 基础 上 ， 结 合 现 场 试 验 、 室 内 试 验 及 理 论 分 析 的 结

8、 果 提 出 用 这 些 土 质 作 为 路 堤 填 料 的 加 固 与 施 工 方法 ， 路 基 封 闭 措 施 、 以 及 工 后 沉 降 预 测 模 型 。 路 基 边 坡 防 护 与 加 固 技 术 研 究 的 目 标 ： 针 对 现 场 实 际 情 况 ， 对 原 设 计 的 边 坡 稳 定 性 进 行 检 验3并 采 用 经 济 、 合 理 的 措 施 ， 对 不 满 足 稳 定 性 要 求 的 边 坡 进 行 有 效 的 处 治 与 加 固 ， 系 统 提 出 路 基 加固 与 防护 设 计 方 法 ； 提 出 边 坡 稳 定 分 析 方 法 与 图 表 ， 并 开 发 计 算

9、机 辅 助 设 计 软 件 。三 、 项 目 研 究 内 容 不 良 土 质 路 基 修 筑 技 术 研 究1、 高 液 限 、 高 塑 指 、 高 含 水 量 粘 土 用 作 路 基 填 料 的 设 计 、 施 工 方 法 研 究。2、 粉性土用作路基填料的设计施工方法研究。 路 基 边 坡 防 护 与 加 固 技 术 研 究1、 不 同 土 质 路 基 边 坡 稳 定 性 研 究2、 不 同 土 质 路 基 边 坡 防 护 、 加 固 设 计 及 施 工 技 术 研 究3、 不 同 土 质 路 基 边 坡 防 护 、 加 固 方 案 的 技 术 经 济 比 较4、 不 同 土 质 路 基

10、边 坡 防 护 与 加 固 效 果 的 预 测5、 不 同 土 质 路 基 边 坡 防 护 与 加 固 的 设 计 方 法 研 究四 、 项 目 研 究 技 术 路 线 不 良 土 质 路 基 修 筑 技 术 研 究1、 高 液 限 、 高 塑 指 、 高 含 水 量 粘 土 用 作 路 基 填 料 的设 计 、施 工 技 术 研 究 进 行 沿 线 土 质 调 查 ， 对 土 样 做 常 规 试 验(测 定 土 样 的液 限 、 塑 性 、 密 度 、 含 水 量 、 孔 隙 比 、 压 缩 系 数 、 饱和 度 )、 蠕 变 试 验 (做 小 试 件 的 有 侧 限 蠕 变 试 验 、 无

11、 侧限 蠕 变 试 验 、 部 分 侧 限 蠕 变 试 验 )。 按 土 的 天 然 稠 度对 高 液 限 、 高 塑 指 、 高 含 水 量 粘 土 进 行 分 类 ， 根 据 不同 的 分 类 组 别 选 择 相 应 的 处 治 办 法 和 压 实 标 准 （ 原 则上 ， Wc 0.9 土 样 要 进 行 改 良 才 能 作 为 填 料 ；Wc=1.01.3 的 土 样 可 采 用 轻 型 压 实 标 准 ）。 通 过 试 验 (室 内 击 实 试 验 、 CBR 试 验 、 现 场 实 际 的 填筑 压 实 试 验 )， 采 用 最 佳 压 实 理 论 ,在 保 证 ”三 高 土 ”压

12、实 后 强 度 满 足 路 基 规 范 要 求 的 前 提 下 ,确 定 不 同 土 样的 压 实 标 准 （ 选 定 不 同 的 压 实 机 具 和 碾 压遍 数 ） 和 施工 控 制 方 法 ， 特 别 是 施 工 非 均 匀 性 的 控制 标 准 。调查土质,采集土样确定处治办法和压实标准修筑试验路,埋设测试元件试验路稳定和沉降分析提出理论沉降计算方法验证试验路,提出加固技术和设计方法“三高土” 路基修筑技术路线图4 修 筑 试 验 路 ， 高 液 限 、 高 塑 指 、 高 含 水 量 粘 土 按 试 验 获 得 的 压 实 控 制 标 准 进 行 施 工 填 筑 ，并 且 只用 于

13、路 堤 填 料 ， 路 床 采 用 符 合 设 计 要 求 的 土 质 填 筑 ， 并 在 路 基 顶 面 以 下1.8M 的范 围 内 采 用 CE131 土 工 格 网 加 筋 以 增 强 路 基 整 体 性 和 均 匀 性 ， 减 少 非 均 匀 沉 降,路 基 边 坡 封 闭 采 用三 维 网 铺 草 皮 。 试 验 路 段 左 右 两 侧 各 埋 设 一 组 分 层 沉 降 仪， 进 行 跟 踪 观 测 ， 为建 立 沉 降 预 报 的 理 论 模 型 提 供 验 证 资 料 。 室 内 模 拟 试 验 ， 模 拟 路 基 的 实 际 工 作 状 态 ， 分 层 埋 设 沉 降 观

14、测 仪 器 ， 进 行 长 期 沉 降 观 测 （6 个 月12 个 月 ） 。 进 行 离 心 模 型 试 验 ， 开 展 高 液 限 、 高 塑 指 、 高 含 水 量 粘 土 填 方 路 堤 的 稳 定 与 变 形 性 态 的 研究 ， 为沉 降 分 析 公 式 的 建 立 提 供 定 性 、 定 量 的 依 据 。 采 用 粘 弹 性 模 型 与 有 限 元 增 量 法 编 制 考 虑 材 料 粘 弹 性 性 质 的 有 限 元 程 序 ， 分 析 路 基 填 方 变形 特 性 ，并 对 模 型 试 验 、 模 拟 试 验 和 实 体 工 程 进 行 验 证 。 结 合 理 论 分 析

15、 、 模 型 试 验 结 果 和 试 验 路 的 长 期 观 测 数 据 提 出 理 论 沉 降 计 算 方 法 。 在 试 验 路 验 证 、 总 结 的 基 础 上 提 出 直 接 用 高 液 限 、 高 塑 指 、 高 含 水 量 粘 土 填 筑 路 堤 的 设 计 、施 工方 法 ， 沉 降 预 测 方 法 以 及 对 于 路 面 结 构 受 力 特 性 的 影 响 ， 并 提 出 施 工 质 量 控 制 标 准 和检 测 方 法 ，指 导 施 工 。2、 粉 性 土 路 基 修 筑 技 术 研 究 技 术 路 线 沿 线 采 集 粉 性 土 土 样 ， 进 行 粒 径 成 分 、 液

16、 塑 限 、 毛 细 水 上 升 高 度 试 验 ， 分 析 确 定 各 项 试 验 指 标 。 进 行 室 内 击 实 试 验 和 CBR 试 验 (CBR 试 验 分 浸 水 和 不 浸 水 两 种 情 况),确 定 粉 性 土 是 否 可 以 作 为 路堤填 料 。 对 上 路 堤 用 掺 水 泥 、 掺 土方 法 改 良 土 性 ,分 析 比 较 这两 种 方 案 的 效 果 和 经 济 性 ,确 定 改 良 方 法 。 修 筑 试 验 路 ,一 种 方 案 :路 床换 填 好 土 ,路 基 顶 面 以 下80180CM 采 用 改 良 粉 性土 ,180CM 以 下 直 接 用 粉

17、性土 填 筑 ,边 坡 采 用 骨 架 护 坡铺 草 皮 或 三 维 网 铺 草 皮 两种 防 护 方 案 进 行 比 较 ;第 二种 方 案 :路 堤 顶 面50CM 采 用 粘 土 填 筑 ,其 它0.3m0.5m0.25m0.25m0.50m高液限高素质高含水量粘土铺四层土工网路基边坡采用三维网预制草皮防护附图一 高液限、高塑指、高含水量粘土路基 修筑方案示意图正常土5部 分 直 接 采 用 粉 性 土 填 筑 ,边 坡 形 状 采 用 台 阶 形 ,以 减 缓 边 坡 坡 度 ,基 底 铺 设 一 防 水 层 ,边 坡 采 用 粘 土 夯实 、 包 边 封 闭 ,坡 面 植 草 防 护

18、 。比 较 这 两 种 处 治 措 施 的 效 果 及经 济 性 。 在 试 验 路 上 埋 设 沉 降 观 测 仪, 进 行 长 期 跟 踪 观 测 。 室 内 离 心 模 型 实 验 ,检 验 粉 性土 路 基 的 变 形 特 性 ， 对 埋 设 测试 元 件 进 行 各 项 指 标 的 检测 ，为 加 固 与 防 护 措 施 的 采 用 提 供依 据 。 对 粉 性 土 路 堑 边 坡 采 用 土 钉 墙、 骨 架 护 坡 铺 草 皮 、 护 面 墙 、 喷 浆 措 施 进 行 防 护 ,分 析 比 较 其 效 果 及 经济 性 ,提 出 最 优 方 案 。 总 结 室 内 外 试 验

19、、 试 验 路 沉 降 观 测 数 据 ,提 出 粉 性 土 工 后 沉 降 预 测 方 法 与加 固 与 防 护 技 术 措 施 ， 并作 出 施 工 指 南 。采集土样,确定土性质填筑试验路,坡面采用粘土封闭,埋设测设元件,进行沉降跟踪观测室内离心模型试验,检验其变形特性总结试验结果,提出粉质土路基的修筑技术和施工指南附图二 粉质土路基修筑方案示意图 50cm 粘土封闭层粉性土基底铺防水层路基顶面用沥青刷层粉 性 土 路 基 修 筑 技 术 研 究 技 术 路 线6 路 基 边 坡 防 护 与 加 固 技 术 研 究 技 术 路 线 对 沿 线 可 能 失 稳 的 边 坡 逐 一 进 行

20、地 质 与 水 文 地 质 调 查 ， 采 取 土 样 进 行 物 理 力 学 性 能 试 验 ，测 定其 抗 剪 强 度 指 标 ， 以 获 得 可 靠 的 稳 定 分 析 计 算 参 数 。 利 用 边 坡 稳 定 分 析 计 算 机 软 件 ， 在 二 勘 院 重 做 优 化 后 的 边 坡 设 计 的 基 础 上 ， 逐 一 再 验 算各 边 坡的 稳 定 性 ， 配 合 现 场 调 查 、 工 程 地 质 比 拟 确 定 各 路 堑 边 坡 合 适 的 坡 度 值 及 边 坡 形 式 。 对 已 经 发 生 滑 动 或 可 能 发 生 的 不 稳 定 边 坡 提 出 加 固 处 治

21、措 施 。 具 体 处 治 措 施 的 采 用 应 根据 滑 坡体 土 、 石 质 类 型 、 特 点 及 边 坡 破 坏 的 严 重 程 度 ， 分 别 采 用 抗 滑 桩 、 各 种 抗 滑 挡 墙 、预 应 力 锚 索加 固 、 土 工 合 成 材 料 加 固 等 方 案 ， 以 及 地 表 和 地 下 排 水 方 法 ， 进 行 技 术 经 济比 较 后 确 定 。 对 路堑 高 边 坡 的 滑 坡 等 宜 采 用 预 应 力 锚 索 处 治 ； 对 小 型 滑 坡 ， 已 确 切 掌 握滑 动 面 的 形 状 及 标 高 、地 下 水 较 丰 富 或 土 体 具 有 一 定 膨 胀

22、性 的 路 段 可 采 用 高 压 喷 注 浆 处理 ， 同 时 ， 也 可 用 土 工 合 成材 料 分 层 水 平 铺 设 ， 采 用 加 筋 体 来 支 护 塌 方 体 并 辅 以 其 它 措施 ； 一 般 滑 坍 可 采 用 抗 滑 桩 和 抗滑 挡 墙 处 理 ， 也 可 采 用 土 工 加 筋 体 加 以 处 治 。5m 5m0.3m0.5m0.7m1.0m2.0m3.0m附图三 试验路段沉降观测仪 器埋设方案图 分层沉降仪填方7 对 处 治 工 程 布 设 测 试 元 件 ， 进 行 边 坡 位移 和变 形 的 长 期 跟 踪 观 测 ， 检 验 加 固 效 果 ， 积累经 验

23、。 对 于 深 路 堑 边 坡 ,将 根 据 土 质 、 岩 质 的 特 性 ，通 过 对 目 前 国 内 外 已 有 处 治 方 法 调 研 、 分 析和 比 较 后 ， 选 择 相 应 的 处 治 方 案 。 如 ： 土钉墙 、 砼 框 格 预 应 力 锚 杆 加 固 、 挂 网 喷 浆等 。对 各 种 不 同 方 案 进 行 技 术 经 济 比 较 和 适 应 性分 析 ， 总 结 不 同 方 案 防 护 特 点 及 适用 场 合 ，并 总 结 配 套 的 施 工 工 艺 。 选 择 几 个 不 同 土 质 、 不 同 坡 度 与 坡 高 的路 堤 、路 堑 边 坡 试 验 段 ， 采

24、用 三 维 网 铺草 皮 进 行 边坡 防 护 试 验 ， 并 跟 踪 观 测 其 应用 效 果 及 使 用寿 命 ， 得 出 不 同 草 籽 对 不 同 土 质 的 适 应 性 ，推 荐 不 同 土 质 边 坡 宜 采 用 的 草 籽 种 类 。 采 用 从 整 体 边 坡 破 坏 机 理 入 手 ， 直 接 求出 边坡 安 全 系 数 的 方 法 ， 开 发 边 坡 稳 定方 法 新 程序 ， 获 得 任 意 形 状 的 临 界 滑 动 面 ，使 边 坡 稳定 性 验 算 更 符 合 实 际 。 通 过 实 体 工 程 、 理 论 分 析 、 试 验 路 检 测数 据 、处 治 效 果 综

25、 合 分 析 总 结 提 出 配 套的 边 坡 设 计 、施 工 方 法 和 防 护 工 程 技 术 ，并 进 行 多 方 案 技术 经 济 比 较 。五 、 项 目 研 究 技 术 特 征 和 技 术 创 新1、 路 基 特 别 是 高 液 限 粘 土 、 高 塑 指 、 高 含 水 量 粘 土 、 粉 质 土 地 区 的 路 基 沉 降 预 测 及 其 与 路 面结 构 受力 变 形 和 承 载 能 力 的 关 系 在 国 内 既 缺 乏 系 统 的 研 究 ， 也 无 成 熟 的 成 果 ， 在 我 国 现 行 的 路 基 、路 面 设 计 规范 中 均 为 空 白 。 此 项 研 究

26、成 果 可 为 路 面 结 构 的 选 择 提 供 定 量 的 依 据 。2、 高 液 限 粘 土 、 高 塑 指 、 高 含 水 量 粘 土 路 基 的 施 工 是 我 国 高 速 公 路 修 筑 技 术 中 的 一 大 难 题,结 合 一 条高 速 公 路 全 线 不 良 地 质 地 段 的 工 程 施 工 ， 从 设 计 理 论 、 施 工 方 法 和 工 艺 、 质 量 控 制 和 检 测 开 展 系统 的 研究 ， 一 方 面 解 决 工 程 实 际 问 题 （ 不 是 一 、 两 个 实 验 点 的 问 题 ）， 为 路 面 结 构 的 选 择 及 设 计 提 供 参考 资 料 同

27、时 形 成 系 统 的 理 论 和 方 法 ， 亦 为 本 课 题 研 究 的 一 大 特 征 ， 成 果 将 具 有 显 著 的 经 济 效 益 、社 会 效 益 、 工 程实 用 价 值 和 理 论 价 值 。六 、 项 目 研 究 进 度 安 排调查沿线边坡稳定性,采集土样,通过实验,获取计算参数编制电算程序,对边坡进行稳定性分析,确定合理的边坡坡度加固已滑动的边坡和可能滑动边坡,对处置后边坡的位移和变形跟踪观测对石质路堑边坡,推荐合适的加固防护方案,提出相应的施工工艺对土质边坡采用三维网防护,总结不同草籽的适应范围提出边坡稳定分析的方法与图表,开发计算机辅助设计软件路 基 边 坡 防

28、护 与 加 固 技 术 研 究 技术 路 线 方 案 图899.599.7 沿 线 地 质 状 况 调 查 与 探 测 ， 进行 各 种 有 关 试 验 并 收 集国 内 外 的 研 究 成 果 、 工 程 实 录 等 有 关 资 料99.599.8 根 据 地 质 调 查 及 国 内 外 资 料 ， 针 对 不 同 情 况 提 出 相 应 的处 治 方 案 ， 提 交 有 关 的 工 程 设 计 与 施 工 文 件99.52000.6 进 行 系 统 的 室 内 试 验 和 理 论 分 析 ， 开 发 理 论 计 算 和 工 程设 计 软 件 ， 同 时 参 与 组 织 指 导 现 场 施

29、工2000.62000.12 分 析 整 理 资 料 ， 撰 写 出 版 研 究 报 告 ， 申 请 课 题 鉴 定七 、 项 目 研 究 人 员 安 排1、 1999 年 58 月 结 合 路 面 课 题 组 安 排 35 名 研 究 人 员 到 路 线 现 场 进 行 调 研、 收 集 各 种 资 料 。2、 1999 年 9 月 以 后 派 1 至 2 名 课 题 组 成 员 长 驻 工 地 进 行 现 场 施 工 指 导主 要 研 究 人 员 名 单姓名 性别 工作单位 现从事专业 职务、职称长沙交通学院郑健龙 男 长沙交通学院 公路工程 交院院长、教授习应祥 男 长沙交通学院 公路工程 教 授杨和平 男 长沙交通学院 公路工程 副教授周志刚 男 长沙交通学院 公路工程 副教授田小革 男 长沙交通学院 公路工程 讲 师龙科军 男 长沙交通学院 公路工程 讲 师黄生文 男 长沙交通学院 岩土工程 副教授姓名 性别 工作单位 现从事专业 职务、职称周德泉 男 长沙交通学院 岩土工程 讲 师耒宜高速公路建设开发有限公司吴亚中 男 耒宜高速公路公司 公路工程罗 刚 男 耒宜高速公路公司 公路工程聂善文 男 耒宜高速公路公司 公路工程杨献章 男 耒宜高速公路公司 公路工程