1、本科毕业论文（20 届）张承高速公路二期工程狮子沟路段路基沉降的分析所在学院 专业班级 土 木 工 程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 张承高速公路二期工程狮子沟路段路基沉降的分析摘 要公路是线型建筑物，路基是线型建筑物的主体，它贯穿公路全线，与桥梁、隧道相连。因此，路基是公路的重要组成部分，它的质量好坏直接关系到整个公路的质量，同时路基又是路面的基础，它与路面共同承受行车荷载的作用。实践证明，没有坚固、稳定的路基，就没有稳固的路面。路基的强度和稳定性是保证路面强度和稳定性的先决条件。路基沉降问题一直是高速公路施工建设中的重大技术难题， 倘若发生过大沉降或者沉降不均匀，都会为
2、高速公路的正常运转带来不利影响。因此，对于高速公路路基沉降有必要分析其产生原因并提出合理的控制措施。本文针对张承高速公路二期工程狮子沟路段路路基沉降问题，根据当地的工程地质条件、水文气象资料和路基特点，采用新型地面沉降检测仪对路基沉降进行检测，根据检测数据了有关路基横向不均匀沉降的曲线图。根据上述资料，本文对沉降路段的路基沉降的原因进行分析，提出了路基沉降的两个类型，指出了沉降对路基稳定性的影响以及工后沉降的危险性。最后，根据施工规范和国家标准简要提出了路基沉降的综合处理方法的建议。关键词：高速公路；路基沉降；路面检测；控制措施AbstractRoad building is linear,
3、linear roadbed is the main building, which runs through the highway across the board, connected with bridges and tunnels. Therefore, an important part of the highway embankment, its quality is good or bad, is directly related to the quality of the entire highway. Roadbed is the basis of the road, to
4、 bear it with the road traffic load effect. Practice has proved that there is no strong, stable foundation, there is no solid surface. Strength and stability of the road embankment is to ensure the strength and stability of the prerequisites. Subgrade settlement issue has been the construction of hi
5、ghway construction in major technical problems, the event of excessive uneven settlement or settlement, will adversely affect the normal operation of the highway. Therefore, it is necessary for highway subgrade settlement analyze their causes and propose reasonable control measures.Aiming Zhangjiako
6、u Expressway Phase II Shizigou congested road subgrade settlement issue, according to the local engineering geological conditions, hydrological and meteorological data and subgrade characteristics, the use of new land subsidence detector to detect roadbed settlement, the relevant data based on the d
7、etected lateral embankment uneven subsidence curve. Based on these data, the paper reasons subgrade settlement settlement sections were analyzed, two types of subgrade settlement, pointing out that the stability of subgrade settlement and settlement after construction risk. Finally, according to the
8、 construction norms and national standards proposals briefly the settlements integrated approach.Keywords：Highway; The settlement of Subgrade; Pavement Detection; Control measures目 录1.绪论 .11.1 引言 .11.2 路基工程技术的现状 .11.3 施工规范 .11.3 研究意义 .22 工程概况 .32.1 工程简介 .32.2 设计标准 .32.2.1 概述 .32.2.2 设计标准 .32.3 地形地貌
9、.42.4 工程地质环境概述 .42.5 水温气象资料 .43 路基沉降原因分析 .53.1 沉降监测方案 .53.1.1 地面检测 .53.1.2 深层沉降观测 .63.2 桥头跳车的诱因 .63.3 软土路基沉降 .84 危险性分析及综合处置措施 .104.1 路基沉降危险性分析 .104.1.1 影响行车速度 .104.1.2 影响行车安全 .104.1.3 影响公路养护费用及使用寿命 .104.2 综合处治对策 .114.2.1 桥头跳车处治对策 .114.2.3 处理好台后地基 .124.2.4 减少人为因素的不利影响和质量控制 .124.2.5 遵守施工规范 .13结 论 .14参
10、考文献 .15致 谢 .1611.绪论1.1 引言路基工程是整条道路的承载能力的关键，关系到工程的质量和以后的行车安全。高质量的路基既能节省工后返修的巨额费用，又能降低竣工通车后交通事故的出现几率。因此，路基沉降控制是高速公路工程建设过程中的重要内容。1.2 路基工程技术的现状1 设计计算技术进步提高，设计理念逐渐转变2 新工艺、新技术、新材料层出不穷1）滑坡整治：重力式挡土墙、仰斜排水孔、预应力锚索及锚索桩。2）软土地基处理：砂井、反压护道、塑料排水板、真空预压、旋喷桩及土工合成材料加筋地基。3）基床病害处理：换填砂石料、敷设沥青面层、设盲沟排水如应用土工合成材料进行加筋和隔离。4）边坡防护
11、技术：工程防护即绿色生物防护。5）高速公路路基：较多采用粉煤灰，少部分采用水淬矿渣等工业废料，可以减轻结构物质量、保护环境、减少投资等。6）使用高效施工机械，大大提高了施工速度和施工质量，减轻了工人的劳动强度。7）爆破技术的进步，减少了施工对路堑边坡的破坏。8）一些灾害报警装置性能的明显提高，使施工和行车安全有了保障。9）施工组织、管理水平也逐渐向世界先进水平靠拢。3 测试手段和设备进一步提高，检测方法更加合理1.3 施工规范JTJ064-98. 公路工程地质勘察规范 SJYGD30-2004. 公路路基设计规范SJTJ 015-91. 公路加筋土工程设计规范 SJTJ 035-91. 公路加
12、筋土工程施工技术规范 SJTJ/T 019-98. 公路土工合成材料应用技术规范SJTG-E20-2011. 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 SJTJ054-94. 公路工程石料试验规程 S.JTGF40-2004. 公路沥青路面施工技术规范S.21.3 研究意义可以了解到我国现阶段道路病害的预防及处治方案，分析地基病害出现因素，结合文献以及当地施工条件提出预防方案，并开展路基沉降观测和沉降变形特性研究可以极大地丰富和发展这一领域的成果，同时通过对实测路基沉降观测资料进行整理分析可以预测路基的沉降过程，据此可以进一步的优化设计，推算各结构层次的施工时间，改进有关的施工工艺，直接为公路施工决策
13、提供科学依据，不但可以指导施工、保证工程质量和加快进度的目的，还可以可有效降低路基、路面也常出现不均匀沉降等病害。提高工程验收率，节省工后维修费用，同时可降低出现交通事故率。32 工程概况2.1 工程简介张承高速二期项目地处河北省北部张家口市境内，起于张家口崇礼县城北，与张承高速公路张家口至崇礼段相接，沿线途径崇礼、张北、沽源三县；西湾子、白旗东、狮子沟、清三营、战海、莲花滩、西辛营、小河子、长梁共计 10 个乡镇，终于沽源县小二号村北的张家口承德市界，与张承高速公路承德段相接。是河北省“五纵六横七条线”中的“线一”的重要组成部分，也是张家口市高速公路网规划“二横三纵五线”中“第三纵”的重要组
14、成部分，同时也是北京外围高速大环线的重要路段，并兼有联系东北、沿海港口与山西、内蒙古西部能源基地的运输功能，对构成河北省“东出西联”运输大通道具有重要意义。 我 F 标段位于沽源县境内，途径西辛营、五合庄、小西营、脑包山、东滩等村庄，起讫桩号K124+200-K138+139.78，路线长 13.94Km，路基土石方约 270 万立方米，其中挖方约 101 万方，填方约 177 万方，路面约 29 万平方米，全线大桥 3 座，中桥 2 座，小桥 1 座，分离式立交 2 座，涵洞通道27 道，金属波纹管涵 3 道，合同总价 3.37 亿元。2.2 设计标准2.2.1 概述路线 K124+200-
15、K138+139.784 按设计速度 80KM/h，双向 4 车道，路基宽度 24.5M 进行设计。桥涵设计的汽车荷载等级采用标准为：公路I 级。2.2.2 设计标准1 计算行车速度为 80kM/h。2 路基宽度。本标段采用整体式路基，设计宽度 24.5m；最大纵坡 3.832%，最小坡长 320m，最小竖曲线长度为246.709m，最小竖曲线半径：凸型 16000m，凹型 9000m。3 设计洪水频率。路基和大中桥及涵洞设计洪水频率 1/100。4 路面结构型式及技术标准。上面层沥青玛蹄脂碎石（SMA-13）、下面层中粒式改性沥青砼（AC-200C）、柔性基层粗粒式密级配沥青碎石（ATB-2
16、5）、SBR 改性乳化沥青防水层、级配碎石上基层、水泥稳定级配碎石下基层、水泥粉煤灰稳定碎石土底基层。技术标准；JTGF302003.公路水泥砼路面施工技术规范S，JTGF402004.公路沥青路面施工技术规范S，JTJ0342000. 公路路面基层施工技术规范 S，JTG_T F50-2011.公路桥涵施工技术规范S。42.3 地形地貌张承高速二期工程地处河北省北部张家口市境内，起始与崇礼，途径张北、沽源等县，项目区域东与承德市丰宁县为邻，西与张北、尚义县接壤，南与怀来、逐鹿县交界，北靠内蒙古自治区。项目区可分为三个大的地貌单元，即坝上高原区、冀西北间山盆地区、冀北山地区。高速公路沿线自然地
17、形山高林密，沟谷纵横，微地貌类型有山间凹地、山前平原、单斜山：河谷、河漫滩、一级阶地、二级阶地等。路线穿越区所分布的地层除第四系外，基岩主要为太古界红旗营子群、侏罗系、第四系及岩浆岩。部分路段零星分布有软土层。2.4 工程地质环境概述本区域因地貌单元各异，水系也各不相同。以“坝沿”为界，坝上高原为内陆水系，坝下山区为永定河水系和潮白河水系。内陆水系主要分布在坝上，所有河流均为季节性流水或雨后成河，流程很短，长数公里至数十公里不等，由南向北注入内陆湖泊中。较大的河流有：葫芦河、二道营河、暖水泉河、平定堡河、灯笼素河、小碱滩河。永定河水系比西北-南东向展布于张家口南部。潮白河水系始于赤诚境内，分布
18、东西两支。与本项目线路主要涉及老虎沟葫芦河及五女河，河道宽 200-600m，流量随季节变化较大，全年约80%的径流量发生在降水集中的 7 至 8 月份，冬季干旱季节上游随时断流。2.5 水温气象资料本项目受地形影响以崇礼县与沽源县交界处明显分为冀西北山地大陆性季风气候和坝上高原区寒温带大陆性季风气候。北温带大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季短促凉爽，冬季漫长寒冷干燥。年平均气温 3.2。最热月份 7 月，平均气温 18.9，最冷月份 1 月平均气温-15.3。极端最低气温-34.1，极端最高气温 34.6。平均无霜期约 120 天，年平均日照时数 2698.8 小时。山地区内年平均降雨量 4
19、88.6mm，其中 70%左右集中在 6-8 月，历年最高降雨量616.3mm（1973 年），历年最低降雨量 224mm（1965 年）。寒温带大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季短促凉爽，冬季漫长寒冷干燥。年平均气温 1.3。最热月份 7 月，平均气温 17.8，最冷月份 1 月平均气温-18。极端最低气温-37，极端最高气温33.5。平均无霜期约 100 天，年平均日照时数 2936 小时。山地区内年平均降雨量 409.0mm，多集中在 6-8 月。区域最大冻土深度 1.8-2.4m。本区受内蒙古高压气流影响，冬季多西北风，春秋多西南风，经常出现 78 级大风，年平均风速4m/s。3 路基
20、沉降原因分析路基是由路肩、边坡、路基排水系统及多个部分和系统组成的，故路基的损坏可分为路基沉降、路肩边沟不洁、排水系统淤塞、边坡坍塌、等八个部分。本文着重研究的是路基沉降，故其他的不作5详细阐述。所谓路基沉降指的是路基出现深度大于 30mm 的整体下沉。3.1 沉降监测方案3.1.1 地面检测观测断面主要选择在软土路基路段、 构造物与路堤衔接路段、 高填方路段。观测仪器主要采用了观测桩、沉降板、电磁分层沉降仪，还特别引入了较为新式的智能式单点沉降仪。观测桩埋设于已填筑完成的路基顶面， 利用水准仪对观测桩的标高变化进行观测， 所测的沉降量包括已填筑完成的路堤本体以及路堤以下地基沉降量的总和。观测
21、桩还可以用来长期观测路基体的工后沉降。沉降板一般埋设于地基顶面，主要用于观测路堤以下软弱地基的沉降，由一根直径 20 mm 的钢杆和 600 mm600mm9 mm 的沉降钢板组成，直杆焊接在沉降板中心位置，并随填土高度的增加而接长。通过观测钢管顶面标高的变化，得到地基的沉降量。电磁分层沉降仪所用传感器是根据电磁感应原理设计，将磁感应沉降环预先通过钻孔方式埋入地下待测的各点位，当传感器通过磁感应环时，产生电磁感应信号送至地面仪表显示， 同时发出声光报警。读取孔口标记点上对应钢尺的刻度数值，即为沉降环的深度。每次测量值与前次测值相减即为该测点的沉降量。智能型单点沉降计是由位移计、测杆、锚头、沉降
22、板组成。钻孔后将单点沉降计埋入地基体内，测杆需要完全穿越软土层，将锚头锚入软土层下部硬层内。测量锚头与沉降板之间的相对位移变化，能够较好的反映厚度在 6m 以内软土层的在附加应力作用下的压缩变形量。由以上四种观测仪器组成的路基沉降观测体系，能够较完整的观测到路堤在填筑施工中路堤本体各层填土，路堤以下地基，地基中的下覆软土层以及工后沉降的全部沉降数据，对于进一步深入分析沉降规律提供了强有力的保证，如图 3-1 所示。图 3-1 沉降仪器横断面布置3.1.2 深层沉降观测通过沉降路段尤其 K129+400-K131+200，软土层较为软弱，所以在土体内部深层沉降观测，可以了解到软土层在某一层位土体
23、的压缩情况。土体内部深层沉降是通过在土体内埋设深层沉降标进行观测。深层标由主杆和保护管组成。主杆采用金属或塑料硬管，杆底端需有 50-100cm 长的以增加阻力的6标头；保护管可采用废弃的钻孔钢管。深层标可测得某一土层顶面的沉降量，深层标采用在被测土层中埋设标杆并用水准仪测量标杆顶端高程的方法进行观测，测量仪器和精度与沉降板要求相同。深层标是测定某一层位以下土体压缩量的，故深层标的埋置位置应根据实际需要而测定。如对软土层较厚，排水处理又不能穿透整个层厚时，为了了解排水井下未处理软土的固结压缩情况，深层标设置未处理软土顶面。实际施工过程中，每 50m 设置一个深层监测仪器，在深层标埋设时，先下保
24、护管，再下主杆，到位后再将保护管拔离主杆标 30-50cm 随填土增高，接长主杆和保护管。且每隔 15cm 设置一个分层监测，当分层标和深层标至孔底定位后，用砂子填塞钻孔孔壁与波纹管或保护管之间的间隙。平均 7 天左右待孔侧土回淤稳定后，平均测定初读数。对于分层标应先用水准仪测出导管管口高程，并用磁性测头自上向下依次逐点测读管内各感应线圈至管顶距离，换算出各点高程，连续测读数日，稳定读数即为初始读数。3.2 桥头跳车的诱因桥头跳车是路基的纵向不均匀沉降的最主要的表现形式。路基纵向不均匀沉降将会导致桥头跳车和纵向填挖交界处不均匀沉降。致使路面平整性受损，路桥过渡段出现不同台阶现象。由于 K125
25、+500、K134+600 正位于两座桥梁的接头处，且正赶超工期，于是对于人员作业方面以及填筑速率管理不严，导致工后出现较为严重的沉降。主要分析有以下原因。1 地基强度不同桥台与路基二者由于基础材料不同，各自的形变系数也不同，导致沉降量有所差异。因为桥台桥台是刚性构筑物，下部一般都有桩基础，所以沉降量很小；而桥头路基多为软土，故填筑高度一般较大，所以对基底产生的应力也相对较大，加上工后载重车辆的荷载反复作用下，一段时间后二者在结构刚度上产生了很大的差异，使得桥头处形成台阶状，导致桥头跳车。2 施工方面原因1）方面是人为因素在工期的压力下，要求 K125+500、K134+600 尽快与大桥接头
26、，施工队没有严格按照分层填筑、分层碾压、分层检测“三分法”施工，加之排水措施没有及时做好并且后续工作没有跟上，造成压实度达不到设计标准。对于软土本身刚度较差，压实度不合格的前提下，在工后载重器械反复碾压作用很快出现较为严重的沉降现象。2）填筑速率对路基沉降的影响本工程在路堤的填筑施工中由于工期、施工条件等多方面的原因，不同的路段往往采取不同的填筑速率。填筑速率对沉降的影响在观测中也是显而易见的。现以位于路桥过渡段的 K125+500、K134+600 处断面实测曲线为例进行阐述，由于处于路桥过渡段，路基的沉降极有可能导致路基纵向沉降进而出现桥头跳车的现象。两处的地质情况类似，表层 0.5m 素填土下均为 3m 软土。从观测图 3-2 可知，3 月 26 日至 4 月 4 日的 10 天里填筑了 10 m，填筑速度为 1m/d，K125 + 500沉降量 50mm，平均 5mm/d，K134+600 沉降量 33mm，平均 3.3 mm/d。而 K134+600 断面在 3 月 24日至 4 月 1 日填筑了 13m，平均速度 2.6 m/d，沉降量达到了 60 mm，平均速度 16 mm/d。由此可知，填土速率较大时路基的沉降会急剧增大。这种沉降量急剧增大的原因是由于软土地基的强度较低，在不太大的荷载作用下土体就会屈服，产生较大的塑性剪切变形。然而，高速公路的路堤填筑都是分层
