[教育]張承高速公路二期工程獅子溝路段路基沉降的分析

1、感謝各位老師參加我的畢業(yè)論文答辯,題目：張承高速公路二期工程獅子溝路段路基沉降的分析,系 別：工程技術系專 業(yè)：土木工程答 辯 人：楊春雷學 號：05111822指導老師：孫進忠職 稱：教授日 期：2015-5-27,,路基工程是整條道路的承載能力的關鍵，關系到工程的質量和以后的行車安全。高質量的路基既能節(jié)省工后返修的巨額費用，又能降低竣工通車后交通

2、事故的出現(xiàn)幾率。因此，路基沉降控制是高速公路工程建設過程中的重要內容。,1設計標準1概述路線K124+200-K138+139.784按設計速度80KM/h，雙向4車道，路基寬度24.5M進行設計。橋涵設計的汽車荷載等級采用標準為：公路―I級。2設計標準1）計算行車速度為80KM/h。2）路基寬度本標段采用整體式路基，設計寬度24.5M；最大縱坡3.832%，最小坡長320M，最小豎曲線長度為246.709，最小豎曲線半徑：

3、凸型16000米，凹型9000米。3）設計洪水頻率路基和大中橋及涵洞設計洪水頻率1/100。4）路面結構型式及技術標準上面層瀝青瑪蹄脂碎石（SMA-13）、下面層中粒式改性瀝青砼（AC-200C）、柔性基層粗粒式密級配瀝青碎石（ATB-25）、SBR改性乳化瀝青防水層、級配碎石上基層、水泥穩(wěn)定級配碎石下基層、水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石土底基層。,2工程地質環(huán)境概述 本工程所在區(qū)域因地貌單元各異，水系也各不相同。以“壩

4、沿”為界，壩上高原為內陸水系，壩下山區(qū)為永定河水系和潮白河水系。內陸水系主要分布在壩上，所有河流均為季節(jié)性流水或雨后成河，流程很短，長數(shù)公里至數(shù)十公里不等，由南向北注入內陸湖泊中。較大的河流有：葫蘆河、二道營河、暖水泉河、平定堡河、燈籠素河、小堿灘河。永定河水系比西北-南東向展布于張家口南部。潮白河水系始于赤誠境內，分布東西兩支。與本項目線路主要涉及老虎溝葫蘆河及五女河，河道寬200-600米，流量隨季節(jié)變化較大，全年約80%的

5、徑流量發(fā)生在降水集中的7至8月份，冬季干旱季節(jié)上游隨時斷流。,3水溫氣象資料 本項目受地形影響以崇禮縣與沽源縣交界處明顯分為冀西北山地大陸性季風氣候和壩上高原區(qū)寒溫帶大陸性季風氣候。 北溫帶大陸性季風氣候，春季干旱多風，夏季短促涼爽，冬季漫長寒冷干燥。年平均氣溫3.2℃。最熱月份7月，平均氣溫18.9℃，最冷月份1月平均 氣溫-15.3℃。極端最低氣溫-34.1℃，極端最高氣溫34.6℃。

6、平均無霜期約120天，年平均日照時數(shù)2698.8小時。山地區(qū)內年平均降雨量488.6mm，其中70%左右集中在6-8月，歷年最高降雨量616.3mm（1973年），歷年最低降雨量224mm（1965年）。 寒溫帶大陸性季風氣候，春季干旱多風，夏季短促涼爽，冬季漫長寒冷干燥。年平均氣溫1.3℃。最熱月份7月，平均氣溫17.8℃，最冷月份1月平均氣溫-18℃。極端最低氣溫-37℃，極端最高氣溫33.5℃。平均無霜期約100天

7、，年平均日照時數(shù)2936小時。山地區(qū)內年平均降雨量409.0mm，多集中在6-8月。 區(qū)域最大凍土深度1.8-2.4m。本區(qū)受內蒙古高壓氣流影響，冬季多西北風，春秋多西南風，經(jīng)常出現(xiàn)7－8級大風，年平均風速>4m/s。,4路基沉降類型及原因分析,5,路基沉降主要分為縱向不均勻沉降和橫向不均勻沉降。本工程中縱向不均勻沉降主要表現(xiàn)形式為橋頭跳車，橫向不均勻沉降主要是由軟土層導致。1橋頭跳車的誘因 由

8、于K125+500、K134+600正位于兩座橋梁的接頭處，且正趕超工期，于是對于人員作業(yè)方面以及填筑速率管理不嚴，導致工后出現(xiàn)較為嚴重的沉降，致使路面平整性受損，路橋過渡段出現(xiàn)不同臺階現(xiàn)象。嚴重處形成接近7cm的臺階。 主要原因有： 1)地基強度不同 橋臺與路基二者由于基礎材料不同，各自的形變系數(shù)也不同，導致沉降量有所差異。因為橋臺橋臺是剛性構筑物，下部一般都有樁基礎，所以沉降量很?。欢?/p>

9、橋頭路基多為軟土，故填筑高度一般較大，所以對基底產生的應力也相對較大，加上工后載重車輛的荷載反復作用下，一段時間后二者在結構剛度上產生了很大的差異，使得橋頭處形成臺階狀，導致橋頭跳車。,2）施工方面原因 在工期的壓力下，要求K125+500、K134+600盡快與大橋接頭，施工隊沒有嚴格按照分層填筑、分層碾壓、分層檢測“三分法”施工，加之排水措施沒有及時做好并且后續(xù)工作沒有跟上，造成壓實度達不到設計標準。對于軟土本身剛度

10、較差，壓實度不合格的前提下，在工后載重器械反復碾壓作用很快出現(xiàn)較為嚴重的沉降現(xiàn)象。 3）填筑速率 本工程在路堤的填筑施工中由于工期、施工條件等多方面的原因，不同的路段往往采取不同的填筑速率。填筑速率對沉降的影響在觀測中也是顯而易見的?，F(xiàn)以位于路橋過渡段的 K125+500、K134+600處斷面實測曲線為例進行闡述，由于處于路橋過渡段，路基的沉降極有可能導致路基縱向沉降進而出現(xiàn)橋頭跳車的現(xiàn)象。兩處的地質情

11、況類似，表層0.5m素填土下均為3m軟土。 3)土體含水量 在最佳含水量的前提下，對應的壓縮模量較小很小，也就是說，受到荷載作用時形變量也很小，可以有效降低工后出現(xiàn)橋頭跳車的現(xiàn)象。,,5軟土路基的沉降原因及分析 路基橫向不均勻沉降的發(fā)生最主要的原因首先是地基及路基本身不穩(wěn)定的原因，第二是工后通車的汽車荷載、地下水以及自重的影響。 1）路堤地基處理不當 路基

12、基底的壓實度未能達到設計。在填方作業(yè)時地基土里并未混有作物，一旦雜質腐爛變質，地基局部將會發(fā)生更嚴重的松軟塌陷、不均勻沉降。 2）路基本身引起的不均勻沉降 樁號K129+400-K131+200段，雖然有零星分布有大量河流沖刷泥土，且單個軟土范圍和深度都不大，但是對于整個工程來說，在工期和成本的壓力下，不得不妥協(xié)完善的軟土地基施工處理措施，這就會造成比較嚴重的橫向不均勻沉降。,,3）路基本身引起的不均勻沉

13、降 （1）路堤填料不均勻 公路路基施工建設過程中，對填料程度、級配大小很難得到精準的控制。如果填料混合種植土，腐殖土或蛻等劣質土，或土壤中含有不同規(guī)格的破碎未處理塊或填石路堤的土等在石頭上，尤其是在雨季疊巖大的空隙，最有可能產生顯著側向局部下沉。在施工過程中，如果分層厚度軋制過大，小顆粒的軟材料是很難取得長期效果的有效載荷壓實，回填會產生不一致的結算。 （2）路基填土壓實不足

14、 由于壓實度未能達到設計標準，會導致不平衡的橫向路基沉降，雙方有垂直裂紋堤。缺乏道路路基土壓實度的主要原因是： ①當路基施工僅限現(xiàn)實條件，如天氣過于干燥導致部分路基填料水分蒸發(fā)過快導致含水量低，破碎土塊短缺，導致路基壓實度未達到設計標準。,②在填路基施工，當土壤的路基邊后堤到一定高度往往存在壓實度的問題不足。對于較高的填充路基，如果不及時治療會導致填充土壤壓實不足，其結果是土壤固結壓力小于應力的重量和各種額外的壓力，并

15、且在其自身重量將沉降的發(fā)生。這些額外的壓力主要來自于以下幾個方面：汽車，變化土壤水分含量變化引起的重量的程度；地下水位造成起重浮力的變化。由在土壤變化有效應力這些附加應力，導致土壤壓縮發(fā)生。也土壤缺乏的壓實度也可引起側填充路基完全限制，只有垂直變形，在實際路基土調查的部分，并且沒有橫向變形，但橫向變形它確實會引起下陷。 ③由于土壤填充控制不精確壓實效果最佳含水量不足。 ④施工進度為趕，所以壓縮或壓縮，時間

16、不夠，路基壓實不夠，造成陸機達不到標準的壓縮。 ⑤其他原因：例如，壓實厚度，軋制設備等選擇不當，很容易導致路基壓實度不足，導致路基密度不符合要求，加之地下水風險的存在，造成水分囤積和路基的侵蝕。所以路基土軟化或霜凍產生不均勻沉降。,6實例具體分析,1沉降檢測方案 觀測斷面主要選擇在軟土路基路段、 構造物與路堤銜接路段、 高填方路段。觀測儀器主要采用了觀測樁、沉降板、電磁分層沉降儀，還特別引入了較為新式的智

17、能式單點沉降儀。 觀測樁埋設于已填筑完成的路基頂面， 利用水準儀對觀測樁的標高變化進行觀測， 所測的沉降量包括已填筑完成的路堤本體以及路堤以下地基沉降量的總和。觀測樁還可以用來長期觀測路基體的工后沉降。 沉降板一般埋設于地基頂面，主要用于觀測路堤以下軟弱地基的沉降，由一根直徑 20 mm 的鋼桿和 600 mm×600mm×9 mm 的沉降鋼板組成，直桿焊接在沉降板中心位置，并隨填土高

18、度的增加而接長。通過觀測鋼管頂面標高的變化，得到地基的沉降量。,電磁分層沉降儀所用傳感器是根據(jù)電磁感應原理設計，將磁感應沉降環(huán)預先通過鉆孔方式埋入地下待測的各點位，當傳感器通過磁感應環(huán)時，產生電磁感應信號送至地面儀表顯示， 同時發(fā)出聲光報警。讀取孔口標記點上對應鋼尺的刻度數(shù)值，即為沉降環(huán)的深度。每次測量值與前次測值相減即為該測點的沉降量。 智能型單點沉降計是由位移計、測桿、錨頭、沉降板組成。鉆孔后將單點沉降計埋入地基體內

19、，測桿需要完全穿越軟土層，將錨頭錨入軟土層下部硬層內。測量錨頭與沉降板之間的相對位移變化，能夠較好的反映厚度在6m以內軟土層的在附加應力作用下的壓縮變形量。,2填筑速率對路基沉降的影響 在路堤的填筑施工中由于工期、施工條件等多方面的原因，不同的路段往往采取不同的填筑速率。填筑速率對沉降的影響在觀測中也是顯而易見的?，F(xiàn)以位于路橋過渡段的 K125+500、K134+600處斷面實測曲線為例進行闡述，由于處于路橋過渡段，路基

20、的沉降極有可能導致路基縱向沉降進而出現(xiàn)橋頭跳車的現(xiàn)象，故研究意義重大。兩處的地質情況類似，表層0.5m素填土下均為3m軟土。 3軟土對路基沉降影響 由于本工程K129+400-K131+200段穿過軟土層，并且該地區(qū)多由河流沖刷而成，土層厚度平均小于3m，加上施工方建設時施工工藝采取不當，車載、地下水以及自重影響從而導致路基橫向不均勻沉降。,7危險性分析及綜合處置措施,1影響行車速度 例

21、如本工程中K125+500和K134+600處，正位于橋頭處的路基出現(xiàn)沉降，導致路面與橋面形成臺階。當車輛行駛到臺階時，為了防止車輛的沖擊，司機會選擇制動減速，同時，車輛的顛簸，車輛的跳動也影響了驅動力，在車輛的速度受到影響。根據(jù)現(xiàn)有文獻的調查，橋頭跳車對于行駛中的車輛造成的影響有以下三點。 1）臺階到到一定高度，才會對行駛中汽車的速度產生影響。尤其是實現(xiàn)超過4cm，有速度有明顯的影響。 2）速度損失與車

22、輛的速度。當速度小于60公里/小時,一般減速較?。辉?0 ~ 80 km / h,減速,當運行超過80 km / h,減速是相對較小的，但這次旅行更加嚴重。 3 ）臺階對于不同類型的車輛，影響是不一樣的。如在駕駛小汽車和卡車空車，影響會較大，而滿載的卡車則不會很敏感。其次，駕駛者的年齡，熟悉通過速度的道路度時的步驟減少不同水平的影響。,2影響行車安全 當車輛通過路橋過渡段的臺階處時，車輛產生跳動和沖擊，使

23、司乘人員感到顛簸不適，如果跳動嚴重，會影響司機對車輛的控制，導致車輛失控，引起交通事故。 3影響公路養(yǎng)護費用及使用壽命 臺階的存在使得車輛通過時產生跳動，并對車輛產生一定的沖擊力。而車輛的重力加上沖擊力反向作用給橋梁和路面，加速橋頭路面及伸縮縫的破壞。為了維持良好的使用狀況，對路橋過渡段出現(xiàn)的臺階要進行及時維修與養(yǎng)護。為了保持良好的使用、路橋過渡段的及時維修和維護的步驟。不斷的維護保養(yǎng)不僅花費了大量的人

24、力、物力和財力,而且不良社會影響。,3橋頭跳車綜合處治對策 1）鉆孔樁、旋噴樁+搭板鉆孔樁、旋噴樁+搭板主要適用于未設搭板或搭板已破壞，而且沉降范圍較大的路基：鉆孔樁、旋噴樁既可以在一定程度上改善土的性質又可以起支撐上部荷載的作用；而搭板可以起到防止樁體刺入路面和擴散車輪荷載的作用。其布置形式 2）樹根樁托換+搭板樹根樁主要適用于路基的局部不均勻沉降或局部加固。通過在路基局部沉降處設置樹根樁，可以使該

25、處的荷載擴散到強度較高的路基，從而起到改善此處的受力情況，達到減小不均勻沉降的目的。,4減少人為因素的不利影響和質量控制5處理好臺后地基6遵守施工規(guī)范1） 路基施工與路面線平行填筑填筑路堤宜采用水平分層填筑法施工，應該按逐層向上填筑。如原地面水平，由最下面一開始層填起，每填一層，都要檢測是否符合設計的壓實度標準，如果符合即可再填上一層。2）分層施工攤鋪厚度按90%控制采用機械壓實時，分層的最大松鋪厚度，不應超過經(jīng)試驗確定各類

26、土的松鋪厚度的90%，從而有效控制壓實度。3）嚴格控制填土含水量施工時要嚴格控制含水量，應該盡量是含水量高于最佳含水量1%-2%，不可過高，也絕不能低于最近含水量，這樣土方含水量能盡量接近最佳含水量。壓實完畢要盡快取樣，進行壓實度以及含水量和灰劑量的試驗，確保路基在整體建設中始終處于安全、符合標準的狀態(tài)。4）提高小橋涵的施工進度在工程實施建設時，不論其他項目進度如何，都應該把小橋涵的施工安排提前。這樣可以使橋涵兩側填土時有標高參