【正文】 一級(jí)公路軟弱路基處治技術(shù)研究可行性研究報(bào)告 目錄一．項(xiàng)目的背景和必要性 1 研究背景 1 項(xiàng)目概況 1二．項(xiàng)目前期科研及工作基礎(chǔ) 2 目前研究現(xiàn)狀 2 研究工作基礎(chǔ) 24三．項(xiàng)目實(shí)施方案 26 主要研究?jī)?nèi)容 26 擬解決的關(guān)鍵技術(shù) 27 擬采取的技術(shù)路線 27 工作進(jìn)度安排 27四．項(xiàng)目承擔(dān)單位及參加單位概況 28 項(xiàng)目承擔(dān)單位概況 28 項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人情況 30 參加項(xiàng)目主要人員一覽表 34五．項(xiàng)目依托工程情況及支撐條件 35 依托工程 35 支撐條件 35六． 項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)估算及資金籌措情況 38七．項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益 39 項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo) 39 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析 39八．其他需要說(shuō)明的問(wèn)題 40九．申報(bào)單位簽章 40一．項(xiàng)目的背景和必要性 研究背景在我國(guó)東南沿海和內(nèi)陸廣泛分布著海相、湖相以及河相沉積的軟弱粘性土層，這種土的特點(diǎn)是含水量大、壓縮性好、強(qiáng)度低、透水性差且不少情況埋藏深厚。由于其壓縮性高、透水性差，在建筑物荷載作用下會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的沉降和沉降差，而且沉降的持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，有可能影響建筑物的正常使用。另外，由于其強(qiáng)度低，路基承載力和穩(wěn)定性往往不滿足工程要求。因此，這種路基通常需要采取處理措施。 全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模的公路、鐵路建設(shè)勢(shì)必使得線路通過(guò)工程性質(zhì)較差的軟土地區(qū)，控制軟土地基穩(wěn)定性和變形量是非常突出的工程問(wèn)題。但是，從公路的運(yùn)營(yíng)狀況來(lái)看，還存在著一些亟待解決的問(wèn)題，橋頭跳車(chē)就是其中之一。橋頭跳車(chē)是道路與橋梁的臺(tái)背的銜接區(qū)域出現(xiàn)的路面或搭板變形、開(kāi)裂，甚至坑槽，從而使車(chē)輛行駛經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)受到?jīng)_擊發(fā)生明顯跳躍、顛簸的現(xiàn)象。橋頭跳車(chē)不僅會(huì)降低行車(chē)舒適性，還會(huì)對(duì)道路和橋梁造成附加的沖擊荷載，從而加速了橋臺(tái)、橋頭搭板、支座及伸縮縫的損壞；同時(shí)，對(duì)駕駛?cè)藛T產(chǎn)生相當(dāng)不利的心理影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響其對(duì)車(chē)輛的正常操作，造成車(chē)輛失控，引起行車(chē)事故。隨著公路等級(jí)的提高，涵洞、通道、橋梁等構(gòu)造物在公路里程中所占比例越來(lái)越大。由于高等級(jí)公路線型標(biāo)準(zhǔn)高，橋涵、通道等構(gòu)造物較密集，車(chē)輛行駛速度高。這樣，高等級(jí)公路橋頭跳車(chē)問(wèn)題就變得十分突出。如何有效地控制橋頭跳車(chē)、保證高速公路車(chē)輛的交通安全和舒適行駛，對(duì)于提高高速公路的社會(huì)效益、降低已建高速公路的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用、改善待建高速公路的質(zhì)量都具有十分重要的意義。 半填半挖路基是公路建設(shè)中一種常見(jiàn)的路基。這種路基在組成方式中有著自身的特點(diǎn)：一部分是天然土路基，是經(jīng)過(guò)切方后形成的或已有的老路基部分；另一部分是采用切方或從借土場(chǎng)運(yùn)來(lái)的填料通過(guò)填筑工藝而形成的。由于基床兩側(cè)路基生成方式、物理力學(xué)性質(zhì)、地下水及路基內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面的差異，常導(dǎo)致路基邊坡沿基床滑動(dòng)或路面沿基床產(chǎn)生沉降差異。因此，半挖半填路基基床的力學(xué)特性和處理方法成為路基領(lǐng)域研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 項(xiàng)目概況本項(xiàng)目位于蘭州市西固區(qū)及臨夏州永靖縣境內(nèi)，路線起點(diǎn)位于新城鎮(zhèn)黃河新橋南橋頭，與已建的西固至新城一級(jí)公路終點(diǎn)順接；路線沿黃河兩岸布線，經(jīng)河口、張家臺(tái)、扶河、鹽鍋峽、恐龍灣、朱家臺(tái)、孔家寺，終點(diǎn)位于永靖縣古城村，與臨夏折橋至蘭州達(dá)川二級(jí)公路及永靖縣城市道路順接（終點(diǎn)樁號(hào)K48+）。本項(xiàng)目采用一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)車(chē)速為60km/h。，整體式大橋2505m/9座，分離式大橋3090m/10座；整體式中橋134m/2座，分離式中橋241m/3座；；；渡槽180m/3座；涵洞110道；隧道3941米/3座（以單洞長(zhǎng)度計(jì)）；互通式立交4處（舊鐵路橋頭、扶河、金泉、太極鎮(zhèn)），平面交叉27處。二．項(xiàng)目前期科研及工作基礎(chǔ) 目前研究現(xiàn)狀軟土地基具有高含水量、低強(qiáng)度、高壓縮性和低滲透性的特點(diǎn)，在這種地基上建造高填土的路基必將引起大的沉降。橋頭跳車(chē)的表現(xiàn)形式有兩種，一是橋頭不搭板時(shí)橋臺(tái)與路堤銜接處的錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象；二是橋頭設(shè)置搭板時(shí)由于搭板路基端沉降引起的路橋過(guò)渡段縱坡變化。由于橋臺(tái)支撐在剛性基礎(chǔ)（灌注樁） 上所產(chǎn)生的沉降很小甚至沒(méi)有，因此在橋頭銜接處必將產(chǎn)生很大的差異沉降。差異沉降的存在是橋頭跳車(chē)的根本原因。橋臺(tái)沉降主要由地基沉降引起，在設(shè)計(jì)時(shí)一般都考慮了橋跨結(jié)構(gòu)對(duì)沉降的限制，因而在正常情況下其工后沉降量極其微小。而臺(tái)后填土路堤沉降包括地基沉降和填土沉降，是可控、可改善但無(wú)法消除的沉降。路堤沉降的原因是多方面的，一般來(lái)說(shuō)與地質(zhì)水文條件、路堤設(shè)計(jì)、材料本身和路堤的成型方式及成型時(shí)間等因素有關(guān)。一般認(rèn)為，當(dāng)路橋相接處的沉降臺(tái)階高度達(dá)15mm時(shí)，行車(chē)就能感到明顯的跳車(chē)。從國(guó)內(nèi)外橋頭跳車(chē)縱坡的規(guī)定可以認(rèn)為，當(dāng)橋頭縱坡變化大于3‰~6‰時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)橋頭跳車(chē)。因此橋頭跳車(chē)的概念已經(jīng)不局限于臺(tái)階式突發(fā)跳動(dòng)，而推廣到在行車(chē)路、橋交界處的不適性。結(jié)合設(shè)計(jì)、施工及工程管理等方面的因素，可將路橋過(guò)渡段產(chǎn)生跳車(chē)病害的原因歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：⑴ 填筑材料的壓縮因橋臺(tái)臺(tái)后一般填土較高，而臺(tái)后填料一般為滲透性材料，空隙率較大，且具有一定的含水量，按常規(guī)施工程序，都是在完成橋涵結(jié)構(gòu)以后再填筑兩端路堤，在施工中采取任何措施都很難將填料顆粒間的孔隙完全消除，加上臺(tái)背填土施工時(shí)壓路機(jī)碾壓作業(yè)面小、壓實(shí)機(jī)具不能完全靠近臺(tái)背等原因，這樣就在橋頭形成一個(gè)填土較高、施工面狹窄、工期緊迫的作業(yè)段，大型機(jī)械很難進(jìn)場(chǎng)操作，既使小型壓路機(jī)，在臺(tái)背碾壓時(shí)也會(huì)有死角碾壓不到，導(dǎo)致了臺(tái)背回填施工結(jié)束后緊靠臺(tái)背的部分填料其孔隙率仍然很大，特別是埋置式輕型橋臺(tái)（樁柱式、肋板式、后傾式等），臺(tái)帽周?chē)话銐郝窓C(jī)無(wú)法作業(yè)，這就導(dǎo)致橋頭引道及錐坡的填土壓實(shí)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，并且在實(shí)際施工時(shí)，土方往往不能達(dá)到最佳含水量，而且臺(tái)背一定范圍內(nèi)的土方往往輔以人工夯實(shí)，壓實(shí)功較小，局部壓實(shí)度很難達(dá)到工程質(zhì)量要求。在行車(chē)荷載和填料自身重力作用下，填料產(chǎn)生壓縮變形，其孔隙率降低而密實(shí)度逐漸增大。在工程實(shí)踐中，即使施工時(shí)工序符合規(guī)定，壓實(shí)度達(dá)到要求，但臺(tái)后填土較高，隨著時(shí)間的推移，也會(huì)不可避免地產(chǎn)生沉降。⑵ 路堤下天然地基的沉降天然地基在自身重力作用下的沉降量一般早己完成（正常固結(jié)），在其上修筑路堤后，由于路堤填土重力作用，使地基承受附加荷載而成為欠固結(jié)土，從而產(chǎn)生沉降變形，且這種沉降變形的大小受路堤填土的土質(zhì)與其填土高度影響，相同填土高度時(shí)，填土的容重越大，地基沉降變形也越大：相同填土容重時(shí)，填土高度越大，地基沉降變形也越大。地基沉降的原因主要有四個(gè)方面：① 地基土承載力低，容易產(chǎn)生較大的沉降量。② 地基土質(zhì)壓縮性大，固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，當(dāng)其受到上部路基填土的附加壓力后，其應(yīng)力擴(kuò)散緩慢，孔隙水壓力消散速度低下，在工程完工后其臺(tái)后地基仍在繼續(xù)下沉。③ 自沉降期短。隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)工期的要求越來(lái)越高，使得路基對(duì)地基的壓實(shí)時(shí)間更加縮短，而地基需要穩(wěn)定的時(shí)間并不隨之改變，這就加重了竣工后臺(tái)后地基的沉降量。④ 路基填土高、重量大。路基填土重量的大小直接影響地基的沉降量。⑶ 排水不暢及填土流失當(dāng)雨季路面排水不暢時(shí)，雨水會(huì)沿著路面裂縫和臺(tái)背連接部位的接縫滲入路基，致使路基填土產(chǎn)生沖刷和侵蝕，造成各種細(xì)粒土的流失。在外部氣溫循環(huán)變化和車(chē)輛荷載的沖擊作用下，必然造成橋頭路基沉陷，產(chǎn)生跳車(chē)現(xiàn)象。⑷ 橋臺(tái)與臺(tái)后填土連接處的剛度差異橋臺(tái)與臺(tái)后填土的剛度不同。由于橋涵結(jié)構(gòu)物一般為堅(jiān)石砌筑或者混凝土澆筑而成，具有較大的剛度，而臺(tái)后路基和路面組成的道路屬于半剛性或柔性結(jié)構(gòu)。公路建成后，隨著時(shí)間的推移，臺(tái)后填土產(chǎn)生較大的壓縮變形，與其相比，橋臺(tái)基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降變形相對(duì)小得多。這樣，橋臺(tái)兩側(cè)抗變形能力不同，相對(duì)沉降差就不可避免出現(xiàn)，當(dāng)二者的相對(duì)沉降差達(dá)到一定程度時(shí)，搭板出現(xiàn)沉降或斷裂，在臺(tái)后便出現(xiàn)跳車(chē)現(xiàn)象。⑸ 橋臺(tái)伸縮縫的破損橋臺(tái)伸縮縫主要是用于調(diào)節(jié)由車(chē)輛荷載環(huán)境性和橋梁建筑材料的物理性能所引起的上部結(jié)構(gòu)之間的位移和上部結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)結(jié)，該部分若設(shè)置不當(dāng)，安裝質(zhì)量低劣、缺乏科學(xué)和及時(shí)的養(yǎng)護(hù)，在橋臺(tái)伸縮縫處形成臺(tái)階，從而引起橋頭跳車(chē)。⑹ 臺(tái)背回填存在的問(wèn)題臺(tái)背回填施工中存在的問(wèn)題是壓實(shí)度達(dá)不到要求，一方面是每層填筑超厚，使得每層填土上密下疏；另一方面壓實(shí)遍數(shù)不夠及壓實(shí)時(shí)含水量沒(méi)有很好控制。事實(shí)上，臺(tái)背回填位置的特殊性客觀上使填土壓實(shí)難度增大，但施工中承包商施工質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)，使臺(tái)背回填常出現(xiàn)壓而不實(shí)甚至填而不壓，有的甚至填土前對(duì)地基上的淤泥及其松散體不作處理，必然導(dǎo)致臺(tái)背路堤常出現(xiàn)較大的下沉。同時(shí)，回填材料設(shè)計(jì)常要求粗粒料，但施工中常常難以按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。⑺ 工程施工及監(jiān)理單位的質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)由于用地緊張、工期短，而施工單位從自身經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，往往將臺(tái)后路基作為材料堆放場(chǎng)地和部分預(yù)制場(chǎng)地，不能與其它路基同步填土施工，施工單位盲目追求進(jìn)度，臺(tái)背填土速度過(guò)快，對(duì)地基造成擾動(dòng)和破壞，使臺(tái)后填土沒(méi)有充分時(shí)間固結(jié)；更主要的原因還在于在進(jìn)行臺(tái)背回填時(shí)，沒(méi)有按分層填筑、分層碾壓、分層檢測(cè)的“三分法”施工，對(duì)松鋪厚度控制不嚴(yán)，施工用料沒(méi)有把好質(zhì)量關(guān)，沒(méi)有嚴(yán)格按施工規(guī)程作業(yè)，加上臺(tái)背的防排水措施不完善，局部段落機(jī)械無(wú)法碾壓時(shí)卻沒(méi)有采取人工補(bǔ)夯，使壓實(shí)度不能達(dá)到要求。這些人為因素使高填土引道自身不穩(wěn)定，沉降較大且不均勻，這是造成跳車(chē)現(xiàn)象的主要原因之一。⑻ 設(shè)計(jì)因素對(duì)橋頭跳車(chē)的影響根據(jù)對(duì)實(shí)橋的調(diào)查結(jié)果顯示，設(shè)計(jì)方案的選擇對(duì)橋頭跳車(chē)有較大的影響，如設(shè)計(jì)路基穿越軟土地基或采用高路堤方案，勢(shì)必存在較大工后沉降的隱患；橋涵構(gòu)造物選用樁基或擴(kuò)大基礎(chǔ)等不同型式，其工后沉降也差異很大；對(duì)軟土地基路段采用不同的處理方法、對(duì)路堤填筑速率和填筑材料的控制不同，其效果也大不一樣。這些都是影響橋頭跳車(chē)的設(shè)計(jì)因素之一。產(chǎn)生橋頭跳車(chē)的因素是計(jì)算理論、設(shè)計(jì)、施工及各種自然因素的綜合，實(shí)際中跳車(chē)的產(chǎn)生應(yīng)按具體情況進(jìn)行分析。國(guó)外早在上世紀(jì)五、六十年代就開(kāi)始重視橋頭引道與橋臺(tái)的差異沉降問(wèn)題，如西歐國(guó)家就非常重視軟土地基的處理，國(guó)內(nèi)外消除橋頭差異沉降的主要措施是設(shè)置橋頭過(guò)渡段，過(guò)渡段常采用路堤樁（Embankment piles）處理橋頭地基。歐洲、北美及日本等已廣泛應(yīng)用土工格網(wǎng)、橋頭搭板處治高速公路橋頭跳車(chē)問(wèn)題，進(jìn)行了系列的理論研究和試驗(yàn)。發(fā)達(dá)國(guó)家高速公路起步較早，路堤填土高度較低，且施工周期較長(zhǎng)，所產(chǎn)生的工后沉降較小，相應(yīng)產(chǎn)生的危害較小。近二十年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)處于飛速發(fā)展的階段，施工周期短，施工條件惡劣，特殊的地理環(huán)境和現(xiàn)實(shí)因素決定了橋頭跳車(chē)的處治思路與方法的多樣性。表1列舉了橋頭跳車(chē)常見(jiàn)的處治措施。表1 橋頭跳車(chē)處治方法 橋頭跳車(chē)處治措施處治思路處治方法減少地基沉降①不良地基處理（超載預(yù)壓，換填，塑料排水板，粉噴樁， 注漿法，強(qiáng)夯等）②采用輕質(zhì)材料填筑路基（粉煤灰，聚苯乙烯泡沫塑料EPS， 發(fā)泡珍珠巖等）減小路基壓縮變形①提高路基填土的壓實(shí)度②加筋（土工格柵，土工格室）③注漿補(bǔ)強(qiáng)、擠密樁④改良臺(tái)背填料（如采用石灰石，水泥土，二灰土等）差異沉降平穩(wěn)過(guò)渡①漸變樁②柔性橋臺(tái)、半整體式橋臺(tái)路面處理①橋頭搭板②設(shè)置過(guò)渡段路面③預(yù)設(shè)方向坡度 強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法廣泛的應(yīng)用于地基沉降處治工程中。強(qiáng)夯法一般采用100～400kN的重錘，從6～40m的高處自由落下，對(duì)地基土施加強(qiáng)大的沖擊能，在地基中形成沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，將地基土壓密、振實(shí)，以加固地基土，達(dá)到提高強(qiáng)度、降低壓縮性。對(duì)地基的強(qiáng)夯處治，一方面是對(duì)地基產(chǎn)生壓實(shí)和擠密作用；另一方面是通過(guò)強(qiáng)夯對(duì)地表下一定深度土層施加動(dòng)力荷載，達(dá)到破壞土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)性大孔隙的作用。(1) 強(qiáng)夯處治的作用① 提高承載能力 對(duì)于天然地基采用強(qiáng)夯處治后，地基承載能力將會(huì)成倍提高。對(duì)于粘土，承載力可提高103倍：對(duì)粉質(zhì)砂土，承載力可提高4倍以上；對(duì)砂土及泥灰?guī)r土，承載力可提高2～4倍。② 減少不均勻沉降 通過(guò)一系列均勻的夯擊及嚴(yán)格的施工控制，地基土體壓縮性可降低2～10倍，大大改善了地基的均勻性。能使施工加荷后的地基差異沉降值控制在規(guī)定限度以內(nèi)。在工程使用上可以忽略不計(jì)地基的差異沉降。③ 縮短工期 經(jīng)驗(yàn)表明，經(jīng)強(qiáng)夯一遍，可使5～12m厚的砂質(zhì)沖擊層產(chǎn)生瞬間沉降15～50cm；再夯一遍，又可產(chǎn)生瞬時(shí)沉降約為初始沉降的60％。這種強(qiáng)迫沉降的速度是一般其他方法所不能比擬的。每臺(tái)設(shè)備加固地基的效率平均每天為300～600mz（根據(jù)土質(zhì)及處治深度而異）。當(dāng)強(qiáng)夯設(shè)備退場(chǎng)時(shí)，地基上各種路基工程和結(jié)構(gòu)工程可立即開(kāi)始，無(wú)須等待，因而較其它方法縮短工期。 (2) 強(qiáng)夯施工步驟① 清理并平整施工場(chǎng)地；② 標(biāo)出第一遍夯點(diǎn)位置，并測(cè)量場(chǎng)地高程；③ 起重機(jī)就位，使夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置；④ 測(cè)量夯前錘頂高程；⑤ 將夯錘起吊到預(yù)定高度，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測(cè)量錘頂高程，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)將坑底整平；⑥ 重復(fù)步驟5，按設(shè)計(jì)規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊；⑦ 重復(fù)步驟3～6，完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊；⑧ 用推土機(jī)將夯坑修平，并測(cè)量場(chǎng)地高程；⑨ 在規(guī)定的時(shí)間間隔后，按上述步驟逐次籠成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯，將場(chǎng)地表層松土夯實(shí)，并測(cè)量夯后場(chǎng)地高程。 (3) 強(qiáng)夯施工要求和檢測(cè)① 開(kāi)夯前應(yīng)檢查夯錘重和落距，以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計(jì)要求；② 在每遍夯擊前，應(yīng)對(duì)夯點(diǎn)放線進(jìn)行復(fù)核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯應(yīng)及時(shí)糾正；③ 按設(shè)計(jì)要求檢查每個(gè)夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量；④ 一遍夯擊完成后，應(yīng)檢測(cè)夯坑深度、夯點(diǎn)間距和處治寬度。檢查強(qiáng)夯施工記錄，基礎(chǔ)內(nèi)每個(gè)夯點(diǎn)的累計(jì)夯沉量，不得小于試夯時(shí)各夯點(diǎn)平均夯沉量的95％，合格后方可填平；⑤ 滿夯后，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整和壓實(shí)，應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求的各項(xiàng)指標(biāo)，并測(cè)量高程，填寫(xiě)地面標(biāo)高變化；⑥ 滿夯結(jié)束7d后，在每500～1000m2面積內(nèi)任選一處，應(yīng)從夯擊終止時(shí)的夯面起，每隔50～100cm取土樣測(cè)定土的干密度、力學(xué)及物理等指標(biāo)；⑦ 當(dāng)需要采用靜力觸探等方法測(cè)定強(qiáng)夯土的承載力時(shí)，宜在地基強(qiáng)夯結(jié)束一個(gè)月后進(jìn)行。根據(jù)試驗(yàn)和測(cè)試結(jié)果，應(yīng)對(duì)不合格處進(jìn)行補(bǔ)夯，或采取其它補(bǔ)救措旌，達(dá)到試夯或設(shè)計(jì)規(guī)定的指標(biāo)。強(qiáng)夯處理原地基與鋪筑砂礫