开题报告——软土路基

挤淤软土路基沉降规律研究主要存在以下几方面问题： ⑴在工程技术标准与施工规范中，对于抛石挤淤软土路基沉降的结构类型尚无定论； ⑵不同粒径和不同级配范围的碎石填料的强度指标和物理力学指标的标准值与实验方法没有 统一的技术要求； ⑶抛石挤淤软土路基填料的摊铺与整平工艺尚未成熟，存在填料粒径组成不佳，压实层厚不 均等现象，从而对路基的压实பைடு நூலகம்工质量有较大影响； ⑷不同压实机具及不同压实机具组合与不同压实厚度之间的施工组织与工艺控制有待于进一 步研究； ⑸有待进一步明确填石路基施工时的含水量问题。 由此可以看出， 目前抛石挤淤填石料的研究还有一定的缺陷， 需要有特定的工程背景的支托， 结论没有普遍性，本文对此课题作了分析，希望能对后续的研究工作提供点滴的帮助[11]。 4. 课题的实用价值 本文主要通过对抛石挤淤软土路基的现场沉降量的监测并结合概率统计分析和有限元模拟的 方法，深入地研究抛石挤淤软土路基沉降变化规律，为抛石挤淤软土路基的沉降控制提出了合理 分析模型。这对于我国高等级公路建设，特别是在软土路基段修筑高等级公路有着切实的意义： ⑴通过对软土路基压实稳定性的研究，尤其是对抛石挤淤软土路基的压实质量评定和沉降的 计算与控制，可以为高等级公路软土路基设计与施工提供依据。 ⑵沉降量的计算现处于半理论半试验阶段，限于现场的工程进度的要求，不能提供较为充分 的现场试验条件，而较大粒径的压缩试验在实验室又难以进行，所以探索有限元软件模拟对现场 工程实例的不同工况进行模拟对于分析抛石挤淤软土路基的沉降有着切实的意义。 ⑶对抛石挤淤软土路基沉降变化规律的研究，有利于在施工中及时发现问题、解决问题。这 样既有利于随时检查工程质量，发现问题，以减少施工后续问题的出现以及重大事故的发生。 ⑷本文通过对于路基沉降监测的设计，对现场的沉降量进行了不同碾压工况下的监测，有利 于掌握路基在不同工况、不同气候及不同环境变化下的变形规律。 ⑸在十二五规划的政策号召下，“大力促进中部地区崛起强化交通运输枢纽地位”，中西部的 高等级公路建设与日俱增。中西部地区山地较多，多石少土，开展填石路基的沉降研究对于中西 部的高等级公路建设有着建设性意义，可以为我国中西部高等级公路建设积累基本理论。 5. 研究的具体内容与方法 5.1 论文的主要研究内容 本文主要结合锦州龙栖湾滨海新区建设中东滨支线段遇到的软土抛石路基的沉降控制进行分 析和研究。 ⑴根据该地区的工程地质情况及选用的特殊路基处理的方案，本文制定了适合于该段抛石挤 淤软土路基的沉降观测方案。通过控制断面的选取，对各控制断面进行了现场沉降的观测，获得 了现场沉降的曲线和三维曲面，用来直观地放映路基沉降变形的规律。 ⑵利用表面沉降法进行了路基的检测，主要采用两个指标进行检测，即沉降差和沉降率。本 文分别给出了沉降差和沉降率检测路基碾压效果的标准值确定方法、评定方法和评定步骤，并对 该段软土路基的碾压效果进行了计算评定。 ⑶数值模拟方法是岩土工程问题分析的有效方法之一，本文按照该段抛石挤淤软土路基的实 际情况进行了建模分析，并与实际的测量曲线进行了对比分析。 ⑷由于路基的不均匀沉降势必额外增加土方量，本文给出了由于路基沉降所增加的填土方量 的计算方法。 ⑸对于不同荷载作用和不同土体参数对于软土路基沉降的影响，本文进行了数值模拟对比分 析研究，主要包括不同的碾压工况、不同的抛石石料参数和考虑孔隙水压力作用的情况下路基沉 3
⑷最大粒径的影响应予以充分考虑。[5] 西班牙在结合现场工程实例的基础上建立了碾压遍数与沉降量的关系。同时，证实了沉降量 与材料本身的粒径、碾压遍数和摊铺厚度有关，确定了最优压实条件。对于碾压前后石料级配的 试验对比分析研究可知，在碾压后，石料被破碎。 [5] 德国、奥地利、瑞士等一些国家，用静力载荷试验来控制公路工程德压实质量。随着科技的 不段发展，国外的高速公路施工，已有采用连续压实控制（CCC）控制路基的压实，CCC系统包 括一台振动压路机、压实度仪、压实记录系统（CDS）和个人计算机软件。这种连续压实系统需 要采用动力压路机，可以是振动式的，而不能是静力压路机[6]。 澳大利亚塔斯马尼亚州所规定的容许十块的最大尺寸为 25cm 。C2土中既含大石块又含细料， 而且小于 0.075mm 的粉料 ≥ 5% ；D3石料中无细料。这两种土相当于填石路堤所用的材料。 美国对于用石料填筑的工程主要采用的质量控制方法是相对密度法，并提出了相对密度的控 制标准。相对密度的下限为 Dr = 65 ，相对密度的平均值为 Dr = 80 。其中相对密度的计算公式为 其中：
Dr = emax − e0 emax − emin
[5]
2.2 国内研究概况 从20世纪80年代至90年代中期，我国公路部门，水利部等相关部门开始修筑抛石挤淤软土路 基，近几年来国内许多公路、桥梁以及堤坝的设计、施工、监理单位在软土路基的施工、检测方 面做了大量的工作，通过工程实践与试验研究总结出了一些经验，取得了一定的成果，推动了抛 石挤淤软土路基修筑技术的发展。 跋山水库坝前抛石挤淤压重的工程：跋山水库位于淮河流域沂河干流的中上游，控制流域面 积 1782km 2 ，总库容 5.28 ×108m 3 ，是沂河干流上的一座大型水库。1998年12月水库除险加固工程正 式开工，除险加固工程包括大坝加固工程、东西溢流堰封堵工程、溢洪道改造扩建工程、基岩帷 幕灌浆工程、放水洞改造加固工程等，其中大坝坝前清淤压重是水库除险加固工程的一部分。在 抛石挤淤压重施工完成后，为进一步对压重质量进行后期检测，分别在压重体两级平台设置了沉 降观测点，定期进行观测，至1999年7月28日，压重平台平均沉降 5.9cm ，后期基本持平。由于压 重时未进行碾压，压重体抛石之间不密实，5.9cm 属于压重体正常的密实沉降量，抛石挤淤压重工 艺是成功的。[8] 爆炸抛石挤淤处理水下地基基础和软土地基：爆炸抛石挤淤处理水下地基基础和软土地基是 20世纪世纪80年代末在我国发展起来的一项新的施工技术，在国内港口、码头工程已多次应用， 效果良好。 但在高速公路软基处理中应用较少， 1996年开工的同三国道主干线罗源—宁德高速公 路在国内首次采用此方法处理公路软基。2000年开工的同三国道主干线福鼎—宁德高速公路A10、 A17合同段部分滨海路堤采用爆炸抛石挤淤处理软基[9]。 青岛海湾大桥李村河互通立体交叉工程：李村河互通立交位于胶州湾李村河入海口处，为青 岛海湾大桥一期工程的起点。互通范围内A、B、JS1匝道位于海域段，钻孔资料显示，此路段海 底为深度约 4m 左右的淤泥质亚粘土， 呈流塑状。 通过青岛海湾大桥李村河互通立交软土地基处理 工程实践， 采用抛石挤淤+强夯置换的方法处理填海路基的方法是可行的。 该方法技术上简单可行， 能在较短的时间内有效的加固海底软土地基，减少软土层沉降和整体工程工后沉降，提高软土层 的承载力[10]。 以及洞头二期围涂挤淤爆破施工工程、南海石化抛石挤淤引堤工程、粤海铁路通道南港北防 波堤爆炸挤淤填石工程等。 3. 存在的问题 综合上述，各国学者对抛石挤淤软土路基沉降规律的研究做了大量的工作，并取得了可喜的 成果，但是由于工程之间千差万别、背景不一，研究的结论都具有局限性。总的来说，关于抛石 2
由此可以看出目前抛石挤淤填石料的研究还有一定的缺陷需要有特定的工程背景的支托结论没有普遍性本文对此课题作了分析希望能对后续的研究工作提供点滴的帮助11课题的实用价值本文主要通过对抛石挤淤软土路基的现场沉降量的监测并结合概率统计分析和有限元模拟的方法深入地研究抛石挤淤软土路基沉降变化规律为抛石挤淤软土路基的沉降控制提出了合理分析模型
选 题 报 告
论文题目: 论文题目: 抛石挤淤软土路基碾压效果评价分析研究 1. 研究背景 公路对国家经济的建设有着不可替代的作用，承载着国家经济建设交通运输的重要任务。随 着国家经济的蓬勃发展，公路建设已经达到一定规模。 随着“五纵七横”国家道路主干线系统建设的完成和“十二五规划”的实施，到 2010 年末，我 国已经实现“东网、中联、西通”的目标，并顺利完成西部开发八条公路干线中的高速公路建设， 基本贯通“7918 网”中的“五射两纵七横”14 条路。我国的高速公路建设正向中西部延伸，山区高 速公路的建设数量逐渐加大。高等级公路的大量修建，必然带来新工艺和新的技术手段的大量引 进，引起我国高等级公路建设的革新，人们不再单一地满足行车的速度和安全，同时对行车的顺 适性要求变得更高。根据交通运输部最新公布的数据，到2010年底，全国已建成通车的公路总里 程达到398.4万km，其中高速公路通车里程已达7.4万km、农村公路（县、乡、村）通车里程达到 345万km。而根据十二五规划我国公路网规模进一步扩大，技术质量明显提升，公路总里程达到 450万km，二级及以上公路里程达到65万km，国省道总体技术状况达到良等水平，农村公路总里 程达到390万km [1]。 随着国家公路网建设的不断延伸，尤其是随着国家西部大开发战略的实施，公路网建设向西 部地区纵深发展，以及公路设计等级的提高，必然遇到前所未有的一些问题。 公路建设的过程中必然遇到软土路基路段。软土的性质很复杂，在滨海、河滩、谷地、湖沼 很容易见到，经过长期的沉积而成，软土的天然含水量很高，同时具有较高的压缩性、较低的强 度、较大的孔隙比，同时，软土的粒径较细。软土根据土层的不同呈现出复杂的分布规律。 工程地质情况复杂多变，在我国幅员辽阔的土地上更是变化万千，因此，公路工程、桥梁工 程以及其他高层建筑工程带来了很大的隐患，由于计算原理、数学模型的不同，各地区不同工程 软土各项性能的差异，以及勘探手段、施工工艺、施工器械等方面的差别，软土地基严重影响工 期和造价。软土地区修建的公路、桥梁工程，在交通荷载的总用下，是道路沉降变形，严重影响 道路桥梁的质量和使用，造成了巨大的经济损失。因此正确的认识软土路基的性质及危害，并采 取合理有效的沉降控制方法称为软土地区公路桥梁建设急需解决的关键问题。 与此同时，随着十二五规划“推进农业现代化，加快社会主义新农村建设”以及“促进区域协调 发展，积极稳妥推进城镇化”步伐的加快，公路建设也进入了地质情况相对复杂的边缘城镇以及农 村地区尤其是西部地区。“开山筑路”随之成为公路建设的典型特征，大量“用之无道，弃之可惜” 的开山石方成为公路建设者一个头疼的问题。山区的土木工程施工中，由于材料的限制，石料较 多，而土较少，劳动人民一般采用自然堆积，边坡人工码砌的方法修筑。这样就带来了两个最为 直接和现实的问题，一是为了减少石料的应用可能会占用耕地，对环境或多或少地造成影响；二 是如果从其他地方调用土方，则势必增加运距，增加额外成本，同时影响施工进度[2]。 2. 国内外研究现状及发展趋势 2.1 国外研究概况 国外研究概况 抛石挤淤软土路基沉降控制分析的核心内容包括两个方面：一是基于力学分析和物理上合理 性要求建立沉降系数的算式；二是基于力学分析和物理上合理性要求建立力学模型。 直到20世纪后期，各国对于抛石挤淤填石有了新的发展[4]。 欧洲的捷克用 90cm × 290cm × 160cm 的直剪仪进行抛石挤淤软土路基沉降的评价， 进行了力学试 验，选用的材料为粒径为 20cm ~ 25cm 的砂岩、石灰岩、泥岩等，得出了重要结论： ⑴石料的抗剪强度与石料的破碎有关； ⑵破坏时应力的包络线与垂直应力的增加有关，粒径越大，变化随之增大； ⑶在低压力时，孔隙比的影响较大； 1
降变形的对比分析。 5.2 本论文主要采用的主要研究方法： 本论文主要采用的主要研究方法： 本文主要从现场沉降监测、数理统计分析和数值模拟对比分析三个方面对抛石挤淤软土路基 的沉降进行了综合分析。 ⑴在该段路基沉降的现场观测时，本文采用精密水准仪，对路基在 22t 碾压条件下进行了沉 降观测，分别测定了路基在 0~10 遍、11~15 遍、16~20 遍碾压下的沉降量。根据实际观测值利用 MATLAB 绘制了路基的横向沉降盆图、荷载—沉降过程线，为了更加直观地放映该段路基整体的 沉降规律，本文将实际观测得到的沉降量绘制成了三维曲面，通过曲线和曲面能够直观观察该段 路基的沉降量。 ⑵在现场观测得到的沉降量值的基础上，结合数理统计的知识，本文对该段软土路基的沉降 量和碾压效果进行了评定。在测得的数据母体中抽取了一定数量的子样，通过直方图的绘制，发 现子样近似服从正态分布，根据概率论与数理统计的知识给出了沉降差检测和沉降率检测的有效 方法。同时，根据该方法对该段软土路基的碾压效果进行了计算与评定。 ⑶根据土体实际的边界条件、初始应力、土体材料模型和土体参数，本文建立了符合现场实 际情况的有限元软件分析模型。通过模型计算得到了理想的路基横向沉降盆图，并和实际测得的 曲线进行对比分析研究。同时，为了研究不同荷载和土体参数对路基沉降的影响，本文分别对不 同的荷载作用、不同的抛石石料参数和有无孔隙水压力作用的情况分别进行了建模分析，并将其 对路基沉降的影响进行对比分析研究。 ⑷根据数值模拟的结果，利用复合辛普森公式和近似梯形公式，提出了由于沉降增加的土方 量计算，并进行了计算参数的修订。以该段抛石挤淤软土路基其中的一段为例给出了抛石挤淤软 土路基由于沉降增加的土方量计算实例。 5.3 本论文主要的研究思路： 本论文主要的研究思路 的研究思路： 本文的技术路线清晰、明确，从方法选择、现场检测、理论计算、数值模拟、沉降预测各个 方面进行阐述，逻辑性较强，如图 1 所示。 6.预期成果 预期成果 ⑴对该段抛石挤淤软土路基的沉降进行现场监测，绘制沉降量的曲线和三维曲面，用来直观 分析路基的沉降规律。 ⑵结合概率论与数理统计的知识，利用表面沉降法对该段抛石挤淤软土路基的碾压效果进行 评定。 ⑶对该段抛石挤淤软土路基进行数值模拟对比分析研究，将模拟得到的结果与实际监测的结 果进行对比。 ⑷对于不同碾压工况、不同抛石石料参数和是否考虑孔隙水压力的情况进行数值模拟对比分 析研究。 ⑸给出由于沉降所增加的土方量的计算方法。 7.创新点说明 创新点说明 本文提出了多角度的对于抛石挤淤软土路基碾压效果评价的方法，说服力较强。同时，提出 了不同碾压工况、不同抛石石料参数和孔隙水压力作用下的抛石挤淤软土路基变形规律。 4