公路毕业设计文献综述20266.pdf

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1、 本 科 生 毕 业 论 文（设计）题目 文献综述 文献综述 随着改革开放的深入，交通运输在生活中的作用越来越明显，高速公路的建设成为了国民建设中的一个重大问题。由于高速公路具有汽车专用，分隔行驶，全部立交，控制出入以及高标准，高要求，设备功能完善等功能，与一般公路相比具有很多优点，所以具有很强的实用性。目前，我国高等级公路建设正处在“质”与“量”并重的重要发展阶段。从大陆第一条高速公路沪嘉高速开始，中国大陆高速公路建设进入了一个崭新的时期。高速公路在二十多年间展现出了巨大的优越性，在以建成的高速公路沿线及腹地迅速兴起了工业企业建设的热【1】潮，地价增值，地方税收增加，投资环境发生巨大变化。目

2、前我国的高速公路主要分布在东南沿海，我国的沿海地带，大部分是淤泥质海岸。因此，沿海特别是大江大河河口附近多为河相、海相或泻湖相沉积层，在地质上属于第四纪全新纪 Q4 土层，多属于【2】东南海岸土的类别多为淤泥，淤泥质亚黏饱和的正常压密黏土。土。这类地基的主要特点是：具有高含水量、大孔隙、低密度、低强度、高压缩性、低透水性、中等灵敏度等特点；具有一定的结构性。由于这类地基存在这些特点，在软粘土地基上建造建筑物普遍存在稳定及变形的问题。以高速为例，由于高速的路堤高度不大，所以稳定问题并不突出，但是变形问题很明显。目前高速桥头跳车以及高填方段、填挖结合部等位置因地基差异沉降对路面结构造成的不良影响

3、已引起公路建设、设计、监理、施工等部门的日益重视。如何解决高等级公路桥头跳车问题已成为刻不容缓的大事。造成桥头跳车的原因【3】有很多：1、土质不良引起的地基沉陷：土质不良，由此产生沉陷是桥头跳车的主要原因。桥涵通常位于沟壑地方，地下水位较高，此类土天然含水量大于液限，天然孔隙比大，常含有机质，压缩性高，抗剪强度低，一旦受到扰动，天然结构易受破坏，强度便显著降低，桥头路基填筑高度较大，产生基底应力相对较大，在车辆荷载作用下，更容易引起地基沉陷，且变形稳定历时往往持续数年乃至更长的时间。既便是在一些稳定地基，在外荷作用下，也无可避免出现这个问题。2、台后填 料的压缩沉降：台后填料一般为渗透性材料，

4、存在着多孔隙，加上施工时受施工作业方面影响，压实机具不能过分靠近接触台背，不能将填料颗粒间孔隙完全消除，在车辆荷载和自身重力作用下，填料迅速压缩，孔隙率降低，便在短时间内产生压缩沉降，造成跳车。在工程实践中，就是施工时工序符合要求，压实度达到要求，但台后填土较高，随着时间推移，也会产生不可避免沉降。有时台后填土荷载对基底产生附加压力，严重时会使桥台向后倾斜，发生不均匀下沉，危及行车安全。3、施工措施不当：当前一些施工队盲目追求高速度，没有严格按施工规程作业，台背填土速度过快，对地基造成扰动和破坏，没有充分时间固结，对台背挡土墙等构造物挤压力大，施工时没有按分层填筑、分层碾压、分层检测“三分法”

5、施工。用料没有把好质量关，排水措施没有做好，压实度没有达到要求。这些人为因素使高填土引道不稳定，工后沉降大，且不均匀，是造成跳车现象主要原因之一。因为桥头跳车会造成极大的危险，解决桥头跳车的问题十分紧迫和重要。由于目前我国在高速公路施工过程中，普遍采用水平砂垫层和竖向塑料排水板，它们在施工阶段起到良好的效果：缩短排水路径，在较短时间内达到较高的固结度，提高软土路基的抗剪强度和承载能力，从而保证基础及地基的安全和稳定。但是，塑料排水板在地下很难降解，在工程竣工之后，仍然保持相当的排水能力，水平和竖向排水系统的存在，给孔隙水的消散提供通道，加速工后沉降，促使桥头跳车产生，给高速公路带来很大的负面影

6、响。而目前我国所采用的主要的处理方法是当桥台于路堤相邻处的高差达到 10cm 以后填筑重度较高的沥青混凝土填料，新增加的荷载又会增加新的沉降。由于这样消极的处理方法，使得年复一年的进行维护施工，不仅在经济上是种很大的浪费，并且每年的维修也会给交【4】通带来不便，影响道路的使用舒适度。目前采用轻质材料处理桥头跳车问题，轻质材料换填以减少荷载、降低基底附加应力、控制沉降作用无疑是明显的，施工工艺主要是老路面铣刨挖除、浇筑膨胀珍珠岩高性能混凝土、铺筑沥青路面，技术上也是可行的。但是也有不利因素，主要是施工组织复杂，影 响公路正常通行，且利用膨胀珍珠岩高性能混凝土作为沥青路面基层，其配合比需要进一步研

7、究，相应的沥青路面结构形式也需要探索研究。加强台背所在位置的地基处理。处理好台背软弱地基，是控制桥头跳车的重要措施。对软基处理目前国内已有不少处理方法，如排水固结法、换土法、振动碎石桩法等，都是行之有效的方法。可以根据实际情况应用，以改善地基性能，提高地基承载力，减少沉降，缩小桥台与路堤的沉降差，避免错台。同时，考虑到桥头大多为高填土施工，故在桥头可考虑采用材质较轻的粉煤灰填筑，且应控制好填筑宽度，严禁因填筑宽度不够进行贴坡，致遇雨期间引起滑坡，导致桥头路基不稳而沉降。如在漕俞路高填土施工时，因遇暴雨引起滑坡现象，致外侧 3m 范围内结构层开裂等现象。加强路桥过渡段的施工组织设计。公路路桥过渡

8、段的施工组织设计应该有利于减少路桥间的工后沉降差。在桥台结构完成后，尽快安排过渡段路堤与一般填土路堤的施工。并使用具有同等压实度能量的压实机械将过渡段路堤与一般路堤的碾压面按大致相同的高度进行填筑碾压。在路堤与桥台连接部位，路堤与锥坡预压填土应同步填筑与碾压，使用大型机械碾压困难时可改用小型振动压实机械进行充分压实。此外，对一些路基工后沉降可能大的工点，如深层的软土地基和桥头高路堤，除了采用一切必要的地基处治措施外，必须优先安排施工，进行静置预压直至符合规范要求为止。选择有利于减少工后沉降的桥台结构。在形式多样的桥台结构中，桩接台帽的桥台结构施工过程是：填筑路堤，钻孔桩基施工，台帽和耳背墙施工

9、。从其施工步骤可知，其过渡段路堤在桥台结构施工前填筑，不受施工作业面的限制，有利于大型机械碾压，不遗留施工死角，压实均匀，压实度易达到设计要求。同时，桥台结构施工时，又为过渡段软土地基和路堤填土留有一定的沉降期，有助于减少过渡段路堤工后沉降。因此，在桥梁设计时，宜首先选用桩接台帽式桥台结构。加强路桥过渡段路堤填料的选择实施路桥过渡段路堤填筑之前，要有目的地选择施工路段的填料，采用各种土壤作对比试验。试验项目包括：土壤的液限和塑限联合测定，实施筛分和击实试验。各种土壤在 相同压实机具下达到同等压实度时的压实遍数与松铺厚度的关系。从实验结果中比较各种土壤的技术指标，从中选出最适宜的土壤作为过渡段路

10、堤的填料。【5】【6】【7】而处于领先地位的日本针对此类问题采用打穿或半打穿水泥搅拌墙方法，对桥头跳车可以做到较好的限制。要减少工后沉降应该从软土地基的沉降与固结理论出发。Terzaghi1924 建立了饱和土单向固结微分方程，并获得了一定初始条件和边界条件上的解析解，迄今仍被广泛应用。【8】Biot1940 根据连续介质力学基本原理，联列土骨架平衡方程、几何方程、线弹性本构方程、有效应力原理以及渗流过程的连续性方程，将空间任意点的三向位移 wx，w y，wz 及孔隙水压力作为四个基本未知数，建立了 Biot 固结理论。Biot 固结方程反映出了固结过程中总应力随时间变化的规律，并揭示了这一规

11、律的本质原因：土体固结过程中孔隙水压力消散和土骨架变形之间的耦合作用。Biot 固结理论比 Terzaghi 固结理论更为合理完整，但计算比较复杂，往往借助于有限元解。Biot 固结理论与太沙基一伦杜立克固结理论相同之处在于两种理论都认为土是饱和的多孔隙介质，骨架变形呈线性弹性，渗流满足达西理论；都应用有效应力原理；也都假定渗流的连续【9】条件。Biot 固结理论比太沙基固结理论更为合理，实际观测资料也证明了这点。所以在实际应用过程中，Biot 固结理论也被应用的更加广泛，然而针对经过竖井处理后的地基，目前我们主要采用方法有 2 种，一种主要为数值解，最先由谢康和、Hird 和 Indrara

12、tna 等人提出【10】，而另一条思路即是解析解，就目前的研究来说，对解【11】析解的研究已有很多，但是只有唐晓武教授得到的解析解能够比较好的推广到 2 层地基，因此具有比较好的适用性【12】。本文主要采用的是有限元方法下的数值解。根据日本最新的理论和工程实例，结合之前的理论和经验，提出一种新型的处理方式，即型水泥搅拌墙，控制沉降，延长维修年限的间隔，满足使用期的要求。路堤软基沉降变形研究主要涉及沉降与时间之间关系的问题。要求追踪整个施工、使用和维修过程中的沉降变化，以填筑体分级加载过程为研究过程，采用对比的办法进行研究，对比 采用新方法处理和未采用新方法处理两种情况下软基中某点或某个截面处的

13、物理指标竖向位移、侧向位移或者孔隙水压力等的不同，分析这些指标在总不同时期沉降中所占的比重，提出控制这些指标的措施。这些工作可以利用现有的商用计算软件 Plaxis 进行模拟。【13】文章需要做的是结合典型工况，考虑实际施工和使用情况，模拟整个施工过程中软基任意点各物理指标的动态变化过程，验证新处理方法的可行性。对于最不利工况和最普遍工况分别提出经济合理的处理方法。为防止桥头沉陷而引起跳车、以及高填方段和填挖结合部因差异沉降而造成对路面结构的不良 影响，借鉴已建和在建高等级公路在处理类似病害方面比较成功的工程实例，效果还是比较好的，但由于桥头跳车从表面上看是由桥台和路堤的沉降差造成，而实质上影

14、响工后沉降差的因素很多，由于施工中受到种种条件的制约，未能做到尽善尽美，还有很多未经实践的措施等待我们今后去研究和实施。采用深层水泥搅拌桩是一个简单而有效的方法，用以减少桥头在软粘土地基上差异沉降的总和。【14】桥头跳车问题是一个实践性非常强的问题，由于型水泥搅拌墙这种处理方法并没有真正在实际的工程中的到过应用，所以目前对于其的认识还非常有限.需要进一步的探索研究。目前国内采用的方法有些问题，必须结合新型水泥搅拌墙方法给我新的解决桥头跳车的方法。文章主要就是用 PLAXIS 软件从理论角度给出型水泥搅拌墙这种处理方法的优越性。具体实践需要工程实例的证明。【1】张诚厚，高速公路的发展及软基土修筑

15、高速公路的几个土工问 题，1997【2】魏汝龙，软粘土的强度及变形，高速公路软基计算，1987【3】探讨公路桥头跳车产生原因及处治措施，中国论文联盟【4】马磊，IT 型水泥搅拌墙处理桥头跳车问题的数值模拟，2007【5】浅谈桥头跳车处理方法，罗桂兰【6】预防桥头跳车的施工对策，倪官康，华东公路，1993.【7】公路桥头跳车的预防及处理，张振勤，詹晶萍，陈超，黑龙江 交通科技，1994【8】李广信.高等土力学 M.清华大学出版社 2004【9】Biot A.General theroy of three-Dimensional consolidation，J.of Applied Phys.，1

16、941，vol.12.【10】Hird C.C.Pyrah I.C.and Russell D.Finite element modeling of vertical drains beneath embankments on soft ground J.Geotechnique 1992Vol 42No.3499511.【11】IndraratnaB.and RedanaI.W.Plain strain modeling of smear effects associated with verticaldrains.J.Geotech.Engrg.ASCE1995123（5）474478.【12】Tang Xiao-wu.A study for consolidation of ground with vertical drain systemD.Saga UniversityJapan.1998a【13】PLAXIS 岩土工程软件使用指南，人民交通出版社，2010【14】Kai Qiu Lin Ing Hieng Wong Use of Deep Cement Mixing to Reduce Settlements at Bridge Approaches.ASCE 1999.