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瑞士隧道设计理念与施工技术探讨
彭爱红1罗淑芬2杨为德3
(1、江西省公路桥梁工程局 南昌 330009)
(2、江西省交通厅外经办 南昌 330006)
(3、江西省高等级公路管理局 南昌 330005)
摘 要:通过作者2006年7月至8月,随江西省交通厅2号项目欧洲考察团对瑞士近半个月的
实地考察,考察团走访了瑞士的公路建设、设计、咨询、监理、施工等部门,走遍了瑞士近90%
的国土,行程近4000km,对瑞士的工程师们的建设、施工理念有了一个比较详细的了解,由
于瑞士是一个多山国家,隧道在其交通中扮演了重要的角色,而该国在隧道建设方面也是闻名于
世。在这半个月中重点参观了该国的隧道设计与施工及建设方面的内容,本文主要介绍瑞士隧
道的设计与施工方面的理念。相信这其中的理念值得我国隧道建设的同行们学习与探讨。
关键词:隧道工程;瑞士;隧道;设计;施工;理念
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0 前 言
0。1瑞士简介
闻名世界的阿尔卑斯山脉穿越风景优美的瑞士,作为一个多山的国家,瑞士在隧道及地下工程建设方面积累了丰富的经验,早在100多年前就修建了一条15km长的圣哥达铁路隧道,而现在正在修建世界上最长的隧道—57km的安格达隧道。瑞士的公路交通非常发达, 40年来已累计建成160多座高速公路隧道,隧道总长度接近130km。1980年建成的圣哥达公路隧道长度17km,位居世界公路隧道之首位。在100多年的隧道建设历史中,瑞士逐步形成了自己的风格和特色,并积累了丰富的经验,其技术和工艺始终处于世界的领先位置,其很多全新的设计理念和成熟的施工技术和经验值得我们公路建设者们借鉴和学习。
下面就从两个方面来谈谈瑞士隧道全新的设计理念与先进的施工技术。
1 瑞士隧道的全新设计理念
1.1全新的隧道结构断面
瑞士隧道结构断面到底新在哪里呢?我们先来看看下面两张隧道断面比较图,即目前我国公路隧道的典型断面图(图1)和瑞士公路隧道的典型断面图(图2)。
从上面两张隧道横断面图可以看出,中国现行隧道与瑞士现行隧道应当存在较大的差别,而瑞士隧道结构断面新在哪里呢?下面就两者的不同处进行对比、分析:
从断面外形比较:新在结构受力好 我国的隧道典型横断面外形,近似于一个椭圆,而瑞士的隧道典型横断面外形,更接近于一个圆;这种设计的优点是隧道扁平率(高与最大跨度之比)较大,结构受力更加均匀;从整个隧道运营来说,具有更好、更长的使用寿命。
图1我国公路隧道典型横断面图
图2瑞士公路隧道典型横断面图
从各部位功能分区比较:新在各部位功能齐全、界线明显 我国公路隧道净空包括公路建筑限界、通风、照明、安全、监控及内装等附属设施,各附属设施都不能侵入隧道建筑限界之内。隧道建筑限界由行车道宽、侧向宽度、人行道宽度或检修道(图3)宽度等组成。除照明、通讯、监控等管线内置在行车道右侧管线沟里外,其他如照明灯、通风机等设备从顺隧道方向看去都一览无余,它们与隧道建筑限界之间只有一种无形的界线,从美观和视觉效果上来说存在缺陷。而瑞士公路隧道除隧道净空外在行车道底下还有一个独立的空间(这个空间可能还根据不同需要分成不同的几个小空间),
图3 各种管道检修道
所有的照明、通讯、监控等管线、消防管道、排水管道等都分门别类的设置在这个分离的空间里面,由于检修道与行车空间完全分开,可避免有害介质对电缆管线的侵蚀,有利于设备维护,同时在该空间还能作为紧急情况下的逃逸通道。另外,在其行车道上方,即建筑限界顶部用混凝土作封闭处理,实际形成了一个独立的排风空间,此举不但可以保证汽车释放的废气在隧道最顶部的空间流通,最后通过通风竖井向外面排放,而且,风机等排风设施全在独立的排风空间里面,增加了行车上的美感和舒适感(如图2所示)。下图是即将完成的隧道(图4)。
图4 隧道钢筋混凝土吊顶
创新的人性化理念和独立的排风空间我国的公路隧道一般在左、右洞之间每隔一定的设置人行横到和车行横道,其作用是作为两洞连接和若发生事故可做逃逸之用。而瑞士的公路隧道新建长大隧道一般在其边上或底下设置一条断面面积9m2的独立平行逃生洞,对于隧道长度很长且重要的、通车很久的隧道,尤其在1999年3月24日上午11时左右,一辆满载面粉和黄油的比利时卡车在勃朗峰隧道中部失火,大火持续燃烧了近3天,导致41人死亡、烧毁43辆车、交通被迫中断一年半以上的特大事故,损失惨重之后,瑞士政府在一些重要的隧道边上或底下仍要增设一个独立的逃生通道(图5)。可见,瑞士隧道为了保证人的安全,花费很大精力和资金进行人性化设计和改造。
图5 独立的逃逸通道
对于隧道的排风,正如1.1。2中所叙述的那样,我国一般采用风机、隧道超过一定的长度设置竖井排风。而瑞士的隧道在建筑界限顶部设计一般为20cm厚的水平弧形钢筋混凝土板,混凝土板上部空间为隧道通风的风道,风道中间设计为15cm厚竖向钢筋混凝土板墙,将上部空间分为送、排风道两部分.作为一个独立的排风空间,这样更有利于隧道的排风。隧道内对CO及烟雾浓度每六分钟检测一次,通过检测数据自行调整风机的运行状态,风机的备用电源为蓄电池。控制系统对火灾的响应时间为5分钟,火灾的探测采用感温和感烟两个系统,两个系统对于火灾的检测均为100%。为了保证更好的通风设计上采用扭曲的和竖直的两种不同的通风道,如图6、图7所示:
图6扭曲的竖井通风道 图7 竖直的竖井通风道
1。2不拘泥于规范的隧道线形设计
瑞士的隧道线形设计以公路设计规范为基准,并根据公路线形的需要确定隧道的纵向和平面线形。特别值得提出的是,在瑞士的隧道设计规范里,没有要求隧道部分按直线设计的硬性规定,事实上,绝大多数公路隧道都做成曲线型的(预防黑洞效应),这有利于提高司机的注意力,减少事故的发生。特别是在洞口段尽量设置为曲线段,不仅有利于光线的过渡,而且能有效地调节司机的心理,不至于受出口“白洞”影响加速出洞,避免引起交通事故.有时因地形或地质原因可能还会设计超规范的小半径曲线,但只要条件允许,瑞士的设计师们敢于创新,为了避免不良地质,他们敢于大胆设计,并不拘泥于规范的呆板限制。线形设计考虑的因素通常包括下面几个方面的内容:1、线路衔接的需要;2、避开不良地质带;3、减小偏压及其它地质灾害的影响(见图8、图9)。
图8虚线为隧道平面线形 图9 曲线隧道
1.3先进的防、排水设计
瑞士的双向两车道隧道与中国典型的双向两车道隧道在横断面的设计上考虑的因素有所不同,瑞士在设计中除考虑经济合理、行车安全、方便维修等诸因素外,还重点考虑了环境保护方面的因素。
瑞士的公路隧道通常采用复合衬砌,隧道一般以排为主,防、排、堵相结合。喷混凝土要求同时满足支撑和防水的需要。隧道横坡都是按单向坡设计的,路面水先汇集在右侧边沟,再通过主排水管排出洞外,隧道基岩排水通过两侧纵向和横向盲沟以及侧壁排水管来完成,这种考虑是基于隧道路面污水、废油必须先处理后排放的环保意识。使用的防水材料等级很高,防水板材由内至外由油毛毡、塑料布和PVC板三层粘结组成,其厚度、硬度、强度等物理力学指标非常高,抗拉和抗老化能力非常强,阻水防水性能非常优越(见图10、图11)。
图10 铺设整齐的防水材料 图11 防水板铺设中
1。4形式多样的洞门设计
瑞士的工程师们在洞口、洞门的设计上真是煞费苦心,他们并不机械的采用端墙式、削竹式等固定的洞门形式,而是总能采用不同的洞门形式让洞门能够充分的溶入自然。同时,环保设计概念体现在任何工程设计中,隧道也不例外。隧道洞口尽量避免大开挖,争取“早进洞,晚出洞".为了减少对植被的破坏,多处采用明洞、棚洞或其它明挖后回填的形式,洞门形式极为简明又贴近自然.许多开挖深度在10m左右的路段亦以隧道的形式(明挖或暗挖)处理。洞口处及其它开挖边坡一般很缓并植草植树。隧道所属通风机房结合洞门情况设置在地下,除洞门外几乎看不见任何混凝土痕迹。让你感觉到隧道与实际的环境如此的相协调,你行车在如画的自然中有时根本感觉不到有隧道的存在(见图12、图13)。
图12新颖独特的洞门 图13 形式多样的洞门
1。5完善的照明和周密的监控设计
为了能够使隧道安全的运营,并让行车能够更加顺畅和舒适,工程师们对隧道采用了完善的照明设计,其公路隧道照明标准大多按CIE标准执行,照明设计速度采用100km/h的瑞士国家标准不折减.大多数洞口加强过度段采用逆光照明配光,高压钠灯光源,照明控制已经根据洞外情况实现实时全自动控制,洞内设置光度传感器,一般单洞内装备4个,进口3个,出口1个。公路隧道运营和监控设施的完备程度直接关系到隧道的社会服务功能和服务水平,因此,公路管理部门考虑问题的出发点是如何最大限度地满足公众对行车安全、高效和舒适的需要.瑞士对运营监控设施的设计、安装和维护非常重视,在选择运营监控设施时,充分论证设备投资与运营维护费用之间的关系。长大隧道基本都有专门的监控设计和计算机程控管理,加之完善的标志和安全设施,使驾驶员没有丝毫的恐惧感和不适感。瑞士的隧道监控系统称之为“电器自动化”系统,包括火灾报警系统,消防灭火子系统,闭路电视子系统,无线通讯子系统,交通信号子系统,紧急 子系统,通风控制子系统,照明控制子系统,车辆检测子系统及供电子系统.在紧急情况下,如发生交通事故、火灾时同步监视器、大屏幕监视器将自动切换至发生事故的位置,指挥中心即刻可以采取的相应救援措施,使事故得以迅速的得到控制(见图14、15)。
图14隧道监控中心的监控设备图15隧道监控机组
1.6以人为本的机电系统设计
隧道内部机电设备、沿线设施的设置充分体现了以人为本的理念,着重考虑了车速控制、车辆间距、救援设施、交通引导和交通管制等方面。例如,在一定距离范围内设置信号灯和情报板,紧急 采用明显的图例、灯光提醒司机,情报板提供的控制信息较为丰富;在洞内两侧的行人道上每隔一定距离的地面上安装有指示灯,隧道内标线采用虚线,允许变车道超车,隧道内外路段一般不设置突起路标。紧急 的标志为红底白字“SOS"及 图案标志,对港湾式紧急停车带的设置没有严格规定,甚至有超过2km长的隧道并没有紧急停车带。特别值得一提的是洞内视线较好,各种通道、设备上均有明显的灯光、图例;洞内交通标志明显、齐全,车速控制较为严格,车辆有序通行.洞口外一般设置隧道、长度提示牌和交通信号灯,重要的隧道洞口均设置可变限速标志。
综上所述,可以看到瑞士的隧道设计师们无不体现:以人为本、安全、环保、创新的设计理念.下面我们再来探讨一下瑞士建设者们如何采用的先进的技术来进行施工。
2 瑞士的先进施工技术
2。1几种先进的施工技术
在我国以前隧道施工中一般采用矿山法进行施工,在后来才引进了新奥法施工理念和技术。由于瑞士的隧道施工起步早,工艺成熟,设备先进,除新奥法外还有其他几种施工技术。
2.1。1新奥法施工技术在20世纪40年代,瑞士就采用了新奥法进行施工.新奥法是应用岩体力学原理,以维护和利用围岩的自稳能力为基础,将锚杆和喷射混凝土集合在一起作为主要支护手段,及时进行支护,以便控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,形成以锚杆、喷射混凝土和隧道围岩三位一体的承载结构,共同承载山体压力;同时,通过对围岩的现场量测,及时反馈围岩—支护复合体的力学动态和变化状况,为二次支护提供合理的架设时机;通过监控量测反馈的信息来指导隧道的设计和施工。即其主要特点是:通过多种量测手段,对开挖后隧道围岩进行动态监测,并以此指导隧道支护结构的设计与施工。新奥法施工的基本原则为:少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭。根据地质情况细分为全断面开挖、上下分步开挖、侧壁导坑法等。
瑞士30%的隧道是采用这种方法施工的,隧道横断面是圆形或马蹄形.此法适用范围广,几乎所有岩石隧道都可以采用,灵活省电,但效率低,工期长,劳动力多。钻爆法的适用受到工资昂贵的制约,瑞士道路工程建设中的人工开支一般占到施工费用的50%,而我国一般占20%。
2。1。2全断面掘进机法(TBM法)施工技术全断面岩石掘进机又称隧道掘进机,简称掘进机,它是一种由电动机驱动主轴旋转、对刀盘施加一定压力、使其贴近岩壁、通过刀盘上装设的盘形滚刀破碎岩石、使巷道断面一次成型的大型工程机械,也是目前掘进岩石最有发展规律潜力的机械之一。采用掘进机施工的方法,称为掘进机法。其施工方法又分为敞开式掘进机和护壁式掘进机两种。其特点是:快速、经济、安全、岩层适应性好(见图16、图17)。
TBM法在瑞士应用已经有30-40年的历史,约50%的隧道使用该法,隧道断面是圆形.它的显著特点是:效率高,掘进速度快,无振动,对围岩干扰少,无超欠挖,支护薄,机械化作业用工少;缺点是耗电大,设备投资大,灵活性差。TBM直径一般在8m—12m,一台直径15 m的TBM造价大约为200万瑞士法郎。全断面掘进速度为平均41m/d,特殊情况的极硬岩4。5 m/d,延米隧道的单价分析表明设备及开挖土石方费用约占总费用的50%。
图16全断面掘进机施工中 图17全断面掘进机
2。1。3自由断面掘进机法(TSM法)施工技术多在中等硬度的沉积岩或土层中(Rb≤70MPa)使用,任何斜面都可使用,但是效率比TBM法低许多。一台30t—50t的自由断面掘进机造价为300万-500万瑞士法郎。根据情况可采用小断面掘进机先行掘进,后用钻爆法扩大断面,结合两者优点的施工方法在瑞士非常普遍。
纵观TBM和TSM法,其最大特点就是机械化程度高,现场管理井然有序,所用人工数量较少,施工环境较好,没有明显的烟尘和粉尘,可以说达到了工厂化作业。洞身开挖、初期支护到二次衬砌全部采用机械连续施工,弃渣、材料和混凝土运输均采用运输带连续运出、运入,有较长的自动化、连续化的工作平台,整个施工形成了连续化的流水作业链,施工所用的各种材料、半成品及成品构件均由工厂加工。例如,初期支护所用的钢筋网采用点焊连接,工厂集中加工,钢筋间距非常均匀。同时,在隧道中利用机械大园盘转动的方式解决各种车辆的调头问题.从施工的现场看,施工的工序、方法,以及质量控制的手段较为严格,需要工人手工作业的工作量较少,减少了人为因素对质量的影响.
2.2准确的超前地质预报技术
隧道施工最大的困难就是其前方的围岩性质的不可知性,潜在的地质隐患诸如软弱岩带、断层带、破碎带、岩溶、含水地层等,在隧道开挖施工前若不能预知,则可能会导致坍塌、突泥涌水等灾害发生,从而造成人员伤害和设备损失,增加施工费用,影响工程进度。一种较好的解决方法就是通过准确的超前地质预报来预防.在实际中有几种不同的预报方法可以利用,如:导坑、钻探、无损探测方法(如地震法和地震雷达法等)。目前在瑞士流行的是准确性和距离误差方面具有突出优点的TSP法。TSP(Tunnel Seismic Prediction)意思是采用地震方方法对隧道地质情况进行探测,属多波多分量高分辨率地震波探测技术(见图18、19)。与常规地震反射波探测技术不同之处,在于该系统为长距离隧道施工地质超前探测而设计,其最大预报范围大于150m。该技术主要是在隧道的左边墙或右边墙上布置一定数量的炮孔,通过小药量激发产生地震波(弹性波),地震波在岩石中以球面波形式传播,地震波遇到岩石波阻抗差异界面(例如裂隙带、断层或岩层变化等),有一部分信号会发生反射,反射信号将被布置在左右边墙上的二个高灵敏度的三分量加速度地震传感器(检波器)所接收并记录下来。同时利用配套的专用TSPWIN软件进行处理。TSPWIN软件中数据处理流程包括11个主要步骤,包括频谱分析、带通滤波、能量均衡、纵横波分离、速度分析和偏移归位等。处理结果可以提供在探测范围内地震反射层的2D或3D空间分布,同时还可以显示与其相对应的岩石力学参数和岩石强度指标。根据反射波的组合特征及其动力特征、岩石物理力学参数等资料来解释和推断地质体的性质:岩层软弱带、断层带、节理裂隙带、含水等.其准确率相当的高,能够及时准确的指导施工,有效的控制地质灾害的发生,降低成本,提高隧道掘进的进度,将风险降低到最小。
图18 TSP探测原理图19 TSP超前地质预报实测中
2。3 先进的施工量测技术
隧道的施工量测对于隧道按图纸施工、最后的贯通并保证良好的运营具有重要的意义。隧道施工量测主要指施工放样测量、断面测量、和竣工测量。在量测技术不断发展,其主要表现是自动化程度越来越高,测量仪器的体积越来越小,重量越来越轻,测量速度越来越快,工效越来越高.最有代表性的发展是全站仪和GPS的广泛应用,以及这两种技术的融合.现在我们所说的施工放样测量并不是简单的中线测量,还包括:掌子面炮孔放样、超前注浆孔位放样、激光导向测量、隧道轮廓线放样、钢拱定位、锚杆定位测量、模板放样以及避车洞、横道洞放样等;断面测量主要包括断面放样、超欠挖控制、净空检查、实际断面形状测量及断面图绘制等内容。这些测量项目以前一般用经纬仪或全站仪来完成,但进入21世纪,随着全自动全站仪技术的发展,使得以全站仪为基础的隧道断面测量成为可能。瑞士人发明了一种新的LEICA TMS隧道测量系统应运而生,LEICA TMS隧道测量系统是安伯格测量技术公司与莱卡测量系统股份公司强强联合的结晶,它吸取了前几代隧道断面测量的精髓,并赋予全新的设计理念,以智能化的应用软件配合LEICA TPS1100/1200系列的通用全站仪,实现一机多用,该仪器能按照钻爆作业的质量要求,炮孔放样需要按设计打眼,掏槽孔深度和孔位、周边外插角、孔间距和平行度、精度以及实际打眼总数都有详细的描述和要求。能同时及时准确的完成隧道断面测量和施工放样测量等多种测量任务。
使用LEICA TMS按照预先就在办公室中定义好的炮孔布置图开始逐个放样炮孔点位。在钻孔的过程中,红色的激光自动的指出炮孔点位,并且调整凿岩台车的位置以达到正确钻孔插角。
使用TMS PROLILE同样使工作变得简单,机载应用程序TMS PROSCAN可在无反射棱镜测距模式下,全自动的扫描表面。TMS PROSCAN内置了标准测量顺序和过程,可引导无测量经验的施工人员正确完成操作、获得精确的专业测量结果。测量结果自动保存在记忆卡上。配合原先在办公室就输入的工程数据来完成断面评估的目的,TMS PROFILE有两种比较方法:1、实际测量断面和预先定义的理论断面的比较,以获得对超欠挖的评估;2、相同里程上两次的实际测量断面的比较,以获得混凝土衬砌的厚度。即使是在隧道的施工现场,如果发现预先输入的工程数据需要调整,测量员就可以马上解决这个问题,因为TMS可以实现在全站仪上管理工程数据。现场人员可以在全站仪上看到图形表示的比较结果.有问题的部位还可通过红色可见激光直接指示在隧道工作面上。即它能指示出超挖和欠挖区域在开挖断面上的具体位置,进而能达到知道和优化隧道施工的目的,控制隧道的超欠挖。
在隧道施工中的钢拱架放样,瑞士人也采用TMS SETOUT自动放样技术,通过在掌子面后方的一定距离范围内固定安装一台LEICA TCRA1205全站仪来完成对钢拱架安装位置的自动放样(见图20、图21)。
图20 全自动全站仪测量中 图21 全自动全站仪定位钢拱架
每次开始开挖循环作业前,隧道施工人员先通过TMS SETOUT中的一个称为“轮廓线放样"的“任务”精确的获得开挖部位的设计断面位置,然后根据TMS SETOUT的红色可见激光的指示将钢拱安放和调整到需要的位置。当完成混凝土喷射后,还需要再检查一次,检查实际断面与设计断面的差异,是否符合设计要求。采用上述隧道轮廓线放样和钢拱架安装测量方法极大的提高了隧道施工效率,整个钢拱架的定位只需要大约15分钟,而传统的方法可能需要
几个小时或更多时间(包括等待测量员的停工时间)。
3 结 语
通过这次考察,我们学到了瑞士工程师们有关
隧道设计方面的新理念和施工方面的新技术,通过对比我们现在的隧道设计与施工同他们之间还有差距,需要我们根据实际情况去不断的改进与创新。在高速公路快速发展的今天,我们的线路大都由平坦地区转向了向山区发展,所以高速公路的隧道比例不断增加,长大及特长隧道也越来越多,如现在正在修建中的武吉高速公路建设项目就有隧道24座,单洞里程59km,最长的隧道为5432m,创造了江西省隧道史的长度之最.我们需要吸取国外一些好的设计经验和先进的施工技术,去保证隧道安全、经济、高效的为我国社会主义国家建设提供更好的保障。
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隧道降噪重点是选用适当材料
南京大学声学研究所教授沈勇日前指出,隧道噪声扰民问题已经随着城市交通的地下化凸显出来。隧道内的噪声主要有两方面来源:一是汽车发动机、轮胎摩擦及其被隧道墙面、顶部反射回来的声音;二是隧道内的抽风机发出的声音。由于隧道密不透风,这些声音在内部经过混响,在进出口处的噪声更强烈。目前南京已有玄武湖、九华山、鼓楼等隧道。为降低噪声,专家们曾对隧道80米范围内做了补救措施,起到一定的效果。最近,建设单位对在建的老山隧道中的400米段做吸声降噪处理实验。日前,南京大学声学研究所对该实验段作对比降噪学测量,结果显示,做降噪处理的路段噪声比未经处理的降低6分贝,相当于混响声能量减少3/4。
江苏省声学学会理事陆以良对此表示,隧道降噪最重要的是选用适当的材料。目前国际上广泛使用的是纯天然植物纤维喷覆式宽频带、强吸声涂料,既环保,又能防潮、防霉、防火、防撞击,其吸声能力达到75%以上,色彩可任意选择,装饰效果较强。
(摘自《交通决策参考》2006年第25期)
公路路基施工技术探讨
公路路基施工技术探讨
摘要:路基是构成公路的一个重要组成部分,是公路主体工程和路面的基础,它贯穿公路全线,与桥梁、隧道相连,并且它与路面共同承受行车荷载的作用,直接决定着公路的使用寿命及经济效益。
关键词:公路;路基;施工技术
中图分类号:U213。1 文献标识码: A
引言
随着我国社会主义市场经济的不断发展,交通运输事业的发展取得了长足发展,公路建设的范围日益扩大.在这种情况下,公路路基施工技术已逐渐引起了极大的关注.公路路基是整个公路建设的主体工程,不仅要进行岩土本身的重量,而且还需要承受来自道路的负荷。因此,为了提高整个公路的质量,必须确保路基的工程质量。
1路基填筑施工
1.1路堤基底的处理
填筑前,应先按招标文件技术规范要求,认真做好基底处理,根据基底土质、水文、植被情况及填土高度分别采取相应的处理措施。
施工便道打通之后,用推土机、平地机、挖掘机对路基填筑范围原地面上的树木、植物等进行清理,表土清除深度10cm~30cm,清除的表土杂物堆弃于施工便道对侧路基坡脚线与公路界碑之间。在深耕地段,应将土翻松、打坏、再整平、压实。经过水田池塘、洼地时,根据具体情况采用排水疏干、换填、抛石挤淤等处理措施,确保路堤的基底具有足够的稳定性。
清表结束后,用平地机进行整平,用压路机对清表后的原地面进行碾压,压实度符合设计及规范的要求,清表质量、压实度、清表后高程及工程数量报监理工程师检验批准.
1.2填料试验与压实试验
就填筑路堤而言,最合适的土是砂砾土、砾土及亚砂土。这些土的内摩阻力小、黏结力小、渗水性强,其合理含水量空间较大,容易压实,又有足够的强度、稳定性,遇水不致过分软化.用这些土作填料不易引起路基沉陷.不过在施工前,均应对填筑土进行以下试验,即液塑限、塑性指数试验;颗粒大小分析试验;含水量、密度、相对密度试验;土的重型击实试验(以确定最大干实度和最佳含水量);土的强度试验(值);土的有机质含量及易溶盐含量试验等,以确定其能满足路基填筑的要求。
1。3施工前准备工作
1.3.1施工放样
开工前,先进行导线、中线、水准点的复测,根据现场实际情况增设必要的导线点、水准点。测量成果经监理工程师核准后,再按图纸放出路基中线、坡脚、边沟、路堑坡顶、取土坑、弃土场等位置。
1。3.2填方机具
推土机和平地机是填方作业必不可少的设备,特别是平地机,在控制填层厚度和形成平整度方面效果显著。
1.3.3排水沟的设置
在施工前,应结合永久排水设施修建临时排水沟,如设置4 %的横坡,或是在填方表面边沿做矮土埂拦水,土埂高约20 cm~30 cm,沿路线约每50 m设一道泻水槽,槽底应铺隔水布或抹砂浆隔水等,以保持路基施工场地处于良好的排水状态。
1。4试验段施工
试验段施工应选在地质条件、断面形式有代表性的地段,试验段长度宜在左右.通过试验段的施工,应确定以下施工参数:不同填料适宜的松铺厚度、最佳的机械配套、不同的压实机具和碾压遍数、最佳的施工组织等.
1。5填筑作业
1。5.1土方路基填筑
土方路基的填筑应采用分层平行摊铺.每层铺填厚度应根据压实机械类型和规格确定,不宜超过30 cm。每层填料铺设的宽度,应超出每层路堤设计宽度,以保证修整路基刷坡以后的路堤边缘有足够的压实度。填筑时,应均匀地把材料摊铺在路堤的整个宽度,用平地机整平,并做出横坡。
1。5。2石方、土石混填路堤的填筑
填石、土石路基只能采用分层填筑,不得采用倾填。每层铺填厚度应根据压实机械类型和规格确定,不宜超过40 cm。在填筑时,每层填料要连续铺筑其整个断面宽,不允许将爆破的混合料直接填至路堤,所填筑的石料的最大粒径不应大于层厚.
1.5。3挖方路堑基底的处理措施
挖方路堑基底有渗水等病害时,必须根据实际情况采用有效措施进行处理,如进行换填、做盲沟、加深边沟深度等。土方、石方强风化地段,必须超挖,然后进行回填,压实度不小于设计值。
1.6路基填筑需要注重的问题
不同性质的填料应按水平分层分别填筑,不可混合到同一填筑层上,以保证该层强度均匀,特别是透水的与不透水的土,不得非成层地混杂使用,以免在填方内形成水囊,影响路堤的稳定。
填方相似作业段交接处若非同时填筑,则填筑地段应按坡度分层留好台阶;若同时填筑,则应分层相互交迭衔接。
2路基压实工艺及检测
压实工作是筑路工程的重要组成部分.压实机的选择,以及合理的操作,是影响路基压实效果的另一个综合因素。
2.1影响路基压实的因素分析
从实践经验和路基检测分析得出,影响路基压实度的因素有压实功能、碾压机具和方法、下承层强度、路基土含水量等。
一般可根据填料性质和要求达到的密实度,选择合理的压路机械,通过试铺试验段确定松铺厚度及碾压遍数,填筑前对路基进行处理和压实等,解决压实功能、碾压工艺及方法、下承层强度等问题。而填筑路基材料的含水量,则由于取土场、土石类型、气候、气象等因素影响变化较大,施工中极难控制,因此,填筑材料的含水量是造成路基压实度难以达标的主要因素,只有在最佳含水量时压实,方可得到最大密实度。在压实过程中,必须随时控制土的含水量,当含水量过大时,应晾晒风干至最佳含水量再碾压。施工过程应连续作业,减少雨淋、暴晒,防止土壤中的含水量发生大的变化.
另外,在施工中,还应重视狭窄面积和一些非凡部位(指施工段的交界处,构筑物的台背、墙背,施工机具不可达到之处等)的压实。在填筑时,应选择适宜填料,并采用小型设备进行碾压,如平板振动夯实机、手扶双轮压路机等,将其压实厚度控制在10 cm~30 cm之间,压实时严格控制含水量.
2.2压实机具的配置
压实机具对压实效果的影响十分重要。同一种土的最佳含水量随压实功的增加而减少,而最大干密度随压实功能的增加而增加.在相同含水量下,压实功能越大密度越高.一般地说,不同的填料和场地要选择不同的压实机具.因此,每一施工段配置:自重以上、振动力以上的振动压路机、拖式凸轮振动压路机。
2.3路基压实作业
2。3.1土方路堤的压实
土方路堤在碾压前,应用平地机进行整平,并将填料含水量控制在比最佳含水量大(根据气候情况确定),先静压一遍,然后振动碾压一遍。
2.3。2石方及土石混填路堤的压实
石方及土方混合料路堤压实前,应用推土机和平地机整出一个较密实平整工作面.所有填石孔隙要用小石料和石屑人工填满铺平,填料不得离析。压路机碾压过程中,继续用小石料或石屑填隙,一直进行到重轮下,石料不出现松动,表面均匀平整为止,一般需碾压一遍即可。
总之,根据规范的规定,高速公路路面底面以下80 cm~150 cm部分的上路堤其压实度必须≥95 %;路堤基底的压实度不宜小于93 %。
2。4路基压实度的检测
填筑路基时,每层碾压完成后应及时对压实度、平整度、中线高程、路基宽度等指标进行质量检测,各项指标符合要求后方能允许填筑上一层填土。通常,路基现场压实度检测主要检测方法有灌砂法(最通用的)、环刀法、核子法、水袋法等检测方法。
3路基路面排水
许多路基病害是由水的侵蚀造成的,水是影响路基强度和稳定性的另一重要因素,另外,从保护环境、不损害当地农田水利设施角度考虑,也必须形成排水系统,做好路基排水,并与地区排水规划相协调.防止因各种原因造成的水患给路基、路面施工造成不必要的损失,在路基施工中应重视施工排水。
3.1 地下排水传统的砂砾料反滤层多改用有反滤功能的土工织物,几年前研制的带有钢圈、滤布和加强合成纤维组成的加劲软式透水管直径8~30cm,很适用于地下排水。路基地下排水仍多用暗沟、盲沟、渗沟、渗井等,其特点是以渗透力式排水,当水流量较大,多采用带渗水管的渗沟。
3.2 路面排水路面排水的任务是迅速排除路面范围内的降水,减少水从路面渗入,使之不冲刷路基边坡.路拱横坡应≥2%。雨水排出路面有两种方式.第一种是分散排水,多用于西北地区地势平坦,路线纵坡小于0.3%的长路段,除了硬化路肩和加固路基边坡外,在经过地下水位较高的绿洲地带,也要防止边坡上部的植草向上生长挡住横向排水出路造成路表积水,改进的方法是硬化路肩,设置路肩排水沟,增大沟坡排水。第二种是集中排水,在硬路肩外侧设置水泥混凝土预制块或现浇沥青混凝土的拦水带,以其与硬路肩路面构成三角形的集水槽流水,每隔20~50m 间距设一泄水口与路堤边坡急流槽衔接将雨水排到坡脚排水沟中。超高路段的排水通过设在中央带的园形开口排水沟或雨水井进行排除。在西部降水量低的地区大多采用在中央分隔带设过水槽排水。
3.3 地面排水最通常采用的地面排水设施是截水沟、边沟、跌水、急流槽以及地表的排水管。对于高速公路和一级公路上的排水沟渠,一般都要求铺砌防护。普遍采用浆砌片石加固、而水泥混凝土预制板块也开始广泛应用。高速公路和一级公路通过水网地段的路基,过去逢沟设涵的做法在一些地方有了改进,对路线两侧的灌溉沟渠重新系统布置,免去了穿越路线的排灌涵洞,从而提高了路基的工程质量。
4路基的防护
由于路基的修筑改变了地层的天然平衡状态,以及路基暴露在外的部分,不断受各种错综复杂的自然因素侵蚀,因此必须进行各种类型的防护。
4。1实施坡面防护
为了防止地表水的侵蚀通常会在路基表面筑成护坡,用风化的岩石和土壤的斜坡,来协调环境。护坡,将有助于改善生态环境,美化。近年来,随着对环保的重视,高草护坡,砌石框格(方形,钻石形,拱形,M型)和草地保护公路用的斜坡.西部干旱和缺水,斜坡和草类保护重要的是要选择现在大多是草地植被区。关于草种子,肥料和土壤均匀混合包裹在土工材料,当种子发芽并长成草起到了坚实的土壤。无纺布纤维自然腐烂,不污染环境,具有良好的效果。因此,从保护环境的角度建议,以促进,既改善了生态环境,美化环境,永久草地保护。
4.2实施支挡防护
支挡防护中挡土墙占主要地位.通过利用重力式挡土墙砌石墙的自重来抵抗土体的侧向土压力所造成的推力,从而确保挡土墙的稳定.有些石块缺乏的区有时还用预制混凝土块砌筑,混凝土浇筑直接,一般只在局部范围配置少量钢筋或者不配钢筋。挡土墙施工方便,适应性强,能够地取材,形式十分简单,从而被广泛使用。但是,软土地基上建造砌石墙截面的承载能力一定程度上受到限制,往往墙的高度不能太高。
加筋挡土墙加入土壤进行加固,可以增加与土壤之间的摩擦,提高土的工程性质和土体的变形能力,从而达到加强图的稳定性目标。加筋土挡墙在拉伸和墙面板三部分组成的包装包装的安排.陡峭的斜坡或地形的开挖段一般在地势较平坦,宽敞的填充部分,是不利于布局舒展,一般不应使用.
锚挡土墙是用螺栓和锚固力的形成,保持结构和稳定.可以减少结构自重,节省了大量的砖石,并且能够节省大量的项目投资;有利于挡土墙机械化施工以及组装建设,很大程度上提高了劳动的生产率,能够克服不良基坑开挖的困难,有利于施工安全。但是对施工的要求高,有钻孔,灌浆和配套专用的机械设备,钢材的消耗多。一般用于岩石切割部分,但也可用于其他切割墙体锚固条件,但也适用于陡峭的路堤.用于岩石边坡防护墙锚挡土墙。
4。3实施冲刷防护
沿侵蚀路基边坡的保护,使用更直接的保护。传统的砌石,抛石,钢丝石笼护土墙的改善,高强度土工格栅取代水冲浪打坡钢丝石笼护板上,制成的成型与聚酯袋混凝土护坡保护,或聚氨酯土工保护,它能够适应土壤的不均匀沉降。
5结语
随着经济的发展,公路标准的提高,路基的施工质量越来越引起人们的重视。我们只有在施工过程中,及时地发现问题,及时地总结经验,并在整个施工过程中制定行之有效的管理措施,以确保规范和设计得以实施,才能不断提高公路路基施工的质量,从而提高整个公路的质量。
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[2]余国红。高速公路路基填筑施工质量控制[J]。中国建设信息,2021.
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