特殊路基大纲.doc

特殊地质条件下高速公路路基的设计
和施工技术研究

研究大纲

长沙交通学院路桥工程系
耒宜高速公路建设有限公司
一九九九年六月六日

特殊地质条件下高速公路路基的设计和施工技术研究

一、研究的目的意义和国内外概况
随着我国高速公路工程建设事业的迅速发展、路线向山岭重丘区的不断延伸，不良地质地段、特殊路基的处理、高填深切路基沉降计算、边坡稳定分析及坡面防护技术等，成了道路工程建设者必须面临和解决的技术难题，并成为路基设计和施工的关键，系统地开展山岭区高速公路路基修建技术的研究已是公路科技工作者的当务之急。
耒宜高速公路地处湘南山岭重丘区，现已查明，沿线存在多种不良地（土）质路段，如：高液限、高塑指粘性土、高含水量土、粉性土,以及沿线普遍采用的深切、高填路基的边坡稳定和防护的问题。针对这些特殊的不良地质地段进行合理的路基设计，采取切实可行的工程技术处治措施，确保耒宜高速公路的高标准、高质量，是特别值得深入研究和探讨、意义深远的课题。
国外为保持生态平衡和道路景观，公路设计很少采用深挖、高填路基和陡边坡，路基沉降处理和边坡加固的问题不突出，特殊地质条件下的路基研究主要集中在对软基和膨胀土的处理。对于边坡防护加固的研究，国内铁道部门支挡加固采用的方法有预应力锚索、高压旋喷注浆、挖孔抗滑桩、锚柱式桩板墙、土钉墙等。但对不良土路基的填筑压实技术研究很少。公路部门对特殊地质条件下高速公路路基修建技术的研究起步较晚，交通部公路科研所在“七五”国家重点科技项目（攻关）《高等级公路路基综合稳定技术》中对过湿土路基的压实进行了较为系统的研究，提出填料能直接压实的先决条件是土体含水量至少要小于塑限（即稠度不小于1.0），并提议采用饱和度来控制路基压实,但用粉性土填筑路基和粉性土边坡稳定性研究未曾有过报道。对路基边坡的防护和加固
因此，针对耒宜高速公路不良地质条件系统开展路基设计和施工技术研究，充分运用国内外科研成果，尤其近年来道路新材料、新结构、新工艺的开发应用，逐个解决耒宜公路路基工程的实际问题是非常有意义的。本课题研究的目的，就是通过现场详细的地质勘探，在室内外试验、理论分析、实体工程试验的基础上提出相应的工程技术措施、路基沉降预报的理论模型和方法、加固工程的设计理论和方法，以保证耒宜路路基的工程质量，并为路面结构选择、设计提供必要的参考资料，同时为本省其他高速公路以及全国类似情况下的高速公路修建提供借鉴， 其研究成果将具有显著的经济效益和社会效益。
二、项目研究目标
㈠ 不良土质路基修筑技术研究的目标：在对高液限、高塑指、高含水量粘土、粉性土的土性试验的基础上，结合现场试验、室内试验及理论分析的结果提出用这些土质作为路堤填料的加固和施工方法，路基封闭措施、以及工后沉降预测模型 。
㈡ 路基边坡防护和加固技术研究的目标：针对现场实际情况，对原设计的边坡稳定性进行检验并采用经济、合理的措施，对不满足稳定性要求的边坡进行有效的处治和加固，系统提出路基加固和防护设计方法；提出边坡稳定分析方法和图表，并开发计算机辅助设计软件。
三、项目研究内容
㈠ 不良土质路基修筑技术研究
1、 高液限、高塑指、高含水量粘土用作路基填料的设计、施工方法研究。
2、 粉性土用作路基填料的设计施工方法研究。
㈡ 路基边坡防护和加固技术研究
1、 不同土质路基边坡稳定性研究
2、 不同土质路基边坡防护、加固设计及施工技术研究
3、 不同土质路基边坡防护、加固方案的技术经济比较
4、 不同土质路基边坡防护和加固效果的预测
5、 不同土质路基边坡防护和加固的设计方法研究
四、项目研究技术路线
㈠ 不良土质路基修筑技术研究
1、高液限、高塑指、高含水量粘土用作路基填料的设计、施工技术研究
调查土质,采集土样
“三高土”路基修筑技术
路线图
验证试验路,提出加固技术和设计方法
确定处治办法和压实标准
试验路稳定和沉降分析
提出理论沉降计算方法
修筑试验路,埋设测试元件

● 进行沿线土质调查，对土样做常规试验(测定土样的液限、塑性、密度、含水量、孔隙比、压缩系数、饱和度)、蠕变试验(做小试件的有侧限蠕变试验、无侧限蠕变试验、部分侧限蠕变试验)。按土的天然稠度对高液限、高塑指、高含水量粘土进行分类，根据不同的分类组别选择相应的处治办法和压实标准（原则上，Wc≤0.9土样要进行改良才能作为填料；Wc=1.0~1.3的土样可采用轻型压实标准）。
● 通过试验(室内击实试验、CBR试验、现场实际的填筑压实试验)，采用最佳压实理论,在保证”三高土”压实后强度满足路基规范要求的前提下,确定不同土样的压实标准（选定不同的压实机具和碾压遍数）和施工控制方法，特别是施工非均匀性的控制标准。
附图一 高液限、高塑指、高含水量粘土路基
修筑方案示意图
高液限高素质高含水量粘土
铺四层土工网
0.3m
0.5m
0.25m
0.25m
0.50m
路基边坡采用三维网预制草皮防护
正常土

● 修筑试验路，高液限、高塑指、高含水量粘土按试验获得的压实控制标准进行施工填筑，并且只用于路堤填料，路床<路基上部80CM>采用符合设计要求的土质填筑，并在路基顶面以下1.8M的范围内采用CE131土工格网加筋以增强路基整体性和均匀性，减少非均匀沉降,路基边坡封闭采用三维网铺草皮<附图一>。试验路段左右两侧各埋设一组分层沉降仪<附图三>，进行跟踪观测，为建立沉降预报的理论模型提供验证资料。
● 室内模拟试验，模拟路基的实际工作状态，分层埋设沉降观测仪器，进行长期沉降观测（6个月~12个月）。
● 进行离心模型试验，开展高液限、高塑指、高含水量粘土填方路堤的稳定和变形性态的研究，为沉降分析公式的建立提供定性、定量的依据。
● 采用粘弹性模型和有限元增量法编制考虑材料粘弹性性质的有限元程序，分析路基填方变形特性，并对模型试验、模拟试验和实体工程进行验证。
● 结合理论分析、模型试验结果和试验路的长期观测数据提出理论沉降计算方法。
● 在试验路验证、总结的基础上提出直接用高液限、高塑指、高含水量粘土填筑路堤的设计、施工方法，沉降预测方法以及对于路面结构受力特性的影响，并提出施工质量控制标准和检测方法，指导施工。
2、粉性土路基修筑技术研究技术路线
● 沿线采集粉性土土样，进行粒径成分、液塑限、毛细水上升高度试验，分析确定各项试验指标。
● 进行室内击实试验和CBR试验(CBR试验分浸水和不浸水两种情况),确定粉性土是否可以作为路堤填料。
● 对上路堤用掺水泥、掺土方法改良土性,分析比较这两种方案的效果和经济性,确定改良方法。
● 修筑试验路,一种方案:路床换填好土,路基顶面以下80~180CM采用改良粉性土,180CM以下直接用粉性土填筑,边坡采用骨架护坡铺草皮或三维网铺草皮两种防护方案进行比较;第二种方案:<见图二>路堤顶面50CM采用粘土填筑,其它部分直接采用粉性土填筑,边坡形状采用台阶形,以减缓边坡坡度,基底铺设一防水层,边坡采用粘土夯实、包边封闭,坡面植草防护。比较这两种处治措施的效果及经济性。
● 在试验路上埋设沉降观测仪, 进行长期跟踪观测<见附图三>。
● 室内离心模型实验,检验粉性土路基的变形特性，对埋设测试元件进行各项指标的检测，为加固和防护措施的采用提供依据。
● 对粉性土路堑边坡采用土钉墙、骨架护坡铺草皮、护面墙、喷浆措施进行防护,分析比较其效果及经济性,提出最优方案。
● 总结室内外试验、试验路沉降观测数据,提出粉性土工后沉降预测方法和加固和防护技术措施，并作出施工指南。
50cm粘土封
闭层
路基顶面用沥青刷层
基底铺防水层
附图二 粉质土路基修筑方案示意图
粉性土

粉性土路基修筑技术研究技术路线
总结试验结果,提出粉质土路基的修筑技术和施工指南
室内离心模型试验,检验其变形特性
填筑试验路,坡面采用粘土封闭,埋设测设元件,进行沉降跟踪观测
采集土样,确定土性质

5m
分层沉降仪
5m
附图三 试验路段沉降观测仪
器埋设方案图
填方
0.3m
0.5m
0.7m

1.0m

2.0m

3.0m

㈡ 路基边坡防护和加固技术研究技术路线
● 对沿线可能失稳的边坡逐一进行地质和水文地质调查，采取土样进行物理力学性能试验，测定其抗剪强度指标，以获得可靠的稳定分析计算参数。
● 利用边坡稳定分析计算机软件，在二勘院重做优化后的边坡设计的基础上，逐一再验算各边坡的稳定性，配合现场调查、工程地质比拟确定各路堑边坡合适的坡度值及边坡形式。
● 对已经发生滑动或可能发生的不稳定边坡提出加固处治措施。具体处治措施的采用应根据滑坡体土、石质类型、特点及边坡破坏的严重程度，分别采用抗滑桩、各种抗滑挡墙、预应力锚索加固、土工合成材料加固等方案，以及地表和地下排水方法，进行技术经济比较后确定。对路堑高边坡的滑坡等宜采用预应力锚索处治；对小型滑坡，已确切掌握滑动面的形状及标高、地下水较丰富或土体具有一定膨胀性的路段可采用高压喷注浆处理，同时，也可用土工合成材料分层水平铺设，采用加筋体来支护塌方体并辅以其它措施；一般滑坍可采用抗滑桩和抗滑挡墙处理，也可采用土工加筋体加以处治。
● 对处治工程布设测试元件，进行边坡位移和变形的长期跟踪观测，检验加固效果，积累经验。
● 对于深路堑边坡,将根据土质、岩质的特性，通过对目前国内外已有处治方法调研、分析和比较后，选择相应的处治方案。如：土钉墙、砼框格预应力锚杆加固、挂网喷浆等。对各种不同方案进行技术经济比较和适应性分析，总结不同方案防护特点及适用场合，并总结配套的施工工艺。
路基边坡防护和加固技术研究技术路线方案图
对土质边坡采用三维网防护,,总结不同草籽的适应范围
对石质路堑边坡,推荐合适的加固防护方案,提出相应的施工工艺
编制电算程序,对边坡进行稳定性分析,确定合理的边坡坡度
调查沿线边坡稳定性,采集土样,通过实验,获取计算参数
加固已滑动的边坡和可能滑动边坡,对处置后边坡的位移和变形跟踪观测
提出边坡稳定分析的方法和图表,开发计算机辅助设计软件

● 选择几个不同土质、不同坡度和坡高的路堤、路堑边坡试验段，采用三维网铺草皮进行边坡防护试验，并跟踪观测其应用效果及使用寿命，得出不同草籽对不同土质的适应性，推荐不同土质边坡宜采用的草籽种类。
● 采用从整体边坡破坏机理入手，直接求出边坡安全系数的方法，开发边坡稳定方法新程序，获得任意形状的临界滑动面，使边坡稳定性验算更符合实际。
● 通过实体工程、理论分析、试验路检测数据、处治效果综合分析总结提出配套的边坡设计、施工方法和防护工程技术，并进行多方案技术经济比较。
五、项目研究技术特征和技术创新
1、路基特别是高液限粘土、高塑指、高含水量粘土、粉质土地区的路基沉降预测及其和路面结构受力变形和承载能力的关系在国内既缺乏系统的研究，也无成熟的成果，在我国现行的路基、路面设计规范中均为空白。此项研究成果可为路面结构的选择提供定量的依据。
2、高液限粘土、高塑指、高含水量粘土路基的施工是我国高速公路修筑技术中的一大难题,结合一条高速公路全线不良地质地段的工程施工，从设计理论、施工方法和工艺、质量控制和检测开展系统的研究，一方面解决工程实际问题（不是一、两个实验点的问题），为路面结构的选择及设计提供参考资料同时形成系统的理论和方法，亦为本课题研究的一大特征，成果将具有显著的经济效益、社会效益、工程实用价值和理论价值。
六、项目研究进度安排
99.5~99.7 沿线地质状况调查和探测，进行各种有关试验并收集
国内外的研究成果、工程实录等有关资料
99.5~99.8 根据地质调查及国内外资料，针对不同情况提出相应的
处治方案，提交有关的工程设计和施工文件
99.5~2000.6 进行系统的室内试验和理论分析，开发理论计算和工程
设计软件，同时参和组织指导现场施工
2000.6~2000.12 分析整理资料，撰写出版研究报告，申请课题鉴定
七、项目研究人员安排
1、 1999年5~8月结合路面课题组安排3~5名研究人员到路线现场进行调研、收集各种资料。
2、 1999年9月以后派1至2名课题组成员长驻工地进行现场施工指导
主要研究人员名单
姓名
性别
工作单位
现从事专业
职务、职称
长沙交通学院
郑健龙
男
长沙交通学院
公路工程
交院院长、教授
习应祥
男
长沙交通学院
公路工程
教 授
杨和平
男
长沙交通学院
公路工程
副教授
周志刚
男
长沙交通学院
公路工程
副教授
田小革
男
长沙交通学院
公路工程
讲 师
龙科军
男
长沙交通学院
公路工程
讲 师
黄生文
男
长沙交通学院
岩土工程
副教授
姓名
性别
工作单位
现从事专业
职务、职称
周德泉
男
长沙交通学院
岩土工程
讲 师
耒宜高速公路建设开发有限公司
吴亚中
男
耒宜高速公路公司
公路工程

罗 刚
男
耒宜高速公路公司
公路工程

聂善文
男
耒宜高速公路公司
公路工程

杨献章
男
耒宜高速公路公司
公路工程

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