高速公路软土地基差异沉降规律与土工格栅处理方法研究

摘要

随着我国经济的快速发展，交通量增长迅速，对高速公路的通行能力和行车舒适性的要求越来越高。我国的高速公路绝大部分建于东部沿海地区，其中相当一部分建在软土地基上，公路工程的施工中，路基的稳定性一般都能有效解决，而软土地基的差异沉降一直未能得到有效的控制，是“桥头跳车”、路基、路面开裂等问题的主要原因，严重影响了高速公路的运营效率和行车舒适性。软土地基的差异沉降问题是目前高速公路建设所面临的亟需解决的重要问题。 本文针对高速公路软土地基的差异沉降问题，结合江苏省内高速公路的实测资料和现场试验，着重研究了软土地基的差异沉降特性和土工格栅加筋路基处理技术两方面问题。论文采用理论分析、实测沉降数据分析、数值模拟和统计分析相结合的方法，深入研究了软土地基路段的差异沉降规律，提出了实用的计算方法及控制标准；采用室内模型试验、理论分析、数值计算及现场试验相结合的方法，系统研究了土工格栅加筋路基的加筋效果、加筋机理、实用设计方法和特殊加筋方法，建立了基于差异沉降控制的软土地基路段的设计方法。主要研究内容与成果如下： 1.系统总结了软土地基路段差异沉降规律、控制标准、治理方法的研究进展，着重总结了工程中常用的土工格栅加筋路基处理方法的研究成果，指出了存在的问题。 2.软土地基路段较大的差异沉降主要发生在过渡段。结合已建高速公路实测沉降数据，深入分析了软土地基过渡段的施工期沉降特性、工后沉降特性和工后沉降呈“S”曲线的纵向分布规律，阐述了软土地基过渡段差异沉降的产生机理。采用数值模拟和统计分析的方法，剖析了软土地基过渡段的工后沉降规律，提出了工后沉降的实用计算方法。 3.系统总结了差异沉降控制指标的研究成果，提出了软土地基过渡段差异沉降的两个控制指标：容许工后差异沉降[△S]和容许纵坡差为[△i]，并从纵坡差与地基工后差异沉降关系这一角度，系统分析了连续型过渡段的差异沉降规律，提出了软土地基过渡段的工后沉降控制标准。江苏省某高速公路观测段的实测沉降验证了该标准的可靠性。 4.通过室内模型试验、理论分析和数值计算，指出了土工格栅加筋路基处理方法可有效减缓软土地基路段的差异沉降，系统研究了土工格栅加筋路基设计中土工格栅的铺设范围、铺设位置、层数及土工格栅的选材等关键要素，结合软土地基路段的差异沉降计算，提出了土工格栅加筋路基的实用设计方法。 5.通过室内模型试验和数值计算，深入研究了土工格栅倾斜铺加筋路基处理方法，探讨了倾斜加筋路基的设计方法和施工工艺。 6.在上述研究的基础上，基于变形控制设计的原则，以宁杭高速公路工程为例，建立了软土地基过渡段的设计流程，当纵坡差计算值小于0.5％时，采用土工格栅加筋路基方法进行过渡段的设计，当纵坡差计算值较大时，则要采用地基处理过渡方式进行过渡段的设计，在该工程中得到了成功的应用。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 软土地基路段差异沉降规律研究现状

1.3 软土地基路段差异沉降控制标准研究现状

1.3.1 容许工后沉降

1.3.2 容许纵坡差

1.3.3 容许台阶高度

1.4 软土地基路段差异沉降治理方法研究现状

1.4.1 软土地基处理方法

1.4.2 差异沉降治理方法

1.5 土工格栅加筋路基研究现状

1.6 应用研究中存在的主要问题

1.7 本文主要研究内容

第二章 软土地基路段差异沉降规律研究

2.1 工程概况及过渡段的形式

2.2 软土地基过渡段施工期沉降特性分析

2.2.1 深层处理路段沉降特性

2.2.2 一般处理路段沉降特性

2.3 软士地基过渡段工后沉降特性分析

2.3.1 过渡段工后沉降特性

2.3.2 工后沉降的纵向分布规律

2.3.3 软土地基差异沉降产生机理

2.4 软土地基过渡段沉降特性的数值模拟研究

2.4.1 工程概况

2.4.2 计算模型

2.4.3 计算模型及参数

2.4.4 数值计算结果分析

2.5 软土地基差异沉降实用计算方法

2.6 本章小结

第三章 软土地基路段差异沉降控制标准

3.1 差异沉降控制标准研究成果

3.1.1 路面功能性要求

3.1.2 公路路面结构性要求分析

3.1.3 设桥头搭板路段容许工后沉降控制标准

3.1.4 行车舒适性控制标准

3.1.5 研究成果评价

3.2 软土地基工后沉降计算

3.2.1 计算参数

3.2.2 工后沉降计算结果

3.3 软土地基过渡段最大纵坡差计算

3.3.1 工后是大纵坡差分析

3.3.2 施工因素对纵坡差的影响

3.3.3 软土地基过渡段最大纵坡差实用计算公式

3.4 工后差异沉降与纵坡差的关系

3.5 软土地基路段工后差异沉降控制标准

3.6 现场数据对比

3.6.1 未发生开裂断面沉降数据验证

3.6.2 发生开裂断面沉降数据验证

3.7 本章小结

第四章 土工格栅加筋路基模型试验研究

4.1 模型试验设计

4.1.1 室内模型路基设计

4.1.2 模型试验方案

4.1.3 模型试验材料

4.1.4 模型试验实施

4.1.5 试验待测参数

4.2 模型试验成果分析

4.2.1 模型路堤沉降曲线

4.2.2 模型试验结果

4.2.3 土工格栅的应变

4.3 土工格栅加筋机理

4.3.1 土工格栅的力学作用

4.3.2 土工格栅与土体作用机理

4.3.3 土工格栅加筋减小差异沉降的机理分析

4.3.4 模型路堤加筋机理分析

4.4 模型试验数值模拟

4.4.1 计算模型

4.4.2 计算参数

4.4.3 数值计算结果

4.4.4 加筋方案效果分析

4.4.5 土工格栅应变

4.5 本章小结

第五章 土工格栅加筋路基设计方法研究

5.1 计算模型及参数

5.2 土工格栅铺设层数

5.3 土工格栅的铺设位置

5.3.1 一层土工格栅铺设位置

5.3.2 二层土工格栅铺设位置

5.4 土工格栅的铺设范围

5.5 土工格栅的选材

5.6 路基特性对加筋效果的影响

5.6.1 路基土模量的影响

5.6.2 路基高度的影响

5.7 过渡段地基模量差异的影响

5.8 过渡段土工格栅加筋路基设计方法

5.9 本章小结

第六章 特殊加筋技术研究

6.1 模型试验研究

6.1.1 模型试验设计

6.1.2 模型试验结果

6.2 模型试验数值模拟

6.2.1 计算模型

6.2.2 数值计算结果

6.3 倾斜加筋设计方法研究

6.3.1 计算模型

6.3.2 倾斜方向

6.3.3 斜铺段的位置

6.3.4 倾斜铺设的范围

6.3.5 两端水平铺设的长度

6.3.6 倾斜铺设角度

6.3.7 倾斜加筋设计方法

6.4 土工格栅倾斜加筋的施工工艺

6.5 本章小结

第七章 工程应用实例

7.1 基于差异沉降控制的过渡段设计流程

7.2 地基处理过渡设计工程实例

7.2.1 试验段工程概况

7.2.2 软土地基过渡段优化设计

7.2.3 测试结果与理论分析对比

7.3 土工格栅加筋路基处理技术工程实例

7.3.1 试验段工程概况

7.3.2 软土地基过渡段优化设计

7.3.3 测试结果与理论分析对比

7.4 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 本文主要研究成果

8.2 展望

参考文献

致谢

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