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      駐信高速改擴(kuò)建工程路基沉降觀測(cè)研究

      2016-07-13 07:11:30魏建國(guó)
      湖南交通科技 2016年2期
      關(guān)鍵詞:右幅測(cè)點(diǎn)斷面

      魏建國(guó), 李 洋, 王 晶

      (長(zhǎng)沙理工大學(xué), 湖南 長(zhǎng)沙 410114)

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      駐信高速改擴(kuò)建工程路基沉降觀測(cè)研究

      魏建國(guó), 李洋, 王晶

      (長(zhǎng)沙理工大學(xué), 湖南 長(zhǎng)沙410114)

      摘要:針對(duì)高速公路改擴(kuò)建工程中路基拓寬的主要技術(shù)問題進(jìn)行研究,結(jié)合河南省駐馬店到信陽高速公路改擴(kuò)建工程,采用分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)理論分析等方式,對(duì)路基沉降進(jìn)行了研究,選擇未做地基處理斷面、水泥攪拌樁處理斷面以及CFG處理等3種斷面,每種斷面各取2個(gè)典型斷面做路基沉降研究,在觀測(cè)周期基本一致的情況下,分析和比較3種路基處理方式的沉降大小,穩(wěn)定性以及處理效果,比選出該地區(qū)最優(yōu)的地基處理方式。結(jié)果表明水泥攪拌樁和CFG樁處理過的工后沉降比土石方路基工后沉降量小得多,并且在駐信改擴(kuò)建地區(qū)水泥攪拌樁的工后效果比CFG樁處理效果更好一些,總沉降量更少一些,此地基處理方案更適合駐信改擴(kuò)建地區(qū)。

      關(guān)鍵詞:高速公路; 改擴(kuò)建; 地基處理; 沉降觀測(cè)

      0引言

      一些大營(yíng)運(yùn)量的高速公路開始經(jīng)常出現(xiàn)交通量飽和勢(shì)態(tài),這主要是由于高速公路的交通量逐年增加,使得高速公路服務(wù)優(yōu)勢(shì)大打折扣,很難再和高速、快捷、暢通聯(lián)系在一起。像其他發(fā)達(dá)國(guó)家一樣在兩個(gè)目的地之間修筑數(shù)條相互獨(dú)立的高速公路,在中國(guó)這個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r下是很難行通。對(duì)原有高速公路進(jìn)行拓寬改建則是一個(gè)較為可行的辦法。在高速公路改擴(kuò)建中,由于新老路基的填筑先后,造成路堤固結(jié)程度不同、承受荷載不同,即而新老路基的沉降變形模式也不同于普通一次成型的路基[1]。尤其對(duì)于路基為軟土等高壓縮性的土層,若不采取有效的工程措施,這種沉降差異將會(huì)在路基及路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生彎拉應(yīng)力,這種彎拉應(yīng)力和路面荷載共同作用于路面,加劇路面結(jié)構(gòu)的錯(cuò)臺(tái)、裂縫、疲勞破壞等病害,降低路面結(jié)構(gòu)耐久性和縮短其使用年限,影響車輛正常安全行駛,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。故拓寬路基差異沉降的控制是高速公路拓寬建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容[2]。

      因此,解決新老路基差異沉降問題是高速公路拓寬改建工程的關(guān)鍵技術(shù)難題。在國(guó)內(nèi)已完成的高速公路拓寬改建工程,還沒有經(jīng)典的施工技術(shù)范例和實(shí)施參照規(guī)程,來指導(dǎo)今后的路基拓寬改建工程[3]?,F(xiàn)有的很多路基拓寬工程處治后并不能達(dá)到預(yù)定的效果,通常會(huì)出現(xiàn)諸多路面和路基的常見病害,例如路基的開裂、路面裂縫、路基的錯(cuò)臺(tái)等病害[4]。

      本文通過長(zhǎng)期的沉降觀測(cè),著重分析了3種典型的路基處理方式的沉降大小和效果。在做沉降觀測(cè)的斷面中選擇2個(gè)典型斷面來分析沉降數(shù)據(jù),以確定沉降大小,填筑期間路基是否穩(wěn)定。水泥攪拌樁以及CFG樁作為地基處理在駐信高速公路改擴(kuò)建工程中應(yīng)用較為廣泛,在大量的觀測(cè)斷面中各選2個(gè)典型斷面分析沉降數(shù)據(jù),以確定2種地基處理方式的處理效果。由于埋設(shè)時(shí)路基施工到96區(qū)第2層,故只能作路基表面的沉降觀測(cè),可確定路基的整體沉降,確定路基穩(wěn)定的時(shí)間。

      1沉降檢測(cè)方案

      沉降觀測(cè)點(diǎn)采用道釘和沉降板,道釘(測(cè)點(diǎn)1)埋設(shè)于老路硬路肩靠近邊緣位置,沉降板(測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3)埋設(shè)于與道釘同一斷面的新路基中間位置以及路基邊緣內(nèi)側(cè)1 m左右位置,如圖1。

      圖1 沉降觀測(cè)點(diǎn)布置示意圖

      沉降板由鋼板、金屬測(cè)管和悶頭組成(如圖2)。隨填土的增高,測(cè)管亦相應(yīng)接高。接高后的測(cè)管上口應(yīng)加蓋悶頭,便于立尺。實(shí)際操作時(shí),在第1層壓實(shí)面上挖土坑(深20~30 cm),保證測(cè)管的豎直度,并使悶頭頂?shù)陀诂F(xiàn)碾壓面8~10 cm,隨即測(cè)量管頂標(biāo)高(初讀數(shù))。在第2層土碾壓之后,開挖出管頭,測(cè)量此時(shí)管頂標(biāo)高,該標(biāo)高與上次標(biāo)高之差,即為本層填土導(dǎo)致的沉降;在該管頂位置接上一節(jié)鋼管,埋好并人工壓實(shí),應(yīng)始終保證管頂在碾壓面以下8~10 cm。如此往上接長(zhǎng)測(cè)量管直至路堤頂面。鋼釘由采用普通鋼制鐵釘,需要有較高的硬度[5],如圖2。

      圖2 沉降板構(gòu)造示意圖及道釘設(shè)置圖

      觀測(cè)頻率取決于沉降速率,務(wù)必使系統(tǒng)觀測(cè)的次數(shù)確實(shí)能反映出沉降過程,并使觀測(cè)數(shù)據(jù)在指定時(shí)間段內(nèi)反映可靠的沉降量,又不遺漏沉降變化的時(shí)刻。

      加寬路堤填筑期沉降速率較大,觀測(cè)頻率應(yīng)高一些,一般每填筑1~2層或5~10 d觀測(cè)1次;預(yù)壓初期(1~2個(gè)月)每月觀測(cè)2~3次,后期沉降曲線一般走向平緩,可調(diào)整為每月觀測(cè)1次;加寬路面施工期沉降曲線走向平緩,可以每層觀測(cè)1次,若下層與上層施工間隔較長(zhǎng),可適當(dāng)增加次數(shù)[6]。

      2土石混填路基沉降觀測(cè)研究

      選取典型的沉降觀測(cè)斷面K18+680左幅(斷面1)以及K18+680右幅(斷面2)2個(gè)斷面,由資料可知兩斷面均為土石混填路基,填高均為6.2 m,K18+680左幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-05-01,K18+680右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-06-07,右幅由于施工現(xiàn)場(chǎng)各種原因觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)時(shí)間晚了1個(gè)月。K18+680右幅原地面由于表層2 m左右為軟土路基,采用土石料做了換填處理。斷面1(圖3)以及斷面2沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖4和圖5。

      由圖4、圖5可知斷面1和斷面2的沉降最大點(diǎn)均為測(cè)點(diǎn)2,累計(jì)沉降分別為34.88 mm、30.12 mm;沉降最小點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)1,累計(jì)沉降分別為12.59 mm、5.6 mm;測(cè)點(diǎn)3沉降居中。分析原因可能是測(cè)點(diǎn)2位置接近新路基填筑的重心位置,且過往施工車輛多從新路基中部通過故測(cè)點(diǎn)2沉降最大;累計(jì)沉降總體來說較小,日平均沉降最大值為斷面1第93天觀測(cè)值為1.28 mm/d,遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d,說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好,沉降滿足要求。兩斷面均為測(cè)點(diǎn)1沉降最小,分析原因可能是老路基經(jīng)過10 a運(yùn)營(yíng)路基沉降基本穩(wěn)定,但由于新路基施工的擾動(dòng)故產(chǎn)生一定沉降,不過相對(duì)來說沉降較小,段面1、斷面2兩斷面測(cè)點(diǎn)1沉降僅為測(cè)點(diǎn)2的36.10%和18.59%,新路施工對(duì)老路有一定的影響,需要施工單位注意,避免對(duì)老路影響過大。

      圖3 斷面1沉降板埋設(shè)以及沉降觀測(cè)

      圖4 斷面1累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

      圖5 斷面2累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

      由圖4、圖5可以看出測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)3觀測(cè)過程中有沉降上升的現(xiàn)象,測(cè)點(diǎn)1由于施工過程中新路基對(duì)老路基有擠壓作用,導(dǎo)致老路基有上升現(xiàn)象;測(cè)點(diǎn)3可能是由于施工擾動(dòng)的原因。

      通過對(duì)土石混填路基近4個(gè)月的觀測(cè),路基沉降較小,說明按路基拼接施工工法施工的路基穩(wěn)定較好,滿足改擴(kuò)建施工要求。

      3水泥攪拌樁處理地基沉降觀測(cè)研究

      水泥攪拌樁由于其工后效果較好,單價(jià)較低,因此在駐信高速公路改擴(kuò)建工程中被大量使用。選取典型的的沉降觀測(cè)斷面K83+350右幅(斷面1)以及K57+250右幅(斷面2),由資料可知斷面1為填土路基,填高為7.4 m,位于橋頭,路基填土為含砂低液限粘土,采用摻灰4%處理,石灰攪拌樁處理地基深度為8 m;斷面2為填石路基,填高為6.78 m,也位于橋頭,石灰攪拌樁處理地基深度為8 m。K83+350右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-04-29,K57+250右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-04-24,兩斷面觀測(cè)時(shí)間相當(dāng)。斷面1、斷面2觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖6和圖7。

      圖6 斷面1累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

      圖7 斷面2累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

      由圖6、圖7可知斷面1、2的沉降規(guī)律與圖4、圖5相似,測(cè)點(diǎn)2沉降最大,分別為11.07 mm、16.8 mm;測(cè)點(diǎn)1沉降最小,分別為2.93 mm,3 mm,測(cè)點(diǎn)3沉降居中。累計(jì)沉降總體來說較小,日平均沉降最大值為斷面1第79天觀測(cè)值為0.62 mm/d,遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d,說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好,沉降滿足要求。

      由圖6可以看出第60天和第80天觀測(cè)時(shí),斷面1的3個(gè)測(cè)點(diǎn)均發(fā)生沉降上升的情況,與沉降觀測(cè)規(guī)律不相符,分析原因可能是采用含砂低液限粘土填筑路基,觀測(cè)之前剛下過雨,含砂低液限粘土具有一定的膨脹性,雖經(jīng)過4%石灰處理但土質(zhì)仍然具有一定的膨脹性,故路基沉降上升。說明該斷面路基填筑施工時(shí)須注意雨水的及時(shí)排除。由于路基觀測(cè)時(shí)路基填筑還在進(jìn)行,路基沉降還未趨向穩(wěn)定,因此還需要繼續(xù)觀測(cè)。

      由圖4以及圖5可知地基未處理斷面沉降最大點(diǎn)為斷面1(K18+680左幅)的測(cè)點(diǎn)2,累計(jì)沉降為34.88 mm;水泥攪拌樁處理路基沉降最大點(diǎn)為斷面2(K57+250右幅)的測(cè)點(diǎn)2,累計(jì)沉降為16.8 mm,為地基未處理斷面最大沉降的48.17%,且K18+680左幅與K57+250右幅填高相近,證明了水泥攪拌樁確實(shí)可以達(dá)到減少路基沉降的效果。

      通過對(duì)水泥攪拌樁地基處理路段4個(gè)月的觀測(cè),沉降很小,遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定值,說明水泥攪拌樁處理后路基穩(wěn)定較好,水泥攪拌樁施工工法效果較好,滿足改擴(kuò)建施工要求[7]。

      4CFG樁處理地基沉降觀測(cè)研究

      選取典型的沉降觀測(cè)斷面K34+400右幅(斷面1)以及K44+450右幅(斷面2)。由資料可知斷面1為填石路基,填高為5.9 m,位于橋頭,CFG樁地基處理深度為8 m;斷面2為填石路基,填高為5.6 m,也位于橋頭,CFG樁地基處理深度為8 m。K34+400右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-05-01,K44+450右幅開始觀測(cè)時(shí)間為2014-05-06,兩斷面觀測(cè)時(shí)間相當(dāng)。斷面1、斷面2觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖8和圖9。

      由圖8、圖9可知斷面1、2的沉降規(guī)律與圖4、圖5相似,測(cè)點(diǎn)2沉降最大,分別為18.63 mm、16.57 mm;測(cè)點(diǎn)1沉降最小,分別為1.56 mm,3.42 mm,測(cè)點(diǎn)3沉降居中。累計(jì)沉降總體來說較小,日平均沉降最大值為斷面1第8天觀測(cè)值為0.33 mm/d,遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d,說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好,沉降滿足要求。

      由圖4以及圖5可知地基未處理斷面沉降最大點(diǎn)為斷面1(K18+680左幅)的測(cè)點(diǎn)2,累計(jì)沉降為34.88 mm;CFG樁處理地基沉降最大點(diǎn)為斷面1(K34+400右幅)的測(cè)點(diǎn)2,累計(jì)沉降為18.63 mm,為地基未處理斷面最大沉降的53.41%,且K18+680左幅與K34+400右幅填高相近,證明了CFG樁確實(shí)可以達(dá)到減少路基沉降的效果。

      圖8 斷面1累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

      圖9 斷面2累計(jì)沉降-觀測(cè)時(shí)間曲線

      通過對(duì)CFG樁地基處理路段4個(gè)月的觀測(cè),沉降很小,遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定值,說明CFG樁處理后路基穩(wěn)定性較好,水泥攪拌樁施工工法效果較好,滿足改擴(kuò)建施工要求。

      5結(jié)語

      本文主要介紹了駐信高速公路改擴(kuò)建工程按新舊路基拼接施工工法施工的路基以及水泥攪拌樁、CFG樁做地基處理路基的沉降觀測(cè)研究。對(duì)各自沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)做了詳細(xì)的分析,并對(duì)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)做了比較。結(jié)論如下:

      1) 按新舊路基拼接施工工法施工的土石混填路基沉降最大點(diǎn)為34.88 mm,累計(jì)沉降總體來說較小,日平均沉降最大值為斷面1第93天觀測(cè)值1.28 mm/d,遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d,說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好,沉降滿足要求。

      2) 各觀測(cè)斷面的沉降最大值均為測(cè)點(diǎn)2,最小值為測(cè)點(diǎn)1,測(cè)點(diǎn)3沉降值居中。分析原因?yàn)椋簻y(cè)點(diǎn)2位置接近新路基填筑的重心位置,且過往施

      工車輛多從新路基中部通過故測(cè)點(diǎn)2沉降最大;測(cè)點(diǎn)1沉降最小可能是老路基經(jīng)過10 a運(yùn)營(yíng)路基沉降基本穩(wěn)定,但由于新路基施工的擾動(dòng)故產(chǎn)生一定沉降,不過相對(duì)來說沉降較小,需要施工單位注意,施工時(shí)避免對(duì)老路影響過大。

      3) 在選取3種路基處理監(jiān)測(cè)方案中,水泥攪拌樁的沉降量最小。水泥攪拌樁處理地基斷面沉降最大值為16.8 mm,日平均沉降最大值為斷面1第79天觀測(cè)值為0.62 mm/d,遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的10 mm/d,說明填筑期間路基穩(wěn)定性較好,沉降滿足要求。沉降最大值為未做地基處理斷面沉降的48.17%,證明了水泥攪拌樁確實(shí)可以達(dá)到減少路基沉降的效果。在駐信高速改擴(kuò)建地區(qū)的3種典型地基處理方式中,水泥攪拌樁的效果是最好的。相比傳統(tǒng)的土石方路基處理方式來講,水泥攪拌樁處理和CFG樁處理的工后效果較好,沉降量較小。相比CFG樁,水泥攪拌樁處理的效果更好,沉降量更小,并且造價(jià)相對(duì)CFG樁來說較低,故最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠并且控制沉降效果最好的是水泥攪拌樁處理方式??稍谠摰貐^(qū)優(yōu)先選用。

      參考文獻(xiàn):

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      [3] 李晨明.高速公路改擴(kuò)建中路基拓寬的處理問題[J].遼寧交通科技,2002(5).

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      [7] 楊華.高速公路路堤下水泥攪拌樁承載力及沉降的研究[D].南昌:華東交通大學(xué),2009.

      文章編號(hào):1008-844X(2016)02-0037-04

      收稿日期:2016-02-25

      作者簡(jiǎn)介:魏建國(guó)( 1972-) ,男,博士,教授,研究方向: 道路與鐵道工程。

      中圖分類號(hào):U 416.1

      文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

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