魯北地區(qū)高填土路基整體沉降

1、魯北地區(qū)高填土路基整體沉降及過濕地段防護(hù)措施的研究一、項目概要1、魯北地區(qū)人工河流路段高填土路基整體沉降研究概要隨著我省經(jīng)濟(jì)從沿海向內(nèi)地的快速發(fā)展，魯北地區(qū)各等級公路建設(shè)取得了前所未有的成績，同時，公路建設(shè)也正處于“質(zhì)與量”并重的發(fā)展階段。魯北地區(qū)人工河流縱橫交錯，以德州市為例，東部慶云、樂陵縣分布著德惠新河和漳衛(wèi)新河，西部武城、夏津縣分布著衛(wèi)運河和馬頰河，南部齊河縣、禹城縣分布著黃河、徒駭河、趙牛新河和引黃干渠，北部德州、寧津分布著京杭運河、減河和漳衛(wèi)新河，中部臨邑、陵縣、平原縣分布著德惠新河、馬頰河和隔津河等，這些河流在給農(nóng)業(yè)帶來大好收成的同時，擺在公路人面前的問題是人工河流兩端高填土路基

2、的整體沉降給公路運營所帶來的危害。目前，高等級公路對路基沉降的要求很高，為此要采取加固措施使大部分沉降量在施工期內(nèi)完成，盡量降低使用期的殘余沉降量。魯北地區(qū)屬第四代沖積平原，在人工河流兩端修筑高填土路基，人們不僅關(guān)心路基整體穩(wěn)定的問題，而且更關(guān)心在路基荷載作用下地基的沉降變形問題。在路基、路面竣工通車后，如發(fā)生過大的工后沉降，特別是不均勻沉降，將導(dǎo)致路面不平整，橋臺與相鄰路堤出現(xiàn)錯位（橋頭跳車現(xiàn)象），嚴(yán)重影響公路的正常運行。因此，本研究項目是要根據(jù)德州市境內(nèi)自西向東十余條人工河流兩端不同的地質(zhì)條件、不同的填土高度下，對地面以下30米范圍沉積層進(jìn)行地基沉降的計算和實驗研究，從中找出各沉積層的變形

3、規(guī)律和經(jīng)濟(jì)有效的防護(hù)措施，為魯北及周邊地區(qū)的國省道改建工程及近期即將修建的德商、德濱高速公路在跨越這些人工河流時提供可靠的科學(xué)依據(jù)。2、魯西北高等級公路過濕地段路基修筑技術(shù)研究概要魯西北平原地區(qū)位于華北平原的南部，由黃河泛濫沖積而成。德州地區(qū)地勢平緩，海拔高程5至 35米。該地區(qū)上部地層多為粉質(zhì)土；優(yōu)良筑路材料較為缺乏。地下水位普遍較高，且夏季多積水，地基軟弱。魯西北平原具有夏季炎熱多雨，春冬季干旱多風(fēng)，蒸發(fā)強烈的氣候特點，使得土層周期性的積鹽或脫鹽。特別在雨季，促使地下水位抬高，鹽漬化加劇。區(qū)內(nèi)鹽堿地呈斑塊狀分布，分布面積較廣，其中禹城、陵縣、齊河、臨邑、平原、德州市區(qū)等地，土壤鹽漬化較為嚴(yán)

4、重。據(jù)初步統(tǒng)計，工程鹽漬土面積近10%。鹽分組成除氯化物、硫酸鹽以外，局部還含有碳酸鹽。土壤鹽分在垂直剖面上的分布，具有明顯的表聚性。魯西北平原地區(qū)路基修筑的不利條件和存在的主要問題可以概括為如下幾方面：（1）、軟土地基路基穩(wěn)定與變形問題該地區(qū)地基土含水量大，抗剪強度低，承載能力較弱，容易造成高路基失穩(wěn)；軟土地基變形量大，常不能滿足公路工后沉降要求，影響路面平整度；（2）、鹽漬土潮濕路基穩(wěn)定問題地基和路基土質(zhì)多為粉質(zhì)土，低洼地段地下水位較高，水鹽運動劇烈，造成路基經(jīng)常處于潮濕狀態(tài)，局部路段地基和路基填筑材料易溶鹽含量較高。鹽漬土的力學(xué)性質(zhì)受環(huán)境影響變化較大，路基較不穩(wěn)定。（3）、筑路材料問題區(qū)

5、內(nèi)筑路材料缺乏，良好的砂石材料運距較遠(yuǎn)，通常采用的路基填筑材料顆粒細(xì)、含水量和易溶鹽較高；（4）、路基壓實問題路基底部由于含水量較高，不易壓實，碾壓過程中經(jīng)常出現(xiàn)“彈簧現(xiàn)象”，壓實度難以控制。本項研究擬針對魯西北地區(qū)過濕土及軟土等特殊地段高等級公路路基修筑技術(shù)展開深入而系統(tǒng)地研究。主要內(nèi)容包括，（1）、過濕土及軟土工程地質(zhì)特點和巖土工程特性，以及環(huán)境因素對路基穩(wěn)定性的影響；（2）、深厚軟土地基處理及過濕路基穩(wěn)定綜合技術(shù)研究；（3）、地基淺層處理及固化路基技術(shù)綜合技術(shù)的研究；（4）、病害路基整治加固技術(shù)研究。二、研究目的、意義和國內(nèi)外發(fā)展概況1、魯北地區(qū)人工河流路段高填土路基整體沉降研究的目的是

6、，從技術(shù)上尋找德州市境內(nèi)人工河流兩端高填土路基在不同地質(zhì)條件、不同外荷條件下地基沉降的變形規(guī)律，在滿足工后沉降要求的前提下，對不同的地質(zhì)條件和填土高度提出，不同的防護(hù)措施，以期達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全的目的。其意義是充分利用該項研究成果對德州市和周邊地區(qū)正在修建和待建的國省道及德商、德濱高速公路的優(yōu)化設(shè)計，加快建設(shè)，保證質(zhì)量起到重要指導(dǎo)作用。高填土路段地基沉降現(xiàn)象，是多年來困擾公路行業(yè)的一大難題，越來越引起全國公路建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工等部門的重視。地基沉降引起的橋頭跳車、路基沉陷不僅使得行車的不舒適感大為增加，而且造成車輛大幅度減速，嚴(yán)重地影響了公路的運輸使用功能。雖然我國各研究機構(gòu)對此問題作了大量科

7、研工作，但針對魯北地區(qū)人工河流兩端地質(zhì)條件的高填土地基沉降變化規(guī)律，還沒有系統(tǒng)、全面的研究資料和成果。2、對于過濕地基及軟土地基的處理技術(shù)，在國內(nèi)外，尤其是在我國沿海地區(qū)已有一定的研究，但是由于這些研究對象在工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及氣候條件等方面均具有地區(qū)性的差異，所以各地區(qū)、路段所采取的處理技術(shù)也應(yīng)有所區(qū)別。因此，針對魯西北黃泛平原地區(qū)的過濕地基及軟土地基工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及氣候條件特點，提出全面、系統(tǒng)的綜合地基處理和路基穩(wěn)定方案具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。魯西北平原地區(qū)修筑高速公路缺乏優(yōu)良的路基填筑材料和地基置換加固材料。通常采用的路基填筑材料往往粉粘粒含量高、含水量大和易溶鹽含量較高。

8、因此，有必要針對當(dāng)?shù)赝临|(zhì)物理力學(xué)性質(zhì)以及氣候、水文等環(huán)境特點，利用當(dāng)?shù)氐牧畠r建筑材料和工業(yè)廢渣資源，對當(dāng)?shù)亓拥嚷坊盍线M(jìn)行改性和軟弱地基加固處理。通過開展固化路基技術(shù)研究，開發(fā)出適用于當(dāng)?shù)赝临|(zhì)特點和環(huán)境條件，且價格適中的固化材料，并提出合理的固化路基結(jié)構(gòu)和固化土配比方案。三、研究主要內(nèi)容、技術(shù)路線、擬解決的問題1、魯北地區(qū)人工河流路段高填土路基整體沉降的研究（1）、研究的主要內(nèi)容魯北地區(qū)人工河流兩端高填土段，遍布整個德州地區(qū)，隨著我省公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，跨越這些河流的公路橋梁越來越多，越來越新穎多樣，河流兩端的填土高度亦越來越高。本項研究的重要內(nèi)容是通過大量的野外勘探資料和實驗室土工實驗計算出

9、德州市境內(nèi)自西向東跨越這些河流的高填土路段地基沉降的變化規(guī)律（經(jīng)驗公式）和相應(yīng)的防護(hù)措施，并通過現(xiàn)場試驗進(jìn)行驗證。（2）、技術(shù)路線路基沉降計算的公式、方法較多，對參數(shù)的選定也有眾多說法，本項研究根據(jù)魯北地區(qū)地質(zhì)條件的特點，計算一定荷載作用的總沉降量并觀測記錄沉降過程，以期得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式，并提出在不同的地質(zhì)條件和荷載下相應(yīng)的防護(hù)措施。（3）、擬解決的問題該項研究擬計算出路線在跨越魯北地區(qū)人工河流時兩端高填土路段不同地質(zhì)條件、不同外荷條件下的地基沉降變化規(guī)律。通過對魯北各代表性人工河流的地質(zhì)勘察，分析德州境內(nèi)自西向東地質(zhì)土質(zhì)的特性，并形成數(shù)據(jù)資料庫。通過正在建設(shè)的工程項目的現(xiàn)場觀測資料，

10、對地基沉降計算的方法和經(jīng)驗公式進(jìn)行參數(shù)的修正。2、魯西北高等級公路過濕地段路基修筑技術(shù)的研究（1）、主要研究內(nèi)容本課題研究內(nèi)容包括如下4個方面、魯西北地區(qū)公路工程地質(zhì)條件及巖土工程特性研究具體內(nèi)容包括：a、公路工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和自然環(huán)境條件研究；b、軟土、鹽漬土的工程性質(zhì)研究；c、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和自然環(huán)境條件對路基穩(wěn)定性的影響。、魯西北地區(qū)病害路基整治加固技術(shù)研究具體內(nèi)容包括：a、變形規(guī)律研究；b、路基內(nèi)水（鹽）分運動規(guī)律研究；c、路基病害特點和病害機理研究；d、路基病害整治措施研究；e、軟土地基公路“工后加固修補”和“分期施工”方案研究。、魯西北地區(qū)固化路基技術(shù)及地基淺層處理綜合技術(shù)的

11、研究具體內(nèi)容包括：a、工業(yè)廢渣的路用性能和環(huán)境影響研究；b、已有固化劑產(chǎn)品的篩選和適用型固化劑的開發(fā)；c、固化土的水理特性、力學(xué)性質(zhì)和長期性能研究；d、地基淺層處理綜合技術(shù)研究。、魯西北地區(qū)深厚軟土地基處理及過濕路基穩(wěn)定綜合技術(shù)研究具體內(nèi)容包括：a、路基修筑技術(shù)方案的比選；b、路基結(jié)構(gòu)及地基處理優(yōu)化設(shè)計：過濕鹽漬土路基填料的改良和固化技術(shù)；水分遷移途徑的隔斷和路基結(jié)構(gòu)設(shè)計；深厚軟土地基綜合處理技術(shù)和復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計；c、施工工藝研究；d、質(zhì)量控制和檢測技術(shù)研究。2、技術(shù)路線本研究技術(shù)路線如下圖所示：室內(nèi)實驗路基病害機理路基病害整治對策軟土和鹽漬土工程性質(zhì)室內(nèi)實驗路用工業(yè)廢渣環(huán)境評價優(yōu)化設(shè)計方案

12、路基穩(wěn)定綜合技術(shù)試驗工程施工試驗工程監(jiān)測試驗工程設(shè)計室內(nèi)實驗固化劑研究勘查調(diào)研工程地質(zhì)條件工程環(huán)境條件室內(nèi)實驗與調(diào)研水鹽運移控制技術(shù)路基內(nèi)水鹽運動規(guī)律路基變形規(guī)律完善施工工藝充實完善地基加固理論監(jiān)測與調(diào)研計算與設(shè)計完善檢測技術(shù)軟土地基處理方案室內(nèi)實驗固化路基方案固化土的水理、力學(xué)性質(zhì)3、擬解決的問題（1）、軟土及過濕地基加固問題；（2）、過濕鹽漬土路基穩(wěn)定及病害防治問題；（3）、路基填筑材料及特殊困難路段施工工藝問題。四、考核目標(biāo)全部工作完成后將提交包含全部科研、試驗資料及技術(shù)成果的研究報告，并通過專家評定和項目鑒定驗收。預(yù)期提交如下研究報告：1、魯北地區(qū)人工河流路段高填土路基整體沉降研究；2

13、、魯西北地區(qū)病害路基整治加固技術(shù)研究；3、魯西北地區(qū)固化路基技術(shù)研究； 4、魯西北地區(qū)過濕路基穩(wěn)定綜合技術(shù)研究。五、項目研究經(jīng)費預(yù)算及來源費用名稱預(yù)算金額（萬元）經(jīng)費來源地質(zhì)勘探、調(diào)研費15.0申請補助實驗設(shè)備購置費15.0申請補助室內(nèi)土工實驗費3.0自籌現(xiàn)場觀測實驗費25.0申請補助專家評審及其它費用5.0自籌自籌研究經(jīng)費8.0申請補助經(jīng)費55.0研究經(jīng)費合計63.0六、預(yù)期效益和應(yīng)用前景魯北地區(qū)人工河流路段高填土路基沉降的研究，是圍繞德州市境內(nèi)十幾條人工河流上的國省道橋頭高填土路段進(jìn)行的，其內(nèi)容具有較強的廣泛性、代表性和針對性。該項目研究成果不但對本地區(qū)在建和待建的各級公路在設(shè)計、監(jiān)理、施

14、工方面起到指導(dǎo)作用，而且將在魯北濱州、聊城及河北省衡水、滄州等地區(qū)的公路建設(shè)中起到很好的輔助參考作用。同時，對本行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步將起到積極的推動作用，并具有較好的推廣前景。該項研究成果的推廣應(yīng)用，對魯北及周邊地區(qū)等在建和待建公路的建設(shè)將節(jié)省大量的勘察和實驗經(jīng)費。高填土路段路基穩(wěn)定性的提高，以及橋頭跳車現(xiàn)象的大幅減少，也將給公路車輛舒適、安全的運行帶來很大方便，其社會效益非常顯著。高等級公路過濕地段路基修筑技術(shù)的研究是根據(jù)魯西北地區(qū)的公路工程地質(zhì)特點、巖土工程特性以及公路環(huán)境特殊條件，對高等級公路過濕地段路基修筑技術(shù)進(jìn)行深入而系統(tǒng)地研究，最終提出一套緊密結(jié)合魯西北地區(qū)實際情況的路基修筑技術(shù)與方法，

15、為該地區(qū)公路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)與管理提供科學(xué)依據(jù)。在充分考慮技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境因素的條件下進(jìn)行路基設(shè)計施工養(yǎng)護(hù)管理的科學(xué)決策，減少主觀盲目性，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境及生態(tài)破壞。通過開展固化路基技術(shù)研究，開發(fā)出適用于當(dāng)?shù)赝临|(zhì)特點和環(huán)境條件，且價格適中的固化材料，并提出合理的固化路基結(jié)構(gòu)和固化土配比方案，有利于劣等筑路材料和工業(yè)廢料（經(jīng)改性后）的資源化利用，減少對優(yōu)良筑路材料的需求以及不必要的土地資源的浪費和環(huán)境污染，因此具有明顯的環(huán)境效益，生態(tài)效益和社會效益。研究成果的投入應(yīng)用，將提高該地區(qū)不良地質(zhì)地段路基穩(wěn)定性，提高公路的使用性能，提高車輛運行的平順性。從而實現(xiàn)公路的可持續(xù)發(fā)展與沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速增

16、長，其應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益將是巨大的。七、項目的創(chuàng)新點及與研究有關(guān)的工作基礎(chǔ)1、魯北地區(qū)人工河流路段高填土路基整體沉降的研究（1）、項目的創(chuàng)新點該項目的創(chuàng)新點是按照德州市境內(nèi)人工河流兩端地質(zhì)條件的變化情況，充分利用先進(jìn)的勘探和試驗設(shè)備，通過國內(nèi)最科學(xué)的地基沉降計算方法，研究計算出適合魯北地區(qū)不同地質(zhì)條件、不同荷載作用下的地基沉降的變化規(guī)律和經(jīng)驗公式，從而為該地區(qū)在建和待建的各級公路節(jié)省大量的試驗時間和經(jīng)費，并在設(shè)計、監(jiān)理和施工方面起到廣泛的指導(dǎo)作用。（2）、與研究有關(guān)的工作基礎(chǔ)近幾年來，德州市國省道路網(wǎng)改建工程都跨越這些人工河流、橋梁改建工程的地質(zhì)勘察資料比較豐富齊全。在這些河流兩端的地質(zhì)資料中

17、，詳細(xì)記錄了各橋址的土質(zhì)、水文地質(zhì)和工程度地質(zhì)條件等數(shù)據(jù)，為該項目研究提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。另外，在2000年京福高速公路德州南聯(lián)接線工程建設(shè)中，路線所跨越的京杭運河、減河、國道105線、京滬鐵路以及漳衛(wèi)新河等高填土路段地基沉降問題的解決，得到了工程建設(shè)指揮部的高度贊揚。從地質(zhì)條件的勘探、地基沉降的計算、不同地基條件下的防護(hù)措施到路基填筑材料的選擇以及施工方案的確定，都做了大量的工作并留下完整齊全的記錄資料。以該例所撰寫的高填土路段地基整體沉降計算方法和防護(hù)措施一文，被省公路學(xué)會評為優(yōu)秀論文。這些科研數(shù)據(jù)和資料為該項目研究奠定了堅實的工作基礎(chǔ)。2、魯西北高等級公路過濕地段路基修筑技術(shù)的研究（1

18、）、項目創(chuàng)新點本研究針對魯西北地區(qū)巖土工程性質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境條件特點，提出軟土、鹽漬土和過濕路基綜合處理和加固方案以及固化路基技術(shù)，并進(jìn)行路基結(jié)構(gòu)-地基處理優(yōu)化設(shè)計；擬在固化材料在潮濕、鹽分侵蝕環(huán)境下的長期強度性能及環(huán)境影響評估研究等方面將取得一系列新的成果（2）、研究工作基礎(chǔ)德州市公路局近年來在公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)過程中，已積累了豐富的實踐經(jīng)驗，長期以來，也一直在分析路基下沉等病害形成的原因，針對近幾年部分路基出現(xiàn)的問題，已開展了一些嘗試性研究，這為本次課題研究奠定了良好的理論和實踐基礎(chǔ)。長安大學(xué)是由原西安公路交通大學(xué)、西安工程學(xué)院、西北建筑工程學(xué)院合并組建而成的一所國家教育部直屬的重點大學(xué)。長

19、安大學(xué)公路學(xué)院及公路科學(xué)研究院是在原西安公路學(xué)院公路系、西安公路交通大學(xué)公路工程學(xué)院的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。長期以來，長安大學(xué)（原西安公路交通大學(xué)）致力于特殊土地區(qū)道路工程的研究工作，并取得了許多具有國際先進(jìn)水平或國內(nèi)領(lǐng)先水平的科研成果。針對河北濱海高等級公路鹽漬化軟土地基、豫東過濕土高等級公路地基以及開展大量的科研工作。通過重點路段調(diào)查、勘探、理論分析、修筑試驗路與室內(nèi)試驗等研究工作，根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件和自然環(huán)境，提出了一些新的研究成果。這些成果的取得，對本項目的實施奠定了良好的基礎(chǔ)。同時，長安大學(xué)道路結(jié)構(gòu)與材料實驗室是交通部重點實驗室，特殊地區(qū)道路實驗室是教育部重點實驗室。實驗室經(jīng)過“211

20、工程”重點建設(shè)，建筑面積已近3000平方米，引進(jìn)了一大批國際一流的試驗檢測設(shè)備并進(jìn)行了卓有成效的開發(fā)和應(yīng)用，可用于本項目研究。八、研究進(jìn)度安排1、魯北地區(qū)人工河流路段高填土路基整體沉降的研究時間項目研究內(nèi)容2005年2月2005年3月1、搜集整理歷年德州市國省道改建工程、濟(jì)聊高速公路、京福高速公路德州南聯(lián)接線以及德衡一級公路的相關(guān)地質(zhì)勘察資料；2、補充項目研究所需的地質(zhì)外業(yè)勘探資料；3、選定適合該項目所研究在建工程的試驗路段；4、購置該項目研究所需的觀測和實驗設(shè)備。2005年4月2005年6月1、對所有地質(zhì)、水文等資料進(jìn)行分類排序；2、進(jìn)行系統(tǒng)的室內(nèi)土工試驗；3、分析計算并得出不同地質(zhì)、不同荷載的作用下，人工河流兩端高填土路段地基沉降的變化規(guī)律及經(jīng)驗公式；4、確定實驗路段不同地質(zhì)、不同荷載作用下地基沉降的防護(hù)措施方案；5、在所選定的實驗路段埋設(shè)現(xiàn)場觀測的實驗設(shè)備；6、在實驗路段現(xiàn)場監(jiān)測路堤填筑的全過程，并詳細(xì)記錄觀測數(shù)據(jù)。2005年7月1、資料反饋分析；2、總結(jié)地基沉降實際觀測和計算結(jié)果的差異，修正經(jīng)驗公式的相關(guān)參數(shù)；3、進(jìn)行研究項目的專家評審準(zhǔn)備工作。2、魯西北高等級公路過濕地段路基修筑技術(shù)的研究時間項目研究內(nèi)容2005.03-2005.07搜集國內(nèi)外研究資料，系統(tǒng)分析總結(jié)當(dāng)前國內(nèi)外研究成果。對德州地區(qū)路基的各種病害進(jìn)行