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巨粒土路基施工与工后沉降控制技术成果报告完成单位：中铁十八局集团第四工程有限公司依托项目：资兴高速公路负责人：二零一四年四月十七日目录第一章绪论........................................................21.1国内外现状..................................................21.2施工技术难点................................................3第二章工程概况....................................................42.1工程概况....................................................42.2地形地貌....................................................42.3工程地质....................................................42.4水文地质....................................................52.5主要研究内容................................................5第三章V型冲沟高填路堤施工技术.....................................63.1施工方案....................................................63.2施工技术....................................................73.2.1抗滑桩施工............................................73.2.3桩板式挡土墙施工......................................73.2.4格宾网施工............................................73.2.5路堤填筑..............................................8第四章巨粒土高填路堤参数反演及沉降预测............................94.1概述........................................................94.2正交试验设计方法的理论研究..................................94.2.1试验设计反分析方法....................................94.2.2正交试验设计方法原理与特点...........................114.2.3正交试验设计方法基本步骤.............................124.3基于正交试验法的巨粒土高填路堤沉降参数反演................174.3.1因素及其水平选择.....................................1714.3.2正交表设计反演模拟试验方案及试验指标结果.............174.3.3正交试验结果与沉降预测分析...........................18第五章本项目创新点...............................................22第六章经济社会效益...............................................232第一章绪论1.1国内外现状近年来，我国公路建设突飞猛进，尤其是高等级公路的大量兴建。高速公路被誉为一个国家走向现代化的桥梁，是发展现代交通业的必经之路，作为重要的交通基础设施，其快速建设对我国国民经济的总体发展起到了举足轻重的作用。随着我国高速公路网的逐渐扩大，高速公路建设不断向山区延伸。在山区修建公路，所面临的地形、地质条件越来越复杂，会途经许多填方高度过大、挖方深度过深的路段，于是高填方路堤成为公路的一种常见的结构形式。我国的公路规范中并没有明确的定义高路堤，一般情况认为，路堤填料为碎石、粗砂、中砂时填筑高度达到12m或者其他填料时达到20m，可称为高路堤。相比普通路堤，高填方路堤具有：填筑高度大，工后沉降量大，沉降时间长等特点。若下部地基的变形较小，高填方填筑体自身的沉降就会成为高填方路堤整体沉降的主要部分。如何对高填方路堤的工后沉降进行有效的计算与估计，以此来消除山区公路建设中因为路堤沉降而造成公路使用过程中可能发生的不良影响和危害，成为了当前道路建设领域中的一个重要研究方向。公路规范把试样中巨粒含量占总体50%以上的土体，定义为巨粒土。按照这种土体分类标准，对于巨粒土的界定是很明确的，可是在实际应用过程中，国内外的研究中却很少使用巨粒土的概念，而往往更广义地称之为粗粒料，或者粗粒土、土石混合体等，但本质上，这些都属于巨粒土的范畴。由于巨粒土具有压实性能好、透水性强、填筑密度大、抗剪强度高、沉陷变形小以及承载力高等良好的工程特性，因此作为路堤填料，被逐渐广泛应用于公路中。路堤填料的选用，一般都采取因地制宜、就地取材的方式，大量的石质挖方和隧道弃方就成为了路堤填料的主要来源，以挖方区开挖所产生的石料为主，其中最常见的是巨粒土填料。爆破开采石料及隧道弃渣等，具有粒径较粗、压缩性低、强度高、孔隙率大、透水性强、力学性质稳定等特点，利用石料修筑路堤，充分利用其优良的筑路性能，不仅减少了土石方运输，极大的降低了工程造价，同时也有效的保护了生态环境。31.2施工技术难点高填方路堤具有沉降大、沉降时间长、对地基承载力要求高等特点。巨粒土高填路堤由于填筑体自重过大，填料性能又复杂多样，其工后沉降更是一个不容忽视的问题。路堤沉降严重影响着道路的良好使用，为了保证公路使用的安全性和舒适性，有效地降低路堤沉降，消除路堤沉降所带来的危害已成为公路建设科技领域的一个重要课题。因此，当前在山区修建巨粒土高填方公路时，路堤的沉降计算及预测成为必须解决的关键问题之一。巨粒土的特征决定了在高路堤的施工中我们要解决的技术问题，主要有以下两点：(1)颗粒粒径大。根据土体分类定义可以发现，相对于其他类型土体，巨粒土自身颗粒直径大很多，这就给土体试验带来了一定的困难。在实验室对巨粒土进行实验研究，考察其土体性能、力学表现特性是很不容易的。虽然为了达到实现实验目的，研究者也曾通过扩大实验仪器尺寸来进行尝试，但也不能将一些原型材料的级配概括进来，只能用相似级配法、等量替代法、剔除法等方法将试样缩小后进行试验，以此来估计现场原型材料的力学性质。巨粒土力学性质的不确定性就要求我们在施工过程中尽可能按照施工标准，因时因地的进行施工。(2)颗粒破碎。颗粒破碎是指组成土体的颗粒在外部荷载作用下产生结构破坏或破损，分裂成粒径相等或不等的多个颗粒。颗粒破碎会引起土体级配的改变，从而使其物理力学性质发生变化。会发生颗粒破碎的路堤填筑材料不只是巨粒土，如石英砂、钙质砂在一定的围压水平下就会产生颗粒破碎。与这些材料相比，巨粒土容易产生较高颗粒破碎率的主要原因是由于其材质的来源存在潜在缺陷及棱角丰富，巨粒土在较低的围压下就会产生颗粒破碎。因此，这就给我们在施工过程中的压实标准和压实指标提出了更为严格的要求。4第二章工程概况2.1工程概况广西资源至兴安高速公路是安（康）至北（海）公路重要组成部分，是广西高速公路网规划“6横7纵8支线”中纵2—资源（梅溪）至铁山港高速公路的组成部分，这条沟通湘桂两省的高速公路，将形成连接桂林喀斯特峰林地貌、八角寨丹霞地貌和张家界砂岩地貌三种我国极具代表性自然景观的大旅游新通道。广西资源至兴安高速公路作为广西东部纵向重要的公路通道之一，是国家高速路网中泉南高速、厦蓉高速、上瑞高速、包茂高速、二广高速的联络线。建成后，它将通过南宁至友谊关高速公路连接东盟各国，成为我国内陆地区通往广西沿海港口及东盟国家最便捷的通道之一。项目的建设对构建广西连接多区域的国际大通道综合交通网络，推进桂林国际旅游胜地建设具有重要意义。本标段路线起点于广西壮族自治区资源县梅溪乡鸭头村，顺古岭隧道出口处。路线此处设八角寨互通式立交，并设连接线与既有S202相接；之后路线向南经全栗湾，于垫子背设青云隧道至青云桥水电站东侧，后经井水湾、石亭，于瓦窑坪西侧设大湾大桥至标段终点。2.2地形地貌地质构造特征具有扬子准地台和南华准地台的两重性。线路走行于低山区，地形起伏较大，植被发育；线路主要以路基、桥梁形式通过。本段通过区域断裂资新断裂（F1）。受构造影响，花岗岩具糜棱化、碎裂化现象。受地质构造影响，工程地质条件一般。所在地区属中亚热带季风湿润区，受地形地势影响，具有明显的山地立体气候特征。四季分明，相对气温低，光热少，雨量多，湿度大，霜、雪、冰期长是本地区气候条件的重要表现。2.3工程地质(1)地层岩性5坡积粉质黏土、碎石土为主，下伏加里东期花岗岩、震旦系灯影组硅质岩、白垩系砾岩。(2)地质构造此段区域位于江南地轴南缘与湘桂褶皱带交汇处，为扬子准地台和南华准地台的过渡地段。(3)不良地质主要不良地质现象为：泥石流、滑坡。特殊岩土为软土地基、岩溶(4)地震动参数，根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）,路线所在区域地震动峰值加速度小于0.05g，抗震设防烈度小于VI度。2.4水文地质普遍具风化带网状裂隙水特征。由大气降水的渗入而形成，赋存于风化裂隙及构造裂隙之中，地下水埋藏较浅，属浅层潜水，其中植被是最重要的控制因素。本段属于中亚热带季风湿润气候区，海拔在800米以上，因地形地势关系，具有明显的山地“立体气候”特征，是广西气温最低，光热最少，雨量较多，湿度最大，气候温和，四季宜人，年均气温16.8℃，年平均降雨量在1735-1875.5mm之间，年平均相对湿度82%，年平均日照时数1307小时。2.5主要研究内容（1）根据巨粒土高填土路堤的工程特点与机理，探讨使用巨粒土进行路堤填筑过程中可能出现的问题以及具体的解决办法，从而选择最优解决方案和施工技术，为巨粒土高填路堤的工程实践提供经验。（2）根据巨粒土自身的物理和力学特点，研究使用巨粒土进行填筑的高路堤在施工完成后的产生的工后沉降问题，从而在施工过程中控制好路堤的压实，达到规范要求的工后沉降标准。（3）通过参数反演试验模拟工后沉降，调整填土厚度和压实标准，最终使工后沉降控制在规范允许范围内。6第三章V型冲沟高填路堤施工技术3.1施工方案路堤填筑采用分级填筑方式，一级路堤高度8.0m，坡比采用1:0.75，平台宽度3.0m，二级至三级坡比1:0.75，高度控制10.0m，三级平台采用3.0m，根据路堤应力应变特征，二级平台采用卸荷宽缓平台处治方式，平台宽度5.0m，四级路堤坡比仍采用1:0.75。一级路堤拟采用土石混填方式填筑，二级、三级、四级路堤均要求采用填石路堤。施工方案如图1所示。图1施工方案图采用格宾挡墙进行护坡，路基中部铺设宾格网+GCL进行强腰，路面结构层下方铺设土工格栅减小路面开裂，坡脚采用板桩结合挡土板进行强脚，格宾挡墙能有效的提高边坡整体及局部稳定性，而且透水性良好，与填石路堤配合使用能尽快的排出由于降雨而渗透到路基内部的水；路基腰部的格宾网及路面结构层下面的土工格栅能增加路基岩土体的整体性，有效地减小路基变形，防止路面开裂而影响道路行车安全。板桩挡墙及抗滑挡墙对坡脚能进行有效的防护，提高边坡整体稳定性。73.2施工技术3.2.1抗滑桩施工抗滑桩采用采用1.75mx2.5m截面，桩长10m左右;嵌于基岩层上，间距5.0m，C25混凝土浇筑。抗滑桩采用C25钢筋混凝土护壁，护壁厚度20cm。作业顺序如图2。图2作业顺序3.2.3桩板式挡土墙施工填方坡脚位于应