高速公路扩建工程沉降观测及预测技术研究

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1、高速公路扩建工程沉降观测及预测技术研究第一章绪论1.1选题的背景和意义截至2012年底，我国高速公路通车里程近8.5万km，21.6%的通车10a以上，55.4%的通车5a以上。随着交通需求的激增和高速公路役龄的增加，越来越多的地区都面临改扩建工程建设的强烈需求。京港澳高速公路京石段地处经济发达的平原地区，是华北、华中和华南连接北京的主要交通动脉，为我国最繁忙的高速公路之一，2011年交通量已达到48798辆/日，大型车比例不断增加，道路病害不断增加，导致京港澳高速公路京石段的服务质量不断下降、通

2、行能力趋于饱和。因此，该段的改扩建十分必要和迫切。京港澳高速公路京石段通车于1994年12月，初始设计为双向四车道，路面宽27m(部分路段宽26m),修建时为分阶段、分幅填筑。扩建后主线采取两侧拼宽为主、局部分离的方式将原双向4车道高速公路扩建为双向8车道高速公路，综合考虑老路现状、互通立体交叉的分布情况及扩建应充分利用老路的需要，拟定设计速度釆用120km/h，路基宽度42m。虽然近年来我国已经有多条高速公路进行了改扩建施工，部分加宽的高速公路已经通车运营，但高速公路改扩建从设计到施工仍没有完善

3、的规范和施工方法可循，而且在一些已完成改扩建的高速公路中出现了一些严重影响运营的问题，如连霍高速公路郑州至洛阳段改扩建工程在通车前第九标段路面和路基出现开裂、大面积下沉等现象，严重的地方已经塌方；陕西西潼高速公路改扩建后通车一年后多段路面出现大面积沉降和塌陷现象，从西安到潼关约有6处路面出现大面积沉降、塌陷和裂缝情况。加宽路基出现路基病害的原因多种多样，但总的来说是新老路基的差异沉降和新老地基的承载力差异导致，另外桥头跳车、路基滑坡和施工速率控制等在新建高速公路中被重点关注的问题在高速公路改扩建工

4、程中同样应被重视。..1.2研究现状国外发达国家的高速公路发展起步远早于我国，国外高速公路加宽工程和相应理论及标准的研究比国内幵展的更早。美国盐湖城1-15公路的改扩建工程，有27km的道路位于强度较低、固结时间长的软弱地基上，但路基容许施工期限很短(12?18个月)，为保证路堤施工的稳定性并减小工后不协调变形，釆取了多项工程措施⑴；A.N.G.VanMeurs和A.VanDellBerg,针对软士路基上加宽路基填筑施工提出了间隙法(GapMethod)，这是一种二步填筑法，先在距离老路基一定距离

5、外填筑部分新路基，新老路基之间留有一定间隙，然后再填筑新老路基之间的间隙[2]；美国普渡大学的RichardJ.Deschamps等人对加宽路基进行了研究，提出了加宽路基的设计指南和施工步骤，并对其相应的规范进行了修订[3]；国外软基道路拓宽多釆用轻质材料，如PUF、SLM、EPS等，但这些材料价格昂贵，国内应用较少[4_5]。与国际上先进国家相比，我国高速公路建设起步较晚，而且由于建设时受到当时经济条件、技术条件和设计思路的制约，很多高速公路都是双向四车道甚至双车道，但随着我国经济的快速发展，相

6、当一部分高速公路己经无法满足迅速增大的交通量的需要，而且病害频出，新的高速公路建设已经刻不容缓。综合我国整体的路网规划、投资规模和占用土地等条件，对现有高速公路进行加宽扩建是最为经济而且环保的方案。.第二章高速公路改扩建工程沉降观测方法及观测方案布置2.1沉降观测方法目前公路地基路基沉降变形观测按观测部位可分为地表沉降观测、深层沉降观测和路基断面沉降观测。经过多年的发展，沉降观测方法和原理不断得到完善，观测方法和元件种类越来越多，能适应路堤、地基、边坡沉降和水平变形等多种情况和不同地址条件的观测。

7、(1)传统的观测方法一般为通过水准测量或三角高程测量得出目标点的绝对高程，通过两次测得的高程相减得到目标点的沉降值，一般使用的测量元件包括观测桩、沉降板和沉降杯等。①沉降观测桩一般为木桩或钢质观测标打入路基或边坡表层的土中，使用水准测量方法可测得不同时间的绝对高程，比较可得到沉降，这种方法简单易行，但只能测得表层单点的沉降量，适合于施工完成后的表层沉降测量，施工期间不便使用。②沉降板现在广泛应用于铁路和公路路基沉降观测，一般由钢底板、金属测杆和保护套杆组成，钢底板埋入路基或地基中，随路基或地基沉降

8、，随着施工的进行可以接高金属侧杆和保护套杆，使用水准测量方法可以测得测杆顶端的沉降量，即钢底板埋设位置的沉降量。沉降板方法使用成本较低、布置方法简单，结合高等级的水准测量方法可以得到较为精确的沉降值，但其对施工影响较大，受大型施工机械撞击易受到无法修复的损坏，也会影响沉降板埋设位置附近路基的施工质量，对于公路路基沉降观测来说沉降板方法只能在路堤施工期间进行观测，一旦路面幵始施工便无法再接长测杆，对运营后的高速公路无法持续观测其变形。.2.2沉降观测方案布置京港澳高速公路京石段路基沿