公路拓宽地基强夯振动传播规则及其应用技术研究

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1、公路拓宽地基强夯振动传播规则及其应用技术研究第一章绪论1.1课题研究背景及意义受土地资源的严重制约，我国公路工程逐步由大规模的工程建设阶段转向以养护、维修、改建为主的运行维持阶段。特别是在经济发达的东部地区，由于社会经济的快速发展，交通压力日益增大，在基本维持现有公路规模的基础上，路网改造、拓宽改建的任务日趋繁重。公路的拓宽改建可以在提升道路通行能力的同时减少占土地，并有利于资源节约、环境保护。旧路拓宽后新老路基顶部的差异沉降，及由此导致的路面结构纵向开裂，甚至路基失稳，是公路拓宽改建中的突出问题。这种沉降的差异主

2、要来自于新老地基的不均匀沉降。老地基经多年压缩固结沉降已基本完成，有效加固拓宽部位新地基，减小新地基沉降，是消除路基不均勻沉降、新老路基结合薄弱带，以及路面纵向开裂的有效措施。高速公路的拓宽不同于一般道路，一方面为了节省建设资金，需要有效地利用老路路基，另一方面要保障老路的正常交通运行。基于这两方面的考虑，保证老路基的稳定就显得尤为重要。因此高速公路拓宽时地基一般釆用压路机碾压，这样可以保证老路基的稳定，然而其有效的压实深度较浅，远远低于路基对地基的压缩影响深度。强穷技术能够有效加大地基处治深度，且工程费用低廉，施

3、工方便，是一种经济高效的地基加固处置技术。但由于传统的强穷技术振动较大，强夯振动及其在路基路面中的传播规律尚不清楚，导致强穷对旧路路基、路面结构稳定和行车安全的影响难以评价，制约了该技术在高速公路拓宽地基加固中的应用。强夯振动的影响与夯锤结构、夯锤重量、夯锤落距、穷击工艺、地基路基土质、传播地形、隔振技术、路基高度等密切相关。本论文通过研究公路拓宽时路侧地基强夯振动冲击波在正常通行的老路基路面结构中的传播规律，主要包括不同穷锤直径、穷锤重量、穷锤落距等对强夯冲击波的影响规律；不同路基高度条件下强穷冲击波在路基路面结

4、构中的传播规律；地基强夯对老路基路面结构强度、稳定性的影响规律；地基强夯振动对路上行车人员的安全舒适性的影响规律，从而为地基强夯振动控制标准的确定以及新逝夯银、强穷工艺和隔振技术的研究提供理论依掘。1.2国内外研究现状强夯振动涉及到层状半空间中弹塑性波的传播与衰减特征，加之不同土质的差别较大，目前理论上的研究尚不够成熟。迄今为止，强穷引起的地面振动问题依然没有简便易行且具有足够精度的实用计算方法。在强夯施工过程中，只能通过现场监测，结合爆破以及地震作用对建筑结构的振动破坏标准，对于强穷加固效果的评价指标主要有强夯地

5、表夯沉量与强夯加固深度两种。强穷地表穷沉量只能从宏观的角度来评价穷击效果，一般用作强穷施工过程中终夯的控制指标，仅在数值计算分析中看到用地表夯沉量评价强穷的加固效果。如李永红、郝华庚等_利用数值模型计算，通过比较夯沉量的大小得到相同穷击能下，重锤低落距要比轻锤高落距对土体的加固效果好，而在实际工程以及理论分析中，一般用强夯的加固深度作为强夯加固效果评价指标。目前有关强夯法加固地基有效深度的定义还不明确，现在一般将经过强穷加固后土体各种强度指标能够满足设计要求的深度理解为有效加固深度。另外，除了常规的经验公式法以外，

6、我国《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002)列出了根据不同单击穷击能和不同土类的有效加固深度预估值表可以参考选用。一般的方根修正系数法以及查表分析法均仅考虑了锤重与落距对影响深度的影响，而忽视了其他众多因素,于是一些学者又从能量守恒的角度计算加固深度。王成华根据塑性能量守恒，采用等效拟静力法估算加固深度，将强穷引起的拟静附加应力达到土自重应力0.2倍处为加固深度，经过简化得到加固深度公式。左名麒根据波的传播特性和土对能量的吸收情况计算出波的有效传播范围，并作为地基的有效加固半径。日本坂口旭等将冲击压力看作静

7、荷载，也根据能量守恒定律，提出了考虑冲击效率因素的强穷加固深度公式。费香泽等对黄土进行了强夯的模型试验研究，分析了不同的参数对强夯加固范围的影响程度和相互关系，得出了考虑这些主要因素的加固深度的计算公式。第二章强穷模型试验研究模型试验作为一种研究手段，可以在有限的时间内，突破自然条件和外界条件的限制，得到精确的试验结果，在时间和经济上都是极大的节省。目前针对强穷法已展幵了大量的研究工作，通过强穷模型试验也得到了大量的试验成果，但此部分的研究成果主要集中在研究土体在不同强夯参数下的地面变形，以评价和验证地基内部的加固

8、效果，对于强夯振动传播规律的模型试验则研究较少。本模型试验通过建立一个旧路拓宽试验模型，研究在不同强穷参数下，强穷冲击波对旧路路基的振动影响，一方面可以提供基础的试验数据，对比分析下一步数值计算方法的可靠性；另一方面通过监测地基、路基结构振动加速度的变化情况，分析强夯冲击波在路基、地基中的衰减规律；第三个方面通过不同夯击工艺下质点的振动规律以及夯锤底部土动压