某高速公路特殊路段毕业设计

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1、 西 南 交 通 大 学 本科毕业设计某高速公路特殊路段路基路面综合设计年 级:2002级学 号:20021036姓 名:梁超贤专 业:土木工程指导老师:邱延峻、艾长发 2006 年 6 月 院 系 土木工程学院 专 业 土木工程 年 级 2002级 姓 名 梁超贤 题 目 某高速公路特殊路段路基路面综合设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕业设计（论文）任务书班 级 02级土木6班 学生姓名 梁超贤 学 号 20021036 发题日期：2006年 4 月 3 日 完成日期： 6月 15日题 目 某高速公路特

2、殊路段路基路面综合设计 1、本论文的目的、意义 根据教育部指示,毕业设计是高等工科院校本科培养计划中最后一个重要的教学环节,目的是使学生在学完培养计划所规定的基础课、技术基础课及各类必修课和选修专业课程之后,通过毕业设计这一环节,较为集中和专一的培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能,分析和解决实际问题的能力。和以往的理论教学不同,毕业设计是要学生在老师的指导下,独立的、系统的完成一个工程设计,以期能掌握一个工程设计的全过程,在巩固已学课程的基础上,学会考虑问题,分析问题和解决问题,并可以继续学习到一些新的专业知识,有所创新 。 2、学生应完成的任务 本设计要完成的任务主要包括路基

3、设计、路面设计和材料设计三部分。其中路基设计部分是针对软土地带高填方路段进行，要求进行沉降计算、地基处治设计、软土路基的稳定分析、悬臂式挡土墙的设计和坡面防护设计。地基处治设计采用真空堆载联合预压法，要求说明原理并进行施工设计。路面设计部分，要求沥青混凝土路面和普通混凝土路面各设计两种结构组合，并对四种路面结构进行经济、使用性能的比较，推荐一种路面结构。并进行水泥混凝土路面的传力杆和拉杆设计。材料设计部分要求进行矿质混合料的配合比设计和最佳沥青含量的设计。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分 软土路基设计 ( 4周) 第二部分 路面设计 ( 1.5周) 第三部分 沥青混合料

4、设计 ( 1.5周)第四部分 毕业实习和文献翻译 ( 1.5周) 第五部分 计算机应用 ( 2.5周)评阅及答辩 (1 周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘 要随着经济的快速发展，人们对交通建设和出行舒适度的要求不断提高，我国高速公路建设步伐将不断加快。特别是进入21世纪，重点加快高速公路建设，已经成为我国的一项重要的战略部署。本设计为某拟建高速公路一段的路基路面综合设计。该地段为软土地基且位于桥头与路堤相邻处，路基的平均填土高度为8m。计算行车速度为100km/h且交通量增长较快。根据设计公路的交通量及其使用任务和性质，结合沿线自然条件与主要技术指标，进行方案论证与比

5、选，推荐最优方案。在确定最优方案后进行详细设计，设计内容包括：路基设计,路面设计和材料设计等。路基设计部分主要针对软土地带高填方路段进行。经过沉降分析后决定进行地基处治，处治方法为真空堆载联合预压法。软土路基的稳定分析采用了瑞典条分法，在填方最大高度处进行了悬臂式挡土墙的设计。路面设计部分分别进行了两种沥青混凝土路面和两种普通水泥混凝土路面的结构设计，并对它们的经济性和使用性能进行了比较，最终确定为沥青混凝土路面。沥青混合料设计部分首先提出了沥青混合料的设计要求，然后根据要求进行了两种矿质混合料的配合比设计，最后根据给定的试验数据进行了最佳沥青含量的设计。关键词：软土地基；真空堆载联合预压法；

6、悬臂式挡土墙软土；水泥混凝土路面；沥青混凝土路面 AbstractWith the rapid development of economy，the requirement for the traffic construction and driving comfort is continuously improving. The pace of our countrys highway construction will keep accelerating. Especially in the 21st century, our country will put much emphasis

7、on the construction of highway, which has been an important strategic plan.This design is an integrated design about the foundation and pavement of a proposed freeway. The section is on the foundation of soft soil, which lies between either end of a bridge and the road embankment. The average height

8、 fillings of the roadbed are 8m. Calculation speed is 100km/h and the traffic is growing faster. According to the given traffic volume, service level, the highway is defined as the freeway. With the local natural condition and main technical standard, through analysis and comparison of several feasi

9、ble plans, the most proper one of these is recommended and subsequently carried out in details, including the design of foundation, the pavement and asphalt mixture.The design of the section of roadbed mainly aims at soft soil and high filling. Foundation treatment is decided after the settlement an

10、alyse, and the method for treatment is the preloading method combining with vacuum stack-load. The method of soft soil foundation is the Swedish Slipicircle Method, and a cantilevered retaining wall beside the largest high fill is needed.The design of the section of pavement construction includes tw

11、o asphalt pavement construction and two Cement concrete pavement construction. Comparing their economy and usefulness, asphalt pavement is finally adopted. The section of asphalt mixture ，This design first requires for the asphalt mixture design, then the design of the two pavement asphalt mixtures

12、aggregate gradation. At last according to the experimental data, this paper is about OAC desigkey words：soft soil foundation; preloading method combining with vacuum stack-load；cantilevered retaining wall；Cement concrete pavement；asphaltpavement目 录第1章 绪论11.1 公路路基路面的发展概况11.2 工程概况51.3 本设计的主要内容6第2章 软土地

13、基沉降计算与地基处理72.1 软土地基的沉降计算72.1.1 软土及其特征72.1.2 交通量分析与路基断面的确定72.1.3 主固结沉降和总沉降的计算92.1.4 工后沉降的计算132.2 地基处治设计152.2.1 软土地基处理的目的和意义152.2.2 真空堆载联合预压法的原理152.2.3 施工设计16第3章 悬臂式挡土墙设计203.1 土压力的计算203.1.1 土压力计算理论203.1.2 汽车荷载换算223.2 悬臂挡土墙设计233.2.1 墙身构造要求243.2.2 墙身截面尺寸的拟定243.3 内力计算273.4 墙身钢筋混凝土配筋设计293.5设计过程323.5.1截面尺寸

14、的拟定323.5.2 荷载计算323.5.3 抗倾覆稳定验算343.5.4 抗滑稳定验算343.5.5 地基承载力验算343.5.6 配筋设计35第4章 坡面防护设计414.1概述414.2防护类型的选取原则424.3坡面防护434.3.1 植物防护434.3.2 矿料防护44第5章 路面设计485.1 路面设计的任务与内容485.2 设计资料495.3 沥青路面结构组合设计495.3.1 设计原理495.3.2 电算结果545.4 普通水泥混凝土结构组合设计605.4.1 设计理论605.4.2 计算过程655.5 方案比选695.5.1 经济性比较695.5.2 使用性能指标比较705.5

15、.3 确定最终方案705.6 PCC路面传力杆和拉杆设计715.6.1 纵缝的设计715.6.2 横缝的设计725.6.3 接缝填封材料73第6章 沥青混合料设计746.1沥青混合料的设计要求746.1.1 高温稳定性746.1.2 低温抗裂性766.1.3 耐久性776.1.4 抗滑性786.1.5 施工和易性796.2矿质混合料组成设计796.3 沥青混合料马歇尔试验836.3.1数据处理中用到的公式说明836.3.2试件成型856.3.3试件物理力学指标的测定866.3最佳沥青用量的确定886.4.1 绘制关系图886.4.2 最佳沥青用量确定906.4沥青混合料的性能检验91总结92致

16、 谢94参考文献95附录1 英语翻译96附录2 实习报告108第1章 绪论1.1 公路路基路面的发展概况中国是一个有5000多年文明史的国家。在这历史的长河中，我国勤劳、智慧的各族人民，在道路，桥梁的修建和车辆制造以及交通管理等方面，都取得过辉煌的成就，是我国古代灿烂文化的一部分。道路交通对于繁荣经济和交流文化，对于维护民族团结和国家统一，都作出了巨大贡献。中国古代道路和桥梁建筑，在世界上曾处于过领先地位，在世界道路交通史上留下了光辉的篇章。根据史记记载，早在4000多年前，中国已有了车和行车的路。商代(约公元前16世纪约公元前1066年)开始有驿道传送。西周(公元前1066年公元前771年)

17、开创了以都市为中心的道路体系，还建立了比较完善的道路管理制度。秦代(公元前221年公元前206年)修驰道、直道，建立了规模宏大的道路交通网，总里程约有1万2千多公里。西汉时期(公元前206年公元前23年)设驿亭3万处，道路交通呈现出更加繁荣的景象。特别是连接欧亚大陆的“丝绸之路”的开通，为东西方经济文化交流作出了贡献。唐代(公元618907年)是中国古代经济和文化的昌盛时期，建成了以长安城(今西安)为中心约2万2千多公里的驿道网；到了宋、元、明、清各代(公元9601911年)道路交通又有发展。尽管中国曾经创造了领先于世的古代道路文化。但是由于长期的封建制度和近百年帝国主义列强的侵略和掠夺，束缚

18、了生产力的发展，中国公路的兴建迟至本世纪初才开始，并且在旧中国发展十分缓慢。清末，在原有驿道上修建了一些很简陋的公路。19121949年中华民国时期，公路有了初步发展。全国先后共修建了13万公里。这些公路大多标准很低，设施简陋，路况很差。到1949年能够维持通车的仅有8万公里，全国有1/3的县不通公路，西藏地区没有一条公路。汽车运输是从1901年由国外输入第一辆汽车开始的。到1949年汽车保有量约5万辆，且大多数已破旧不堪，全国大部分地区主要还是依靠人力和畜力运输。1949年建国以来，我国进入了社会主义建设的伟大时代。由于工农业生产迅速发展，人民生活逐步提高，尤其是建立和发展了汽车工业和石油工

19、业，使我国公路交通事业得到了迅速的发展。特别是1978年以后，国家执行了以经济建设为中心的政策，开始了建设有中国特色的社会主义的新时期。公路建设也开创了崭新的局面。到1998年底，全国公路通车里程达到126万公里，其中高速公路总里程为6258万公里，全国汽车保有量约为1500万辆。公路运输已渗入到经济建设和社会生活的各个方面，在国民经济中占有越来越重要的地位。自80年代中期开始，中国大陆兴建高速公路，十年来，陆续投入运行的主要高速公路有京石、京津塘、沈大、合宁、济青、开洛、广深、太旧、合芜、成渝、沪宁、桂柳、呼包、哈大、泉夏、石安、安新等二十余条线路，总里程为6258公里。高速公路的建设和使用

20、，为汽车快速、高效、安全、舒适地运行提供了良好的条件，标志着我国的公路运输事业和科学技术水平进入了一个崭新的时代。路基路面直接承受行驶车辆的作用，是道路工程的重要组成部分，通常都根据车辆行驶的需要，选用优质材料建成。如我国古代曾以条石、块石或石板等铺筑道路路面，以提供人畜以及人力、兽力车辆的运行。欧洲在公元前3500年，在美索不达米亚(Mesopotamia)，继发明了车轮后不久，即用石料修筑了第一条有硬质路面的道路。进入二十世纪后，随着汽车工业和交通运输的发展，现代化公路的路基路面工程逐步形成了新的学科分支。它主要研究公路，城市道路和机场跑道路基路面的合理结构、设计原理、设计方法、材料性能要

21、求以及施工、养护、维修和管理技术等。半个世纪以来，我国广大道路工程科技工作者，从我国实际和建设需要出发，引进外国先进技术，刻苦钻研、反复实践，在路基路面工程建设和科学研究中，取得了许多突破性的系列成果。现作简要介绍：公路自然区划。我国幅员辽阔，各地自然条件和道路的工程性质差异很大。为此将自然条件大致相近者划分为区，在同一区划内从事公路规划、设计、施工、管理时，有许多共性因素可以相互参照。我国现行的公路自然区划标准分三级区划，一级区划是根据地理、地貌、气候、土质等因素将我国划分为七个大区，二级区划以气候和地形为主导因素，三级区划以行政区域作为界限。土的工程分类。土是填筑公路路基的主要材料，由于天

22、然成因的差异，不同的路基土表现出截然不同的工程特性。我国依据土颗粒组成特征、土的塑性指标(塑限、液限和塑性指数)、土中有机质存在情况，将公路用土按不同的工程特性划分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四大类，并细分为十一种土。确认土的类别需应用标准的仪器，按统一的规程进行测试界定。为了在野外勘查中能对不同土类作鉴别，系统地总结了“简易鉴别、分类和描述”的方法与细节。路基强度与稳定性。路基作为路面结构的基础应具有足够的强度和稳定性，我国较早就确定以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标，并形成了成套的室内外试验标准方法与仪器。为了在施工中以物理量指标控制工程质量从而保证达到规定的强度指标，广泛开

23、展了不同土种的最佳含水量与最大密实度相关关系的研究，并且统一以重型击实试验法作为基本控制标准。为了提高路基的强度与稳定性，根据不同类别土壤的特性，研究了粒料加固、石灰加固、水泥加固、专用固化剂加固等行之有效的技术措施。在多年冻土地区、膨胀土地区、沙漠地区、黄土地区、盐渍土地区等特殊地区，通过研究采用各种有效技术修建公路路基取得十分宝贵的经验。高路堤修筑技术与支档结构。为了提高高路堤路基的稳定性，研究提出的技术措施包括减轻路堤自重，采用轻质粉煤灰，或采用轻质塑料块修筑路基；修筑轻型路基支档结构，特别是加筋挡土墙的研究和工程建设在我国取得了许多成果。例如条带加筋、网络加筋、土工织物加筋等均取得良好

24、效果。软土地基稳定技术。在软土地基上修筑路基路面，天然地面的自然平衡状态将发生改变，在很长时间内路基将处于不稳定状态。为此广泛研究了软土的调查与判别方法，改变软土性质的技术措施，如沙井或塑料板排水固结法；沙层排水加载预压法；无机结合料深层加固法等。在力学分析的研究方面，通过现场跟踪观测与建立预测分析模型，来预估与控制软土地基加固后的工后沉降，从而提高路基的稳定性。岩石路基爆破技术。利用爆破技术开山筑路在我国有悠久的历史。但是在最近几十年中我国在山区筑路工程中有新的发展，创造了系统的大爆破技术，每次总装炸药量多达数十吨，一次爆破可清除岩石数十万立方米。大爆破以现代爆破理论为基础，事先进行周密的勘

25、测与调查，经过精心设计的大爆破不仅能降低造价，缩短工期，而且能够使爆破后形成的坡面状况十分接近路基横断面设计要求。沥青路面结构。60年代初，随着我国石油资源的大规模开发，揭开了用国产沥青筑路的序幕。早期的沥青路面主要是铺设在现有中级路面上的薄层表面处治层，以改善其行车条件。70年代末，逐步形成了以贯入式路面为主的沥青路面承重结构。80年代末，开始兴建高速公路，沥青路面作为一种主要型式，大量采用总厚度超过70cm的重型沥青路面结构。通过长期的科学研究形成了适合我国实际的沥青路面整套技术。包括沥青原材料的生产工艺、装备；沥青材料的技术指标与标准、试验设备及方法；沥青混合料的技术指标与标准、混合料设

26、计技术、混合料性能检测设备及方法；沥青路面现代化施工整套设备、施工技术与施工管理等。水泥混凝土路面结构。70年代中期，交通运输发展加快，部分干线公路、城市道路及厂矿道路为提高承重能力，相继采用水泥混凝土路面结构。随后，针对水泥混凝土路面各方面存在的问题，开展了系统而具有相当规模的科学研究。从而在我国形成了关于水泥混凝土路面结构的整套技术，包括道路水泥的性能、指标、标准以及生产工艺；水泥混凝土路面基层的作用，水泥混凝土路面结构性能与设计方法；接缝构造、工作原理以及接缝设计方法；水泥混凝土路面小规模施工和大规模现代化施工成套装备及施工方法、施工组织管理等。柔性路面设计理论与方法。半个世纪来，中国道

27、路科技工作者通过广泛的调查研究和理论探索，形成了符合中国实际的柔性路面设计理论与方法体系，它吸取了世界上各种流派的学术思想，以及各个国家设计方法的优点。在力学理论基础方面，建立了弹性力学多层结构承受多个圆形荷载的分析系统及相应的计算机程序；提出了能控制路面结构主要性能的设计指标体系；形成了符合我国当前交通状况的荷载模式及交通分析方法；形成了完整的设计参数指标、标准、测试仪器与方法；建立了切实可行的设计计算方法系统。近年来，在路面功能设计、可靠度设计等方面的研究取得了明显的进展，将不断地充实到现有的系统中去。刚性路面设计理论与方法。70年代起，我国道路科技工作者对刚性路面设计进行较系统而具有相当

28、规模的研究。在力学基础理论方面，运用解析法及有限元法建立了弹性力学层状结构，弹性地基板体结构模型，形成了整套分析计算方法与计算机程序；建立了以弹性力学为基础，以混凝土弯拉应力为设计控制指标，综合考虑荷载应力与温度应力作用的设计体系与方法；研究并建立了地基支承、疲劳效应、动力效应等一整套设计参数的取值与测试方法；对钢纤维混凝土路面、连续配筋混凝土路面、辗压混凝土路面、复合结构混凝土路面等新型路面结构开展系统研究并取得一批实用性研究成果。半刚性路面结构。利用石灰、水泥、工业废料等无机结合料修筑半刚性路面始于60年代初，三十多年间，对半刚性路面的强度发展规律、强度机理、路用性质等进行了广泛的研究。由

29、于这种路面结构具有很多优势，目前已广泛用于高等级公路与城市道路，成为一种主要的结构型式。目前对它的长期使用性能和变形规律等问题正在作深入的研究，此外对于面层结构的半刚性技术途径也正在研究之中。路面使用性能与表面特性。路面的平整度、破损程度、承载能力及抗滑性能是路面使用性能的重要方面。目前，我国已对这些性能对行车的影响；这些性能与路面结构设计、材料、施工的关系；量测手段与量测方法；评价的指标与标准；在车辆的反复作用下性能的衰减及恢复等开展了广泛的研究，有的已成功地应用于工程之中。路面养护管理。将系统工程的理论与方法用于协调路面养护，形成路面管理系统是80年代后的新动向。十多年来，我国在路面性能的

30、非破损快速跟踪检测，路面性能预估模型的建立，路面管理网络系统的建立以及项目级和路网级优化管理决策等方面取得了系列研究成果。综上所述，路基路面工程作为一个学科分支，在我国随着交通运输的发展，正在以较快的速度逐步接近国外同类学科的前沿。进入21世纪，交通运输不论是在中国，还是在其它发达国家，仍然是一个重要的科技领域。我国道路科技工作者将会从中国的实际出发，不断吸取交叉学科的新成就以及世界各国的有用经验，全面推动路基路面工程学科的发展，为我国交通运输现代化做出贡献。根据当前路基路面工程科学技术的发展趋势，对于以下几方面学科的交叉与发展特别应该引起重视。1.2 工程概况 某拟建高速公路的一段所在地区的

31、自然区划为5区，计算行车速度为100km/h。预计竣工后的第一年折合成小客车双向日交通量为39646 辆/日。经调查，预计交通量年增长率为15%，路基填土为粘质土填料的内摩擦角35，粘聚力20kN/，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.3m，路基填土高度8m。公路的一段位于海滨，上层主要由第四纪全新世晚中期滨海河口相沉积的淤泥质粘土构成，其地层由上而下可分为粘土（硬壳层）、淤泥质粘土和粘土三层组成。第三粘土层的下面是坚硬岩石。公路在城郊某处右侧快车道填方最大高度8m，需要进行挡土墙设计。已知地基承载力设计值=350kPa，填土的容重18 kN/，活载按汽车超20级设计。墙背填料采用非膨胀土

32、填筑，墙后土压力不考虑浸水作用。1.3 本设计的主要内容 本设计内容主要包括路基设计、路面设计和材料设计三部分。其中路基设计部分是针对软土地带高填方路段进行，要求进行沉降计算、地基处治设计、稳定分析、挡土墙设计和坡面防护设计。地基处治设计采用真空堆载联合预压法，要求说明原理并进行施工设计。路面设计部分，沥青路面和普通混凝土路面各设计两种结构组合，并对四种路面结构进行经济、使用性能指标的比较，推荐一种路面结构。水泥混凝土路面要进行传力杆和拉杆设计。材料设计是指沥青混合料的设计，提出沥青混合料设计要求，根据筛分结果进行推荐级配的设计，根据沥青混合料试验结果进行最佳沥青含量设计。第2章 软土地基沉降

33、计算与地基处理2.1 软土地基的沉降计算 在软粘土地基上修筑交通工程，除了要满足地基稳定性外，更重要的是要选取合理的沉降估算方法和相关的计算参数，采取可靠措施减少沉降。高速公路对路基填筑完成后的沉降量要求比较严格，地基的压缩变形计算已经成为软粘土地基修建高速公路的关键技术问题之一。2.1.1 软土及其特征软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。按沉积环境可分为八种类型：泻湖相沉积、溺谷相沉积、滨海相沉降、三角洲相沉积、湖相沉积、丘陵谷地相沉积、河漫滩相沉积和牛轭湖相沉积。软土的基本特性：（1）具有高含水量、低密度、低强度、高压缩性、低透水性和中

34、等灵敏度特点。（2）具有一定的结构性。结构性的形成随土的矿物成分、沉积环境、空隙水的成分及沉积年代而不同。（3）往往存在硬壳层。这是由于地表部分风化、淋洗作用形成的，该硬壳层具有中等或低的压缩性、较高的强度、较强的结构性。2.1.2 交通量分析与路基断面的确定2.1.2.1 交通分析初步确定此高速公路预测年限为20年，设计车速为100 km/h，预期交通量年平均增长率为R=15。预计竣工后第一年双向日交通量如表2-1。表2-1 第一年双向平均日交通量车型前轴重kN前轴数前轴轮组数后轴重KN后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量辆/日黄河JN16259.51单115.01双-410日野KF300D40.

35、81单279.02双3m410小轿车101单201单-5000 各种汽车折合成小客车的年平均日交通量的计算。年平均日交通辆用20年的的平均值。计算公式如下： （21）式中 N年各种汽车折合成小客车的年平均日交通量； R设计年限内交通量的年平均增长率；设计年限；初始年的日平均交通量 N1的计算过程如表2-2。表2-2 初始年折合成小客车的年平均日交通量车型初始交通量辆/日折算系数折合成小客车辆/日黄河JN1624102.0820日野KF300D4003.01200长征CZ3614103.01230小轿车50001.05000合计N1=8250由公式（11）可知道各种汽车折合成小客车的年平均日交通

36、量：NN=42258 辆/日2.1.2.2 路基断面的确定 由上一节的计算可知道，各种汽车折合成小客车的年平均日交通量N为39646辆/日，根据公路工程技术标准（JTG B01-2003），四车道高速公路能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为 25000 55000辆。故车道数确定为四车道。路基的平均填土高度为8m。路基边坡用1：1.5。具体尺寸如图2-1。图2-1 路基横断面示意图路基宽度的确定： 车道宽度取 3.75m中间带宽度取 2m路缘带宽度取 0.75m硬路肩宽度取 3m土路肩宽度取 0.75m由公路工程技术标准可得路基宽度为他们的和：路基宽度=43.75+2+0.752+3

37、2+0.752=26m2.1.3 主固结沉降和总沉降的计算2.1.3.1 主固结沉降的计算 （1）已知资料路堤的沉降中，主固结沉降占主导地位，采用一维应力状态下的分层总和法计算。具体的计算方法有三种：1、按e-p曲线计算；2、用压缩模量计算；3、考虑前期固结压力计算沉降。本设计采用压缩模量计算主固结沉降。路基填土为粘质土，填料的内摩擦角，粘聚力 C=20 kN/m2，容重=18 kN/m3，路堤平均填土高度为8 m。软土地基上层主要由第四纪全新世晚中期滨海河口相沉积的淤泥质粘土构成，其地层由上而下可分为粘土（硬壳层）、淤泥质粘土和粘土三层组成，最底层粘土以下是坚硬岩石。其各层土的物理力学指标如

38、表 2-3所示。表2-3 各层土的物理力学指标土名天然含水量（）密度（）初始空隙比压缩系数（1/Mp）直接快剪固结系数固结快剪粘聚力kN/固结快剪摩擦角QKN/粘土（硬壳层）31.01.710.6651.0220.510.9-淤泥质粘土48.81.751.3821.3411.86.81.98e-314.112.0粘土32.11.920.8830.4124.220.3-（2）压缩层厚度的确定根据公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JTJ 017-96)中 414的有关规定，对用于计算沉降的压缩层，其底面应在附加应力与有效自重应力之比不大于0.15处。现试算软土低层即离地面14m深处的附加应力和有

39、效自重应力的比值。已知春季不利季节地下水位离地面1.3m。地下水位以下的土层有效重度取浮重度。附加应力分别查带状均布荷载和带状三角形荷载的应力系数k可得。有效自重应力 附加应力的计算：路基填土的容重r=18 kN/，路基高度H=8m；所以路基顶面处的应力p=188=144 kPa；由路基横断面的尺寸并查土力学带状均布荷载和带状三角形分布荷载的应力系数（应力系数的查表说明如图2-2得：所以 xb(a)带状均布荷载（b）三角形均布荷载PbPzxzxzxz图2-2 附加应力查表说明由上面的计算可以看到，压缩层厚度定为14m并不符合规范的要求，但由于第三粘土层的下面已经是坚硬的岩石了，故可以不考虑第三

40、粘土层以下的沉降。 （3）压缩模量法计算主固结沉降压缩模量的计算公式如下： （22）式中 软土的初始空隙比； 软土的压缩系数； 分层总和法计算主固结沉降的公式如下： （23）式中 主固结沉降； 地基中个分层中点处附加应力增量；第i分层的压缩模量；第i 分层的厚度； 主固结沉降的计算过程如表2-4，分层时不同土层单独分层，同一土层中分层厚度为2到4米，软土中有中间的粘土层厚度为11m，故可以把它分为4层2m和一层3m，分层具体情况见图2-3。路 基粘土1m淤泥质粘土11m粘土3m2m2m2m2m2m3m2m1m图2-3 软土路基分层情况表2-4 主固结沉降计算分层号分层中点处的附加应力（kPa）

41、 压缩摸量（MPa）分层厚度（m）主固结沉降（mm）1143.861.623188.642141.701.7782159.393133.841.7782150.554125.381.7782141.035113.641.7782127.836100.991.7783170.40790.314.593239.76合计=887.62.1.3.2 总沉降的计算地基总沉降采用经验系数和主固结沉降计算： （24）式中 地基总沉降； 沉降系数，与地基条件、荷载强度、加载速率等因素有关应根据现场沉降观测资料确定，也可采用公式(25)确定。 （25） 式中 地基处理类型系数，地基用塑料排水板处理时取0.951

42、.1，用粉体搅拌桩处理时取0.85，一般预压时取0.9； 路基高度； 填土速率修正系数，填土速率在0.2mm0.7mm/d之间时，取0.025； 地质因素修正系数，满足软土层不排水抗剪强度小于25kPa、软土层的厚度大于6m、硬壳层厚度小于2.5m三个条件时，Y=0，其他情况下可取Y=-0.1；由已知资料并由公式（25）可计算沉降系数如下：=1.58所以总沉降： =1400 mm1.4 m2.1.4 工后沉降的计算2.1.4.1 固结度的计算（1）计算公式根据公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JTJ 017-96)的规定，不设竖向排水体时，只需计算竖直向固结度。竖直向固结条件下，地基平均固结

43、度按以下公式计算： （26）式中 排水面处的附加应力与非排水面处的附加应力之比；、分别按公式（27）、（28）计算； （27） （28）式中 （29）其中 竖向固结系数； 空隙水的最大渗径，单面排水取压缩层的厚度，双面排水取压缩层厚度的一半； 瞬时加荷固结过程历时；（2）完工时固结度的计算已知建设周期为3年，压缩层为单面排水，上层面为排水面。排水面处的附加应力： =143.83 kPa非排水面处的附加应力： kPa故： 时间因数由公式（29）可得： 由公式（27）、公式（28）可分别计算U0、U1=0.2828=0.1254故： （3）设计年限末固结度的计算时间因数： 故： （4）工后沉降根据

44、公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JTJ 017-96)，高速公路桥台与路堤相邻处工后沉降应小于等于0.1m，否则应进行地基处治设计。故此处应进行地基处治设计。2.2 地基处治设计2.2.1软土地基处理的目的和意义 在软土地基上填筑路堤有可能出现失稳，或者沉降量和沉降速率不能满足使用要求时，需对软土地基进行适当的处理，以增加其稳定性、减少沉降量或加速沉降。 软土地基处理的方法很多，各种方法具有不同的特点，可的得到不同的效果，因而各适用于不同的目的。 软土地基处理的目的可分为以下两大类：（1） 沉降处理。包括加速固结沉降和减少总沉降两方面。前者可采用加载预压、竖向排水和挤实沙桩等方法；后者则可

45、采用挤实沙桩、石灰桩、换填土等方法。（2） 稳定处理。可采用换填土、反压护道、挤实沙桩、石灰桩等措施增加抗滑阻力。各种加速固结沉降措施都有助于促进软土层强度的增长。2.2.2真空堆载联合预压法的原理 真空堆载联合预压法是真空预压和堆载预压两种方法的组合，其基本作法见 图2-4。其具体作法是先按真空预压的工艺要求，铺膜、埋管、挖沟，然后进行抽气。当膜下真空度稳定后，即可按堆载预压的工艺要求，在薄膜上堆载。为了防止薄膜损坏，需在薄膜上采取有效的防护措施。 图2-4 真空堆载联合预压法示意图真空堆载联合预压法的实质为在同一时间内，土体在薄膜下的真空与薄膜上的堆载联合作用上，将其中的水分排出，促进土体

46、固结强度增长。设土体原来承受一个大气压Pa ,真空预压时，通过抽气，膜下形成真空，该真空度换算成等效压力-P0 ,使砂垫层和砂井中的压力减少至Pv(PV=Pa-P0),在压力差Pa-Pv作用下，土体中的水流向砂井。堆载预压时，通过压载，土体中的压力增高至PP ,在压力差PP-Pa作用下，土体中的水流向砂井，故在真空堆载联合作用时，二者压力差为PP-Pv 。由于压力差增大，加速了土体中水的排出，增大了土体的压密率，使土体的强度进一步提高，沉降进一步消除。2.2.3 施工设计 本方案采用间距为1.3m、深度为14m、三角形布置的d=7cm的袋装沙井作为竖向排水通道，50cm的中粗砂砂垫层作为水平排

47、水通道，85kPa 的真空负压和路堤本身的荷载作为预压和超载预压的荷载。2.2.3.1 加载计划本工程计划荷载为：砂垫层50cm（相当于8 kPa的荷载），真空负压85kPa，这是一个很大的超载量，在这么大的超载作用下，路堤填土高度无需填到设计高度，也能达到很好的预压效果。根据预计完成的沉降量，堆载荷载用5m的路基填土（相当于90 kPa的荷载）。其中真空荷载可一次加上去，堆载荷载分四级进行，计划在真空度稳定在-85 kPa、15天后进行加载施工。堆载分为四级进行，分别为2m，每加一级的加载时间为5天，预压间歇时间为10天。为了保护真空薄膜不致破坏，第一级加载前在真空预压薄膜上铺设一层抗拉强度

48、为40kN/m的土工布。2.2.3.2 固结度和沉降计算 （1）固结度的计算：公式说明按照太沙基理论公式，根据固结系数随固结度的提高而减小的规律，并结合真空预压的加固机理进行经验修正。 （210） （211） （212） （213）式中 当t30天且Pt30天且P100 kPa时，=1.1-0.2(t-30)/90；当t120天且P100 kPa是，=0.9； Ut 、Uv 、Ur总的、竖直和水平向的平均固结度，Uv的计算见上一节公式（26）；、竖直向和水平向的固结系数； d地下排水体的有效排水直径； t加荷固结历时； n井径比，即排水体的有效直径与排水体直径之比； 的计算预计在联合预压荷载下

49、预压期为120天。时间因数由公式（29）可得： 由公式（27）、公式（28）可分别计算U0、U1=0.1046=0.0055故由公式（26）： Uv的计算 水平渗透系数可依据经验取为垂直渗透系数的3倍，固结系数可由以下公式计算：，因此垂直方向的固结系数=3=5.94。三角形布置时有效排水直径de=1.05d=1.051.3m=136.5cm。井径比n=19.5。由公式（212）得：又由公式（213）得：最后由公式（211）得：的计算由已知条件可取经验系数=0.9由公式（210）可得：有上可以知道在真空堆载的作用下120天地基的总固结度可达到89.2%。 （2）沉降计算地基的主固结沉降采用分层总

50、和法计算，利用压缩模量按公式（23）计算。主固结沉降的计算过程如表2-5。表中附加应力的计算按带状均布荷载计算，顶面处的外加荷载为堆载和真空负压的和:P=518+8+85=183 kPa 以下各层的应力可参照前一节的方法通过查表得：表2-5 处治时的主固结沉降计算分层号分层中点处的附加应力（kPa）压缩摸量（MPa）分层厚度（m）主固结沉降（mm）1182.821.6231112.642180.081.7782202.563170.091.7782191.334159.341.7782179.235144.421.7782162.456128.341.7783216.557114.764.59

51、3249.98合计=1115路基的总沉降可由公式 计算，其中m为经验系数，考虑到真空负压的作用m取为1.11.3，这里取1.3。所以总沉降为：mm在联合预压荷载下预压期为120天时加固层的沉降量为：=1.3m在使用荷载下地基在设计年限末的最终沉降为1.4m，在联合预压荷载下预压期为120天时加固层沉降量为1.30m，工后沉降为0.1m，工后沉降还是满足高速公路桥台与路堤相邻处应小于等于0.1m的要求。2.2.3.3 施工简介真空堆载联合预压法的施工可分为施工准备和软基处理两部分，施工准备包括：清场、铺设砂垫层、打设袋装砂井等；软基处理包括：真空预压、真空堆载、联合预压。其技术控制措施如下：（1） 砂垫层铺筑。（2） 袋装砂井铺筑。（3） 真空度的技术控制措施。（4） 加载时注意路基稳定的保证。（5） 严格按设计要求控制联合预压的时间，一般情况下要保证三个月的联合预压时间，延长或缩短应