本文關(guān)鍵詞：建設(shè)項目立項申請書　　

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交通科技立項申請書

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交通科技立項申請書
項目名稱：安徽省高速公路擴建工程路基拼接技術(shù)研究 主管部門： 承擔(dān)單位： 協(xié)作單位： 起止年限： 填報日期：
07 年 5 月 7 日至 08 年 12 月 31 日 07 年 5 月 7 日 安徽省交通廳 安徽省公路勘測設(shè)計院
安
徽
省
交
通
廳
（一）國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展
我國高速公路改擴建工程剛剛起步，國內(nèi)尚無具體的設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范。和新 建高速公路相比，改擴建工程具有施工難度大、工藝復(fù)雜、質(zhì)量要求高等特點。老路 基以下地基土固結(jié)度已達(dá)一定程度，而新建的拼接路基在未進(jìn)行地基處理的情況下必 然會出現(xiàn)較大的工后沉降，這樣新老路基就會產(chǎn)生較大的差異沉降，嚴(yán)重時會出現(xiàn)路 基拉裂，進(jìn)而導(dǎo)致路面縱向開裂；另一方面老路基在新建路基荷載的作用下會產(chǎn)生新 的沉降，影響路拱坡度，路面出現(xiàn)凹陷區(qū)。可見消除路基差異沉降的銜接技術(shù)是改擴 建工程的核心技術(shù)，而這正是目前巖土工程界關(guān)注的熱點問題。 國內(nèi)由于高速公路加寬工程剛剛起步，研究水平主要停留在工程實踐的水平上， 相關(guān)的理論研究無論在深度還是廣度上更是存在著嚴(yán)重的不足，需要作更加深入系統(tǒng) 的研究。國外對于軟土地基上高速公寬工程的理論研究盡管起步較早，但大多都建立 在離心模型試驗和有限元模擬分析的基礎(chǔ)之上。主要開展了以下幾方面的研究。
　　1、軟基處理方案優(yōu)選 目前，在擴建工程中最常用的軟基處理方法有隔離墻、樁網(wǎng)復(fù)合地基、塑料排水 板、濕噴樁（粉噴樁）復(fù)合地基、CFG 樁復(fù)合地基、輕質(zhì)路堤等。
　　2、新老路基結(jié)合部的拼接技術(shù)研究 a. 邊坡削坡和臺階開挖：最常用的開挖方式包括兩種：一種是先削坡（1:
　　0.5~
　　1：
　　1）再挖成臺階狀，另一種是直接挖成臺階狀。臺階的開挖尺寸有一定的限制。我國 幾條高速公路加寬工程都把臺階高度控制在 80cm 以內(nèi)，臺階寬度根據(jù)邊坡坡度、老 路邊坡的填筑材料、壓實度確定，在
　　60～200cm 之間。Richard J. Deschamps 等人通 過對非軟土地基的調(diào)查研究，指出臺階的豎直高度不宜超過
　　1.5m。關(guān)于臺階面上的 內(nèi)傾角，國內(nèi)高速公路擴建工程中大多采用
　　2～
　　4％的內(nèi)傾角，出發(fā)點是利用內(nèi)傾的 嵌鎖作用增強新老路基的銜接，但是滬寧高速公路擴建工程課題組建議不設(shè)置內(nèi)傾 角。因為影響臺階面壓實效果、不利于排水，造成角隅處積水、內(nèi)傾角的嵌鎖作用不 明顯 b. 土工合成材料的應(yīng)用： Juha Forsman 和 Veli-Matti Uotinen、楊茂等都成功地 將土工合成材料應(yīng)用于軟土地基上公路的改建工程中，現(xiàn)場實測和有限元分析結(jié)果表 明使用土工合成材料可以有效地加強新填路基與既有路基的整體性、提高地基的承載 力和解決路基的不均勻沉降；可以降低由于路堤自重引起的水平應(yīng)力，從而減少水平 位移，有效地防止路面開裂；影響作用效果的主要因素是土工合成材料的剛度，并且 剛度越高作用效果越好。土工合成材料的鋪設(shè)層數(shù)和位置存在多種不同方式。曲向進(jìn) 對沈大高速公路加寬工程中土工合成材料不同的鋪設(shè)層數(shù)和位置對路面結(jié)構(gòu)的表面 主應(yīng)力、表面變形以及層底主應(yīng)力的影響進(jìn)行了分析，指出以鋪設(shè)二到三層土工合成 材料為宜，黃琴龍通過實驗指出土工格柵埋設(shè)層位越往上,所起的加筋作用越明顯。
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c. 控制標(biāo)準(zhǔn): ①路堤的壓實度控制，海南環(huán)島東線高速公路擴建工程中部分路段 提高了路基壓實度標(biāo)準(zhǔn)：填方路基把規(guī)范規(guī)定的
　　90％壓實度區(qū)提高到
　　93％，
　　93％區(qū) 提高到
　　95％，
　　95％區(qū)提高到
　　96％，合寧高速（大蜀山至隴西立交）擴建工程根據(jù)現(xiàn) 行路基設(shè)計規(guī)范進(jìn)行路基壓實；②加寬路基允許工后沉降和新老路基差異沉降的控制 標(biāo)準(zhǔn)，沈大高速公路改擴建工程路基加寬技術(shù)研究課題組提出了新加寬路基工后沉降 量不大于 8cm 的控制標(biāo)準(zhǔn)。河海大學(xué)在滬寧高速公路拓寬工程試驗段地基處理中期 報告中指出：拼接路基施工后，原高速公路路基中心與新路肩的橫坡度增大值應(yīng)小于
　　0.
　　5％，與原公路橫坡相比不得出現(xiàn)反坡，拼接路基施工后，原路中心處附加沉降量應(yīng) 小于 3cm。 d. 新老路基拼接的施工工藝： 國外針對軟土路基上加寬路基填筑施工提出了間隙 法（The Gap-method）施工，這是一種二步填筑法，先在距離老路基一定距離外填筑 部分新路基，新老路基之間留有一定間隙（Gap） ，待地基固結(jié)一段時間后再填筑新老 路基之間的間隙。由于在第一階段新路基填土自重作用下的固結(jié)會使新老路基間隙下 的軟土強度和水平應(yīng)力提高，因而可以有效減小第二階段填土對老路基產(chǎn)生的附加變 形，而且這種分步填筑法要比一次性整體填筑對老路基產(chǎn)生的變形要小。
　　3、加寬工程中的計算分析方法 （
　　1）有限元法數(shù)值計算 目前，國外多采用 PLAXIS 巖土有限元軟件，利用彈塑性摩爾庫侖模型或修正 Cam-Clay 模型對加寬路基進(jìn)行有限元模擬計算，如 H. G. B. Allersma 等人利用小型 離心機模型結(jié)合 PLAXIS 有限元程序分析了加寬路基兩種不同填筑方法（普通水平 填筑和間隙法填筑）對加寬路基的影響。周志剛等引入土工合成材料單元以及相相應(yīng) 的接觸面單元，以模擬筋土之間的相互作用，采用平面應(yīng)變非線性有限元方法提出土 工格網(wǎng)處理填挖交界路基非均勻沉降的機理。 （
　　2）沉降計算的參數(shù)反分析法 為了克服實驗參數(shù)的離散性和不均勻性，利用老路基的現(xiàn)場實測資料，采用參數(shù) 反分析的方法來確定地基參數(shù)，以綜合反映地基的基本特性。蘇超成功的將地基參數(shù) 反分析方法應(yīng)用到錫澄-滬寧高速公路的拼接工程。 （
　　3）模型試驗分析 a. 離心模型試驗 利用離心機模型試驗來模擬軟土地基、新老路基及加筋土工合成材料，量測加 寬路基的沉降量及孔隙水壓力的消散情況。南京水利科學(xué)研究院曾進(jìn)行過滬寧高速公 路的路基離心模型試驗，取得了較好的結(jié)果。A. G. I. Hjortns-Pedersen 和 H. Broers 曾利用大型離心機模型試驗和 PLAXIS 有限元程序分析了加寬路基施工過程中軟土 地基的力學(xué)特性和變形特性。
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（二）研究內(nèi)容和目標(biāo)（包括階段目標(biāo)、最終目標(biāo)）及主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)
國內(nèi)外由于高速公路加寬工程研究水平主要停留在工程實踐的水平上，相關(guān)的 理論研究無論在深度還是廣度上更是存在著嚴(yán)重的不足，需要作更加深入系統(tǒng)的研 究。 專題一：建立擴建工程通用的彈塑性有限元模型并綜合進(jìn)行變形特性研究 專題一：建立擴建工程通用的彈塑性有限元模型并綜合進(jìn)行變形特性研究 彈塑性有限元模型 利用老路基的現(xiàn)場實測資料，采用參數(shù)反分析的方法來確定老路基下的地基參 數(shù)；通過現(xiàn)場實驗確定加寬部分路堤下地基的參數(shù)；建立能反映土工格柵受力特性的 單元及樁土聯(lián)合作用的接觸單元；模擬在不同填土高度、不同拼寬寬度工況下路基變 形特性。并通過典型離心模型試驗修正有限元模型，最終建立較為客觀的擴建工程通 ， 用的彈塑性有限元模型，并研究其變形特性。 專題二： 專題二：加寬路基允許工后沉降和新老路基差異沉降的控制標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)路面橫坡、縱坡和平整度要求探討路面功能性要求；采用彈性力學(xué)多層路面 結(jié)構(gòu)體系理論分析路基不均勻沉降引起的路面結(jié)構(gòu)層中附加應(yīng)力，并考慮車輛荷載的 作用，探討我省特有路面結(jié)構(gòu)性要求容許的不均勻沉降；根據(jù)容許不均勻沉降，提出 拓寬地基上高速公路擴建工程中的工后沉降控制指標(biāo)。 專題三 專題三：地基處理方法的優(yōu)選 為了將拓寬路基對既有道路產(chǎn)生的附加沉降和新老路基之間的不均勻沉降控制 在可以接受的范圍之內(nèi)。只有在理論分析的基礎(chǔ)上尋找經(jīng)濟、實用的工程加固措施， 使新老路基成為一個良好的整體。為此針對擴建工程的變形特性，可以開發(fā)實用的地 基處理新技術(shù)，如剛?cè)峤Y(jié)合、薄壁管樁的處理方法等。對于不同的地質(zhì)情況，從技術(shù) 可行性、經(jīng)濟合理性、施工便捷性等多方面綜合優(yōu)選適宜的地基處理方法。 研究目標(biāo)
　　1、在擴建路基仿真數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，得出不同工況下路基的變形特性、土工 格柵的最佳布置方案，并明確路基的壓實度。
　　2、針對我省的不同路面，提出加寬路基允許工后沉降和新老路基差異沉降的控 制標(biāo)準(zhǔn)。
　　3、根據(jù)路基的變形特性及地基的地質(zhì)情況，提出相應(yīng)的經(jīng)濟合理的地基處理方 法。 自從 80 年代以來，我國已修建 4 萬多公里的高速公路，其中 4 車道占絕大多數(shù)。 目前部分已修建 4 車道的通行能力已不能滿足日夜增長的交通量的需求，需要對原有
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路基拓寬。自廣佛高速公路加寬工程動工以來，先后有海南環(huán)島東線、滬杭甬、沈大、 南京繞城、滬寧等高等級公路相繼局部或全線擴建加寬。擴建工程在全國迅速開展起 來，我省先后進(jìn)行馬蕪-蕪宣高速公路拼接、廬銅-老合銅路拼接，合寧高速大署山至 隴西段拓寬。由于高速公路擴建工程是剛剛開始的新事物，理論和實踐經(jīng)驗不足，可 借鑒的成果較少，設(shè)計、施工、技術(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容規(guī)范都涉及不多，為了路基的安 全，設(shè)計過于保守，不經(jīng)濟科學(xué)，造成了巨大的浪費；另一方面由于對擴建工程路基 變形特性的認(rèn)識的模糊，跳不出新建工程的設(shè)計方法和認(rèn)識，出現(xiàn)局部路基失穩(wěn)，路 面縱向開裂的事故，社會負(fù)面影響大。從長遠(yuǎn)發(fā)展和經(jīng)濟效益的角度講，高速公路的 改擴建工程將是本世紀(jì)初我國公路建設(shè)亟待解決和必須解決的重要問題，具有非常重 要的現(xiàn)實意義和前瞻性。
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（三）達(dá)到的科學(xué)技術(shù)水平、經(jīng)濟、社會效益及其推廣應(yīng)用范圍
高速公路擴建工程路基拼接技術(shù)研究屬于應(yīng)用科學(xué)。由于高速公路擴建工程是剛 剛開始的新事物，理論和實踐經(jīng)驗不足，通過本項目的科驗研究，使設(shè)計人員從理論 方面對高速公路擴建工程的特性有更加系統(tǒng)的認(rèn)識，澄清思想上的混亂，填補路基設(shè) 計規(guī)范在擴建工程路基拼接技術(shù)方面的空白，技術(shù)方面達(dá)到國內(nèi)交通行業(yè)領(lǐng)先水平。 目前我省已拉開高速公路擴建的序幕，然而在此方面，理論和實踐經(jīng)驗不足，有 許多認(rèn)識上的誤區(qū)，致使設(shè)計具有盲目性，無形當(dāng)中造成了資源的浪費；施工中，由 于新老路基間的不均勻沉降，出現(xiàn)路基拉裂，進(jìn)而導(dǎo)致路面縱向開裂的事故，不僅延 誤工期、增加投資，而且造成極大的負(fù)面社會影響。因此，從長遠(yuǎn)發(fā)展和經(jīng)濟效益的 角度講，高速公路的改擴建工程將是本世紀(jì)初我國公路建設(shè)亟待解決和必須解決的重 要問題，具有非常重要的現(xiàn)實意義。 目前國內(nèi)高速公路加寬工程研究水平主要停留在工程實踐的水平上，一般在舊路 加寬改造工程的實施之前，根據(jù)以往擴建工程的路基拼接技術(shù)進(jìn)行方案試驗研究，具 有粗放性、行政性特色，相關(guān)的理論研究無論在深度還是廣度上更是存在著嚴(yán)重的不 足，需要作更加深入系統(tǒng)的研究。因此，本科研從路基變形的特性、差異沉降控制標(biāo) 準(zhǔn)、地基處理方法的優(yōu)選出發(fā)，推進(jìn)國內(nèi)高速公路加寬工程理論的深化，在較完善的 理論基礎(chǔ)上提出路基拼接技術(shù)方案，是一項非常有經(jīng)濟價值的研究活動，在全國改擴 建工程方面有推廣的價值、意義。
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（四）研究，試驗方法和技術(shù)路線（包括工藝流程）
關(guān)于專題一技術(shù)路線： 關(guān)于專題一技術(shù)路線： 技術(shù)路線 以國內(nèi)多條高速公路擴建工程項目為依托，采取室內(nèi)試驗、沉降觀測與理論分析 相結(jié)合的方法進(jìn)行科學(xué)分析拓寬路基變形特性研究。 室內(nèi)試驗主要開展新老路面、路堤、地基土的一些物理、力學(xué)指標(biāo)；進(jìn)行各種土 工材料的室內(nèi)拉伸試驗、樁土載荷實驗、不同壓實度下直剪試驗以測得模擬土工格網(wǎng) 與土體界面摩擦的接觸面單元的切向彈簧模型參數(shù)；在典型離心模型試驗基礎(chǔ)上最終 建立較為客觀的擴建工程通用的彈塑性有限元模型，并研究路基及土工格柵的變形特 性，并評價路基壓實度、土工格柵的布置方案。 沉降觀測主要為收集路基沉降、不均勻沉降的觀測，以檢驗擴建路基有限元模型 的通用性，并評價有限元計算結(jié)果。 關(guān)于專題二技術(shù)路線： 關(guān)于專題二技術(shù)路線： 技術(shù)路線 加寬路基處新老路基的差異沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)