豫东黄泛区粉沙土路基拓宽异沉降控制技术研究
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摘要
从满足交通量日益增长、提高服务水平、长远经济发展和交通要求的角度出发，全国高速公路进行改扩建将是今后公路建设的主旋律。粉沙土在全国有大量的分布，且在这些地区已有一些道路不能满足交通量的需求，针对粉沙土性质、粉沙土道路的拓宽的性能，差异沉降控制技术进行研究是十分必要的。
本文首先结合国内粉沙土分布、主要特点，重点对黄泛地区粉沙土的物理特性、化学特性、力学特性进行了实验研究；其次通过有限元分析，探索了引起差异沉降的因素和控制差异沉降的方法；最后结合室内三个粉沙土路基拓宽模型，且在新旧路基结合处削坡、开挖台阶，铺土工格栅进行了室内实验研究，得到了若干成果。
粉沙土方面：总结了国内粉沙土的各项特性，实验表明，黄泛地区地区的粉沙土粒径主要分布在0.074～1mm之间，塑性指数在5.4左右，毛细水上升高度在109cm左右，SiO2、Al2O3、CaO约占总含量的90%以上，最佳含水率为10.2%，最大干密度为1.93g/cm3，粉沙土均为中、低压缩性土，内摩擦角为13°左右，其粘聚力很小。
粉沙土路基拓宽方面：有限元软件分析和室内实验表明，随单、双侧拓宽宽度的增加，路基顶面的最大差异沉降值越大，双侧加宽比单侧加宽差异沉降较小，双侧加宽优势明显；路基高度越大，压缩模量越小，路基沉降、差异沉降值也越大；路基顶面的沉降、最大差异沉降随新路基和旧路基模量的增加而减小；路基顶面的沉降随削坡坡度增加而减小，而最大差异沉降值逐渐增大；路基顶面的沉降、最大差异沉降值随台阶开挖宽度的增加而减小；路基顶面的沉降随开挖高度的增加而增大，而最大差异沉降值先增加后减小；湿软地基经过碎石桩处理后，路基顶面的沉降、最大差异沉降随碎石桩长度、模量、桩间土模量、土的粘聚力的增加而减小；湿软地基经过粉喷桩处理后，路基顶面的沉降、最大差异沉降随粉喷桩长度、模量、桩间土模量、土的粘聚力的增加而减小，与碎石桩相比，粉喷桩处理效果较好；土工格栅的铺设可以从一定程度上减少新路基的侧向位移，且铺设于基底和基顶时效果最好，土工格栅铺于越下层，则新旧路基差异沉降越小。
From the view of satisfying with the growing traffic,improving the service level,developing thelong-term ecnomic and transport requirements,the repairment and expansion to the national highway is the themeof highway construction.As the silty soil has distributed in large areas in our country, and even some roads inthese areas can not meet the needs of the traffic, so it is necessary to study the nature of aeolian sand soil,theeffection to widen the the silty soil roads and difference settlement control technology.
First this paper does experimental study on the physical characteristics, chemical character andMechanical Characters of silty soil in the east of Henan province combining the distribution and maincharacteristics of silty soil. Some research was done on road broaden projects, and analyzes the advantages anddisadvantages of several silty soil road broaden project and the choice of such projects; Second through the finiteelement, we can analyze the factors caused differential settlement and the method to control differential settlement.Last do indoor experiment research on slope cutting, excavation step and paving geogrid at the joint of old andnew subgrade combining with the three fine sand subgrade broaden models. And already got some results.
Silty soil aspects: summarize the different properties of domestic silty. Experiments show that thediameter of the silty in the east of Henan province is between0.074mm and0.100mm, plasticity index is about5.4,the capillary water height is about109cm, the total content of SiO2, Al2O3, CaO is more than90%, the bestmoisture content is about10.2%and the maximum dry density is1.93g/cm3.All silty soil are medium or lowcompressibility soil, internal friction angle is13°or so and the cohesion is small.
Silty sandy subgrade broaden aspects: The finite element software analysis and indoor experimentsshow that with the increase of widened width to bilateral and unilateral the biggest differential settlement value of embankment top is bigger. The differential settlement value of bilateral widen is smaller than unilateral widen,bilateral widened has obvious advantages. The bigger of subgrade height and the smaller of compression modulus,the subgrade settlement value and differential settlement value will be bigger. The settlement of embankment topand the maximum differential settlement value will decrease with the increase of new and old subgrade modulus.The settlement of embankment top decrease with the increase of slope cutting gradient, but the maximumdifferential settlement value will increase. The settlement of embankment top and the maximum differentialsettlement value decreased with the increase of excavation step width. The settlement of embankment topincreases with the increase of excavation height, the maximum differential settlement value will increase first thendecrease. After the processing of gravel pile, the settlement of wet and soft embankment top and the maximumdifferential settlement decreased with the increase of length of gravel pile, quantity of modulus, the quantity ofsoil modulus between gravel piles, the cohesion of soil. After the processing of cement power spraying piles, thesettlement of wet and soft embankment top and the maximum differential settlement decreased with the increaseof length of gravel pile, quantity of modulus, the quantity of soil modulus between gravel piles, the cohesion ofsoil. Compared with grave pile, cement power spraying pile is better. The paving of geogrid can reduce the literaldisplacement of new subgrade to a certain degree. And pave at the basement and the top is the best. The lowerlevel of the geogrid the smaller of the differential settlement.
本文首先结合国内粉沙土分布、主要特点，重点对黄泛地区粉沙土的物理特性、化学特性、力学特性进行了实验研究；其次通过有限元分析，探索了引起差异沉降的因素和控制差异沉降的方法；最后结合室内三个粉沙土路基拓宽模型，且在新旧路基结合处削坡、开挖台阶，铺土工格栅进行了室内实验研究，得到了若干成果。
粉沙土方面：总结了国内粉沙土的各项特性，实验表明，黄泛地区地区的粉沙土粒径主要分布在0.074～1mm之间，塑性指数在5.4左右，毛细水上升高度在109cm左右，SiO2、Al2O3、CaO约占总含量的90%以上，最佳含水率为10.2%，最大干密度为1.93g/cm3，粉沙土均为中、低压缩性土，内摩擦角为13°左右，其粘聚力很小。
粉沙土路基拓宽方面：有限元软件分析和室内实验表明，随单、双侧拓宽宽度的增加，路基顶面的最大差异沉降值越大，双侧加宽比单侧加宽差异沉降较小，双侧加宽优势明显；路基高度越大，压缩模量越小，路基沉降、差异沉降值也越大；路基顶面的沉降、最大差异沉降随新路基和旧路基模量的增加而减小；路基顶面的沉降随削坡坡度增加而减小，而最大差异沉降值逐渐增大；路基顶面的沉降、最大差异沉降值随台阶开挖宽度的增加而减小；路基顶面的沉降随开挖高度的增加而增大，而最大差异沉降值先增加后减小；湿软地基经过碎石桩处理后，路基顶面的沉降、最大差异沉降随碎石桩长度、模量、桩间土模量、土的粘聚力的增加而减小；湿软地基经过粉喷桩处理后，路基顶面的沉降、最大差异沉降随粉喷桩长度、模量、桩间土模量、土的粘聚力的增加而减小，与碎石桩相比，粉喷桩处理效果较好；土工格栅的铺设可以从一定程度上减少新路基的侧向位移，且铺设于基底和基顶时效果最好，土工格栅铺于越下层，则新旧路基差异沉降越小。
From the view of satisfying with the growing traffic,improving the service level,developing thelong-term ecnomic and transport requirements,the repairment and expansion to the national highway is the themeof highway construction.As the silty soil has distributed in large areas in our country, and even some roads inthese areas can not meet the needs of the traffic, so it is necessary to study the nature of aeolian sand soil,theeffection to widen the the silty soil roads and difference settlement control technology.
First this paper does experimental study on the physical characteristics, chemical character andMechanical Characters of silty soil in the east of Henan province combining the distribution and maincharacteristics of silty soil. Some research was done on road broaden projects, and analyzes the advantages anddisadvantages of several silty soil road broaden project and the choice of such projects; Second through the finiteelement, we can analyze the factors caused differential settlement and the method to control differential settlement.Last do indoor experiment research on slope cutting, excavation step and paving geogrid at the joint of old andnew subgrade combining with the three fine sand subgrade broaden models. And already got some results.
Silty soil aspects: summarize the different properties of domestic silty. Experiments show that thediameter of the silty in the east of Henan province is between0.074mm and0.100mm, plasticity index is about5.4,the capillary water height is about109cm, the total content of SiO2, Al2O3, CaO is more than90%, the bestmoisture content is about10.2%and the maximum dry density is1.93g/cm3.All silty soil are medium or lowcompressibility soil, internal friction angle is13°or so and the cohesion is small.
Silty sandy subgrade broaden aspects: The finite element software analysis and indoor experimentsshow that with the increase of widened width to bilateral and unilateral the biggest differential settlement value of embankment top is bigger. The differential settlement value of bilateral widen is smaller than unilateral widen,bilateral widened has obvious advantages. The bigger of subgrade height and the smaller of compression modulus,the subgrade settlement value and differential settlement value will be bigger. The settlement of embankment topand the maximum differential settlement value will decrease with the increase of new and old subgrade modulus.The settlement of embankment top decrease with the increase of slope cutting gradient, but the maximumdifferential settlement value will increase. The settlement of embankment top and the maximum differentialsettlement value decreased with the increase of excavation step width. The settlement of embankment topincreases with the increase of excavation height, the maximum differential settlement value will increase first thendecrease. After the processing of gravel pile, the settlement of wet and soft embankment top and the maximumdifferential settlement decreased with the increase of length of gravel pile, quantity of modulus, the quantity ofsoil modulus between gravel piles, the cohesion of soil. After the processing of cement power spraying piles, thesettlement of wet and soft embankment top and the maximum differential settlement decreased with the increaseof length of gravel pile, quantity of modulus, the quantity of soil modulus between gravel piles, the cohesion ofsoil. Compared with grave pile, cement power spraying pile is better. The paving of geogrid can reduce the literaldisplacement of new subgrade to a certain degree. And pave at the basement and the top is the best. The lowerlevel of the geogrid the smaller of the differential settlement.
引文
[1]赵心涛.黄泛区饱和粉土抗液化试验研究与数值分析[D].山东:山东建筑大学.2010.
[2]黄世奇.基于非饱和渗流原理的粉土路基水份分布规律研究[J].公路交通科技，2011.28（12）：57-60.
[3]李晓静等.黄泛区路基强夯时超孔隙水压力变化规律实验研究[J].岩土力学2011:32（9）：2814-2820.
[4]郁万彬.黄泛区二灰土底基层道路结构界面[D].山东.山东大学，2010.
[5]郭敏，粉土路基边坡稳定性机理分析[J].山西建筑，2010，36（5）：289-292.
[6]陈超.冲击碾压在黄泛区地基与路基压实中的应用研究[D].山东.山东大学，2010.
[7]宋修广.黄泛区粉土路基强度衰减对路面结构的影响分析[J].公路交通科技，2010.27（5）：30-35.
[8]朱志铎.交通荷载作用下粉土路基变形特性分析[J].地下空间与工程学报，2009，5（5）：1013-1018.
[9]罗军等.旧路拓宽粉土路基的水分运移及差异沉降形成机理研究[D].湖南.长沙理工大学，2009.
[10]张永庆等.碎石桩处理液化粉土夹粘土路基效果影响因素分析[J].岩土力学与工程新进展，2005，24（3）：368-372.
[11]肖军华等.循环荷载下粉土路基土的变形性状研究[J].中国铁道建筑科学，2010，31（1）：1-8.
[12]肖军华等.行车荷载作用下粉土路基的永久变形[J].南京工业大学学报（自然科学版），2010，32（3）：16-22.
[13]金大伟.商周高速公路路基填土的工程性质研究[D].西安.长安大学，2007.
[14]刘大虎.豫东平原区公路路基病害及处理措施[J].铁道建筑，2008，3（2）：67-71.
[15]贾朝霞.黄泛区粉性土路基基本特性与施工技术探讨[J].公路交通科技，2008，9：52-55.
[16]王维桥等.黄河冲积粉砂土的可塑性与压实控制标准分析[J].山东大学学报（工学版），2003，33（5）：589-592.
[17]徐勐.豫东粉土地区路面结构及施工技术研究[D].西安.长安大学，2007.
[18]武科等.公路路基粉土工程特性试验研究[J].中南大学学报（自然科学版），2009，40（6）：1724-1728.
[19]李胜华.粉质土路基病害整治新技术的研究与应用[J].铁路标准设计，2006，6：10-12.
[20]将坤等.郑开下穿越工程非饱和土强度特性试验研究[J].地下空间与工程学报，2009，5（5）：485-490.
[21]金昌宁，张玉等.细粒物质变化对沙土击实特性的影响[J].公路交通科技，2008，25（10）：36-40.
[22]张士励,徐海.粉质土地基施工的沉降问题及其处理方法[J].公路与汽修，2004，4（2）：160-164
[23]景立平等.饱和粉土液化特性的大型振动台模型试验研究[J].地震工程与工程振动，2007，27（7）：160-165.
[24]王海溶.高速公路拼接路基施工技术探讨[J].公路，2005，10：137-140.
[25]桂炎德.高速公路拓宽设计方法初探[J].公路，2004，7（7）：59-64
[26]贾宁，陈仁朋.杭甬高速公路拓宽工程理论分析及监测[J].岩土工程学报，2004，26（6）：755-760.
[27]钱劲松，孙力彤，管旭日.老路拓宽差异沉降计算的研究[J].兰州铁道学院学报（自然科学版），2003，22（4）：91-94.
[28]钱劲松，凌建明.路基拓宽工程中桩承式加筋路堤处理的数值分析[J].交通运输工程学报，2008，8（5）：67-71.
[29]周志刚、郑健龙、李强。土工格网处理填挖交界路基非均匀沉降的机理分析[J].岩土工程学报2002：:24（5）
[30]晏莉.土工合成材料处治老路路基拓宽的数值分析[J].岩石力学与工程学报2006:25（8）
[31]黎霞.新老路基沉降机理有限元数值模拟分析[J].中外公路，2006，26（4）：30-33.
[32]唐朝生，刘义怀等.新老路基拼接中差异沉降的数值模拟[J].中国公路学报，2007，20（2）：13-17.
[33]孙慧，黄凯，周盛沛.路基拓宽中模型参数的敏感性及差异沉降分析[J].路基工程，2009，5：21-24.
[34]蔡国军，朱晓宁等. G312拓宽改建路基拼接技术及效果评价[J].路基工程，2006，2：44-48.
[35]刘观仕，孔令伟等.高速公路软土路基拓宽粉喷桩处治方案分析与验证[J].岩土力学与工程学报，2008，27（2）：309-315.
[36]吴瑞麟，余海洋，石立万.拓宽路堤不均匀沉降敏感性因素仿真分析[J].华中科技大学学报，2007，24（4）：12-16.
[37]张永清，王选仓，王朝辉.拓宽路基差异沉降计算参数的确定[J].长安大学学报（自然科学版），2009，29（2）：13-18
[38]傅珍，王选仓等.拓宽道路工后差异沉降控制标准[J].长安大学学报（自然科学版），2008，28（5）：10-14.
[39]傅珍，王选仓.拓宽路基差异沉降特性和影响因素[J].交通运输工程学报，2007，7（1）：54-57.
[40]傅珍，王选仓.新旧地基不同固结程度对拓宽路基差异沉降的影响[J].公路，2008，5：9-12.
[41]傅珍，王选仓.高速公路拓宽差异沉降对路面结构的影响[J].长安大学学报（自然科学版），2008，28（3）：36-39.
[42]傅珍，王选仓.高速公路拓宽方式对路基差异沉降的影响[J].路基工程，2009，4：22-23.
[43]韩宝睿.高速公路改扩建工程方案研究的关键技术分析[D].硕士学位论文.东南大学.南京.2005.
[44]王斌.高速公路拼接段沉降变形特性及地基处理对策研究[D].硕士学位论文.河海大学.南京.2004.
[45]汤东.高速公路拓宽加筋陡路堤应用技术研究[D].硕士学位论文.重庆交通大学重庆.2007.
[46]翁效林.高速公路拓宽路基差异沉降控制技术研究[D].博士学位论文，长安大学，西安.2009.
[47]高翔.高速公路新老路基相互作用分析与处理技术研究[D].博士学位论文.东南大学，南京.2006.
[48]陈磊.软土地基上高速公路加宽工程沉降变形数值模拟及地基处理[D].博士学位论文.河海大学.南京.2008.
[49]Iravani S.Geotechnieal chamcmristics ofPcnticton silt[D]． APh.D.dissertation ofUniversity of Alberta,Edmonton，AB，Canada,1999
[50]Zarling.J.C.Changes in the mechanical behavior ofnon-plastic siltdue to drainedaging[D]．APh．D．dissertation for Michigan TechnologicalUniversity,2002
[51] Jie Han，Ken Akins．Use of geogrid—reinforced and pile-supported earth structures[C].Proceeding of international deep foundation congress,ASCE,Orlando，2002，668-679．
[52]H.A.A. Habib，M.H.A. Brugrnan, BGJ. Uilting, Widening of Road N247founded on ageogridreinforced mattress onpiles[C]．Seventh International Conference ongeosynthetics V01.1, Sep22-27,2002，Nice France,369-372.
[53]潘振华．粉砂土路基工程特性及其整治[J].铁道标准设计，2002（7）:51-53.
[54]王爱营.黄泛区公路路基压实标准的研究枣[J].路基工程.2009.6:34-37.
[55]王斌.高速公路拼接段沉降变形特性及地基处理对策研究[D].硕士学位论文，河海大学，南京，.2004.
[56]杨振茂，侯永峰．孔恒，李亮.粉沙土的压实特性与循环荷载下变形性状的试验研究[J]中国会路学报.2002,15(2):8-10.
[57]李宁.粉土路基压实控制与效果评价技术研究[D].西安.长安大学.2010.
[58]黎霞.新老路基沉降机理有限元数值模拟[J].中外公路.2006,26（4）：30-34.
[59]易建伟.建筑结构实验[M].北京：中国建筑工业出版社，2005：100-110
[60]孙杰.软土地基高速公路拓宽工程变形特性研究[D].南京：河海大学，2005.
[2]黄世奇.基于非饱和渗流原理的粉土路基水份分布规律研究[J].公路交通科技，2011.28（12）：57-60.
[3]李晓静等.黄泛区路基强夯时超孔隙水压力变化规律实验研究[J].岩土力学2011:32（9）：2814-2820.
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[6]陈超.冲击碾压在黄泛区地基与路基压实中的应用研究[D].山东.山东大学，2010.
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[9]罗军等.旧路拓宽粉土路基的水分运移及差异沉降形成机理研究[D].湖南.长沙理工大学，2009.
[10]张永庆等.碎石桩处理液化粉土夹粘土路基效果影响因素分析[J].岩土力学与工程新进展，2005，24（3）：368-372.
[11]肖军华等.循环荷载下粉土路基土的变形性状研究[J].中国铁道建筑科学，2010，31（1）：1-8.
[12]肖军华等.行车荷载作用下粉土路基的永久变形[J].南京工业大学学报（自然科学版），2010，32（3）：16-22.
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[16]王维桥等.黄河冲积粉砂土的可塑性与压实控制标准分析[J].山东大学学报（工学版），2003，33（5）：589-592.
[17]徐勐.豫东粉土地区路面结构及施工技术研究[D].西安.长安大学，2007.
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[40]傅珍，王选仓.新旧地基不同固结程度对拓宽路基差异沉降的影响[J].公路，2008，5：9-12.
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[42]傅珍，王选仓.高速公路拓宽方式对路基差异沉降的影响[J].路基工程，2009，4：22-23.
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[48]陈磊.软土地基上高速公路加宽工程沉降变形数值模拟及地基处理[D].博士学位论文.河海大学.南京.2008.
[49]Iravani S.Geotechnieal chamcmristics ofPcnticton silt[D]． APh.D.dissertation ofUniversity of Alberta,Edmonton，AB，Canada,1999
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[53]潘振华．粉砂土路基工程特性及其整治[J].铁道标准设计，2002（7）:51-53.
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