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'摘要在本设计中,主要是进行新焦新赵庄村至王庄村段公路工程的设计。设计部分的公路全长2581.438m,设计车速60km/h,双向两车道,有3个平曲线转角,1个竖曲线,两侧土路肩和硬路肩都为0.75m。在本设计过程中,主要进行了以下几方面的设计:(1)确定道路等级:对交通量进行了分析,查找相应技术规范,确定公路的等级以及设计需要的各种参数。(2)道路选线及线形设计:在地形图上选择两条合适的路线,然后对最佳方案进行平面、横断面、纵断面三方面的设计,使道路满足顺适、经济等方面的要求。(3)路基设计:主要是确定路基的边坡形状及坡度,选择合适的填料和压实标准。(4)排水设计:主要解决边沟和截水沟以及其他排水设施的形状和尺寸。(5)路面设计:计算车辆轴载,然后设计出三个路面方案,选出合适的方案。(6)专题设计:对软弱地基的处理。(7)概预算部分:主要是结合相关软件,计算该公路的造价。通过这次设计不但了解建设公路的各个步骤,而且也能熟练的运用AutoCAD、纬地等软件进行制图。关键词:选线;路线设计;路面;路基;软基处理II
AbstractInthisdesign,ismainlyahighwayengineeringdesignfromXinZhaoZhuangtoWangZhuangsection,thelengthofthisroadwhichwedesignis2581.438m,thedesignofthespeedis60km/h.,have3planecurvecorner,oneverticalcurve,bothsidesunpavedshoulderandhardroadshoulderare0.75m.Themainaspectsofthedesignofthisprocessarelikethese:(1)Ensurethegradeofthisroad:Theanalysisoftraffic,searchcorrespondingtechnicalspecifications,highwaytodeterminethelevelsofroadandtheparametersofthedesignneeded.(2)Roadrouteandlineardesign:Choosetworightrouteinthetopographicmap,Thentothebestroutethreeaspectsofthedesign,suchaslayout,cross-sectionalandlongitudinalprofilestomakeroadsmeetshunfitnessrequirements,economyetc.(3)Roadbeddesign:Thebasiccontentofroadbeddesignistodetermeroadbedsideslopeformandslope.Chooseappropriatepackingandcompactedstandards.(4)Drainagedesign:thisdesignmainsolvetheshapesandsizes.ofditchesandcutditchesandotherdrainagefacilities.(5)Pavementdesign:thisdesignmaincalculationaxleload,thendesignthreeroadschemeandchoosethebestscheme.(6)Specialsubjectdesign:Thetreatmentofsoftground.(7)Budgetpart:Mainlyaccordingtorelatedsoftware,calculatingthecostoftheroad.Thisdesignnotonlytounderstandthevariousroad-buildingsteps,butalsoskilledintheuseofAutoCADandwefttodesignsoftware.Keywords:Routeselection;Alignmentdesign;Roadsurface;Thetreatmentofsoftground.IIV
目录第一章概述11.1工程意义11.2设计原始资料和依据11.2.1路线概况11.2.2气候特点11.2.3降水量及地下水类型11.2.4地质与土质11.2.5植被覆盖及作物等概况11.2.6交通量资料21.3设计依据2第二章道路路线设计32.1道路技术等级确定32.2路线方案的拟定与比选32.2.1平面设计技术指标的确定32.2.2路线方案拟定与比选52.3道路技术标准确定6第三章道路平面设计203.1平面线形203.2圆曲线计算203.3坐标计算213.3.1路线转角、交点间距、曲线要素及主点坐标表213.3.2直线上中桩坐标计算223.3.3单曲线内中桩坐标计算23第四章道路纵断面设计274.1纵断面设计原则274.2竖曲线计算27第五章道路横断面设计295.1横断面布置29V
5.1.1横断面布置295.1.2路拱横坡295.2横断面设计步骤305.3土石方数量计算305.3.1横断面面积计算305.3.2土石方数量计算315.4土石方调配方法315.5加宽和超高计算325.5.1加宽计算325.5.2超高渐变率计算325.5.3超高过渡段长度335.5.4曲线处超高计算33第六章路基设计366.1路基断面形式366.2填料选择及填筑方式366.2.1填料要求366.2.2填筑方式366.3边坡防护37第七章道路排水设计387.1路基排水目的和要求387.2路基排水设计一般原则387.3排水系统设计387.4道路排水设计397.4.1排水系统设计397.4.2排水结构物设计39第八章路面结构设计418.1近期交通组成与交通量418.2轴载换算418.2.1弯沉值和层底压应力轴载换算418.2.2层底拉应力验算轴载换算43V
8.2.3轴载换算与累计轴次448.3初拟路面结构448.4路面材料劈裂强度和路面结构厚度的确定458.4.1路面材料劈裂强度和容许拉应力计算458.4.2路面结构厚度计算458.4.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算47第九章浅析CFG桩加固松软土地基489.1松软土地基489.1.1概述489.1.2松软土的工程地质特性489.2CFG桩复合地基499.2.1CFG桩概述499.2.2CFG桩复合地基加固机理及效应519.2.3CFG桩各部分的作用539.2.4CFG桩地基工程特性559.3CFG桩复合地基计算569.3.1桩体间距的设计计算569.3.2CFG桩地基承载力计算619.4CFG桩施工技术简况669.4.1综述669.4.2桩体材料及其性状67第十章工程概预算7010.1设计工程概况7010.2路基工程量7010.3道路路面结构7010.4建筑安装费用70参考文献72致谢73V河南理工大学本科毕业设计第一章概述7
河南理工大学本科毕业设计第一章概述第一章概述1.1工程意义本设计路线是一条集散公路,该集散公路的修建,便利了人们的交通,不断促进经济的飞速发展,加强了各地域的沟通与联结,解决了两地的交通和经济发展带来的问题,是两地本来无法进行大规模运输和往来的局面得到改善,沟通了两个地区的联系,使两地的各方面都得到了很好的发展,具有十分重要的经济和战略意义。1.2设计原始资料和依据1.2.1路线概况该设计路线位于山西与河南交界处。该段公路全长2581.438m,主要满足运输和当地农耕用道。该段公路为双向两车道公路,路基宽度为10m,其中两侧硬路肩都为0.75m,土路肩都为0.75m,车道宽度为3.5m,设计时速为60km/h。1.2.2气候特点路线所经地区属全国道路气候分区Ⅱ2c区,季节性冰冻、半湿润、半干旱地区。一月份平均气温-1℃~18℃,七月份平均气温28℃~38℃;最高月平均地温36℃~41℃。该地区处于我国中南部湿热到北部干寒地区间的过渡带。大陆性气候较显著,具有春早多风,夏热多雨、冬季干寒的基本特点。1.2.3降水量及地下水类型路线所经地区属中国暴雨分区13区,与1区交接。该地区年降水量为400~600mm,潮湿系数为0.5~1.0。雨型为夏、秋雨。夏季降水很集中,占总量的3/4,春降水量少,一般占全年总量的10%左右。冬季只有少量降雪。地下水埋深一般3米左右。1.2.4地质与土质路线所经地区处于黄河中游黄土分区I区,即东南区,该地区土质为黄土,第四纪沉积以次生黄土为主,原生黄土为辅。类型为新黄土(坡积)Q3,属粉质中液限粘土(CIMY),呈中密状态,黄土覆盖地表厚度一般较厚,可全按黄土考虑。按施工时开挖难易程度,强度术Ⅲ级。黄土层:松土15%。普通土占55%,硬土占30%。1.2.5植被覆盖及作物等概况7
河南理工大学本科毕业设计第一章概述路线所经地区为焦作市辖郊区,地处豫北新乡以西晋豫交界处,焦枝铁路北端。属中国自然地理区Ⅱ区,暖温带半湿润、半干旱夏绿林,该区地表灌木丛覆盖稀疏,草高在0.5米以下,主要农作物有小麦、玉米、薯类、高梁、谷子等。属我国早杂粮区,经济作物以油料等为主。水果有梨、苹果、葡萄等。其次还有饲养业和乡镇小企业等。该地区煤炭资源丰富,蕴藏量大,是我国重要的无烟煤产地之一。目前路线所经地区交通运输紧张,严重限制了煤炭资源的开发利用,阻碍了工农牧副业的发展和城乡物资的交流。1.2.6交通量资料该设计公路最近一段时间的交通量见表1-1。表1-1交通量表车型分类代表车型数量(辆/天)小客车中客车大客车轻型货车中型货车中型货车重型货车拖挂车红旗CA630北京BK651黄海DD690跃进NJ131解放CA340解放DD341东风EQ155五十铃EXR181L6005002003004004505004001.3设计依据根据批准的设计任务书、地质勘测报告、国家关于公路设计施工的《规范》、《规程》、《标准》等。如:1)《公路路线设计规范》(JTJ011—2006)2)《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)3)《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)4)《公路排水设计规范》(JTJ018-1997)5)《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)6)《公路自然区划标准》(JTJ001-1986)7)《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)8)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)9)《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)10)《公路路基施工技术规范》(JTJ033-1995)7
河南理工大学本科毕业设计第二章道路路线设计第二章道路路线设计2.1道路技术等级确定由交通量组成表,折算成以小客车为标准进行计算,见表2-1。表2-1交通量折算表车型交通量(辆/日)折算系数折算交通量红旗CA6306001.0600北京BK6515002.01000黄海DD6902003.0600跃进NJ1313001.0300解放CA3404001.5600解放DD3414501.5675东风EQ1555002.01000五十铃EXR1814003.01200总计33505975根据上面表中的数据,该段公路的规划交通量由公式(2-1)计算(2-1)式中:—规划交通量(辆/日);—起始年平均日交通量(辆/日);—年平均增长率,取5%;n—远景设计年限,取12年;所以=10220(辆/日)根据《公路工程技术标准》JTGB01-2003,拟定该条道路为双向两车道的二级公路,设计车速为60km/h。2.2路线方案的拟定与比选2.2.1平面设计技术指标的确定(1)直线直线的最大长度应有所限制,当采用长的直线线形时,为弥补景观单调之缺陷,应结合沿线具体情况采取相应的措施。《公路路线设计规范》规定:11
河南理工大学本科毕业设计第二章道路路线设计1)设计速度大于或等于60km/h时,同向圆曲线间最小直线长度(以m计)以不小于设计速度(以km/h计)的6倍为宜;2)设计速度小于或等于40km/h时,可参照上述规定执行。从动视觉原理分析,驾驶员行驶时的视角、视野距离与行驶速度有关,视野距离约等于6V(m)的距离。为避免在视觉上的判断错觉,使驾驶员在前一个圆曲线上看不到下一个圆曲线,《规范》规定:当设计速度大于或等于60km/h时,同向圆曲线间最小直线长度以不小于6V为宜。(2)圆曲线圆曲线是平面线形中常用的线形要素,圆曲线的设计主要确定起其半径值以及超高和加宽。1)圆曲线的半径如表2-2所示。表2-2圆曲线半径技术指标二级公路(60km/h)一般最小半径200极限最小半径125不设超高最小半径路拱1500路拱19002)圆曲线的最大半径选用圆曲线半径时,在地形条件允许的条件下,应尽量采用大半径曲线,使行车舒适,但半径过大,对施工和测设不利,所以圆曲线半径不可大于10000米。(3)缓和曲线为了保证曲率的平缓过渡,缓和曲线的长度不能过短,要有足够的长度。缓和曲线最小长度的确定应考虑以下三个因素:1)旅客感觉舒适;2)超高渐变率适中;3)行驶时间不过短。缓和曲线不管其参数如何,都不可使车辆在缓和曲线上的行驶时间过短而使司机驾驶操纵过于匆忙,一般认为汽车在缓和曲线上行驶时间至少应有3s。见表2-3。表2-3缓和曲线长度技术指标二级公路(60km/h)缓和曲线最小长度(m)一般值80最小值6011
河南理工大学本科毕业设计第二章道路路线设计因此,《公路路线设计规范》JTGD20-2006规定:一般情况下,在直线与圆曲线之间,当圆曲线半径大于或等于不设超高圆曲线最小半径时,可不设缓和曲线。对于设计时速为60km/h的公路不设缓和曲线的临界半径是500m。4)行车视距行车视距可分为:停车视距、会车视距、超车视距。《公路路线设计规范》JTGD20-2006规定:二级公路(60km/h)停车视距St取75m。停车视距可分为反应距离和制动距离两部分组成,反应距离是当驾驶人员发现前方的阻碍物,经过判断决定采取制动措施的那一瞬间到制动器真正开始起作用的那一瞬间汽车所行驶的距离;感觉时间在很大程度上取决于物体的外形、颜色、驾驶员的视力和机敏度以及大气的可见度等。2.2.2路线方案拟定与比选综合考虑该地区自然条件、技术标准、工程投资等因素,初步拟定了两个方案:方案一:该方案总长为2581.438m,途中经过四个村庄,跨越一条小的河流,需要建一座小桥。该路段大部分路段都是经过经过农田,整个路段比较平坦,高差相对来说很小,所以土石方量相对较小。该路段总共有三个转角,圆曲线半径分别是320m,700m,700m。转角的圆曲线都需要设缓和曲线,第一个转角的缓和曲线是Ls=150m,剩下两个转角的圆曲线的缓和曲线长度都是Ls=100m。方案二:线路总长为2572.933m。该线路后一部分所经区域大多为村庄,需要大量拆迁,一次斜跨越小的河流,路线转角半径太小,不利于行车舒适。表2-4方案比选方案一方案二优缺点优点:1.土石方工程量小,有利于环境保护2.平面线性指标高,行车舒适性好3.与河流直交,难度较低缺点:1.占用部分农田优点:1.可以通过乡镇,联系很多人口缺点:1.与河流斜交,难度系数大2.线转角太大,不利于行车3.占部分农田,需要拆迁房屋二级公路投资相对高速公路会比较小,主要满足短距离运输和当地农耕用路,所以在修建过程中应综合考虑道路的工程造价以及与沿线村庄的联系情况,线性的连续性要求较低,满足设计要求就可以同时考虑到经济因素,尽量使工程量最小,造价最低。11
河南理工大学本科毕业设计第二章道路路线设计综合考虑:1)从对当地经济的影响上看,方案一优于方案二;2)从规模及施工难度上看,方案一较好;综合考虑以上各种因素,最终选择方案一作为最终设计方案。2.3道路技术标准确定具体道路技术指标见表2-5。表2-5道路技术指标序号项目单位主要技术指标1设计车速km/h602路基宽度一般值m12最小值103平曲线半径一般值m200极限值125不设超高最小半径路拱≤2.0%m15004平曲线最小长度m100缓和曲线最小长度m605最小纵坡%0.36最大纵坡%67最小坡长m1508相应纵坡的最大坡长3%m12004%1005%8006%6009停车视距m7510竖曲线半径凸形一般值m2000极限值m1400凹形一般值m1500极限值m100011竖曲线最小长度m5012平曲线最大超高%811河南理工大学本科毕业设计第二章道路路线设计11
河南理工大学本科毕业设计第三章道路平面设计第三章道路平面设计3.1平面线形该设计先在地形图上选线,根据地形图的各项数据,结合公路选线的各项规定,该条公路,其各项平曲线要素如下表3-1所示:表3-1平曲线的各项元素表交点号交点坐标交点桩号转角值N(X)E(Y)JD03542296.7517905.566K0+000 JD13542815.99518332.717K0+672.39960°34′55.1″(Z)JD23543475.353518077.7295K1+340.71024°39′08″(Y)JD33544236.825518124.4344K2+098.63524°54′34.6″(Z)JD43544691.12517946.4K2+581.438 3.2圆曲线计算已知=,圆曲线半径为R=320.00m,=150.00m如下图3-1所示:其中:式中:T—切线长,m;L—曲线长,m;E—外距,m;J—校正数或称超距,m;R—圆曲线半径,m;α—转角。图3-1平曲线几何元素图65
河南理工大学本科毕业设计第三章道路平面设计计算结果见表3-2。表3-2平曲线几何要素表R(m)Ls(m)L(m)T(m)E(m)J(m)320150488.244263.49453.98738.744表3-3桩号校核表JD1-TK0+672.399-263.494ZH+LSK0+408.905+150HY+L-2LSK0+558.905+488.244-2×150YH+LSK0+747.149+150HZ-L/2K0+897.149-244.122QZ+1/2JK0+653.027+1/2×38.744JD1K0+672.399则计算出的桩号为K0+672.399,所以校核无误。3.3坐标计算3.3.1路线转角、交点间距、曲线要素及主点坐标表设起点坐标(3542296.7,517905.566),第i个交点坐标为(),,则坐标增量(3-1)(3-2)交点间距65
河南理工大学本科毕业设计第三章道路平面设计(3-3)象限角(3-4)因为方位角可以在图上测量出来,带入各项数据可以算出坐标为(3542815.99,518332.717),同理可以求出(3543475.3531,518077.7295)(3544236.8247,518124.4343)(3544691.12,517946.4)3.3.2直线上中桩坐标计算(1)对第一个交点,其坐标为(3542815.99,518332.717),A1=270-θ=219,T=263.494m代入上式,可以求出HZ和HZ的坐标:通过上面的公式,计算的HZ和ZH坐标见下表3-4。表3-4ZH和HZ坐标表桩号XYK0+408.9023542612.493518165.327K0+897.2563543061.750518237.677K1+137.6293543285.943518150.978K1+538.8133543678.053518090.162K1+893.9053544032.479518111.901K2+298.2343544427.440518049.734(2)在直线段一:K0+000到K0+400中桩位每增加20m,坐标增量为:对于直线段一,其起点坐标为(3542296.7,517905.566)代入上式:其中为,代入上式可求出K0+020的坐标为(3542312.146,517918.271)同理可以求出其他的坐标见下表3-5。65
河南理工大学本科毕业设计第三章道路平面设计表3-5直线段坐标表桩号XYK0+0003542296.7517905.566K0+0203542312.146517918.271K0+0403542327.592517930.977K0+0603542343.038517943.682K0+0803542358.484517956.387K0+1003542373.929517969.092K0+1203542389.375517981.798K0+1403542404.821517994.503K0+1603542420.267518007.208K0+1803542435.713518019.914K0+2003542451.159518032.619其他直线段坐标见附件《逐桩坐标表》。3.3.3单曲线内中桩坐标计算(1)设带缓和曲线的单曲线的坐标计算:缓和曲线上任意点的切线横距对于K0+680的坐标式中:——缓和曲线上任意点至ZH(或HZ)的曲线长;——缓和曲线长度。65
河南理工大学本科毕业设计第三章道路平面设计①第一缓和曲线(ZH-HZ)任意点坐标其中R=320m,为,T=263.494m,L=150m,带入K0+420的曲线长可以求出代入上式任意点至ZH(或HZ)的曲线长,即可得出各点的坐标见下表3-6。表3-6缓和曲线坐标表桩号XYK0+408.9023542612.493518165.327K0+4203542621.067518172.373K0+4403542636.576518185.002K0+4603542652.247518197.428K0+4803542668.179518209.517K0+5003542684.461518221.129K0+5203542701.173518232.114K0+5403542718.374518242.314K0+558.9023542735.118518251.08②圆曲线上任意点坐标其中R=320m,为,T=263.494m,L=150m,将K0+560距HY65
河南理工大学本科毕业设计第三章道路平面设计点的曲线上代入上式得:式中:——圆曲线上任意点HZ的曲线长;——HY点的坐标。代入其他任意点至ZH(或HZ)的曲线长,即可得出各点的坐标见下表3-7。表3-7圆曲线坐标表桩号XYK0+558.9023542735.118518251.08K0+5603542736.105518251.56K0+5803542754.37518259.701K0+6003542773.107518266.685K0+6203542792.244518272.485K0+6403542811.706518277.079K0+6603542831.417518280.448K0+6803542851.3518282.58K0+7003542871.277518283.465K0+7203542891.27518283.101K0+7403542911.202518281.489③第二缓和曲线(HZ-YH)内任意点的坐标对于K0+760点的坐标,其中R=320m,为,T=263.494m,L=150m,则代入下式可以求出65
河南理工大学本科毕业设计第三章道路平面设计代入其他桩号到HZ点的曲线长,可以计算出坐标如下表3-8。表3-8第二缓和曲线坐标桩号XYK0+747.2563542918.403518280.597K0+7603542930.995518278.642K0+7803542950.594518274.670K0+8003542969.977518269.745K0+8203542989.144518264.039K0+8403543008.119518257.719K0+8603543026.937518250.9474K0+8803543045.649518243.8848K0+897.2563543061.75518237.6774其他坐标见附件《逐桩坐标表》。65河南理工大学本科毕业设计(论文)第五章道路横断面设计65
河南理工大学本科毕业设计(论文)第五章道路横断面设计第四章道路纵断面设计4.1纵断面设计原则(1)纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置,形状和尺寸问题,具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。纵断面线形设计应根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素,考虑路基稳定,排水及工程量等的要求对纵坡的大小,长短,前后的纵坡情况,线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计,从而设计出纵坡合理,线形平顺圆滑的最优线形,以达到行车安全、快速、舒适,工程造价省,运营费用较少的目的。(2)该路地处平原微丘区,农业土地资源宝贵,本项纵断面设计采用小纵坡,微起伏与该区域农田相结合,尽量降低路堤高度,路线纵断面按百年一遇,设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态,所需的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线,反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径,使竖曲线首尾相接。此外,所选用的半径还满足行车视距的要求,由于本设计起始段考虑车辆上路便利以及与收费站衔接,同时地形排水并不困难,故采用平坡设计。4.2竖曲线计算(1)已知:变坡点桩号K1+400.000。=0.0258%,=-0.29%,为凸型曲线,拟定曲线竖半径R=70700,具体要素见图4-1,则: 式中:L—竖曲线长度,m;w—坡差,%;R—竖曲线半径,m;E—竖曲线外距,m;T—竖曲线切线长,m。竖曲线起点桩号:竖曲线终点桩号:竖曲线起点高程:65
河南理工大学本科毕业设计(论文)第五章道路横断面设计竖曲线终点高程:纵断面设计结果如表4-1。表4-1纵断面设计结果变坡点前坡后坡半径(m)曲线长(m)外距(m)桩号设计高程K1+40046.7230.0258%0.29%70700223.3360.088竖曲线内桩号的高程计算:已知变坡点的高程为46.723m计算公式为:(4-1)其中:——曲线上任意点到曲线起点的水平距离第一个纵坡的各项数据见下表4-2。表4-2第一个纵坡数据表桩号地面高程设计高程K1+288.3320.0000.00046.2746.43K1+32031.6680.00746.2846.44K1+36071.6680.03646.1946.45K1+400111.6680.08846.0946.46K1+440151.6680.16346.0046.48K1+480191.6680.26045.7346.49K1+511.668223.3360.35346..4646.47其他坐标见附件《逐桩坐标表》。65
河南理工大学本科毕业设计第五章道路横断面设计第五章道路横断面设计5.1横断面布置5.1.1横断面布置本路段路基按两车道二级公路(60km/h)标准,路基全宽10m,单向行车道2×3.5m,左右硬路肩0.75m,左右土路肩各为0.75m,路基宽度=行车道宽+土路肩宽+硬路肩宽=10m。其标准横断面如图5-1:图5-1标准横断面示意图5.1.2路拱横坡路拱坡度需要考虑路面类型和当地的自然条件。查《公路工程技术标准》(JTGB01-2003),沥青路面横坡宜取1.0~2.0%。考虑到该地区降雨量,路面排水状况和施工行车安全舒适,拟采用2%的路拱横坡。公路的土路肩采用3%的坡度,公路的硬路肩,采用与行车道相同的横坡。路拱形式拟采用抛物线形式。(1)路基边坡坡度由《公路路基设计规范》得知,当H<8m(H—路基填土高度)时,路基边坡按1:1.5设计。超过8m时路基边坡按1:1.75设计。边坡设计图见图5-2。图5-2边坡设计示意图2)护坡道65
河南理工大学本科毕业设计第五章道路横断面设计《公路工程技术标准》:当路肩边缘与路侧取土坑底的高差小于或等于2m时,取土坑内侧坡顶可与路坡脚位相衔接,并采用路堤边坡坡度,当高差大于2m时,应设置宽1m的护坡道;当高差大于6m时,应设置宽2m的护坡道。本设计结合当地的自然条件设置护坡道,护坡道坡度设计为4%。(3)边沟设计《公路路基设计规范》:边沟横断面一般采用梯形,梯形边沟内侧边坡为1:1.0-1:1.5,外侧边坡与挖方边坡坡度相同。少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面,其内侧边坡宜采用1:2-1:3,外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处平原区,故宜采用梯形边沟,且底宽为0.6m,深0.6m,内侧边坡坡度为1:1。5.2横断面设计步骤(1)根据地形图绘横断地面线。(2)根据路线及路基资料,将横断面的填挖值及有关资料(如路基宽度、加宽值、超高横坡、缓和段长度、平曲线半径等)抄于相应桩号的断面上。(3)根据地质资料,示出土石界限、设计边坡度,并确定边沟形状和尺寸。(4)绘横断面设计线,又叫“戴帽子”。设计线应包括路基边沟、边坡、截水沟、加固及防护工程、护坡道、碎落台、视距台等,在弯道上的断面还应示出超高、加宽等。(5)计算横断面面积(含填、挖方面积),并填于图上。5.3土石方数量计算5.3.1横断面面积计算计算横断面积在这里采用块分法,所谓块分法就是通过路基横断面地面线及设计线上的所有转折点用竖线把路基横断面划分成宽度不等的多个准确的梯形或三角形,然后分别计算每一个梯形或三角形的面积再累加起来即为路基横断面面积,该方法的设计模型见图5-3:图5-3块分法计算模型示意图65
河南理工大学本科毕业设计第五章道路横断面设计该计算方法是采用积分的原理,理论上当把各分块宽度设置的无限小计算就越精确。设设计路面函数为:,原始地面线函数为:,两函数交点在横轴上坐标分别是,则横断面面积计算公式为:(5-1)但现实操作很难给出设计路面线和原始地面线函数,所以在实际操作中我们给出合理的b的值以控制计算结果精度,从而计算出符合精度要求的横断面面积,实际操作计算采用的公式为:(5-2)其中:─各分块的宽度;─各分块等效为矩形的平均高度。5.3.2土石方数量计算土石方数量采用平均断面法计算。若相邻两断面均为填方或挖方且面积大小相近,则可假定两断面之间为棱柱体,其体积的计算公式为:(5-3)式中:—体积,即土石方数量,;—相邻两断面的面积,;—相邻两断面之间的距离,。利用上述方法可以计算出任意两个相邻的桩位之间的土方工程量,在累计求和就可以得出该工程的土方工程量:。(5-4)该路线的土石方工程量计算结果见附表:工程土石方计算表。5.4土石方调配方法土石方调配方法有多种,如累积曲线法、调配图法、表格调配法等,由于表格调配法不需单独绘图,直接在土石方表上调配,具有方法简单,调配清晰的优点,是目前生产上广泛采用的方法,本路段也采用土石方计算表调配法。具体调配步骤:65
河南理工大学本科毕业设计第五章道路横断面设计(1)土石方调配是在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行的,调配前应将可能影响运输调配的桥涵位置、陡坡、大沟等注在表旁,供调配时参考。(2)弄清各桩号间路基填挖方情况并作横向平衡,明确利用填挖与挖余数量。(3)在作纵向调配前应根据施工方法及可能采取的运输方式定出合理的经济运距,工土石方调配时参考。(4)根据填缺挖余分布情况,结合路线纵坡和自然条件,本着技术经济和支农的原则,具体拟定调配方案。(5)经过纵向调配,如果仍有填缺或挖余,则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点,然后将借土或弃土的数量和运距分别填注到借方或废方栏中。(6)土石方调配后,应按下式进行复核检查:横向调运+纵向调运+借方=填方横向调运+纵向调运+弃方=挖方挖方+借方=填方+弃方以上检查一般是逐页进行复核的,如有跨页调配,须将其数量考虑在内,通过复核可以发现调配与计算过程有无错误。土石方计算见附表《土石方计算表》5.5加宽和超高计算5.5.1加宽计算对于设计的这条二级集散公路其圆曲线的R值都大于250m,其加宽值甚小,可不加宽。5.5.2超高渐变率计算由汽车在曲线上行驶的力的平衡方程式,可得公式:(5-5)对于某一既定的设计速度V,(+μ)与1/R成线性关系。其中,设计速度为60km/h,绕中线旋转的最大超高渐变率为1/175。和μ可以有以下四种分配方式:①在未达到=之前,离心力完全由超高所抵消。当曲率再大时,保持不变,其增加的离心力部分由横向摩阻力来抵消。②方法与①基本相同,区别在于①采用设计速度,这里采用行驶速度。③超高和曲率成正比,即=0与=之间为一直线关系。④超高和曲率成曲线关系,其值介于②和③之间。65
河南理工大学本科毕业设计第五章道路横断面设计方式④中超高和曲率成曲线关系,当平曲线半径较大时,其超高值接近方式②,由适当的超高抵消横向力。随着半径的减小,则以接近最大超高的方式设置超高。这样,在超高设置上兼顾了大半径和小半径曲线,在一定程度上避免了上述几种方法的缺点,但对大半径曲线更加有利。5.5.3超高过渡段长度(1)超高过渡段长度计算公式为了行车的舒适、路容的美观和排水的通畅,必须设置一定长度的超高过渡段,超高的过渡则是在超高过渡段全长范围内进行的。双车道公路最小超高过渡段长度按下式计算:(5-6)根据上式计算的超高过渡段长度,应凑成5m的整倍数,并不小于10m的长度。(2)超高过渡段长度应考虑因素为了行车的舒适,超高过渡段应不小于按上式计算的长度。但从利于排除路面降水考虑,横坡度由2%(或1.5%)过渡到0%路段的超高渐变率不得小于1/330,即超高过渡段又不能设置得太长。所以在确定超高过渡段长度时应考虑以下几点:1)一般的情况下,在确定缓和曲线长度时,已经考虑了超高过渡段所需的最短长度,故一般取超高过渡段与缓和曲线长度Ls相等,即=Ls;2)若计算出的>Ls,此时应修改平面线形,使Ls≥。当平面线形无法修改时,可将超高过渡起点前移,即超高过渡在缓和曲线起点前的直线路段开始;3)若Ls>计算出的,但只要超高渐变率P≥1/330,仍取=Ls。4)在高等级公路设计中,因照顾线形的协调性,在平曲线中一般配置较长的缓和曲线。为了避免在缓和曲线全长范围内均匀过渡超高而造成路面横向排水不畅,超高过渡可采取以下措施:①超高的过渡仅在缓和曲线的某一区段内进行。②超高过渡在缓和曲线全长范围内按两种超高渐变率分段进行。即第一段从缓和曲线起点由双向路拱坡以超高渐变率1/330过渡到单向路拱横坡,第二段由单向路拱横坡过渡到缓和曲线终点处的超高横坡。5.5.4曲线处超高计算本设计路线共有平曲线2处,其相关的数据见表5-1所示。65
河南理工大学本科毕业设计第五章道路横断面设计表5-1曲线超高元素表半径缓和曲线长度超高曲线一3201503%曲线二7001003%曲线三7001003%(1)超高过渡计算(以曲线一为例):过渡方式:绕边缘旋转,超高缓和段长度取与缓和曲线同长。过渡过程中外侧车道先抬高到2%与内侧车道一致.然后一起过渡至4%全超高。因为超高渐变率小于1/330,故采用在缓和段前115m外侧车道抬高至2%,再与内测车道一起过渡至全超高的方法。土路肩的超高过渡:外侧车道保持反向横坡3%.当车道横坡大于3%时,内测车道土路肩的采用比车道横坡大1%的同向横坡,当车道横坡大于3%时,土路肩采用车道横坡。曲线一出的超高设计图5-4如下所示。图5-4曲线一超高设计图计算公式:X距离处行车道横坡值:外侧:(5-7)内侧:(5-8)曲线一处的超高计算值如表5-2所示。65
河南理工大学本科毕业设计第五章道路横断面设计表5-2曲线一超高设计值桩号路基左侧路基右侧超高横坡(%)土路肩横坡(%)超高横坡(%)土路肩横坡(%)K0+662.889-2.000-2.000-2.000-2.000K0+680-0.802-0.802-2.000-2.000K0+7000.5980.598-2.000-2.000K0+7201.9981.998-2.000-2.000K0+7403.3983.398-3.398-3.398K0+7604.7984.798-4.798-4.798K0+762.8895.0005.000-5.000-5.000K0+9805.0005.000-5.000-5.000K1+0005.0005.000-5.000-5.000K1+0205.0005.000-5.000-5.000K1+025.6785.0005.000-5.000-5.000K1+0403.9973.997-3.997-3.997K1+0602.5972.597-2.597-2.597K1+0801.1971.197-2.000-2.000K1+100-0.203-0.203-2.000-2.000K1+120-1.603-1.603-2.000-2.000K1+125.678-2.000-2.000-2.000-2.00065河南理工大学本科毕业设计第六章路基设计65
河南理工大学本科毕业设计第六章路基设计第六章路基设计6.1路基断面形式本路段路基采用整体式断面,其边坡坡率确定如下:(1)当填土高度小于8m时,边坡坡率采用1∶1.5;大于8m时,8m以上部分采用1∶1.5,8m以下部分采用1∶1.75。本设计路段填土高度均小于8m,所以边坡坡率均采用1∶1.5。(2)当为土质边坡挖方时,边坡坡率采用1:1。6.2填料选择及填筑方式6.2.1填料要求通过掺加石灰从而有效的改善土质含水量,便于路基的压实,保证路基的强度和施工过程中的工期要求。又因沿线填土含水量的大小与地层、施工季节、降水情况及施工方案有较为密切的关系,如果路基填料强度和含水量能满足要求,或在施工工期允许的情况下,通过翻晒等方法能降低土的含水量,则可以不掺或少掺石灰。路基的填料的各项要求见下表6-1所示。表6-1路基填料最小强度、粒径及压实度要求项目分类路面底面以下深度(m)填料最小强度(CBR)(%)压实度(%)最大粒径(cm)填方路基上路床0~0.3069610下路床0.30~0.8049610上路堤0.80~1.5039415下路堤1.50以下29215注:当路基填料的CBR值达不到表列要求时,可掺石灰或其他稳定材料处理。6.2.2填筑方式一般路基均采用分层摊铺分层碾压,有利于压实,保证强度均匀。每填一层,经过压实符合标准规定后方可再填上一层。松铺厚度与地基条件、土质、松铺土层干密度有关。用不同材料填筑路基时,须遵守下列规则:①不同性质的填料应分层铺筑,不得混杂乱填(但可掺配后使用),以免形成水囊或滑动面。每种填料层累计总厚不宜小于0.5m。②不同填料的层位安排,应考虑路基工作条件。凡不因潮湿或冻融影响而变更其体积的优质土应填在上层;路堤的浸水或受水位涨落影响的部分,宜尽可能选用透水性好65
河南理工大学本科毕业设计第六章路基设计而不易被水冲蚀的材料,如漂(卵)石、砂砾、片(碎)石等;当路堤稳定受到地下水或地表长期积水影响时,路堤底部也应填以水稳性好、不易风化的砾石材料或采用无机结合料处治的土。根据该地区路基填土的实际情况,中间部位考虑到施工工期、季节、填料含水量情况等因素,施工过程中应在保证路基强度、压实度及水稳定性的前提下依照实际情况决定处理的土层及掺灰量,设计时按中部总体积30%掺5%石灰控制掺灰总量。6.3边坡防护路基边坡防护,主要是保证路基边坡表面免受降水、日照、气温、风力等自然力的破坏,从而提高边坡的稳固性,还可美化路容,增加行车的舒适感.本路段路基的边坡采用拱形骨架护坡(填方)和锚杆挂网喷射混凝土防护(挖方)。骨架采用7.5号的浆砌片石填筑,采用20号的混凝土预制板嵌边,骨架间种草。65
河南理工大学本科毕业设计第七章道路排水设计第七章道路排水设计7.1路基排水目的和要求路基排水的目的在于确保路基能始终处于干燥、坚实和稳定状态。为此,应尽可能将停滞在路基范围内的地表水迅速排除,并防止用地范围以内的地表水对路基的浸蚀和冲刷。路基设计时,必须考虑将影响路基稳定性的地面水派粗豪和拦截于路基用地范围以外,并防止地面漫流、滞积和下渗。路基施工时,应该校核全线路排水系统的设计是否完备和妥善,必要时应予以补充或修改,应重视排水工程的质量和使用效果。路基养护中,对排水设施应定期检查与维修,以保证排水设施正常使用,水流畅通,并根据实际情况不断改善路基排水条件。7.2路基排水设计一般原则(1)排水设计要因地制宜、全面规划、因势利导、综合整治、讲究实效、注意经济,充分利用有利地形和自然水系。(2)各种路基排水沟渠的设置,应注意与农田水利相配合,必要时可适当增设涵管或加大涵管孔径,以防农业用水影响路基的稳定性,并做到路基排水有利于农田灌溉。(3)设计前必须进行调查研究,查明水源与地质条件,重点路段要进行排水系统的全面规划,考虑路基排水与桥涵布置相配合,地面排水与地下排水相配合,各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合,做到综合整治,分期修建。(4)路基排水要注意防止附近山坡的水土流失,尽量不破坏天然水系,不轻易合并自然沟溪和改变水流性质,尽量选择有利地质条件布设人工沟渠,减少排水沟渠的防护和加固工程。(5)路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况,注意就地取材,以防为主,既要稳固适用,有必须讲究经济效益。7.3排水系统设计路面积水由2%路拱横坡排出,经坡面汇入全线贯通的边沟,边沟水排至原有的排水沟渠。边沟的纵坡度应取0.5%,边沟出水口的间距,不超过500m,边沟出口水的排放应结合地形、地质条件以及桥涵水道位置,排引到路基范围外、使之不冲刷路堤坡脚。65
河南理工大学本科毕业设计第七章道路排水设计截水沟设在路堑坡顶5m或路堤坡脚2m以外,截水沟长度控制在200m-500m内;超过500m时,在中间适宜位置处增设泄水口,由急流槽或急流管分流排引。7.4道路排水设计7.4.1排水系统设计路面积水由2%路拱横坡排出,经坡面汇入全线贯通的边沟,边沟水排至原有的排水沟渠。边沟的纵坡度应取0.5%,边沟出水口的间距,不超过500m,边沟出口水的排放应结合地形、地质条件以及桥涵水道位置,排引到路基范围外、使之不冲刷路堤坡脚。截水沟设在路堑坡顶5m或路堤坡脚2m以外,截水沟长度控制在200m-500m内;超过500m时,在中间适宜位置处增设泄水口,由急流槽或急流管分流排引。7.4.2排水结构物设计(1)边沟排水排水边沟断面尺寸确定《公路路基设计规范》:边沟横断面一般采用梯形,梯形边沟内侧边坡为1:1.0~1:1.5,外侧边坡与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处平原微丘区,故宜采用梯形边沟,且底宽为0.6m,深0.6m,内侧边坡坡度为1:1。边沟的断面尺寸见图7-1。图7-1边沟的断面尺寸(2)排水沟设计排水沟的主要用途在于饮水,将路基范围内各种水源的水流(如边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水)65
河南理工大学本科毕业设计第七章道路排水设计引至桥涵或路基范围意外的指定地点。当路线受到多段沟渠或水道影响时,为保护路基不受水害,可以设置排水沟或改移渠道,以调节水流,整治水道。排水沟的断面采用梯形,具体尺寸见图7-2。图7-2排水沟尺寸图65
河南理工大学本科毕业设计第八章路面结构设计第八章路面结构设计8.1近期交通组成与交通量表8-1近期交通组成与交通量车型分类代表车型数量(辆/天)小客车中客车大客车轻型货车中型货车中型货车重型货车拖挂车红旗CA630北京BK651黄海DD690跃进NJ131解放CA340解放DD341东风EQ155五十铃EXR181L6005002003004004505004008.2轴载换算8.2.1弯沉值和层底压应力轴载换算路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次,轴载换算采用如下的计算公式:(8-1)式中:N——标准轴载的当量轴次(次/d);——被换算车型的各级轴载作用次数;P——标准轴载(KN);——被换算车型的各级(单根)轴载(KN);——被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m时按单独的一个轴计算,轴数系数记为轴数m;当间距小于3m时,按双轴或多轴计算,轴数系数为C1=1+1.2(m-1);——被换算轴载的轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轮组为0.38。根据以上公式,将每种通过该路的车型换算成标准轴载见下表8-2:65
河南理工大学本科毕业设计第八章路面结构设计表8-2弯沉值为指标轴载换算车型红旗CA630前轴19.316.46002.996后轴27.9116002.326北京BK651前轴4816.4500131.386后轴9711500437.953黄海DD690前轴5616.4200102.761后轴10421200474.411跃进NJ131前轴20.216.43001.826后轴38.2113004.561解放CA340前轴22.116.44003.600后轴56.61140033.637解放DD341前轴21.816.44503.817后轴611145052.408东风EQ155前轴26.516.45009.914后轴56.72.2150093.214五十铃EXR181L前轴6016.4400277.458后轴100314001200合计2832(次/天)注:为了计算准确,本设计在换算中将所有通过的车型包括25KN以下的轴载都进行了统计换算(8-2)计算设计年限2010年以后12年的内通过该横断面的累积标准轴载的当量次数。(次)式中:——设计年限内通过该横断面的累积标准轴载的当量次数(次);——计算设计年限内一个车道上的累积当量轴次数(次);——设计年限内交通量的平均年增长率(以小数记);65
河南理工大学本科毕业设计第八章路面结构设计t——设计年限(a),按规范沥青混路面二级公路设计年限一般为12年;——车道系数,按规范双向两车道0.6—0.7(本设计取0.7);计算设计年限12年内一个车道上的累积当量轴次数(次)8.2.2层底拉应力验算轴载换算当以半刚性材料结构层的层底拉应力进行验算时,按规定凡轴载大于40KN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)Pi的作用次数ni均按照下式换算成标准轴载P的当量作用次数N(8-3)根据以上公式,将每种通过该路的车型换算成标准轴载见下表8-3:表8-3层底拉应力验算轴载换算表车型红旗CA630前轴19.3118.56000后轴27.9116000北京BK651前轴48118.550026.066后轴9711500391.872黄海DD690前轴56118.520035.785后轴10421200547.428跃进NJ131前轴20.2118.53000后轴38.2113000解放CA340前轴21.10118.54000后轴56.60114004.213解放DD341前轴21.8118.54500后轴61114508.627东风EQ155前轴26.5118.55000后轴56.72.2150011.751五十铃EXR181L前轴60118.5400124.292后轴100314001200合计2355(次/天)65
河南理工大学本科毕业设计第八章路面结构设计注:其中轴重小于40KN的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计,所以当量计算省略,均去其当量轴载为零。把N带入上式(8-2)中,同理计算设计年限12年内一个车道上的累积当量轴次数为958万次。8.2.3轴载换算与累计轴次表8-4累计换算与累计轴载车型名称前轴重后轴重后轴数后轴轮组数轴距(m)交通量红旗CA63019.327.91双轮组0500北京BK65148971双轮组0310黄海DD690561042双轮组4620跃进NJ13120.238.21双轮组0310解放CA34022.156.61双轮组0580解放DD34121.8611双轮组0510东风EQ15526.556.72双轮组2420五十铃EXR181L601003双轮组4450换算方法弯沉及沥青层拉应力指标半刚性层拉应力指标累计交通轴次1152万次958万次8.3初拟路面结构根据本地的路面用材料,结合已有工程经验和《公路沥青路面施工技术技术规范》(JTGF40--2004)相关规定,由软件得出下表路面结构设计表8-5路面结构设计1细粒式沥青混凝土4cm2中粒式沥青混凝土6cm3水泥稳定碎石15cm4石灰水泥粉煤灰砂砾18cm5石灰土?65
河南理工大学本科毕业设计第八章路面结构设计8.4路面材料劈裂强度和路面结构厚度的确定8.4.1路面材料劈裂强度和容许拉应力计算路面材料的霹雳强度查路基路面工程表14-22得出,容许拉应力由软件得出。该公路等级系数为1.1,结构为半刚性基层,沥青路面的路面结构类型系数为1.1,基层类型系数为1,设计弯沉为25.5(0.01mm)。利用设计程序计算出水泥稳定砂砾满足设计弯沉指标的厚度满足层底拉应力的要求。则其计算如下表8-6。表8-6劈裂强度和容许压力层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.482中粒式沥青混凝土10.343水泥稳定碎石0.60.324石灰水泥粉煤灰砂砾0.50.275石灰土0.250.18.4.2路面结构厚度计算公路等级:二级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:25.5(0.01mm)设计层最小厚度:150(mm)设计层计算结果见表8-7。表8-7设计层计算表格层位结构层材料名称厚度(mm)20℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)容许应力MPa)1细粒式沥青混凝土4cm16000200000.482中粒式沥青混凝土6cm12000180000.343水泥稳定碎石15cm13000130000.324石灰水泥粉煤灰砂砾18cm15000150000.275石灰土?550055000.16土基3665
河南理工大学本科毕业设计第八章路面结构设计按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=25.5(0.01mm)H(5)=15cmLS=26.7(0.01mm)H(5)=20cmLS=24.6(0.01mm)H(5)=17.9cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H(5)=17.9cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H(5)=17.9cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H(5)=17.9cm(第3层底面拉应力验算满足要求)H(5)=17.9cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H(5)=17.9cm(第5层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H(5)=17.9cm(仅考虑弯沉)H(5)=17.9cm(同时考虑弯沉和拉应力)验算路面防冻厚度:路面最小防冻厚度40cm验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下:---------------------------------------细粒式沥青混凝土4cm---------------------------------------中粒式沥青混凝土6cm---------------------------------------水泥稳定碎石15cm---------------------------------------石灰水泥粉煤灰砂砾18cm---------------------------------------石灰土18cm---------------------------------------土基65
河南理工大学本科毕业设计第八章路面结构设计8.4.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:二级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=25.4(0.01mm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=28.5(0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=33.3(0.01mm)第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=55.3(0.01mm)第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=161.7(0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值LS=322.9(0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)LS=258.8(0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:第1层底面最大拉应力σ(1)=-.223(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=-.045(MPa)第3层底面最大拉应力σ(3)=.009(MPa)第4层底面最大拉应力σ(4)=.134(MPa)第5层底面最大拉应力σ(5)=.077(MPa)经过计算之后,设计路面都满足厚度、劈裂度、防冻厚度等要求,符合《公路沥青路面施工技术技术规范》(JTGF40--2004)相关规定,满足要求。65河南理工大学本科毕业设计专题65
河南理工大学本科毕业设计专题第九章浅析CFG桩加固松软土地基9.1松软土地基9.1.1概述该设计路线位于山西与河南交界处,是新赵庄村至王庄村的一段二级公路,由于处于中原黄土高原地区,道路填挖方较小,公路自然区划Ⅱl区,即山西盆地中冻区,与I5区(即鲁预轻冻区)接壤,气候、地区特征属于两个区划特征的过渡带。该地区平微区低洼地方地表长期积水,路线所经之处,多为鱼塘,为了保证路基的稳定,故对软土地基进行处理。松软土是在静水或缓慢水流、缺氧、多有机质的条件下生成的,往往与泥炭和粉砂交错沉积。绝大部分生成于全新世的中晚期,也有松软土层埋藏在密实的硬土层之下,生成期较早。但总的说来,在各种土中,松软土应该说是比较年轻的沉积物,甚至还存在正在继续沉积的欠固结软土。松软土的特征界于软土和一般土之间,天然含水量大、压缩性高、承载力低。松软土在我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围及山涧谷地均有广泛分布。在松软土地基上修筑道路时,若处治不当,往往会导致路基失稳或沉降达不到预期目的,造成道路不能正常运营以及后期维护费用高等问题。因此,根据松软土地基的实际性能指标和所处的工程部位,合理地选用松软土地基加固处理形式,将直接决定工程项目交付使用后的内在质量和外观效果。9.1.2松软土的工程地质特性土是岩石的风化产物,经水流、风力、冰川、重力等外力作用搬运或多次搬运沉积而成,几乎遍布于整个地壳的表面。土的工程地质特性一般可分为物理性质、水理性质、力学性质三类,也有把物理性质和水理性质统称为物理性质。土的物理性质一方面是指土本身由各个组成部分的比例和排列不同所表现的物理状态。如轻重、干湿、松密等;另一方面是指土粒与水相互作用时所表现的性质。如粘性土干燥时坚硬,潮湿时变软;碎石土和砂土的透水性很强,粘性土的透水性则弱。松软土的物理性质主要有:高含水量和大孔隙比,弱透水性,高压缩性,抗剪强度低,高灵敏度、显著的触变性和蠕变性。松软土的力学性质主要有:剪涨性(剪涨性是土基本力学特性之一,指土体在剪切时产生体积膨胀或收缩的特性),压硬性。松软土地基的破坏形式,一般而言,地基问题可归结为以下几个方面:65
河南理工大学本科毕业设计专题1)承载力及稳定性地基承载力较低,不能承担上部结构的自重及外荷载,导致地基失稳,出现局部或整体剪切破坏,或冲剪破坏。2)沉降变形高压缩性地基可能导致建筑物发生过大的沉降量,使其失去使用效能;地基不均匀或荷载不均匀导致地基沉降不均匀,使建筑物倾斜、开裂、局部破坏,失去使用效能甚至整体破坏。3)动荷载下的地基液化、失稳和震陷饱和无粘性土地基具有振动液化的特性。在地震、机器振动、爆炸冲击、波浪作用等动荷载作用下,地基可能因液化、震陷导致地基失稳破坏;软粘土在振动作用下,产生震陷。4)渗透破坏土具有渗透性,当地基中出现渗流时,将可能导致流土(流砂)和管涌(潜蚀)现象,严重时能使地基失稳、崩溃。9.2CFG桩复合地基桩网复合地基的承载作用实际是桩-土-褥垫层协调变形、共同工作的过程。由于复合地基尤其是群桩复合地基的共同作用影响因素很多,其机理的研究还有待于进一步深入。复合地基一般沉降过大,若不能合理控制沉降量,易使上部结构产生裂缝或倾斜。按沉降设计比按承载力设计更严格,也更合理。9.2.1CFG桩概述复合地基是在天然地基中设置一定比例的增强体,或置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体(天然土体)和增强体共同承担有基础传来的上部荷载的一种人工地基。加固区整体是非均质和各向异性的。根据地基中增强体的方向又可分为纵向增强体和横向增强体复合地基。纵向增强体复合地基根据其性质,可分为散体材料桩复合地基和柔性桩复合地基,分类如表9-1。65
河南理工大学本科毕业设计专题表9-1复合地基分类复合地基纵向增强体复合地基散体材料桩复合地基碎石桩复合地基砂桩复合地基柔性材料桩复合地基旋喷桩复合地基深层搅拌桩复合地基CFG桩复合地基横向增强体复合地基主要包括由各种加筋材料,如土工聚合物、金属材料格栅等,形成的复合地基。CFG桩(CementFly-ashGravelPile)是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石桩、石屑或是砂加水拌和形成的高粘结强度桩和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。通过调整水泥掺量及配比,其强度等级在C15~C25之间变化,是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。碎石桩系散体材料,本身没有粘结强度,主要靠周围土的约束传递基础传来的垂直荷载。土越软,对桩的约束作用越差,桩传递垂直荷载的能力越弱。CFG桩针对碎石桩承载特性的一些不足,加以改进而发展起来的。CFG桩采用螺旋钻机或振动沉管桩机等设备进行成孔,是一种具有较高粘结强度的刚性桩。与一般的柔性桩复合地基相比,用CFG桩处理地基时,可大幅度提高地基承载力,并可通过调节复合地基桩长、桩距及桩体材料配比等指标较大幅度调节复合地基承载力的变化区间,特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高,用柔性桩复合地基难以满足设计要求时,CFG桩复合地基则有明显的优势。CFG桩复合地基可用于填土、饱和及非饱和粘性土、松散砂土等。它是一种低强度砼桩,可以充分利用桩间土的承载力,共同作用并可传递荷载到深层地基中去,具有较高的承载力,承载力提高幅度在2.5~3倍,由于通过CFG桩处理过的复合地基具有承载力高、沉降变形小、变形稳定快、工艺性好、灌注方便、易于控制施工质量和工程造价较低等特点,因此具有较好的技术性能和经济效果。由于CFG桩复合地基技术具有以上施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点,目前已经成为北京及周边地区应用最普通的地基处理技术之一。CFG桩一般不用计算配筋,并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料,进一步降低了工程造价。CFG桩适用范围较广,就基础型式而言,CFG桩既可适用于条形基础、独立基础,也可用于筏基和箱型基础;就土性而言,CFG65
河南理工大学本科毕业设计专题桩可用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基。既适用于挤密效果好的土,又适用于挤密效果差的土,具有加速土体固结、沉降变形小、沉降稳定快等特点。刚性桩与碎石桩不同,一般情况下不全长发挥桩的侧阻,桩端落在好土层也可很好地发挥端阻作用。若将碎石桩加以改造,使其具有刚性桩的某些性状,则桩的作用会大大加强,复合地基承载力将会大大提高。这样,在碎石桩桩体中掺加石屑、粉煤灰和水泥,加水拌和,制成一种粘结强度较高的桩体,称之为水泥粉煤灰碎石桩,简称CFG桩。CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成了CFG桩。9.2.2CFG桩复合地基加固机理及效应CFG桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层3部分构成。其加固机理:当基础承受垂直荷载时,桩和桩间土都要发生沉降变形。桩的变形模量远比土的变形模量大,所以桩比土的变形小,由于基础下面设置了一定厚度的褥垫层,桩可以向上刺入,伴随这一变化过程,褥垫层将上部基础传来的基底压力通过适当的变形以一定的比例分配给桩及桩间土,使二者共同受力。同时土由于桩的挤密作用(指用沉管方法成桩时)而提高了承载力,而桩又由于其周围土侧应力的增加而改善了受力性能,二者共同工作,形成了一个复合地基的受力整体,共同承担上部基础传来的荷载。(1)复合地基效应复合地基中桩间土的性状不同、桩体材料不同、成桩工艺不同,复合地基的效应也不同。CFG桩复合地基的效应,主要有以下四各方面:1)桩体效应因为材料本身的强度与软土地层强度不同,在荷载作用下,CFG桩的压缩性明显比桩间土小,因此基础传给复合地基的附加应力,随地层的变形逐渐集中到桩体上,出现应力集中现象。大部分荷载将由桩体承受,桩间土应力相应减小,于是复合地基承载力较原有地基承载力有所提高,沉降量亦减小,随着桩体刚度增加,桩体作用发挥更加明显。这一点正是碎石桩与CFG桩受力情况不同的根本点。因为随时桩桩体材料是松散碎石,自身无粘结度,依靠周围土体约束才能承受上部荷载。而CFG桩桩身具有一定的粘结强度,在荷载作用下,不会出现压胀变形,桩承受的荷载通过桩周摩阻力和桩端阻力传至深层地基中,其复合地基提高幅度也较碎石桩为大。于是,CFG桩常发生刺入破坏,而碎石桩常发生的压胀破坏和整体破坏。2)挤密振密作用65
河南理工大学本科毕业设计专题CFG桩采用振动沉管法施工时,由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密,特别是在砂层中这一作用更加显著。砂土在强烈的高频振动下,产生液化并重新排列致密,而且在桩体粗骨(碎石)填入后挤入土中,使砂土的相对密实度增加,孔隙率降低,干密度和内摩擦角增大,改善图的物理性质,抗液化能力也提高。3)垫层作用CFG桩所说的垫层不是在一般桩基础下设的10~30cm厚混凝土垫层,而是由颗粒材料组成的散体垫。复合地基和桩基虽然都是以桩的形式处理地基,但桩基基础与桩、桩间土直接接触,在给定荷载作用下,桩承受较多的荷载,随着时间延长,桩发生一定沉降,荷载相土体转移,土承载随时间增加逐渐增加,桩承载则逐渐减小。而复合地基因为桩和基础不是直接接触,其间有一层碎石垫层(一般厚度是30cm左右),为桩向上刺入提供了条件,并通过垫层材料的流动补偿,使桩间土与基础始终保持接触,在桩、土共同作用下,地基土的强度得到一定程度的补偿,相应减少了对桩的承载力的要求。4)排水固结作用与一般的碎石桩复合地基一样,采用沉管灌注施工CFG桩,在施工和成桩后的一段时间内,都会在不同程度上降低地层中地下水的含量,最终达到改善地基土物理、力学性质的目的。在饱和的粉土和砂土中施工时,由于沉管和拔管的振动,会使土体产生超孔隙压力。在上层有相对隔水层时,施工完毕的最初CFG桩因其本身材料的性质决定了它将是一个良好的排水通道,如图9-1所示,孔隙水将沿着桩体向上排出,直到CFG桩硬结为止。这样的排水过程还包括CFG桩桩体坍落度小,含水量很小的混凝土类材料水解吸水的过程。有资料证明,这一系列排水作用对减少孔压引起地面隆起和沉陷,对增加桩间土的密实度和提高复合地基承载力极为有利。图9-1复合地基排水固结示意图65
河南理工大学本科毕业设计专题9.2.3CFG桩各部分的作用CFG桩复合地基由桩、桩间土及褥垫层3部分构成。每个部分在受力时发挥了不同的作用:(1)CFG桩的作用1)承担基础传来的竖向荷载及小部分水平荷载;2)对地基土产生一定的挤密作用,当采用非排土工艺施工时,可使桩间土得到一定程度的挤密,加固后的地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所降低,而土体的密度、压缩模量均有所增加,从而改善土质性能;3)排水作用。在成桩初期,桩孔和周边充填反虑性较好的粗颗粒填料,地基中形成了渗透性能良好的人工竖向排水、减压的通道,可以有效地消散和防止振冲产生的超孔隙水压的增高,从而加速地基的排水固结;4)预震作用。在成桩过程中,振冲器以一定的振动频率和冲击力水平向加速激振土体,使填料和地基土在提高相对密实度的同时获得强烈的预震,从而增强砂土抗液化的能力;(2).桩间土的作用承担竖向、水平荷载;对桩体进行约束,保证桩体正常工作。(3).褥垫层的作用1)保证桩与土共同承担荷载。在CFG桩复合地基中,路基通过一定厚度的垫层与桩间和桩间土相联系,即指路基传来的荷载,首先传给垫层,再通过垫层传给桩与桩间土。当桩端位于坚硬土层时,路基承受荷载后,桩顶沉降变形很小,绝大部分荷载由桩承担,桩间土承载力很难发挥。当桩端落在一般粘土层上时,路基承受荷载后,开始绝大部分荷载仍由桩承担,随着时间的增加,路基和桩的沉降不断增加,同时路基下土分担的荷载不断增加,即存在一个桩所承担的荷载逐渐向桩间土转移的过程。路基和桩之间设置了一定厚度的垫层后,在上部荷载作用下,桩间土的抗压刚度远小于桩的抗压刚度,桩顶出现应力集中,当桩顶压力超过垫层局部抗压强度时,垫层局部(与桩接触部分)会产生压缩量,路基和垫层整体也会产生向下位移压缩桩问土,此时,桩间土承载力开始发挥作用,并产生沉降直至应力平衡。由此可见,设置垫层后,可以保证路基通过垫层的塑性调节作用将部分荷载传到桩间土上,从而达到桩间土共同承载荷载的目的。65
河南理工大学本科毕业设计专题2)调整桩与桩之间的分配比例与置换率。桩类型和垫层厚度有很大关系,其中垫层厚度是最重要的因素。并在一定条件下,当增加垫层的厚度时,根据前述原理,在桩顶应力不变的情况下,可以使垫层和与桩顶接触的局部产生更大的压缩,路基和垫层整体向下的移动位置和桩间土压缩量便会加大,从而提高了桩间土的荷载分担比例。若减少垫层的厚度时,则会提高桩的竖向荷载分担比例。垫层厚度H=0时,桩土应力比很大,此时的受力状态如同桩基。如H很大时,则桩土应力比接近于1,此时的受力状态接近于无桩的受力状态。所以当垫层厚度越小,桩承担的水平荷载的比例就越大,而垫层的厚度赵大,桩间土承担的水平荷载比例也就越大。设计时应适当调整垫层厚度,以此控制CFG桩承担的水平荷载,提高桩在水平荷载作用下的安全度。3)减少和减缓路基底面的应力集中,提高路基整体的稳定性。垫层厚度H=0时,桩对路基基底的应力集中很显著。设计时应考虑桩对路基基底的冲切破坏。随着厚度的增加,应力集中现象越来越明显,当厚度增加至一定程度,基底反力即为天然地基的反力发布。4)调整桩、土水平荷载分担比例。CFG桩复合地基中,作用在基础上的水平荷载将由3部分力来分担:基底摩阻力、基础两侧面的摩阻力以及荷载反方向的土抗力。而基底摩阻力与褥垫层的材料性质以及厚度有密切关系。当褥垫层厚度增大到一定数值时,由于CFG桩复合地基置换率一般不大于10%,作用在桩顶和桩间土的剪应力和桩顶剪应力相差不大,桩顶受的剪力占水平荷载的比例很小,水平荷载将主要由桩间土承受。另外,选择不同褥垫层材料,可改变基底与褥垫层之间的摩擦系数,从而影响基底摩阻力大小。(4)褥垫层技术由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心问题,复合地基的许多特性都与褥垫层有关。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ179-2002)要求桩顶和基础之间应设置褥垫层,厚度宜取153~300mm,当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。工程实践表明,褥垫层合理厚度为100~300mm,考虑施工时的不均匀性,褥垫层厚度取150~300mm,当桩径大、桩距大时宜取高值。材料中的最大粒径不大于30mm。由于卵石咬合力差,施工时扰动较大,褥垫层厚度不容易保证均匀。在前面讨论的褥垫层作用中可知,厚度过小,桩对基础将产生很显著的应力集中,需考虑桩对基础的冲切,这势必导致基础加厚,如果基础受水平荷载作用,可能造成复合地基中桩发生断裂。由于褥垫层厚度过小,桩间土承载能力不能充分发挥,要达到设计要求的承载力,必然增加桩的数量或长度,造成经济上的浪费。唯一的好处是建筑物的沉降量小。65
河南理工大学本科毕业设计专题褥垫层厚度大,桩对基础产生的应力集中很小,可不考虑桩对基础的冲切作用,基础受水平荷载的作用,不会发生桩的折断。同时厚度大时,能够充分发挥桩间土的承载能力。若其厚度过大,会导致桩、土应力比等于或接近1。此时桩承担的荷载太小,实际时复合地基中桩的设置已失去了意义。这样的设计的复合地基承载力,不会比天然地基有较大的提高,而且建筑物的变形也大。综合以上分析,结合大量的工程实践的总结,考虑到技术上可靠,经济上合理,褥垫层的厚度宜取10~30cm。9.2.4CFG桩地基工程特性1)载力提高幅度大、可强调性强CFG桩桩长可以从几米到20多米,并且可全长发挥桩的侧阻力,桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40~75%之间变化,使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。当地基承载力较高时,荷载又不大,可将桩长设计得短一点,荷载大时桩长可设计得长一些。特别时天然地基承载力较低而设计要求得承载力较高,用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求,CFG桩复合地基则比较容易实现。2)适应范围广就基础形式而言,CFG桩既适合条形基础、独立基础,也适合筏形和箱形基础。就土性而言,CFG桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土,既可用于挤密效果好的土,又可用于挤密效果差的土。当其用于挤密效果好的土时,承载力的提高既有挤密分量,又有置换分量;当其用于不可挤密土时,承载力的提高只与置换作用有关。当土的承载力标准值不超过50kPa时,CFG桩的适用性值得研究。当土是具有良好挤密效果的砂土、粉土时,振动可使土挤密,桩间土承载力可有较大幅度的提高,CFG桩是适合的。而塑性指数高的饱和软粘土,成桩时土的挤密分量为零。承载力的提高唯一取决于桩的置换作用。由于桩间土的承载力太小,土的荷载分担比太低,因此不适合做复合地基。3)刚性桩的性状明显CFG桩象刚性桩一样,可全长发挥侧阻,桩落在好的土层是时,具有明显的端承作用。对于上部软下部硬的地质条件,碎石桩将荷载向深层传递非常困难,而CFG桩因为具有刚性桩的性状,向深层土传递荷载时其重要的工作特性。4)桩体的排水作用65
河南理工大学本科毕业设计专题CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时,由于沉管和拔管的振动,会使土体产生超孔隙水压力。较好透水层上面还有透水性较差的土层时,刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道,孔隙水将沿着桩体向上排出,直到CFG桩体结硬为止。这样的排水过程可延续几个小时。5)时间效应利用振动沉管施工,将会对周围土产生扰动,特别是对灵敏度较高的土,会使结构破坏、强度降低。施工结束后,随着恢复期的增长,结构强度会有所恢复。在复合地基的承载力提高期间,既包含了桩间土结构强度的恢复,也包括了桩、土间相互作用的加强。加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有减小,重度和压缩模量有所增大。对于粉砂层振密效果比较明显,可大幅度提高桩间土的承载能力,有松散状态变为中密并接近密实状态。6)复合地基变形小复合地基模量大、建筑物沉降量小时CFG桩复合地基重要特点之一。对于上部和中间有软弱土的地基,用CFG桩加固,桩端放在好的土层上,可以获得模量很高的复合地基,上部建筑物的沉降不大。9.3CFG桩复合地基计算9.3.1桩体间距的设计计算CFG桩处理软弱地基,应以提高地基承载力和减少地基沉降为其主要加固目的。其途径是发挥CFG桩的桩体作用。CFG桩复合地基的设计参数共5个,分别为桩长、桩径、桩距、、桩体强度、褥垫层厚度及材料。其设计程序如下图。根据勘察报告,确定桩间土承载力图9-2CFG桩复合地基设计流程图根据勘察报告,确定桩端持力土层初步确定桩长,并计算单桩承载力根据施工工艺,确定桩径计算不同桩间距时的复合地基承载力根据复合地基承载力要求确定桩间距桩间距是否合理计算复合地基变形设计桩身强度等级根据基础平面图和上述参数进行布桩变形是否满足要求调整桩长调整桩间距N调整桩间距调整桩长NYY65
河南理工大学本科毕业设计专题1)桩长CFG桩复合地基要求桩落端落在好的土层上,这是CFG桩复合地基设计的一个重要原则。因此,桩长是CFG桩复合地基设计时首先要确定的参数,它取决于建筑物对承载力的变形和要求,土质条件和设备能力等因素。桩长主要取决于桩端持力层的选择。桩端最好进入坚硬土层或岩层,采用嵌岩桩或端承桩;当坚硬土层埋藏很深时,则宜采用摩擦桩,桩端应尽量到达低压缩性、中等强度的土层上。桩端进入持力层的深度,对于粘性土、粉土不宜小于2d,砂类土不小于1.5d,碎石类不宜小于1d。在进行复合地基设计时,天然地基承载力是已知的,设计要求的复合地基承载力也为已知。桩径和桩距设定后,置换率和桩的断面面积均为已知。桩间土强度提高系数和桩间土强度发挥度的取值。65
河南理工大学本科毕业设计专题2)桩径CFG桩常采用振动沉管法施工,其桩径应根据桩管大小而定。表9-2常用灌注桩的桩径桩长及适用范围成孔方法桩径/mm桩长/m适用范围泥浆护壁成孔冲抓≥800≤30碎石土、砂类土、粉土、粘性土及风化岩。当进入中等风化和微风化岩层时,冲击成孔的速度比回转钻快。冲击≤50回转钻≤80潜水钻500~800≤50粘性土、淤泥、淤泥质土及砂类土干作业成孔螺旋钻300~800≤30地下水位以上的粘性土、粉土、砂类土及人工填土钻孔扩底300~600≤30地下水位以上的坚硬、硬塑的粘性土及中密以上的砂粘土机动洛阳铲300~500≤20地下水位以上的粘性土、粉土、黄土及人工填土沉管成孔锤击340~800≤30硬塑粘性土、粉土、砂类振动400~500≤24可塑粘性土、中细砂爆破成孔≤350≤12地下水位以上的粘性土、黄土、碎石土及风化岩人工挖孔≥100≤40粘性土、粉土、黄土、人工填土3)桩距S桩距s过大,承载力不能满足;s过小,桩的承载力不能充分发挥,且给施工造成困难。试验表明,当桩距小于4倍桩径后,随着桩距的减小,复合地基承载力的增长率明显下降,从桩、土作用的发挥考虑,桩距大于4倍桩径为宜。下表对桩的最小桩距s的规定。表9-3桩的最小中心距土类与成桩工艺桩排数≥3,桩根数>9的摩擦桩基础其他情况非挤土桩和部分灌注桩3.0d2.5d挤土灌注桩穿越非饱和土3.5d3.0d穿越饱和软土4.0d3.5d挤土预制桩3.5d3.0d打入式敞口管桩和H型钢桩3.5d3.0d钻、挖孔扩底灌注桩1.5或+1(当>2m时)沉管扩底灌注桩3.0对于湿陷性黄土和人工填土地基挤密桩桩距s的计算:65
河南理工大学本科毕业设计专题设扩孔系数k=d/,排距为h,排距系数为n=h/s,可得到:(9-1)式中-挤密前后土的平均密度;d-桩体直径。液化砂土地基振动挤密桩桩距的计算:砂性土在振动作用下将引起振密下沉。若桩长(处理深度)为Z,由于振动作用引起底面下沉量为,设振沉系数,而成桩的同时还有挤密的作用。桩距s的计算公式:(9-2)施工过程中,无论是振动沉管还是振动拔管,都将对周围土体产生扰动或挤密,振动的影响与土的性质密切相关,振密效果好的土,施工时振动可使土体密度增加,场地发生下沉;不可挤密的土则要发生地表隆起,桩距越小隆起量越大,以致于导致已打的桩产生缩颈或断裂。桩距越大,施工质量越容易控制,但应针对不同的土性分别加以考虑。4)桩体强度由和桩断面面积,可计算桩顶应力为(9-3)根据桩体强度和承载力的关系分析可知,桩体强度一般取3倍桩顶应力即(9-4)则可取桩体强度由知,桩体强度满足,不会被破坏。5)褥垫层厚度及材料褥垫层的材料多用碎石、级配砂石(限制最大粒径一般不超过3cm)、粗砂、中砂等。褥垫层的加固范围要比基底面积大,其四周宽出基底的部分不宜小于褥垫层的厚度。结合大量的工程实践的总结,考虑到技术上可靠,经济上合理,褥垫层的厚度宜取10~30cm。6)桩的排列与置换率对可液化地基或有必要时,可在基础外某一范围设置护桩(可液化地基一般用碎石桩做护桩),通常情况下,桩都布置在基础范围内。桩的数量按下式确定65
河南理工大学本科毕业设计专题(9-5)式中――――面积置换率;――――基础面积();――――桩断面面积();――――面积为时的理论布桩数。实际布桩时受基础尺寸大小即形状等影响,布桩数会有一定的增减。在各类竖向增强体复合地基中,常见的桩体排列方式为三角形或方形。当按正三角形排桩时,单桩分担的处理范围为正六边形,各桩间距相等,桩间土的挤密效果及桩的作用比较均匀。当按正方形排桩时,单桩分担的处理范围为正方形,布桩与施工较为方便。因此,正三角形布桩最为常见。有时因基础所限或为了布桩简便,也可采用等腰三角形或矩形布桩,无论采用何种三角形或矩形布桩,由图3-3知,在任意相邻四个桩中心线连成的四边形中,其四个夹角合计为360°,亦即其中均包含一根桩体的面积。一根桩分担的处理面积均等于该四边形的面积:(9-6)图9-3挤密桩桩位布列图a)三角形b)矩形按一个桩分担的处理面积,可计算处复合地基的置换率,即(9-7)式中-排距系数,,-桩的中心排距;-排距系数,。65
河南理工大学本科毕业设计专题表3-3排距与单桩分担面积、置换率等的换算公式项目布桩方式排距系数n单桩分担面积等效圆压板面积面积置换率等腰三角形矩形1.1290.7851.129正三角形0.866正方形1.0对独立基础、箱形基础、筏基,基础边缘到桩的中心距一般为桩径或基础边缘到桩边缘的最小距离不小于150mm,对条形基础不小于75mm。在松软土地区,当桩长范围内,桩端有可能落在好的土层上时,也可采用比通常用的更大一些的预制桩尖,其桩尖的直径增大到沉管外径的1.5~2.0倍,通常称之为大头桩尖。桩尖沉到较好的土层中便停止沉管,大头桩尖通过松软土层时,松软土会很快回弹,拔出沉管后投料量基本不变,但承载能力有了提高。9.3.2CFG桩地基承载力计算复合地基是由桩间土和增强体(桩)共同承担荷载。但是复合地基承载力不是由天然地基承载力和单桩承载力的简单叠加,需要对如下的一些因素给予考虑:1)施工时对桩间土是否产生扰动和挤密,桩间土承载力有无降低或提高;2)桩对桩间土有约束作用,使土的变形减少;3)复合地基中桩的Q—s曲线呈加工硬化型,比自由单桩的承载力要高;4)桩和桩间土承载力的发挥都与变形有关,变形小时桩和桩间土的承载力的发挥都不充分;5)复合地基桩间土的发挥与褥垫层的厚度有关。(1)桩间土极限承载力计算根据天然地基荷载板试验结果,或根据其他室内外土工试验资料可以确定天然地基极限承载力。在地基中设置纵向增强体,使桩间土的极限承载力不同于天然地基承载力。使桩间土极限承载力有别于天然地基极限承载力的主要影响因素有下列几个方面:在桩的设置过程中对桩间土的挤密作用,采用振动挤密成桩法影响是明显的;在软粘土地基中,桩体设置过程中由于振动、挤密、扰动等原因,使桩间土中出现附加孔隙水压力,土体强度有所降低,另一方面孔隙水压力消散,桩间土中有效应力增大,抗剪强度提高,这两部分作用使桩间土承载力大于天然地基承载力。65
河南理工大学本科毕业设计专题通常桩间土极限承载力除了直接通过荷载试验,以及根据土工试验资料,查阅有关规范外,常采用Skepton极限承载力公式进行计算。Skepton极限承载力公式为(9-8)式中D-基础埋深;-不排水抗剪强度;-承载力因素,当=0时,=5.14;B-基础宽度;L-基础长度。在成桩或加荷过程中,桩间土中朝2孔隙水压力等于,随着超孔隙水压力向散体材料桩逐渐消散,土体固结,土体强度增长。抗剪增强长可用下式表示:(9-9)(9-10)式中-抗剪强度增量;K-系数,;-土体内摩擦角;-平均固结度;-原天然地基土体不排水抗剪强度。(2)CFG桩复合地基承载力计算结合松软土地区CFG桩复合地基的工程实践,对于CFG桩复合地基承载力特征值常采用如下经验公式估算:(9-11)式中—复合地基承载力标准值,kPa;M—面积置换率;—单桩承载力标准值,kN;—单桩的截面面积,;—桩间土的提高系数,;为加固后桩间土承载力标准值;65
河南理工大学本科毕业设计专题—桩间土强度发挥系数,宜按地区经验取值,无经验时可取=0.75~0.95,天然地基承载力高时取大值;—天然地基承载力标值,kPa;(9-12)式中-回归修正系数,=;-样本数;-变异系数,为指标的标准差;为指标的平均值。当承载力具有两个指标时,则应用综合变异系数:;-第一指标变异系数;-第二指标变异系数;-第二指标折减系数;-地基承载力基本值。表9-4粉土承载力()1015202530350.5410390(365)0.6310300280(270)0.7250240225215(205)0.8200190180170(165)0.9160150145140130(125)1.0130125120115110105也可按下式计算取小值:(9-13)(9-14)式中―取0.3~0.33;―桩体28d立方体试块强度(15cm×15cm×15cm),无侧限抗压强度;—桩的周长;—第i层土与土性和施工工艺有关的极限侧阻力标准值;—第i层土厚度;-与土性、桩的入土深度和施工工艺有关的极限端阻力标准值,查表;K—安全系数,取1.5~1.6。表9-5桩的极限侧阻力标准值65
河南理工大学本科毕业设计专题土的名称土的状态混凝土预制桩水下钻(冲)孔桩沉管灌注桩干作业钻孔桩填土-20~2818~2615~2218~26淤泥-11~1710~169~1310~16淤泥质土-20~3818~2615~2218~26粘性土>121~3620~3416~2820~340.75<≤136~5034~4828~4034~480.5<≤0.7550~6648~6440~5248~620.25<≤0.566~8264~7852~6362~760<≤0.2582~9178~8863~7276~86≤091~10188~9872~8086~96红粘土0.7<≤113~3212~3010~2512~300.5<≤0.732~7430~7025~6830~70粉土>0.922~4422~4016~3220~400.75≤≤0.942~6440~6032~5040~60<0.7564~8560~8050~6760~80粉细砂稍密22~4222~4016~3220~40中密42~6340~6032~5040~60密实63~8560~8050~6760~80中砂中密54~7450~7242~5850~70密实74~9572~9058~7570~90粗砂中密74~9574~9558~7570~90密实95~11695~11675~9290~110砾砂中密、密实116~138116~13592~110110~130注:①对于尚未完成自重固结的填土和以生活垃圾为主的杂填土,不计算其侧阻力;②为含水比,;③对于预制桩,根据土层埋深,将乘以下表修正系数。土层埋深≤51020≥30修正系数0.81.01.11.2表9-6沉管灌注桩的极限端阻力标准值65
河南理工大学本科毕业设计专题土的名称土的状态桩入土深度/m51015>15粘性土0.75<≤1400~600600~750750~10001000~14000.5<≤0.75670~13001200~15001500~18001800~20000.25<≤0.51300~22002300~27002700~30003000~35000<≤0.252500~29003500~39004000~45004200~5000粉土0.75≤≤0.91200~16001600~18001800~21002100~2600<0.751800~22002200~25002500~30003000~3500粉砂稍密800~13001300~18001800~20002000~2400中密、密实1300~17001800~24002400~28002800~3600细砂中砂粗砂中密、密实1800~22003000~34003500~39004000~49002800~32004400~50005200~55005500~70004500~50006700~72007700~82008400~9000当用单桩静载试验求得单桩极限承载力后,可按下式计算:(9-15)经CFG桩处理后的地基,当考虑基础宽度和深度对地基承载力标准值进行修正后,一般宽度不作修正,即基础宽度地基承载力修正系数为零,基础埋深地基承载力修正系数取1.0。经深度修正后CFG桩复合地基承载力标准值为(9-16)式中-基础底面以上土的加权平均重度,地下水位以下取有效重度;d-基础埋置深度,m,一般至室外地面标高算起。CFG桩复合地基承载力计算时需满足建筑物荷载要求,当承载轴心荷载时:(9-17)式中-相应于荷载效应标准组合基础底面处的平均压力值。承受偏心荷载时,除满足上式外,尚应满足下式要求:(9-18)式中-相应于荷载效应标准组合基础底面边缘的最大压力值。65
河南理工大学本科毕业设计专题9.4CFG桩施工技术简况9.4.1综述振动沉管CFG桩施工工艺属于非排水成桩工艺,只要适用于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条件,尤其适用于松散土的加固。它具有施工操作简便、施工费用低、对桩间土的挤密效应显著等优点。采用振动沉管施工的复合地基可以提高承载力、较少地基变形以及消除地基液化。振动沉管技术主要应用于挤密效果好的土和可液化土的地基加固工程,空旷地区或施工场地周围没有管线、精密设备以及不存在扰民的地基处理工程。但是振动沉管桩施工时控制不好,可能会发生缩颈和断桩。据统计,振动沉管施打的灌注桩事故率达到了25%。振动沉管存在难以穿过硬土层、振动和噪音严重等缺点。鉴于振动沉管CFG桩施工工艺存在一些问题,1997年中国建筑科学研究院等单位申请了国家“九五”攻关项目——长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺的研究,经过三年的课题研究和该期间的大量工程实践,使长螺旋钻管内泵压CFG桩施工设备和施工工艺趋于完善。该工艺比振动沉管由以下的优点:(1)低噪音,无泥浆污染;(2)成孔制桩时不产生振动,避免了新打桩对已打桩产生的不良影响;(3)成孔穿透能力强,可穿过硬土层;(4)施工效率高。由于长螺旋钻管内泵由以上的优点,已成为在城区获居民区采用CFG桩施工的首选工艺。除了以上两种常用的施工以外,还可根据土质情况、设备条件采用长螺旋钻孔灌注成桩、泥浆护壁钻孔灌注成桩、人工或机械洛阳铲成孔灌注成桩。在《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)中,应根据设计要求和现场地基土的性质、地下埋深、场地周边是否有居民、有无对振动反应敏感的设备等多种因素选用施工工艺。若地基土时松散的饱和粉细砂、粉土,以消除液化和提高地基承载力为目的,此时应选择振动沉管打桩机施工,振动沉管灌注桩属挤土成桩工艺,对桩间土具有挤密效应。但振动沉管灌注成桩工艺难以穿透硬土层、砂层和卵石层等。在饱和粘性土中成桩,会造成地表隆起,挤断已打桩,且振动和噪声污染严重。在夹有硬的粘性土时,可采用长螺旋钻机引孔,再用振动沉管打桩机制桩。长螺旋钻孔灌注成桩适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土,属非挤土成桩工艺,该工艺具有穿透能力强、无振动。低噪声、无泥浆污染等特点,但要求在桩长范围内无地下水,以保证成孔时不塌孔。65
河南理工大学本科毕业设计专题长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺是国内近几年来使用比较广泛的一种新工艺,属非挤土成桩工艺,灌注桩适用于粘性土、粉土、砂土,以及对噪声或泥浆要求严格的场地。具有穿透能力强、无振动、无污染、施工效率高及质量容易控制等特点。综上所述,松软土的施工一般都是用振动沉管灌注成桩。在京沪高速铁路中,松软土是施工的关键,对其进行研究是不可避免的。下面主要介绍振动沉管CFG桩的性状,及施工过程。9.4.2桩体材料及其性状CFG桩是在碎石桩基础上加上一些石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩,也是近年来新开发的一种地基处理技术。这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌的优点。第一,施工工艺与普通振动沉管一样,工艺简单,与振冲桩相比,无场地污染,振动影响也比较小。第二,所用材料仅需少量水泥,便于就地取材,基础工程不会与上部结构争“三材”,这也是比水泥搅拌桩优越之处。第三,受力特性与水泥搅拌桩类似。下面介绍振动沉管碎石桩的材料的配比。1)桩体材料CFG桩的骨干材料为碎石,是粗骨料;石屑为中等粒径骨料,当桩体强度小于5MPa时,石屑的掺入量可使桩体级配良好,对桩体强度起重要作用。相同的碎石和水泥掺量,掺入的石屑可比不掺入石屑的强度增加50%左右。粉煤灰既是细骨料,又有低标号水泥的作用,可使桩体具有明显的后期强度。它是一定细度的粉煤灰再粉煤炉中燃烧(1100~1500℃)厚,有吸尘器收集的细灰(简称干灰)。采用粉煤灰作为加固材料加固松软土地基时,即要保证有足够的水分充当媒介完成粉煤灰与软土中成分的反应,又要令水分不至于使游离称分的加固作用失效。2)桩体配比振动沉管CFG桩与素混凝土的不同就在于桩体配比更追求经济效益。在有条件的地方应尽量利用工业废料作为掺和料。但不同地方的石屑粒径的大小和性状以及含粉量不尽相同,粉煤灰的化学成分也各异。混合料中,石屑与碎石(一般碎石粒径为3~5cm)的组成比例用石屑率表示:(9-19)式中——石屑率;——单方混合料石屑用量(kg);65
河南理工大学本科毕业设计专题——单方混合料碎石用量(kg)。根据试验研究结果,取0.25~0.33为合理石屑率。混合料28d强度与水泥标号和水灰比有如下关系:(9-20)式中——混合料28d强度(MPa);——水泥标号;——单方水泥用量(kg);——单方用水量(kg)。混合料坍落度按3cm控制,水灰比W/C和粉灰比F/C(F为单方粉煤灰用量)有如下关系:W/C=0.187+0.791F/C(9-21)混合料密度一般为2.2~2.3g/。实际工程中桩体配比也要根据当地材料来源情况而定,对缺少粉煤灰的地区,可以少量或不用粉煤灰,用砂代替。3)养护条件图9-1是在在相同配比试样在水中养护与标准养护的比较。龄期较短时水中养护试样强度比标准养护式样强度低。当超过某一龄期后,水中养护的强度高于标准养护强度,这与粉煤灰经过一定时间在水中溶解并较好的发挥气活性密切相关。图9-4养护条件对试块强度的影响-水中养护条件-标准养护条件t/d4)桩体应力应变特性65
河南理工大学本科毕业设计专题将CFG桩材料制成三轴试验的圆柱体试件,在静三轴仪中作不同围压下的三轴压缩试验,可得到,不同围压下的应力应变曲线基本重合,破坏前基本是直线。说明围压下对桩体强度和桩体模量影响基本不大,这一点与散体材料桩体的应力应变特性明显不一样。65
河南理工大学本科毕业设计(论文)参考文献第十章工程概预算10.1设计工程概况该段公路全长2581.438m,主要满足运输和当地农耕用道。该段公路为双向两车道公路,路基宽度为10m,其中两侧硬路肩都为0.75m,土路肩都为0.75m,车道宽度为3.5m,设计时速为60km/h。10.2路基工程量本路段路基采用整体式断面,其边坡坡率确定如下:(1)本设计路段填土高度均小于8m,所以边坡坡率均采用1∶1.5;(2)当为土质边坡挖方时,边坡坡率采用1:1。排水边沟断面尺寸确定《公路路基设计规范》:边沟横断面一般采用梯形,梯形边沟内侧边坡为1:1.0~1:1.5,外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处平原微丘区,故宜采用梯形边沟,且底宽为0.6m,深0.6m,内侧边坡坡度为1:1。本设计公路的土石方填方总量为10162.055m3,挖方总量为15934.008m3,总土石方量为26096.063m3。10.3道路路面结构---------------------------------------细粒式沥青混凝土4cm---------------------------------------中粒式沥青混凝土6cm---------------------------------------水泥稳定碎石15cm---------------------------------------石灰水泥粉煤灰砂砾18cm---------------------------------------石灰土18cm---------------------------------------土基10.4建筑安装费用(1)土石方计算:填方量+挖方量=总土石方量65
河南理工大学本科毕业设计(论文)参考文献则:10162.055+15934.008=26096.063m3(2)防护工程1)填方压实:填方压实的土方即为填方土石方量。2)纵向排水设计:其长度为设计全长范围内设置,其长度为2581.438m,并且两边都需要设置排水沟。则其工程量为:(0.6+0.6+0.6+0.6)0.62581.438=3717.271m3(3)路面工程量:路面的工程量根据实际情况,将面层、基层、垫层等分层进行计算,用路面厚度乘以路线长度再乘以路面和硬路肩的的宽度之和来求得路面工程量。1)路面垫层:0.368.52581.438=7899.2m32)路面基层:0.158.52581.438=3291.333m33)路面工程:①细粒式沥青混凝土工程量:0.048.52581.438=877.689m3②中粒式沥青混凝土工程量:0.068.52581.438=1316.533m3其他的施工技术装备费用,计划利润,税金等根据当地情况拟定,见附表。65
河南理工大学本科毕业设计(论文)参考文献参考文献[1]杨少伟主编.道路勘测设计[M].北京:人民交通出版社,2007.[2]邓学钧编著.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2008.[3]交通部行业标准.公路工程技术标准(JTGB01-2003)[S].北京:人民交通出版社,2004.[4]交通部行业标准.公路路线设计规范(JTJ014-94)[S].北京:人民交通出版社,1995.[5]中华人民共和国行业标准.公路路基设计规范(JTGD30-2004)[S].北京:人民交通出版社,2004.[6]中华人民共和国行业标准.公路路基施工技术规范(JTJF10-2006)[S].北京:人民交通出版社,2006.[7]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范(JTGD50-2006)[S].北京:人民交通出版社,2006.[8]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范(JTJF40-2004)[S].北京:人民交通出版社,2004.[9]中华人民共和国行业标准.公路路面基层施工技术规范(JTJ034-2000)[S].北京:人民交通出版社,2000.[10]中华人民共和国行业标准.公路水泥混凝土路面设计规范(JTGD40-2002)[S].北京:人民交通出版社,200365
河南理工大学本科毕业设计(论文)致谢致谢 毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,这是我们迈向社会,从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”,通过这次毕业设计,我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 通过毕业设计,使我深深体会到,干任何事都必须耐心、细致。毕业设计过程中,许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱:有二次因为不小心我计算出错,只能毫不情意地重来。但一想起徐老师平时对我们耐心的教导,想到今后自己应当承担的社会责任,想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故,我不禁时刻提示自己,一定要养成一种高度负责、认真对待的良好习惯。这次毕业设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。最后,我要再次感谢徐海宾老师,在此,我非常感谢他一直以来的精心指导,同时也对各位评审能在百忙之中抽出宝贵的时间,参与论文的审阅和答辩表示不胜感激。65'
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