高速公路扩宽路基综合防排水系统研究
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摘要
随着我国交通运输快速增长，对道路的要求也在不断的提高。但由于我们过去路面结构设计和交通量预测考虑不足等原因，使得部分新建道路在使用初期就出现了结构破坏，或是没有达到设计年限就出现交通量饱和，无法满足使用要求。因此，如何在尽量降低工程投资的前提下，对现有道路进行改造，改善其承载能力及行车适应性，或是将交通量饱和的道路改扩建使其适应社会经济的发展的需要，是现在亟待解决的问题之一。
在道路维修和改扩建工程中，如何排除道路范围内的水是工程的重点。水对道路的损害是非常严重的，通常所遇到的路基病害都直接或间接与水有关，只有设置完善的排水设施，才能保证路基的稳定、路面良好的使用性能以及行车安全。本课题以郑漯高速公路改扩建工程为依托，参考新建道路的排水设计体系，提出改扩建工程排水方案，并通过软件模拟排水效果，推荐最优方案。主要研究内容如下：
针对郑漯高速公路路基路面病害与路基路面排水系统调研结果，分析了病害产生的机理与造成路基含水量过大的原因。
参考新建道路的设计方法，提出路面内部排水系统的改扩建方案，并通过软件模拟进行方案比选，推荐最优方案。
针对原道路缺乏中央分隔带排水系统的情况，提出中央分隔带的改建方案，通过软件模拟进行方案比选，推荐最优方案。
对路基填土的毛细水上升进行室内试验，分析两种不同填土的毛细水上升规律。对两种土的毛细水上升进行数值模拟，对比数值模拟与室内试验结果，找到利用土水特征曲线估算土壤毛细水最大上升高度的方法。同时就影响毛细水上升高度的因素进行敏感性分析。
采用体积填充法改良碎石排水层的级配，分别对三种不同粗细的级配进行毛细水试验，找到既能满足阻隔毛细水又具有足够强度的级配方案，并对施工工艺进行分析。采用有限元软件对碎石排水层有效性进行模拟分析。
With the rapid growth of our state transportation, taffic should be improved constantly.But because of lack of pavement structural design and inaccurate traffic forecasts in the past,most new roads occured structural damage or saturated traffic in the initial period of roads,and have been unable to meet the requirement of vehicles. Accordingly, it is one of urgentproblems that how to widen and rehabilitate roads in order to meet the demands of vehiclesand the traffic, which is necessary for socio-economic development.
In expressway reconstruction and extension widening,it is important to drain the water inthe scope of the road. The water damage is very seriously,only setting perfect drainages,canensure the stability of roadbed, good performance of pavement and safety.The problem ofdrainage in process of road widening and rehabilitating,based on the road widening project ofZhengzhou-luohe sections in Jinzhu highway.The main content of this paper is that the effectof different drainage items are simulated by the numerical method,and drainage Items areoptimized by the results of numerical simulation,finally finding the best solution for thisproject.
That investigation on field mainly aims at pavement and roadbed's disease and thedrainage system.The prupose is analysing of disease mechianism and finding out the reason ofexcessive moisture content in roadbed.
The paper proposes various drainage options about subsurface drainage of roads,whichbase on the drainage system design for new roads,and opions are optimized by the resultsnumerical simulation with SEEP/W.
Under the circumstances, which there is lack of drainage system in the central reserve,thepaper study the central reserve drainage system and propose many different options about it,atthe same time,the paper contrast drainage effect of various drainage options by the numericalsimulation software SEEP/W,and recommend the best Item.
It carries on the laboratory test to the subgrade soil and analysis capillary water upwardmovement law.It uses the well-known Canadian geotechnical engineering softwareGeo-studio to module for the two soil capillary water upward movement.Through comparison of software simulation and laboratory test result,we can find the way to estimate themaximum height of soil capillary water by using SWCC.It also studies the factors whichaffect the height of soil capillary water with software simulation.
It uses stuffing theory to obtain the gradation of crushed stone and carries on thecapillary water test separately to three kind of different thickness of the gradation.It finds outthe gradation which can cut off the capillary water but also has enough strengh.It alsointroduces the construction technology for the crushed stone drainage layer.It simulates theactual effect of this drainage layer in widening subgrade by using SEEP/W software andanalysis of the effectiveness of this crushed stone drainage layer.At the end of this paper itgives some proposals to synthetic drainage system of the testing road.
在道路维修和改扩建工程中，如何排除道路范围内的水是工程的重点。水对道路的损害是非常严重的，通常所遇到的路基病害都直接或间接与水有关，只有设置完善的排水设施，才能保证路基的稳定、路面良好的使用性能以及行车安全。本课题以郑漯高速公路改扩建工程为依托，参考新建道路的排水设计体系，提出改扩建工程排水方案，并通过软件模拟排水效果，推荐最优方案。主要研究内容如下：
针对郑漯高速公路路基路面病害与路基路面排水系统调研结果，分析了病害产生的机理与造成路基含水量过大的原因。
参考新建道路的设计方法，提出路面内部排水系统的改扩建方案，并通过软件模拟进行方案比选，推荐最优方案。
针对原道路缺乏中央分隔带排水系统的情况，提出中央分隔带的改建方案，通过软件模拟进行方案比选，推荐最优方案。
对路基填土的毛细水上升进行室内试验，分析两种不同填土的毛细水上升规律。对两种土的毛细水上升进行数值模拟，对比数值模拟与室内试验结果，找到利用土水特征曲线估算土壤毛细水最大上升高度的方法。同时就影响毛细水上升高度的因素进行敏感性分析。
采用体积填充法改良碎石排水层的级配，分别对三种不同粗细的级配进行毛细水试验，找到既能满足阻隔毛细水又具有足够强度的级配方案，并对施工工艺进行分析。采用有限元软件对碎石排水层有效性进行模拟分析。
With the rapid growth of our state transportation, taffic should be improved constantly.But because of lack of pavement structural design and inaccurate traffic forecasts in the past,most new roads occured structural damage or saturated traffic in the initial period of roads,and have been unable to meet the requirement of vehicles. Accordingly, it is one of urgentproblems that how to widen and rehabilitate roads in order to meet the demands of vehiclesand the traffic, which is necessary for socio-economic development.
In expressway reconstruction and extension widening,it is important to drain the water inthe scope of the road. The water damage is very seriously,only setting perfect drainages,canensure the stability of roadbed, good performance of pavement and safety.The problem ofdrainage in process of road widening and rehabilitating,based on the road widening project ofZhengzhou-luohe sections in Jinzhu highway.The main content of this paper is that the effectof different drainage items are simulated by the numerical method,and drainage Items areoptimized by the results of numerical simulation,finally finding the best solution for thisproject.
That investigation on field mainly aims at pavement and roadbed's disease and thedrainage system.The prupose is analysing of disease mechianism and finding out the reason ofexcessive moisture content in roadbed.
The paper proposes various drainage options about subsurface drainage of roads,whichbase on the drainage system design for new roads,and opions are optimized by the resultsnumerical simulation with SEEP/W.
Under the circumstances, which there is lack of drainage system in the central reserve,thepaper study the central reserve drainage system and propose many different options about it,atthe same time,the paper contrast drainage effect of various drainage options by the numericalsimulation software SEEP/W,and recommend the best Item.
It carries on the laboratory test to the subgrade soil and analysis capillary water upwardmovement law.It uses the well-known Canadian geotechnical engineering softwareGeo-studio to module for the two soil capillary water upward movement.Through comparison of software simulation and laboratory test result,we can find the way to estimate themaximum height of soil capillary water by using SWCC.It also studies the factors whichaffect the height of soil capillary water with software simulation.
It uses stuffing theory to obtain the gradation of crushed stone and carries on thecapillary water test separately to three kind of different thickness of the gradation.It finds outthe gradation which can cut off the capillary water but also has enough strengh.It alsointroduces the construction technology for the crushed stone drainage layer.It simulates theactual effect of this drainage layer in widening subgrade by using SEEP/W software andanalysis of the effectiveness of this crushed stone drainage layer.At the end of this paper itgives some proposals to synthetic drainage system of the testing road.
引文
【1】国家高速公路网规划.交通部规划研究院，2004
【2】姚祖康.公路排水设计手册[M].北京，人民交通出版社，2002
【3】 JTJ018-97，公路排水设计规范[S].北京，人民交通出版社，1997
【4】吕贵梅.锯槽防渗墙在高速公路路基水损害防治中的应用研究[D].济南，山东大学，2007
【5】刘明.路面结构排水特性的非饱和渗流数值模拟与分析[D].长沙，湖南大学，2007
【6】诸永宁.排水性沥青路面排水性能研究与排水设施的设计[D].南京，东南大学，2004
【7】吴东强.高等级公路沥青路面结构内部排水系统设计与应用研究[D].长沙，湖南大学，2007
【8】徐绍辉，张佳宝，刘建立，陈德立.表征土壤水分保留曲线的几种模型的适应性研究[J].土壤学报，2002，39（4）：498-504
【9】王怀昱.沈大高速公路改扩建工程排水系统的组成[J].辽宁交通科技，2004，11：21-22
【10】李伟.沈大高速公路改扩建工程关键技术[R].南京，辽宁省交通勘察设计院，2006
【11】凌建明，方鹤，邱欣，陈小琪.沪宁高速拓宽工程老路加铺利用的评价研究[J].上海公路，2008，3：8-13
【12】左文根，沈训龙，吴黎明.高速公路中央分隔带排水设计研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2002，35（3）：443-446
【13】余长俊.中央分隔带横向排水管的非开挖施工[J].中外公路，2006，26（4）：37-39
【14】雅贝尔.地下水水力学.许涓铭等译，北京：地质出版社，1985
【15】张蔚榛.地下水与土壤水动力学.武汉：水力电力大学出版社，1996
【16】谢定义.对非饱和土基本特性的学习与思考.第二届全国非饱和土学术研讨会论文集，杭州：浙江大学，2005
【17】高大钊，袁聚云.土质学与土力学.北京：人民交通出版社，2001
【18】程玉梅.土体中毛细水压力的研究.保定：勘察科学技术，2003
【19】唐红梅.新疆天山公路道路翻浆土体毛细特性试验研究.重庆：重庆交通学院学报，2003
【20】栾海，霍玉霞.冻融条件下土的毛细水上升试验研究.广州：广东公路交通，2006
【21】李锐.毛细水对膨胀土路基的影响研究及其处置对策.华中科技大学，硕士学位论文，2006
【22】翁通.盐渍土毛细水作用及其击实特性研究.长安大学，硕士学位论文，2006
【23】但新惠.级配砾石毛细水上升高度的研究与探讨.北京：岩土工程界，2007
【24】李家春.黄土山区高等级公路排水技术研究.长安大学，硕士学位论文，2000
【25】姜涛.湿陷性黄土地区公路防排水技术研究.长安大学，硕士学位论文，2006
【26】刘莉.广佛高速公路扩建工程的排水.广州：广东交通科技，1999
【27】邓学钧.路基路面工程.北京：人民交通出版社，1999
【28】中华人民共和国交通部.公路沥青路面设计规范JTG D50-2006.北京：人民交通出版社，2006
【29】孟黔林，姚海林，邱伦锋.吸力对非饱和土抗剪强度的贡献.武汉：岩土力学，2001
【30】中华人民共和国交通部.公路土工试验规程JTG E40-2007.北京：人民交通出版社，2007
【31】洪毓康.土质学与土力学.北京：人民交通出版社，2003
【32】(苏)柯夫达，陆宝树，周礼恺等译.土壤学原理.北京：科学出版社，1981
【33】李浩.级配碎石基层沥青路面力学性能研究.长安大学，硕士学位论文，2008
【34】 Aigen Zhao, Ph.D.,P.E. Barry Christopher, Ph.D.,P.E. Design Manual for RoadwayGeocomposite Underdrain Systems[M]，Rrovided by Contech construction productsinc.2001
【35】 Caleb N. Arika, Dario J. Canelon, John L. Nieber. Subsurface Drainage Manual forPavements in Minnesota[R]. Minnesota2009`
【36】 Paul R. Wirfs, P.E, Matthew A. Mabey Ph.D., P.E. DRAINAGE FACILITYMANAGEMENT SYSTEM [R] Minnesota2009
【37】 Frank L. Johnson, Fred F.M.chang.Drainage of Highway Pavements[R].Centrevillevirginia.1984
【38】 Dr.Jim Hall，Jagannath Mallela，TimWyatt.Drainage Requirements in PavementsIntroduction(DRIP)[CP]，FHWA，2004
【39】 O’neill M W，Poormoayed N. Methodology for foundations on Expansive Clays.Journal of Geotechnical Engineering，ASCE，1980
【40】 Fredlund D G and Morgenstern N R. Stress state variables for unsaturated soils.Journal of Geotechnical Engineering，1977
【41】 Bear J. Hydraulics of Groundwater. McGraw-Hill，USA，1979
【42】 Lambe T W. The engineering behavior of compacted clay. Journal of Soil Mechanicsand Foundation Division，ASCE，1958
【43】 Texas Transportaion Insitute. Gudideline for Design of Flexible PavementWidening.TDoT，2006
【44】 Krahn and Frendlund D G.On total matric and osmotic suction. Journal of SoilScience，1992
【45】 Jorenush M H，Sepaskhah A R.Modelling capillary rise and soil salinity forshallowsaline watertable under irrigated and non-irrigated conditions. AgriculturalWater Management，2003
【46】 Fredlund D G，Rahardjo H. An overview of unsaturated soil behavior. Proceedjngs ofSessions of Dallas，1993
【47】 GeoSlop International Ltd.Geostudio Tutorials.Canada，1998
【48】 GeoSlop International Ltd.Geostudio help.Canada，1998
【49】 GeoSlop International Ltd.SEEP/W for finite element seepage analysis. Canada，1998
【50】 GeoStudio International Ltd.Seepage Modeling with SEEP/W. Canada，1998
【2】姚祖康.公路排水设计手册[M].北京，人民交通出版社，2002
【3】 JTJ018-97，公路排水设计规范[S].北京，人民交通出版社，1997
【4】吕贵梅.锯槽防渗墙在高速公路路基水损害防治中的应用研究[D].济南，山东大学，2007
【5】刘明.路面结构排水特性的非饱和渗流数值模拟与分析[D].长沙，湖南大学，2007
【6】诸永宁.排水性沥青路面排水性能研究与排水设施的设计[D].南京，东南大学，2004
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【14】雅贝尔.地下水水力学.许涓铭等译，北京：地质出版社，1985
【15】张蔚榛.地下水与土壤水动力学.武汉：水力电力大学出版社，1996
【16】谢定义.对非饱和土基本特性的学习与思考.第二届全国非饱和土学术研讨会论文集，杭州：浙江大学，2005
【17】高大钊，袁聚云.土质学与土力学.北京：人民交通出版社，2001
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【25】姜涛.湿陷性黄土地区公路防排水技术研究.长安大学，硕士学位论文，2006
【26】刘莉.广佛高速公路扩建工程的排水.广州：广东交通科技，1999
【27】邓学钧.路基路面工程.北京：人民交通出版社，1999
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【29】孟黔林，姚海林，邱伦锋.吸力对非饱和土抗剪强度的贡献.武汉：岩土力学，2001
【30】中华人民共和国交通部.公路土工试验规程JTG E40-2007.北京：人民交通出版社，2007
【31】洪毓康.土质学与土力学.北京：人民交通出版社，2003
【32】(苏)柯夫达，陆宝树，周礼恺等译.土壤学原理.北京：科学出版社，1981
【33】李浩.级配碎石基层沥青路面力学性能研究.长安大学，硕士学位论文，2008
【34】 Aigen Zhao, Ph.D.,P.E. Barry Christopher, Ph.D.,P.E. Design Manual for RoadwayGeocomposite Underdrain Systems[M]，Rrovided by Contech construction productsinc.2001
【35】 Caleb N. Arika, Dario J. Canelon, John L. Nieber. Subsurface Drainage Manual forPavements in Minnesota[R]. Minnesota2009`
【36】 Paul R. Wirfs, P.E, Matthew A. Mabey Ph.D., P.E. DRAINAGE FACILITYMANAGEMENT SYSTEM [R] Minnesota2009
【37】 Frank L. Johnson, Fred F.M.chang.Drainage of Highway Pavements[R].Centrevillevirginia.1984
【38】 Dr.Jim Hall，Jagannath Mallela，TimWyatt.Drainage Requirements in PavementsIntroduction(DRIP)[CP]，FHWA，2004
【39】 O’neill M W，Poormoayed N. Methodology for foundations on Expansive Clays.Journal of Geotechnical Engineering，ASCE，1980
【40】 Fredlund D G and Morgenstern N R. Stress state variables for unsaturated soils.Journal of Geotechnical Engineering，1977
【41】 Bear J. Hydraulics of Groundwater. McGraw-Hill，USA，1979
【42】 Lambe T W. The engineering behavior of compacted clay. Journal of Soil Mechanicsand Foundation Division，ASCE，1958
【43】 Texas Transportaion Insitute. Gudideline for Design of Flexible PavementWidening.TDoT，2006
【44】 Krahn and Frendlund D G.On total matric and osmotic suction. Journal of SoilScience，1992
【45】 Jorenush M H，Sepaskhah A R.Modelling capillary rise and soil salinity forshallowsaline watertable under irrigated and non-irrigated conditions. AgriculturalWater Management，2003
【46】 Fredlund D G，Rahardjo H. An overview of unsaturated soil behavior. Proceedjngs ofSessions of Dallas，1993
【47】 GeoSlop International Ltd.Geostudio Tutorials.Canada，1998
【48】 GeoSlop International Ltd.Geostudio help.Canada，1998
【49】 GeoSlop International Ltd.SEEP/W for finite element seepage analysis. Canada，1998
【50】 GeoStudio International Ltd.Seepage Modeling with SEEP/W. Canada，1998
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