石灰處理軟土路基最佳方案的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通、道路，具體來說是涉及石灰處理軟土路基最佳方案的確定方法。 技術(shù)背景
[0002] 軟土中多含有大量腐殖質(zhì)，土基承載力極低，土基回彈模量往往難以達到規(guī)定的 要求，會對路面結(jié)構(gòu)的承載能力和整體穩(wěn)定性帶來不良影響。利用石灰處理軟土路基以提 高土基回彈模量是工程中經(jīng)常采用的技術(shù)措施，同時也取得了不錯的效果。
[0003] 但是，由于石灰摻量、壓實度、石灰處理路基深度等因素對土基回彈模量都有很大 影響，到目前為止，還沒有關(guān)于確定石灰處理軟土路基最佳方案的研宄，造成在實際工程中 石灰處理軟土路基方案盲目性和隨意性很大。為此，有必要從眾多處理方案中選擇出最佳 的處理方案，本專利從經(jīng)濟和技術(shù)兩方面綜合考慮，應(yīng)用響應(yīng)面優(yōu)化法從技術(shù)經(jīng)濟兩方面 進行綜合比選。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于響應(yīng)面優(yōu)化法的確定石灰處理軟土路基 最佳方案的新方法，為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，石灰處理軟土路基最佳方案的確定方 法，包括如下步驟：
[0005] -、確定各結(jié)構(gòu)層參數(shù)
[0006] 材料參數(shù)指標主要有：原狀軟土路基回彈模量^、石灰土層回彈模量Ei、石灰土層 處理深度h x、路面各結(jié)構(gòu)層參數(shù)；
[0007] 材料參數(shù)指標的采集方法：原狀軟土路基的回彈模量通過貝克曼梁法或承載板法 測量；石灰土層回彈模量通過頂面法或承載板法測量；石灰土層處理深度和路面各結(jié)構(gòu)層 參數(shù)為設(shè)計值；
[0008] 二、計算路基頂壓應(yīng)變和道路使用壽命
[0009] 步驟1 :計算路基頂壓應(yīng)變
[0010] 將路面各結(jié)構(gòu)層及石灰土處理深度的設(shè)計值及通過試驗獲得的軟土路基及石灰 土回彈模量值等參數(shù)輸入Kenpave路面計算程序，在計算結(jié)果中提取出路基頂壓應(yīng)變計算 結(jié)果；
[0011] 步驟2 :計算道路使用壽命
[0012] 步驟3 :計算路基不同處理方案下的工程費用
[0013] 除去各方案共有的部分，需要計算路基工程費用的施工過程及計算公式為：
[0014] (1)挖掘機開挖設(shè)計處理深度軟土的費用：
[0015] U^aXxXyXz (1)
[0016] 式中：a-挖掘機基價（元）；
[0017] x-路基寬度（m);
[0018] y-路基長度（m);
[0019] z一石灰土處理厚度（m)。
[0020] (2)自卸車將土方運至指定料場的費用：
[0021] U2= bXxXyXz (2)
[0022] 式中：b - 15t自卸車基價（元）；
[0023] (3)在料場將土方與石灰拌合均勻并運回至施工現(xiàn)場攤鋪的費用：
[0024] 。3=^^^ (3)
[0025] 式中：c一石灰+拌合+運回（20cm)基價（元）；
[0026] (4)壓路機碾壓至設(shè)計壓實度的費用：
[0027] U4= dXxXyXmXn (4)
[0028] 式中：d- 20t壓路機基價（元）；
[0029] (5)路基施工總費用：
[0030] U = U1+U2+U3+U4 (5)
[0031] 由以上各公式計算出每種施工方案的工程費用；
[0032] 三、通過響應(yīng)面優(yōu)化軟件確定最佳處理方案。
[0033] 道路使用壽命用累計荷載作用次數(shù)來表征，其值通過美國AI設(shè)計法的永久變形 準則計算，計算公式如下：
[0034] Nd= 1. 365X10 _9( e z)-4-477 (6)
[0035] 式中：Nd-累計荷載作用次數(shù)，即使用壽命；
[0036] e z-路基頂壓應(yīng)變；
[0037] 對于施工中用到的機械，根據(jù)各地區(qū)租賃市場的行情來具體確定；壓路機碾壓遍 數(shù)與壓實度的關(guān)系，通過土方路基試驗段進行確定。
[0038] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)特點與效果：
[0039] 本發(fā)明提先計算出不同處理方案的工程費用和道路使用壽命，再對這兩個指標應(yīng) 用響應(yīng)面法對處理方案進行優(yōu)化比選。因而本發(fā)明不失為一種科學(xué)、快速、行之有效的專業(yè) 化測量評方法。
【附圖說明】
[0040] 圖1石灰含量、壓實度與使用壽命的響應(yīng)面圖。
[0041] 圖2石灰含量、壓實度與費用的響應(yīng)面圖。
【具體實施方式】
[0042] 本發(fā)明提供了一種基于響應(yīng)面優(yōu)化法的確定石灰處理軟土路基最佳方案的新方 法。
[0043] 本專利發(fā)明了一種石灰處理軟土路基頂面當(dāng)量回彈模量換算新方法。技術(shù)方案 是：為了使路基頂面當(dāng)量回彈模量值達到規(guī)范的要求值，石灰土層的處理方案有多種可選， 比如不同的石灰含量、不同的壓實度、不同的處理深度等。這些因素的不同就會造成路基 處理的工程費用和道路的使用壽命不同，因此，可以先計算出不同處理方案的工程費用和 道路使用壽命，再對這兩個指標應(yīng)用響應(yīng)面法對處理方案進行優(yōu)化比選。主要包含以下步 驟：
[0044] -、確定各結(jié)構(gòu)層參數(shù)
[0045] 該換算方法所需要的材料參數(shù)指標主要有：原狀軟土路基回彈模量匕、石灰土層 回彈模量 El、石灰土層處理深度hx、路面各結(jié)構(gòu)層參數(shù)。
[0046] 材料參數(shù)指標的采集方法：原狀軟土路基的回彈模量通過貝克曼梁法或承載板法 測量；石灰土層回彈模量可以通過頂面法或承載板法測量；石灰土層處理深度和路面各結(jié) 構(gòu)層參數(shù)為設(shè)計值。本發(fā)明原則上推薦上述方法，但不排除采用其它科學(xué)、快速、行之有效 的專業(yè)化測量方法。
[0047] 二、計算路基頂壓應(yīng)變和道路使用壽命
[0048] 步驟1 :計算路基頂壓應(yīng)變
[0049] 將路面各結(jié)構(gòu)層及石灰土處理深度的設(shè)計值及通過試驗獲得的軟土路基及石灰 土回彈模量值等參數(shù)輸入Kenpave路面計算程序，在計算結(jié)果中提取出路基頂壓應(yīng)變計算 結(jié)果。
[0050] 步驟二：計算道路使用壽命
[0051] 道路使用壽命用累計荷載作用次數(shù)來表征，其值通過美國AI設(shè)計法的永久變形 準則計算，計算公式如下：
[0052] Nd= 1. 365X10 _9( e z)-4-477 (7)
[0053] 式中：Nd-累計荷載作用次數(shù)，即使用壽命；
[0054] e z-路基頂壓應(yīng)變。
[0055] 步驟三：計算路基不同處理方案下的工程費用
[0056] 除去各方案共有的部分，需要計算路基工程費用的施工過程及計算公式為：
[0057] (1)挖掘機開挖設(shè)計處理深度軟土的費用：
[0058] U1=aXxXyXz (8)
[0059] 式中：a-挖掘機基價（元）；
[0060] x-路基寬度（m);
[0061] y-路基長度（m);
[0062] z一石灰土處理厚度（m)。
[0063] (2)自卸車將土方運至指定料場的費用：
[0064] U2= bXxXyXz (9)
[0065] 式中：b -15t自卸車基價（元）；
[0066] x-路基寬度（m);
[0067] y-路基長度（m);
[0068] z一石灰土處理厚度（m)。
[0069] (3)在料場將土方與石灰拌合均勻并運回至施工現(xiàn)場攤鋪（20cm)的費用：
[0070] ^- (10>
[0071] 式中：c一石灰+拌合+運回（20cm)基價（元）；
[0072] x-路基寬度（m);
[OO73] y-路基長度（m);
[0074] z一石灰土處理厚度（m)。
[0075] (4)壓路機碾壓至設(shè)計壓實度的費用：
[0076] U4=dXxXyXmXn(11)
[0077] 式中：d- 20t壓路機基價（元）；
[0078] x-路基寬度（m);
[0079] y-路基長度（m);
[0080] m-壓路機碾壓至設(shè)計壓實度的遍數(shù)；
[0081] n-石灰土分層碾壓層數(shù)。
[0082] (5)路基施工總費用：
[0083] U=U1+U2+U3+U4 (12)
[0084] 由以上各公式計算出每種施工方案的工程費用。
[0085] 對于施工中用到的機械，可以根據(jù)各地區(qū)租賃市場的行情來具體確定。壓路機碾 壓遍數(shù)與壓實度的關(guān)系，可以通過土方路基試驗段進行確定。
[0086] 三、通過響應(yīng)面優(yōu)化軟件確定最佳處理方案
[0087] 在有關(guān)響應(yīng)面實驗優(yōu)化的研宄中，Design-Expert是使用最廣泛的軟件，因此，本 法，發(fā)明選擇Design-Expert8. 0來進行最佳石灰處理方案比選。
[0088] 計算實例
[0089] -、確定各結(jié)構(gòu)層參數(shù)
[0090] 現(xiàn)有某快速路，其軟土路基的天然含水量為30%，道路總長為1000m，路基寬30m， 施工現(xiàn)場距料場l〇〇〇m。軟土經(jīng)石灰處理的方案以及通過室內(nèi)外試驗測得的其回彈模量值 見下表。
[0091] 表1石灰處理軟土路基方案及其回彈模量值
[0092]
【主權(quán)項】
1. 一種石灰處理軟土路基最佳方案的確定方法，其特征是，包括如下步驟： 一、確定各結(jié)構(gòu)層參數(shù) 材料參數(shù)指標主要有：原狀軟土路基回彈模量Etl、石灰土層回彈模量E1、石灰土層處理 深度hx、路面各結(jié)構(gòu)層參數(shù)； 材料參數(shù)指標的采集方法：原狀軟土路基的回彈模量通過貝克曼梁法或承載板法測 量；石灰土層回彈模量通過頂面法或承載板法測量；石灰土層處理深度和路面各結(jié)構(gòu)層參 數(shù)為設(shè)計值； 二、 計算路基頂壓應(yīng)變和道路使用壽命 步驟1:計算路基頂壓應(yīng)變 將路面各結(jié)構(gòu)層及石灰土處理深度的設(shè)計值及通過試驗獲得的軟土路基及石灰土回 彈模量值等參數(shù)輸入Kenpave路面計算程序，在計算結(jié)果中提取出路基頂壓應(yīng)變計算結(jié) 果； 步驟2:計算道路使用壽命 步驟3 :計算路基不同處理方案下的工程費用 除去各方案共有的部分，需要計算路基工程費用的施工過程及計算公式為： (1) 挖掘機開挖設(shè)計處理深度軟土的費用： U1= aXxXyXz (1) 式中：a-挖掘機基價（元）； X一路基寬度（m); y一路基長度（m); z一石灰土處理厚度（m)。 (2) 自卸車將土方運至指定料場的費用： U2 = bXxXyXz (2) 式中：b - 15t自卸車基價（元）； (3)在料場將土方與石灰拌合均勻并運回至施工現(xiàn)場攤鋪的費用：
式中：c一石灰+拌合+運回（20cm)基價（元）； (4)壓路機碾壓至設(shè)計壓實度的費用： U4= dXxXyXmXn (4) 式中：d - 20t壓路機基價（元）； (5)路基施工總費用： U = U1+U2+U3+U4 (5) 由以上各公式計算出每種施工方案的工程費用； 三、 通過響應(yīng)面優(yōu)化軟件確定最佳處理方案。
2. 如權(quán)利要求1所述的石灰處理軟土路基最佳方案的確定方法，其特征是，道路使用 壽命用累計荷載作用次數(shù)來表征，其值通過美國AI設(shè)計法的永久變形準則計算，計算公式 如下： Nd=1. 365X 10 -9(ez)1477 (6) 式中：Nd-累計荷載作用次數(shù)，即使用壽命；ez-路基頂壓應(yīng)變。
3.如權(quán)利要求1所述的石灰處理軟土路基最佳方案的確定方法，其特征是，對于施工 中用到的機械，根據(jù)各地區(qū)租賃市場的行情來具體確定；壓路機碾壓遍數(shù)與壓實度的關(guān)系， 通過土方路基試驗段進行確定。
【專利摘要】本發(fā)明涉及交通、道路，為提供一種基于響應(yīng)面優(yōu)化法的確定石灰處理軟土路基最佳方案的新方法，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，石灰處理軟土路基最佳方案的確定方法，包括如下步驟：一、確定各結(jié)構(gòu)層參數(shù)材料參數(shù)指標主要有：原狀軟土路基回彈模量E0、石灰土層回彈模量E1、石灰土層處理深度hx、路面各結(jié)構(gòu)層參數(shù)；二、計算路基頂壓應(yīng)變和道路使用壽命步驟1：計算路基頂壓應(yīng)變步驟2：計算道路使用壽命步驟3：計算路基不同處理方案下的工程費用三、通過響應(yīng)面優(yōu)化軟件確定最佳處理方案本發(fā)明主要應(yīng)用于交通、道路建設(shè)施工。
【IPC分類】G06F17-50, E01C3-04
【公開號】CN104715108
【申請?zhí)枴緾N201510091294
【發(fā)明人】白繁義, 宋海云, 馬士賓, 李笑笑, 崔巍
【申請人】天津市市政工程研究院, 天津市海順交通工程設(shè)計有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年2月28日