路基排水工程及排水效果无损检测研究.doc
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1、分类号 U417.3 单位代码 10618密 级 学 号 106250584硕 士 学 位 论 文论文题目: 路基排水工程及排水效果无损检测研究 Study on Subgrade Drainage Project Non-destructive Testing Applied to the Drainage Effect 研究生姓名: 曾 玉导师姓名、职称: 徐宏武 高级工程师 申请学位门类: 工 学专 业 名 称: 道路与铁道工程论文答辩日期: 2009 年 3 月 30 日学位授予单位: 重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席: 评阅人: 2009 年 3 月重庆交通大学学位论文原创性声明
2、本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇
3、编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库,并进行信息服务(包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等),同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名: 指导教师签名:日期: 年 月 日 日期: 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布,并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名: 指导教师签名:日期: 年 月 日 日期: 年 月 日I摘 要摘 要国内外公路建设和运营的实践表明,公路使用性能的衰减与丧失很大程度上与路基地下水和地面水的存在有关。随
4、着公路建设的发展,特别是高等级公路的建设,水对公路的影响日益突出,因此,公路排水设施是公路工程必不可少的重要组成部分。然而路基排水工程,特别是隐蔽排水工程,要保证工程质量,发挥其应有的工程效果,在公路运行状态中及时发现问题,就需要对其进行检测。长期以来路基排水工程都是在运营期出现问题后再返修,隐蔽工程质量检测与评价方法也沿用着传统开挖检查和钻孔取样试验的常规技术。鉴于地质雷达探测技术可用于探测地下构造、地下空洞、地下埋设物、地下松软层和地下富水情况等,且具有高精度、高分辨能力、探测成果直观和现场检测快速便捷等优点;高密度电法可用于探测地下地质构造、地下含水情况、地下空洞、滑移层厚度及范围等,且
5、具有成本低、工作效率高、数据密度大、信息丰富,能较直观、有效、准确地反映地电断面情形等优点,故可采用地质雷达及高密度电法对路基排水工程排水效果进行无损检测。通过对路基排水工程及地质雷达和高密度电法探测技术方法理论、资料处理和解释进行了研究,并结合实际工程验证,开展了地质雷达和高密度电法技术用于路基排水工程排水效果检测的基础应用研究,验证了检测方法的适用性。关键词:路基;排水工程;物探;地质雷达;高密度电法;无损检测ABSTRACTHighway construction and operation of domestic and international practice has shown
6、 that the attenuation and loss of road functional performance greatly relates to the existence of groundwater and surface water. With the development of road construction, especially highway construction, the impact of water on the highway has becoming prominent. Road drainage facilities are an impo
7、rtant component of highway engineering. So subgrade drainage project, especially concealed drainage works, need to be detected to guarantee the quality, give full play to its project results, and timely find problems at running highway.Subgrade drainage project has long been arisen problems in the o
8、perating period and then reworks, and concealed engineering quality detction and evaluation methods also use traditional excavation inspection and drilling technology. Whereas the GPR detection technologycan be used to detect underground structures, underground cavity, underground buried objects, un
9、derground soft-storey and underground water-rich conditions, and GPR has many advantages with high precision, high differentiated capabilities, visual detectional results and quick and easy on-site detection, etc.;HDEM can be used to detect underground structures, underground water-rich conditions,
10、underground cavity, the thickness and extent of glide lamella and so on, and has many advantages with low cost, high efficiency, great data density, rich information, and more intuitive, efficient and accurate reflecting geoelectric section, so GPR and HDEM can used to detect the drainage effect of
11、subgrade drainage project with non-destructive testing.This article focuses on subgrade drainage project and GPR and HDEM theory, data processing and interpretation, and studies the applied research of drainage effect of subgrade drainage project, and through detecting application example, it verifi
12、es the applicability of the detection methods.KEY WORDS:subgrade,drainage project,geophysical prospecting,ground penetrating radar,high density electric method,non-destructive testing目 录第一章 绪论11.1研究意义11.1.1研究背景11.1.2研究意义21.2国内外研究现状21.2.1排水系统综述21.2.2地质雷达研究概况51.2.3高密度电法研究概况61.3研究内容和研究思路7第二章 路基排水工程82.1
13、路面排水方式82.2路基排水工程92.2.1地面排水设施112.2.2地下排水设施142.3路基排水工程失效类型192.3.1排水工程常见问题与处理措施192.3.2山区公路排水工程病害形式202.4路基排水工程失效对公路的影响212.4.1排水工程失效对路面的影响222.4.2排水工程失效对路基的影响232.5本章小结24第三章 排水效果无损检测方法选择253.1电法勘探253.2地质雷达263.3地震勘探263.4声波探测273.5磁法勘探283.6瞬变电磁法283.7本章总结28第四章 地质雷达探测排水效果的反演分析方法304.1地质雷达探测原理304.1.1电磁波传播特点304.1.2
14、地质雷达探测基本原理334.1.3地质雷达探测参数374.2地质雷达探测资料处理和解释394.2.1雷达数据处理方法394.2.2雷达资料解释414.3地质雷达检测排水效果的依据424.4本章小结43第五章 高密度电法探测排水效果的反演分析方法445.1高密度电法探测原理445.1.1高密度电法特点445.1.2高密度电法探测基本原理445.2测量排列方式485.2.1排列方式工作原理485.2.2电极排列方式505.3高密度电法探测资料处理和解释535.4高密度电法检测排水效果的依据555.5本章小结56第六章 路基排水工程排水效果现场检测应用576.1研究技术路线和方法选择576.1.1研
15、究的主要探测设备576.1.2检测技术方案设计586.1.3检测实例工程概况596.2地质雷达探测效果分析616.2.1地质雷达探测天线发射频率的选择616.2.2地质雷达检测路基排水工程排水效果分析636.3高密度电法探测效果分析646.3.1高密度电法探测装置的选择646.3.2高密度电法检测路基排水工程排水效果分析656.4本章小结68第七章 结论与建议697.1主要结论697.2建议69致 谢70参考文献71在学期间发表的论著及取得的科研成果747第一章 绪论第一章 绪论1.1研究意义1.1.1研究背景改革开放以来,我国公路建设事业迅猛发展,尤其是高速公路建设,从无到有,到2005年底
16、,高速公路总里程达到4.1万公里,位居世界第二位。根据交通部最新公布的国家高速公路网规划,从2005年起到2030年,国家将斥资两万亿元,新建5.1万公里高速公路,使中国高速公路里程达到8.5万公里。公路路基是路面的根基,其稳定性直接关系到公路功能的发挥和正常使用。这就要求路基具有足够的强度和稳定性并经常保持干燥状态,以保证路面的承载力,使路面不产生变形和破坏。公路路基是一种线型结构物,具有距离长、与大自然接触面广的特点,其稳定性在很大程度上由当地自然条件决定。影响路基强度,造成路面破坏的诸多因素中,无不与路基地下水和地面水的存在有关。在很多情况下,水是路基路面变形、病害发生的重要原因。在修建
17、公路时,必须将公路上侧方的地表水和地下水排到公路的下侧方,确保公路路基、路面不被水破坏,保证公路上车辆的安全运行。因此对公路排水系统进行研究是很有必要的,尤其是对隐蔽排水系统。由于涵洞的淤堵造成路基冲刷破坏如图1.1所示。图1.1 涵洞淤堵造成路基冲刷破坏Fig.1.1 subgrade erosion damage caused by culvert clogging由于我国的公路建设特别是高速公路建设已经进入了一个崭新的阶段,中、西部山区公路建设也在迅猛发展,对路基排水系统检测的研究也就变得越发的重要。1.1.2研究意义1)理论意义影响路基强度,造成路面破坏的诸多因素中,无不与路基地下水和
18、地面水的存在有关。在很多情况下,地下水是路基变形、路基病害发生的重要原因。因此对公路路基水损坏及其排水工程进行研究是很有必要的。随着我国高等级公路建设的迅速发展,对公路工程现场检测技术提出了更高的要求,先进、高效、无损的公路检测设备和检测技术已逐步受到广泛关注。本研究正是对路基排水工程,地质雷达和高密度电法无损检测技术检测排水效果进行探讨,通过课题研究,为进一步评价排水系统运行状况提供参考。2)实际意义改革开放以来,我国公路建设事业迅猛发展,尤其是高速公路建设,到2005年底,位居世界第二位,高速公路对排水工程建设要求更高。随着经济的发展,西部公路建设也发展的很迅速,而西部多为山区,山区公路多
19、边坡,如果排水工程没处理好则容易出现边坡滑塌、湿陷等病害,因此对排水工程的要求也就相应的提高。针对目前高等级公路受水的影响,在结合分析国内外有关研究成果的基础上,研究路基排水工程对公路的影响,同时拓展地质雷达和高密度电法在路基排水工程的应用领域。解决依托工程中路基排水工程的排水效果和可利用性问题,便于后续工作的顺利进行,具有一定的工程应用价值。1.2国内外研究现状1.2.1排水系统综述 在对路基路面破坏现象广泛调查、统计的基础上,各国道路科研工作者通过反复分析、论证发现,路基路面的破坏现象大多与水有关。水降低路面材料的强度和使用性能,降低路基强度,导致路基整体稳定性受损害甚至使整个路基沿倾斜基
20、底滑动。影响路基路面的水可分为地面水和地下水两类,与此相适应的道路排水工程,可分为地面排水和地下排水。根据公路排水设计规范1(JTJ 01897)可知,公路排水设计中包括路界地表排水、路面内部排水、地下排水和公路构造物集下穿道路排水。隐蔽排水的设施有:多雨地区中央分隔带可设置的纵向排水渗沟;路面内部设置的路面边缘排水系统和排水基层的排水系统;路基地下排水设施有在路基基底局部范围有泉水外涌时设置的暗沟或暗管,为拦截含水层的地下水或降低地下水位设置的管式渗沟或洞式渗沟等。由于路基隐蔽排水设施埋置在地面以下,在路基建成后又难以查明实效情况,因此研究隐蔽排水设施在运行时采用有效检测手段就非常必要了。鉴
21、于路基排水系统的多样和隐蔽性,本论文主要通过地质雷达和高密度电法检测技术对路基排水工程排水效果进行研究。目前,美国、英国、日本和德国等发达国家对公路排水问题积累了大量经验且考虑比较周到,对路基路面综合排水设计的必要性和重要性有了一个明确统一的认识,在广泛研究和工程实践的基础上制定了专用的规范或指南23。如前联邦德国的公路排水设施规范(1987)、日本的道路排水工指南(1987)、英国的路边地面排水沟槽水力设计(1989)和地面排水沟槽出口设计(1996),美国联邦公路局的设计指南(1986)等。前联邦德国修订的排水规范,介绍了道路工程及有关排水结构的各种形式及其设置排水设施的依据和方法,同时,
22、提出了在实际工程中普遍适用的建议方案,并附有各种典型的排水设施图例。日本在日本高速公路设计要领中将排水设计作为一项重要的设计内容加以详细的介绍。美国早在60年代末70年代初就开始了路面内部排水方面的调查和经验总结工作。二十世纪80年代初,法、英等国开展了非洲国家的公路小型排水构造物设计洪峰流量的研究;澳大利亚、西班牙进行了提高小桥涵过水能力的研究;前苏联、美国进行了公路排水系统的研究等等。到1986年,美国AASHTO提出了路面内部排水设计方案和设计指标,把路面结构的排水质量作为一项设计变量考虑在内。在欧洲,德国是世界上最早修建高速公路的国家。当前,德国在公路排水基层研究方面最为成熟。德国的排
23、水系统既可以排除路表的水,也可以排除地下水。我国公路排水工程的发展4经历了从无到有逐步完善的过程。建国初期及其后20年,我国建成的公路技术水平低,使用品质差,甚至缺乏必要的排水设施。进入80年代,公路排水问题逐步被人们所认识。在该时期出版的路基设计手册中,对公路排水设计进行了一些分析与计算,提出了路基排水设计的要求与规定;在施工手册中,对路基排水设施施工提出了具体的要求和规定。90年代后,随着高速公路的飞速发展,排水工程的设计、施工和养护愈来愈引起人们的重视,排水工程被提到了一个新的高度。在我国的公路建设中,由于种种原因,人们对排水系统设计的认识有一个很不统一的发展过程。直到1997年,我国制
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- 关 键 词:
- 路基 排水工程 排水 效果 无损 检测 研究
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