石灰处理软土路基最佳方案的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及交通、道路，具体来说是涉及石灰处理软土路基最佳方案的确定方法。 技术背景
[0002] 软土中多含有大量腐殖质，土基承载力极低，土基回弹模量往往难以达到规定的 要求，会对路面结构的承载能力和整体稳定性带来不良影响。利用石灰处理软土路基以提 高土基回弹模量是工程中经常采用的技术措施，同时也取得了不错的效果。
[0003] 但是，由于石灰掺量、压实度、石灰处理路基深度等因素对土基回弹模量都有很大 影响，到目前为止，还没有关于确定石灰处理软土路基最佳方案的研宄，造成在实际工程中 石灰处理软土路基方案盲目性和随意性很大。为此，有必要从众多处理方案中选择出最佳 的处理方案，本专利从经济和技术两方面综合考虑，应用响应面优化法从技术经济两方面 进行综合比选。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，提供一种基于响应面优化法的确定石灰处理软土路基 最佳方案的新方法，为此，本发明采取的技术方案是，石灰处理软土路基最佳方案的确定方 法，包括如下步骤：
[0005] -、确定各结构层参数
[0006] 材料参数指标主要有：原状软土路基回弹模量^、石灰土层回弹模量Ei、石灰土层 处理深度h x、路面各结构层参数；
[0007] 材料参数指标的采集方法：原状软土路基的回弹模量通过贝克曼梁法或承载板法 测量；石灰土层回弹模量通过顶面法或承载板法测量；石灰土层处理深度和路面各结构层 参数为设计值；
[0008] 二、计算路基顶压应变和道路使用寿命
[0009] 步骤1 :计算路基顶压应变
[0010] 将路面各结构层及石灰土处理深度的设计值及通过试验获得的软土路基及石灰 土回弹模量值等参数输入Kenpave路面计算程序，在计算结果中提取出路基顶压应变计算 结果；
[0011] 步骤2 :计算道路使用寿命
[0012] 步骤3 :计算路基不同处理方案下的工程费用
[0013] 除去各方案共有的部分，需要计算路基工程费用的施工过程及计算公式为：
[0014] (1)挖掘机开挖设计处理深度软土的费用：
[0015] U^aXxXyXz (1)
[0016] 式中：a-挖掘机基价（元）；
[0017] x-路基宽度（m);
[0018] y-路基长度（m);
[0019] z一石灰土处理厚度（m)。
[0020] (2)自卸车将土方运至指定料场的费用：
[0021] U2= bXxXyXz (2)
[0022] 式中：b - 15t自卸车基价（元）；
[0023] (3)在料场将土方与石灰拌合均匀并运回至施工现场摊铺的费用：
[0024] 。3=^^^ (3)
[0025] 式中：c一石灰+拌合+运回（20cm)基价（元）；
[0026] (4)压路机碾压至设计压实度的费用：
[0027] U4= dXxXyXmXn (4)
[0028] 式中：d- 20t压路机基价（元）；
[0029] (5)路基施工总费用：
[0030] U = U1+U2+U3+U4 (5)
[0031] 由以上各公式计算出每种施工方案的工程费用；
[0032] 三、通过响应面优化软件确定最佳处理方案。
[0033] 道路使用寿命用累计荷载作用次数来表征，其值通过美国AI设计法的永久变形 准则计算，计算公式如下：
[0034] Nd= 1. 365X10 _9( e z)-4-477 (6)
[0035] 式中：Nd-累计荷载作用次数，即使用寿命；
[0036] e z-路基顶压应变；
[0037] 对于施工中用到的机械，根据各地区租赁市场的行情来具体确定；压路机碾压遍 数与压实度的关系，通过土方路基试验段进行确定。
[0038] 与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：
[0039] 本发明提先计算出不同处理方案的工程费用和道路使用寿命，再对这两个指标应 用响应面法对处理方案进行优化比选。因而本发明不失为一种科学、快速、行之有效的专业 化测量评方法。
【附图说明】
[0040] 图1石灰含量、压实度与使用寿命的响应面图。
[0041] 图2石灰含量、压实度与费用的响应面图。
【具体实施方式】
[0042] 本发明提供了一种基于响应面优化法的确定石灰处理软土路基最佳方案的新方 法。
[0043] 本专利发明了一种石灰处理软土路基顶面当量回弹模量换算新方法。技术方案 是：为了使路基顶面当量回弹模量值达到规范的要求值，石灰土层的处理方案有多种可选， 比如不同的石灰含量、不同的压实度、不同的处理深度等。这些因素的不同就会造成路基 处理的工程费用和道路的使用寿命不同，因此，可以先计算出不同处理方案的工程费用和 道路使用寿命，再对这两个指标应用响应面法对处理方案进行优化比选。主要包含以下步 骤：
[0044] -、确定各结构层参数
[0045] 该换算方法所需要的材料参数指标主要有：原状软土路基回弹模量匕、石灰土层 回弹模量 El、石灰土层处理深度hx、路面各结构层参数。
[0046] 材料参数指标的采集方法：原状软土路基的回弹模量通过贝克曼梁法或承载板法 测量；石灰土层回弹模量可以通过顶面法或承载板法测量；石灰土层处理深度和路面各结 构层参数为设计值。本发明原则上推荐上述方法，但不排除采用其它科学、快速、行之有效 的专业化测量方法。
[0047] 二、计算路基顶压应变和道路使用寿命
[0048] 步骤1 :计算路基顶压应变
[0049] 将路面各结构层及石灰土处理深度的设计值及通过试验获得的软土路基及石灰 土回弹模量值等参数输入Kenpave路面计算程序，在计算结果中提取出路基顶压应变计算 结果。
[0050] 步骤二：计算道路使用寿命
[0051] 道路使用寿命用累计荷载作用次数来表征，其值通过美国AI设计法的永久变形 准则计算，计算公式如下：
[0052] Nd= 1. 365X10 _9( e z)-4-477 (7)
[0053] 式中：Nd-累计荷载作用次数，即使用寿命；
[0054] e z-路基顶压应变。
[0055] 步骤三：计算路基不同处理方案下的工程费用
[0056] 除去各方案共有的部分，需要计算路基工程费用的施工过程及计算公式为：
[0057] (1)挖掘机开挖设计处理深度软土的费用：
[0058] U1=aXxXyXz (8)
[0059] 式中：a-挖掘机基价（元）；
[0060] x-路基宽度（m);
[0061] y-路基长度（m);
[0062] z一石灰土处理厚度（m)。
[0063] (2)自卸车将土方运至指定料场的费用：
[0064] U2= bXxXyXz (9)
[0065] 式中：b -15t自卸车基价（元）；
[0066] x-路基宽度（m);
[0067] y-路基长度（m);
[0068] z一石灰土处理厚度（m)。
[0069] (3)在料场将土方与石灰拌合均匀并运回至施工现场摊铺（20cm)的费用：
[0070] ^- (10>
[0071] 式中：c一石灰+拌合+运回（20cm)基价（元）；
[0072] x-路基宽度（m);
[OO73] y-路基长度（m);
[0074] z一石灰土处理厚度（m)。
[0075] (4)压路机碾压至设计压实度的费用：
[0076] U4=dXxXyXmXn(11)
[0077] 式中：d- 20t压路机基价（元）；
[0078] x-路基宽度（m);
[0079] y-路基长度（m);
[0080] m-压路机碾压至设计压实度的遍数；
[0081] n-石灰土分层碾压层数。
[0082] (5)路基施工总费用：
[0083] U=U1+U2+U3+U4 (12)
[0084] 由以上各公式计算出每种施工方案的工程费用。
[0085] 对于施工中用到的机械，可以根据各地区租赁市场的行情来具体确定。压路机碾 压遍数与压实度的关系，可以通过土方路基试验段进行确定。
[0086] 三、通过响应面优化软件确定最佳处理方案
[0087] 在有关响应面实验优化的研宄中，Design-Expert是使用最广泛的软件，因此，本 法，发明选择Design-Expert8. 0来进行最佳石灰处理方案比选。
[0088] 计算实例
[0089] -、确定各结构层参数
[0090] 现有某快速路，其软土路基的天然含水量为30%，道路总长为1000m，路基宽30m， 施工现场距料场l〇〇〇m。软土经石灰处理的方案以及通过室内外试验测得的其回弹模量值 见下表。
[0091] 表1石灰处理软土路基方案及其回弹模量值
[0092]
【主权项】
1. 一种石灰处理软土路基最佳方案的确定方法，其特征是，包括如下步骤： 一、确定各结构层参数 材料参数指标主要有：原状软土路基回弹模量Etl、石灰土层回弹模量E1、石灰土层处理 深度hx、路面各结构层参数； 材料参数指标的采集方法：原状软土路基的回弹模量通过贝克曼梁法或承载板法测 量；石灰土层回弹模量通过顶面法或承载板法测量；石灰土层处理深度和路面各结构层参 数为设计值； 二、 计算路基顶压应变和道路使用寿命 步骤1:计算路基顶压应变 将路面各结构层及石灰土处理深度的设计值及通过试验获得的软土路基及石灰土回 弹模量值等参数输入Kenpave路面计算程序，在计算结果中提取出路基顶压应变计算结 果； 步骤2:计算道路使用寿命 步骤3 :计算路基不同处理方案下的工程费用 除去各方案共有的部分，需要计算路基工程费用的施工过程及计算公式为： (1) 挖掘机开挖设计处理深度软土的费用： U1= aXxXyXz (1) 式中：a-挖掘机基价（元）； X一路基宽度（m); y一路基长度（m); z一石灰土处理厚度（m)。 (2) 自卸车将土方运至指定料场的费用： U2 = bXxXyXz (2) 式中：b - 15t自卸车基价（元）； (3)在料场将土方与石灰拌合均匀并运回至施工现场摊铺的费用：
式中：c一石灰+拌合+运回（20cm)基价（元）； (4)压路机碾压至设计压实度的费用： U4= dXxXyXmXn (4) 式中：d - 20t压路机基价（元）； (5)路基施工总费用： U = U1+U2+U3+U4 (5) 由以上各公式计算出每种施工方案的工程费用； 三、 通过响应面优化软件确定最佳处理方案。
2. 如权利要求1所述的石灰处理软土路基最佳方案的确定方法，其特征是，道路使用 寿命用累计荷载作用次数来表征，其值通过美国AI设计法的永久变形准则计算，计算公式 如下： Nd=1. 365X 10 -9(ez)1477 (6) 式中：Nd-累计荷载作用次数，即使用寿命；ez-路基顶压应变。
3.如权利要求1所述的石灰处理软土路基最佳方案的确定方法，其特征是，对于施工 中用到的机械，根据各地区租赁市场的行情来具体确定；压路机碾压遍数与压实度的关系， 通过土方路基试验段进行确定。
【专利摘要】本发明涉及交通、道路，为提供一种基于响应面优化法的确定石灰处理软土路基最佳方案的新方法，本发明采取的技术方案是，石灰处理软土路基最佳方案的确定方法，包括如下步骤：一、确定各结构层参数材料参数指标主要有：原状软土路基回弹模量E0、石灰土层回弹模量E1、石灰土层处理深度hx、路面各结构层参数；二、计算路基顶压应变和道路使用寿命步骤1：计算路基顶压应变步骤2：计算道路使用寿命步骤3：计算路基不同处理方案下的工程费用三、通过响应面优化软件确定最佳处理方案本发明主要应用于交通、道路建设施工。
【IPC分类】G06F17-50, E01C3-04
【公开号】CN104715108
【申请号】CN201510091294
【发明人】白繁义, 宋海云, 马士宾, 李笑笑, 崔巍
【申请人】天津市市政工程研究院, 天津市海顺交通工程设计有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月28日