高速公路軟土地基處理設(shè)計(jì)研究[實(shí)操分享]

1、高速公路軟土地基處理設(shè)計(jì)研究1 機(jī)理各種天然地基土壤都由三相體結(jié)構(gòu)比例關(guān)系決定其強(qiáng)度和變形特征的。季節(jié)性凍土因負(fù)溫度的影響，下層水分向上集聚，形成冰晶。融化時，上層土壤含水量大增，單位體積內(nèi)上顆粒所占比例相對減少，土壤強(qiáng)度大大下降。多年凍土在熱力作用下，上層土壤中的冰晶融化，含水量大增，地基強(qiáng)度嚴(yán)重衰減，熱融引起路基下沉。濕陷性黃土，因孔隙率大，外界水文條件變化，遇濕沉陷。鹽漬土上層所含鹽份因地下水位升降，雨水滲入，干旱季節(jié)鹽份向地基上層集聚，使得土壤三相體結(jié)構(gòu)比例發(fā)生變化，造成土體強(qiáng)度變化。自然界中的軟土地基本來自處于天然平衡狀態(tài)的，因路基填土荷載破壞了原來的天然平衡狀態(tài)，水份部分釋出，土壤

2、孔隙率變?。坏鼗蚨两?。也可由于自然界水文情況發(fā)生變化，譬如：天然或人為引起的地下水位降落，使土壤三相體比例發(fā)生變化，產(chǎn)生沉降。和其他地基土處理一樣，軟土地基處理的辦法可分為兩大類：（1）改善土壤三相體結(jié)構(gòu)比例關(guān)系，使得經(jīng)過處理的地基能夠盡可能與新的外界環(huán)境條件（附加荷載和水文變化）相適應(yīng)。土壤壓實(shí)，土壤置換（靜力），強(qiáng)夯（動力置換），堆載預(yù)壓，各種排水措施（包括截水溝，縱橫向盲溝，塑料排水板，砂樁，砂井，井點(diǎn)降水，真空降水等）都是為了調(diào)整土壤三相體的比例關(guān)系，減少土壤中的空氣和水份所占體積，增加土壤顆粒成份。（2）采取固化措施，增強(qiáng)地基抗變形能力。用水泥、石灰之類的材料，改善土壤三相體自身

3、的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形特征。水泥攪拌樁，水泥粉噴樁，石灰樁等，均屬此類。應(yīng)該注意到上述各種措施都沒有能改善環(huán)境水文條件。軟土地基處理應(yīng)采用措施防止環(huán)境水條件變化而引發(fā)的地基下沉。例如，地下水位劇升劇降。單純采用輕質(zhì)材料替代路基填土往往會因環(huán)境水條件變化而引起沉降。因?yàn)檫@種處理方案沒有改善或固化地基土三相體結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中，總沉降值和工后沉降值要計(jì)算，但不能過分拘泥于計(jì)算。總沉降計(jì)算值是不可靠的?，F(xiàn)分述如下：（l）總沉降值土S=mSc 規(guī)范規(guī)定“沉降系數(shù)m是一經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，與地基條件，荷載強(qiáng)度，加荷速率因素有關(guān)，其范圍值為1.11.7。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場沉降觀測資料確定。”不同的設(shè)計(jì)者有各自的理念，可以作為設(shè)計(jì)階段“

4、根據(jù)”的現(xiàn)場觀測資料還未產(chǎn)生。取m范圍值的上限、下限或中值，對總沉降值的影響不是一個小數(shù)目。 再看Sc。主固結(jié)沉降以實(shí)驗(yàn)室得出的ep曲線為根據(jù)進(jìn)行計(jì)算。ep曲線的實(shí)驗(yàn)條件（天然狀態(tài)的應(yīng)力釋放，室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)的排水條件，加載速率，土樣側(cè)向變形限制條件）給我們啟示，ep曲線只能分類區(qū)別各種土樣壓縮固結(jié)之差異，不可能真實(shí)地描述軟土地基的主固結(jié)沉降特征。 現(xiàn)舉一例來說明主固結(jié)沉降計(jì)算值的不可靠性。 某地層土樣，e。=070（地基土自重作用），e1065（地基土自重與附加荷載擴(kuò)散值聯(lián)合作用），土層厚度350cm。 根據(jù)規(guī)范提供的計(jì)算辦法，有：主固結(jié)沉降值： 總壓縮量： 事實(shí)上，e。0.70的土壤孔隙率為4

5、12，干容重15.9kNm，大體上具有壓實(shí)系數(shù)0.88。要求地基土具有0.88的壓實(shí)度顯然是過分的。 e1=0.65相當(dāng)于壓實(shí)系數(shù)0.91，也是不可能的。另外，以附加應(yīng)力擴(kuò)散值對土壤自重應(yīng)力之比等于或小于0.10.15匕來決定固結(jié)沉降的計(jì)算深度，人為性大，依據(jù)也不甚充分。（2）工后沉降值 盡管可以用地基平均固結(jié)度等辦法來計(jì)算工后沉降值，但其可靠性與否當(dāng)然是不言而喻的。（3）路基填土是分層進(jìn)行的。同“一次堆填”的計(jì)算模式，相去甚遠(yuǎn)。（4）施工中的排水條件對總沉降值和工后沉降值的影響難干估計(jì)。綜觀以上各點(diǎn)，總沉降值和工后沉降值可以計(jì)算，以劃分不同軟土地基的變形類別，但不能過于拘泥于具體的數(shù)值。3

6、主固結(jié)沉降計(jì)算中的問題3.1減載和超載用粉煤灰填筑路堤和用填土超載預(yù)壓，對其效果宜作具體計(jì)算分析。表1中列出粉煤灰夾填和超載填土的主固結(jié)沉降對比。計(jì)算中粉煤灰填筑路堤采取路堤最大范圍內(nèi)用粉煤灰來替換土（路槽頂面填上高度2*0.30m）。超載預(yù)壓高度為路面標(biāo)高以上1.50m。從表1中可以看到，粉煤灰最大范圍內(nèi)夾填，使得設(shè)計(jì)高為 5.747.39m內(nèi)路堤主固結(jié)沉降減小 7.610.4cm，對工后沉降的影響更小。超載填土 1.50m使得路堤主固結(jié)沉降增大15.317.2cm?？梢暂^多地抵減工后沉降。應(yīng)該認(rèn)為超載預(yù)壓是個好辦法，但需注意排水通道的通暢。粉煤灰夾填，造價高、效果有限，是個有爭議的地基處理

7、辦法。3.2關(guān)于壓縮模量有些計(jì)算文件將規(guī)范建議的用壓縮模量計(jì)算法中的壓縮模量來代替。也就是說用的割線模量替代本應(yīng)隨而變化的壓縮模量。兩種方法的計(jì)算結(jié)果有較大的差異?，F(xiàn)就表1中斷面1進(jìn)行比較計(jì)算，得出結(jié)果如下：按割線計(jì)算，主固結(jié)沉降為29.5cm；按 ep曲線所得壓縮模量計(jì)算為357cm。兩者差值為6.2cm。用割線模量算出的結(jié)果比用曲線算出的結(jié)果小門17.44。3石主固結(jié)沉降計(jì)算的終結(jié)條件 主固結(jié)沉降計(jì)算的終結(jié)條件是按還是以天然地基的壓實(shí)系數(shù)為宜，表2以表1為基礎(chǔ)，列出了3個計(jì)算結(jié)果。4 關(guān)于地下水位和地表積水 一般的設(shè)計(jì)文件都能以調(diào)查研究為基礎(chǔ)，指出地下水位，雨水和地表積水的年度演變規(guī)律。這

8、種演變規(guī)律正是軟土地基外部環(huán)境條件的演變規(guī)律，對于指導(dǎo)設(shè)計(jì)有重要的作用，盡管還不能量化。這種演變規(guī)律對于指導(dǎo)施工也是十分重要的。設(shè)計(jì)文件中應(yīng)強(qiáng)調(diào)盡量避免在地下水位接近地基表面，或在雨季迸行底層路基填筑。如果設(shè)計(jì)中在天然地基表面布置了砂礫墊層，縱橫向盲溝，則應(yīng)授權(quán)監(jiān)理工程師根據(jù)季節(jié)水文情況，在保證路基底層填土順利迸行的條件下，調(diào)整墊層厚度（可以加大，也有可能取消），調(diào)整縱橫向盲溝的布置方式和溝深、溝距。5 從總體上把握軟土、軟粘上（過濕土），非軟土地基的界限 規(guī)范規(guī)定鑒別軟土的標(biāo)準(zhǔn)是：天然含水量大于等于35或液限；天然孔隙比大于等于1.0;十字板抗剪強(qiáng)度小于35kPa。泥炭，腐殖質(zhì)土，有機(jī)質(zhì)土（

9、淤泥和淤泥質(zhì)土）都屬于軟土范疇。規(guī)范規(guī)定的三項(xiàng)指標(biāo)都是軟土的下界。軟土下界以下的土壤屬什么呢？如何對待它？也就是說天然含水量小于35%或液限，天然孔隙比小于1.0，十宇板抗剪強(qiáng)度大于 35kPa的地基土屬于什么呢？統(tǒng)統(tǒng)把它當(dāng)作非軟土對待是不適當(dāng)?shù)摹Ｓ械脑O(shè)計(jì)單位提出將其稱為軟粘土，也應(yīng)該連同軟土一并分析研究。這是一項(xiàng)很好的延續(xù)補(bǔ)充。但，沒能指出軟粘土的下限是什么標(biāo)準(zhǔn)？如何處理呢？我們將天然含水量大于28%，小于35或液限，天然孔隙比大于0.75，小于 1.0的土壤稱之為過濕土。應(yīng)該連同軟土一并分析研究和處理。規(guī)定過濕土下限標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和地基土壓實(shí)系數(shù)不小于085為條件的。凡以土壤壓實(shí)系數(shù)）

10、大于085的地基土壤作為路基的基礎(chǔ)，應(yīng)該認(rèn)為是“堅(jiān)實(shí)”的，即非軟土。因?yàn)閺穆凡垌斆嫫鹚闵疃瘸^l.5的路基土壓實(shí)系數(shù)K只有0.90。由下表可以看出各種不同壓實(shí)系數(shù)K條件下的土壤孔隙率和孔隙比。以 K=085作為過濕土的下界是可取的。從軟土到軟粘土（過濕土），又從軟粘土到非軟土，給我們提供了一個完整的地基土的概念。6 根據(jù)地質(zhì)剖面資料來決定軟上地基的處理意見通?？梢砸姷剿念惒煌牡刭|(zhì)剖面，處理方法應(yīng)該是不相同的。(1)非軟土地質(zhì)剖面：從上到下，地層土含水量小干 28，孔隙比小于 0.75。低液限粘土處于半堅(jiān)硬、硬塑狀態(tài)。對這樣的地基不必進(jìn)行沉降計(jì)算，也不必進(jìn)行地基處理。（2）軟粘土（過濕士）表層

11、：含水量大于28，小干35或液限，孔隙比在0751.0范圍內(nèi)。常為高液限粘土處于軟塑狀態(tài)。對這樣的地層應(yīng)視其厚度決定計(jì)算或不計(jì)算沉降，可以采用砂礫墊層也可以置換或固化處理。使路基填土座落在強(qiáng)度較大的地基上。（3）淤泥或軟粘土在淺層（一般指深度1215m以內(nèi)）：含水量大于 28，孔隙比大于 0.75o高液限粘土、淤泥或淤泥質(zhì)高液限粘土處于軟塑或流塑狀態(tài)。對這樣的地層要十分重視，應(yīng)采取排水措施，結(jié)合堆載疏干，以策安全。要注意排水通道暢通。固化措施也是可以的，還仍然不能不注意排水疏干。用輕質(zhì)材料代替路基填土，雖然減輕了地基負(fù)荷，但地基似不穩(wěn)固。（4）淤泥或軟粘土在深層（一般指深度1215m以下）；由

12、于破壞天然地基自然平衡的路基填土附加荷載，經(jīng)地層擴(kuò)散作用，已衰減不少。譬如：填土路基高度為5m，作用在地基表面的附加荷載約為100kPa，而在15m深度處已衰減為50kPa左右。深層淤泥和軟粘土產(chǎn)生的沉降和工后沉降均小于淺層的。對這樣的地層，可采取排水措施。超載填土對深層影響不大。7 軟土地基處理重點(diǎn)在中上層上層地基土要承受較大的附加荷載擴(kuò)散值，是軟土地基沉降的主要貢獻(xiàn)者，是承托路基、減少沉降的關(guān)鍵所在。因此，軟上地基處理的重點(diǎn)在中上層。新強(qiáng)夯法不失為一種好辦法，改善了中上層土壤的三相體結(jié)構(gòu)比例，強(qiáng)度提高，變形能力下降，路基被強(qiáng)硬的地基中上層土壤所承托。過分的深層排水是不必要的。它不能減少沉降，也不能產(chǎn)生承托路基的抗力。8 要求過長的堆載預(yù)壓期是對業(yè)主的不尊重目前階段，高速公路施工工期緊迫是客觀形勢的要求。總工期只有23年的項(xiàng)目極多見。如果要求堆載頂壓1214個月甚至1618個月，業(yè)主是無法接受的，施工也是無法實(shí)現(xiàn)的。遇有這種情況，應(yīng)另提處理方法。9 在規(guī)定的總工期內(nèi)盡量延長橋頭堆載預(yù)壓時間在規(guī)定的總工期內(nèi)盡量延長