長板-短樁處理深厚軟土地基及沉降計(jì)算資料

1、長板 - 短樁處理深厚軟土地基及沉降計(jì)算我國幅員廣闊,各種地形地貌廣泛,地質(zhì)條件復(fù)雜。特別是在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的軟土地基,如長三角、珠三角等地區(qū)修建公路,結(jié)構(gòu)物荷載日益增大,變形的要求也越來越嚴(yán)。地基的加固處理是目前軟土地區(qū)公路或高速公路建設(shè)中亟待解決的難點(diǎn)之一,尤其是在深厚軟土地區(qū)。地基處理是利用換填、壓密、擠密、膠結(jié)、加筋和熱化學(xué)等方法對(duì)地基進(jìn)行加固,用以改良地基土的工程特性。我國現(xiàn)有的地基處理方法很多,可以選擇換填、強(qiáng)夯、預(yù)壓排水固結(jié)、碎石樁、水泥土攪拌樁、CFG樁等不同的工法對(duì)原地基進(jìn)行處理。對(duì)于同一種軟弱地基可以采用的方法常常有數(shù)種之多。每種地基處理方法都有一定的適用范圍、局限性和優(yōu)缺點(diǎn)

2、。由于工程地質(zhì)和水文條件千變?nèi)f化,各地的施工機(jī)械、技術(shù)水平、建材品種及價(jià)格差異很大,在選用地基處理方法時(shí)要因地制宜。通常對(duì)于某工程,在技術(shù)上可行的地基處理方案有幾個(gè),合理的地基處理方法原則上一定是技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的,能滿足施工進(jìn)度的需要。地基處理時(shí)可以采用一種方法,也可以采用由兩種或兩種以上的處理方法組成的聯(lián)合處理方案。常見的聯(lián)合法有砂墊層與固結(jié)排水法并用,填土預(yù)壓法與反壓護(hù)道法并用等其他聯(lián)合法。長板-短樁法就是這樣一種聯(lián)合處理方法:長的塑料排水板（或砂井）與短的水泥土攪拌樁聯(lián)合（簡(jiǎn)稱長板-短樁工法）。1長板-短樁工法簡(jiǎn)介長板-短樁工法的提出是為了發(fā)揮預(yù)壓排水固結(jié)法和水泥土攪拌樁法的自身

3、優(yōu)點(diǎn)。預(yù)壓排水固結(jié)法,可以使軟土的固結(jié)沉降速率快,工后沉降小,可提高地基土的承載力,造價(jià)低,但是施工期和預(yù)壓期長,施工擾動(dòng)增加軟土地基的總沉降量。水泥土攪拌樁法,可以有效提高地基的承載力,減少地基的總沉降量,縮短或不需要地基處理施工完成后的預(yù)壓期,但是造價(jià)偏高,深部施工質(zhì)量不易保證。而長的塑料排水板與短的水泥土攪拌樁聯(lián)合處理方法與單獨(dú)預(yù)壓排水法相比,由于“短樁”的存在,可以有效地提高地基的穩(wěn)定性,加快路堤施工速率,從而相應(yīng)縮短建設(shè)周期;與單獨(dú)深層攪拌樁相比,由于“長板”的存在,可以加快深部軟土的固結(jié)沉降,從而將工后沉降控制在一定的范圍內(nèi)。長板-短樁工法處理軟基時(shí),在地基剖面上可劃分為:深層攪拌

4、樁復(fù)合地基層（簡(jiǎn)稱復(fù)合層）,預(yù)壓排水固結(jié)層（簡(jiǎn)稱固結(jié)層）,未加固處理的原狀軟土層（簡(jiǎn)稱未加固層）,如圖1所示。在設(shè)計(jì)中,長板與短樁在平面上可以等間距也可以不等間距布置,長板穿過短樁復(fù)合層插入深部軟土,可以穿透軟土層（較薄時(shí)）,也可以不穿透軟土層（較厚時(shí)）,具體依據(jù)實(shí)際工況,按照地基壓縮層厚度確定。長板-短樁工法已被成功應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中,淮鹽高速公路等建設(shè)中廣泛使用此法進(jìn)行地基處理和加固,取得了良好的工程效益、經(jīng)濟(jì)效益。圖2是某高速公路地基處理中的長板-短樁布置示意圖。2長板短樁工法機(jī)理在排水固結(jié)法、水泥土攪拌法和復(fù)合地基理論基礎(chǔ)上,結(jié)合長板-短樁工法處理軟土地基的特點(diǎn),其加固地基和控制沉降的機(jī)理

5、在相關(guān)研究文獻(xiàn)中均有詳細(xì)的解說,在此不便贅述。本節(jié)主要對(duì)工作中接觸較多且實(shí)用性較強(qiáng)的沉降部分進(jìn)行介紹。沉降問題一直是工程界關(guān)注的焦點(diǎn),多樣的地形、地基處理方法及荷載方式等的不同,產(chǎn)生出了諸多研究領(lǐng)域及成果,可供相關(guān)人士學(xué)習(xí)與參考。對(duì)于長板-短樁法,因其工法簡(jiǎn)單、原理明朗,沉降問題的分析在已有的基礎(chǔ)理論上展開即可。2.1 地基的沉降量長板一短樁工法處理后的地基任一時(shí)刻的沉降量都是復(fù)合層、固結(jié)層和未加固層沉降量之和,而每一層的最終沉降量都包括荷載施加后的瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降(暫不考慮次固結(jié)沉降)。2.1.1 瞬時(shí)沉降量sd長板一短柱工法處理后地基的瞬時(shí)沉降sd可用如下(1)中的彈性理論公

6、式估算:(1)式中：以一一土的泊松比；p均布荷載；b荷載的分布寬度；一一沉降影響系數(shù)，應(yīng)按柔性矩形分布荷載(1/b>100)取值;,計(jì)算中可用容易獲取的變形模量E0代替。將軟土層看作均質(zhì)地基,則由于短樁的存在,復(fù)合層的模量與固結(jié)層和未加固層的模量將具有明顯的不同,因此在計(jì)算地基的瞬時(shí)沉降時(shí)不應(yīng)將整個(gè)地基的彈性模量視為常數(shù)。作為簡(jiǎn)化處理,可認(rèn)為固結(jié)層和未加固層地基的模量相等,而復(fù)合層的模量應(yīng)取水泥土攪拌樁和樁間土的復(fù)合模量。單獨(dú)的瞬時(shí)沉降量計(jì)算還可以有種簡(jiǎn)便方法,需要結(jié)合固結(jié)沉降量的計(jì)算,將在下面章節(jié)中講述。2.1.2固結(jié)沉降量sc地基土的固結(jié)沉降的計(jì)算方法多采用分層總和法:(2)式中:e

7、0i第i層土中點(diǎn)處土自重應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的孔隙比;e1i第i層土中點(diǎn)處土自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和所對(duì)應(yīng)的孔隙比;Ahi第i層土的分層厚度；n沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)分層總數(shù)。對(duì)于復(fù)合層,當(dāng)面積置換率比較高(布樁較密)時(shí),根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以不計(jì)算其固結(jié)沉降量;反之,應(yīng)計(jì)算樁間土的固結(jié)沉降量。此計(jì)算法簡(jiǎn)單易操作,參數(shù)獲取途徑常見,有相應(yīng)地層深度范圍內(nèi)固結(jié)壓縮試驗(yàn)的e-p曲線即可。2.1.3最終沉降量長板-短樁工法處理后的軟土地基的最終沉降量應(yīng)為瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降之和(不考慮次固結(jié)沉降),最終沉降量S8表示為：soo=sd+sc(3)或者按照經(jīng)驗(yàn)公式估算地基的最終沉降量:S0°=asc(4)式中a為考慮地

8、基側(cè)向變形對(duì)沉降影響的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，對(duì)正常固結(jié)和輕度超固結(jié)黏性土地基可采用1.11.4,荷載較大、地基土較軟弱時(shí)取較大值,否則取較小值。為了方便計(jì)算出單獨(dú)的瞬時(shí)沉降量,可將上式(4)改寫成:s0°=民sc=(民-1)sc+sc=sd'+sc(5)則簡(jiǎn)便法計(jì)算的瞬時(shí)沉降量sd'可表示為：sd'=(a-1)sc,由此可知,實(shí)際中地基的最終沉降量多用經(jīng)驗(yàn)公式(4)計(jì)算。2.1.4工后沉降量軟土地區(qū)的最終沉降變形量soo一般是在建筑物竣工使用后多年才有可能達(dá)到的值,而在施工結(jié)束或預(yù)壓結(jié)束時(shí)刻的沉降量才是當(dāng)時(shí)可知的實(shí)際沉降量st,通過理論計(jì)算或是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)都可獲得比較

9、理想的沉降值。計(jì)算中可用下面的公式(6)估算:st=sd+Utsc(6)式中:utt時(shí)刻地基的平均固結(jié)度，可按固結(jié)層與未加固層固結(jié)度的厚度加權(quán)平均取值。假定預(yù)壓荷載是一次瞬時(shí)施加的,地基的沉降隨時(shí)間而不斷發(fā)展,某一時(shí)刻地基的沉降量,即可按上式計(jì)算。以預(yù)壓結(jié)束的時(shí)刻t作為計(jì)算點(diǎn),得到的固結(jié)沉降st即為施工期的沉降,工后沉降sg則可表示為:sg=s0°-st=s00-(sd+Utsc)(7)計(jì)算所得的工后沉降sg值與相應(yīng)的規(guī)范容許值進(jìn)行比較,沉降值滿足要求的話,則說明長板-短樁系統(tǒng)及預(yù)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可行,若不滿足要求,則要進(jìn)行方案的變更,再對(duì)沉降問題進(jìn)行驗(yàn)算,直到滿足要求為止。3結(jié)語地基處理中,全方位、多角度、系統(tǒng)化治理軟基問題將是高等級(jí)公路軟基處理的發(fā)展趨勢(shì)。長板-短樁工法處理深厚高速公路軟土地基的方案,上部