《軟土地區(qū)路基》PPT課件.ppt

1、1、軟土的特性 2、軟土強度及其軟土地基穩(wěn)定性分析 3、軟土地基路堤極限高度 4、軟土地基上路堤的沉降計算 5、 軟土地基加固技術 6 、軟土地基施工監(jiān)測,1、軟土的特性 共同特點：含水量大、強度低、壓縮性高、透水性差 物理性質(zhì)：W35%，流動狀態(tài)，e1，Ip12，Sr95% 力學性質(zhì)： u0.5MPa-1，壓縮模量Es4MPa，標準貫入擊數(shù)N63.54，靜力觸探貫入阻力Ps700kPa。,2、軟土強度及其軟土地基穩(wěn)定性分析 影響軟土地基穩(wěn)定性因素：路堤斷面形式、填土高度、加荷速率、地基填土性質(zhì)、軟土成因類型、地層成層情況、應力歷史等。,3、軟土地基路堤極限高度 含義：在天然軟土地基上，基低不

2、作特殊加固處理，用快速施工法（即不控制施工速度）修筑路堤所能填筑的最大高度。 極限高度的大小，取決于地基的特性（軟土的性質(zhì)和成層情況，硬殼的厚度和性質(zhì)）及填料的性質(zhì)等，可按穩(wěn)定性分析的結(jié)果確定。在施工條件允許時，也可在工地進行填筑試驗確定，這是解決路堤極限高度的最可靠方法。 一般軟土地區(qū)路堤的極限高度，通常為35米左右。 由于極限高度僅為設計施工時的參考數(shù)據(jù)，通常都近似地假設內(nèi)摩擦角0，按下式進行估算：,均質(zhì)薄層軟土地基的路堤極限高度：軟土層較薄時，滑動圓弧與軟土層底面相切，極限高度可按下式估算：,式中：Cu地基土快剪測得的單位黏聚力 填土容重 Ns穩(wěn)定數(shù)，與邊坡角、深度因子D有關。,D軟土層

3、厚,計算方法：先假定一路堤填筑高度，計算深度因數(shù)，根據(jù)深度因數(shù)和邊坡角由右圖查得穩(wěn)定數(shù)，在根據(jù)極限高度估算公式計算極限高度，如所得的高度與假定的高度十分接近，即為所求之值。否則重新假定，直至接近為止。,均質(zhì)厚層軟土地基的路堤極限高度：軟土層較薄時，滑動圓弧不通過基底，極限高度按下式計算：,由于填土容重為17.519.5kN/m3，所以可近似取Hc0.3Cu,非均質(zhì)軟土地基的極限高度：非均質(zhì)軟土地基，土層比較復雜，各層性質(zhì)不同，其路堤極限高度，需要用圓弧法計算確定。地基強度指標采用快剪法測定。在施工條件允許時，也可根據(jù)工地填筑試驗確定。 有硬殼層的軟土地基的路堤極限高度：當硬殼層厚度大于1.5m

4、時，可考慮其應力擴散、提高承載力、減少地基沉降的效應。此時路堤的極限高度可按下式估算：,H硬殼層厚度,4、軟土地基上路堤的沉降計算 沉降計算的目的： （1）估算路堤施工期間和期后，由于地基沉降而增加的土方量。 （2）推算沉降量與時間的關系，作為加固地基應采取措施的依據(jù)，以控制鋪筑路基面后的剩余沉降量要求。 4.1 最終沉降量計算 含義：路堤基底的最終沉降量S是指地基從荷載應力作用起到沉降完全終止的總沉降量。包括形變沉降（瞬時沉降） Sd 、固結(jié)沉降Sc和次固結(jié)沉降Ss ?？捎孟率接嬎悖?S Sd Sc Ss,（1）形變沉降量的計算 含義：形變沉降是軟土地基承受荷載后立即產(chǎn)生的變形，是又側(cè)向變形

5、引起，數(shù)值一般不大。沉降計算可按彈性力學的有關公式計算，也可根據(jù)實測沉降與時間關系曲線進行估計。 經(jīng)驗公式：,（2）固結(jié)沉降計算 含義：是由主固結(jié)產(chǎn)生的沉降，是沉降的主要部分。常按分層總和法計算。,（3）次固結(jié)沉降 含義：是土骨架在持續(xù)荷載作用下發(fā)生蠕變而引起的沉降，大多數(shù)后期發(fā)生，其大小與土的性質(zhì)有關，泥炭和有機質(zhì)土或高塑性黏土，次固結(jié)沉降占很可觀的部分，其他的土則占的比例不大。 工程統(tǒng)計的經(jīng)驗公式： S m Sc,4.2 施工期間增加土方量計算和路基面加寬 考慮到路堤施工過程中，一邊填土，地基同時發(fā)生固結(jié)沉降。因此，實際土方必須大于設計土方量。根據(jù)現(xiàn)場觀測，地基 表面的沉降曲線形狀，可近似

6、按拋物線考慮，因此，每延米路堤在施工期間因基底沉降而增加的填土數(shù)量為V：,路基面加寬：,S地基在施工期內(nèi)的沉降。 L路堤基底寬度。 S地基最終沉降量 m道床邊坡坡率,5 軟土地基加固技術 可以分為三類：改變路堤的結(jié)構形式、人工地基、排水固結(jié),（一）處理目的 軟土地基有害的處理方法，按處理目的可分為沉降處理與穩(wěn)定處理兩大類。沉降處理：加速固結(jié)沉降：加速地基沉降，減小剩余沉降量；減小總沉降量：減小地基的沉降； 穩(wěn)定處理：控制剪切變形：制止周圍地基因路堤荷載作用發(fā)生隆起或流動；阻止強度降低：阻止因路堤荷載作用而強度降低，以求得穩(wěn)定；促進強度增長：加速地基強度得增長，以求得穩(wěn)定； 增加抗滑阻力：改變路

7、堤的形狀或換填部分地基，增加抗滑阻力，以求得穩(wěn)定,（二） 處理方法選擇程序：選擇處理方法時，首先必須充分研究進行處理的理由、目的，然后考慮地基的性狀、道路的標準、施工條件、對周圍環(huán)境的影響等各種條件，選擇最符合目的要求，而且最經(jīng)濟的方法。其具體程序如圖所示。,處理方法的效果,是否處理,確定處理目的,原地基的討論,應考慮的條件 地基條件 施工條件 對周圍環(huán)境的影響 線路等級,初步選擇,經(jīng)濟分析,確定處理方法,5.1 改變路堤結(jié)構形式 （1）反壓護道 （2）鋪設土工合成材料,反壓護道：在路堤兩側(cè)填筑一定寬度和高度的護道，使路堤下的淤泥或泥炭向兩側(cè)隆起的趨勢得到 平衡，從而保證路堤的穩(wěn)定性。 采用反

8、壓護道加固地基，不需特殊的機具設備和材料，施工簡易，但占地多，用上量大，后 期沉降大，養(yǎng)護工作量大。 (一)適用范圍: 1.非耕作區(qū)和取土不困難的地區(qū);2.路堤高度不大于5/32倍極限高度; 3.主要用于處理軟土，對泥沼有時也可以采用。 (二)設計與施工要點 1.反壓護道悶般采用單極形式，因為多極式護道增加穩(wěn)定力矩較小，作用不大。,2.反壓護道高度，一般為路堤高度的1/21/3。為保證護道本身穩(wěn)定，其高度不得超過天 然地基所容許的極限高度。 3.反壓護道寬度，一般采用圓弧穩(wěn)定分析法通過穩(wěn)定性驗算決定。在驗算中，軟土或泥沼 地基的強度指標采用快剪法測定，或用無側(cè)限抗壓強度之半或用十字板現(xiàn)場剪力試

9、驗所測得 的強度。 4.兩側(cè)反壓護道應與路堤同時填筑。 5.當軟土層或泥沼土層較薄，且其下臥硬層具有明顯的橫向坡度時，應采用兩側(cè)不同寬的反壓護道，橫坡下方的護道應較橫坡上方的護道寬一些。,反壓護道加砂墊層 1反壓護道；2砂墊層；3干砌片石。,斷面圖,土工合成材料原理：土工合成材料鋪設于路堤底層后，由于其具有較高的強度和韌性地表，能使上部填土荷載較均衡地分布到地層中，并能抵抗土坡滑動，阻止沖切破壞面的產(chǎn)生，提高地基的承載力，增強路堤的穩(wěn)定性。 除驗算滑動圓弧穿過土工織物的穩(wěn)定性外，還應驗算滑動圓弧在土工織物鋪設范圍以外產(chǎn)生滑動的可能性。兩種驗算都滿足要求時，路堤才被認為是穩(wěn)定的。,5.2 人工地

10、基 （1）換土：包括直接換填、拋石擠淤、爆破擠淤 （2）擠密砂樁 （3）碎石樁：置換 （4）生石灰 樁 （5）其他方法：粉體噴射法、旋噴樁法、深層攪拌法,開挖換填：全部或部分挖除軟土或泥炭類土，換填以砂、礫、卵石、片石等滲水性材料或強度較高的粘性土。對軟土或泥巖層厚度小于3m的情況，一般可采取全部挖除換填的方法;對厚度大于3m的情況，通常只采取部分挖除換填的方法。全部挖除換填從根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最為徹底的措。路線通過軟弱土層位于地表、厚度很薄(小于3m)且呈局部分布的軟土或泥沼地段，常宜采用全部挖除換填法處理地基。,拋石擠淤： 在路基底部拋投一定數(shù)量的片石，將淤泥擠出基底

11、范圍，以提高地基的強度，這種方法施工簡單、迅速、方便。 (一)適用范圍 1.適用于常年積水的洼地，排水困難，泥炭呈流動狀態(tài)，厚度較薄，表層無硬殼，.片石能沉 達底部的泥沼或厚度為34m的軟土。 2.石料豐富，運距較近。 (二)設計及施工要點 拋投的片石大小，隨泥炭或淤泥的稠度而定，對于容易流動的泥炭或淤 泥，片石可稍小些，但一般不宜小于30cm。拋投的順序，應先從路堤中部開始，中部向前突進后再漸次向兩側(cè)擴展，以使淤泥向兩旁擠出。當軟土或泥沼底面有較大的橫坡時，拋石應從高的一側(cè)向低的一側(cè)擴展，并在低的一側(cè)多拋填一些。 片石拋出水面后，宜用重型路碾或載重汽車反復碾壓，以使填石壓密，然后在其上鋪設反

12、濾層，再行填土。,拋填片石典型斷面,爆破排淤就是將炸藥放在軟土或泥沼中爆炸，利用爆炸時的張力作用，把淤泥或泥炭揚棄，然后回填以強度較高的滲水性土。 爆破排淤是換土的一種施工方法，較一般方法換填深度大，工效較高，軟土、泥沼均可采用。 (一)適用范圍 當淤泥(或泥炭)層較厚，稠度大，路堤較高和施工期緊迫時，可采用爆破排淤法換土。 (二)設計及施工要點 爆破排淤法可根據(jù)爆破與填土的相對關系分為兩種。一是先在原地面上填筑低于極限高度的路堤，再在基底下爆破。這種方法適用于稠度較大的軟土或泥沼，先填的路堤隨爆隨沉，避免了回淤。但先填后爆要嚴格控制炸藥，使既能炸開淤泥或泥炭，又不致?lián)P棄已填路堤，要做到這一點

13、是較困難的。另一種是先爆后填，適用于稠度較小、回淤較慢的軟土。采用這種方法時，應事先準備好充足的回填材料，于爆破后立即回填，做到隨爆隨填，填滿再爆，爆后即填，以免回淤，造成浪費。,石灰樁法：用生石灰在軟土地基內(nèi)形成樁柱，通過生石灰的消解和水化物的生成，以降低土中含水 量，提高地基強度，減小沉降量 除單獨使用生石灰外，也可采用和砂并用的石灰砂樁。 (一)適用范圍 該方法的優(yōu)點是不需要上置荷載，能在較短時間內(nèi)發(fā)揮作用。 適用于含砂量低、沒有滯水砂層的軟土地基。 (二)設計要點 1.原理： 生石灰在消解時，從軟土中吸收體積比為1.08倍的水，體積膨脹為1.99倍體積比。不僅 生石灰消解吸水，消解的石

14、灰仍可吸收土中的孔隙水，直至達到平衡狀態(tài)， 消石灰與粘土礦物反應生成水化物，可促進稠度的改善。 2.設計 一樁徑一般為0.30.5m，最大深度為30m左右，間距常用0.751.5m。,攪拌樁法 攪拌樁亦稱噴粉樁、粉體深層攪拌法，是石灰樁的發(fā)展。該法在鉆進時利用壓縮空氣噴射生石灰或水泥干粉，與軟土強制攪拌，使粉料與軟土產(chǎn)生物理、化學作用，以達到提高地基承載力，減少沉降的目的。 水泥適用于含砂量較大的軟土，石灰適用于含沙量較低的軟土。采用石灰時，摻.入比以12%15%為佳。 樁徑0.5m。樁長，國內(nèi)目前最大為12m，一般為9m.,側(cè)向約束法： 路堤兩側(cè)坡腳附近打入木樁、鋼筋混凝土樁或者設置片石齒墻

15、等，可限制基底軟土的擠 動，從而保持基底的穩(wěn)定。如圖所示。 地基在施行側(cè)向約束后，路堤的填筑速度可不加控制，且較反壓護道節(jié)省土方，少占耕地， 但須耗費一定數(shù)量的三材，成本較高。 此法適用于軟土層較薄、底部有堅硬土層和施工期緊迫的情況，下臥層面具橫向坡度時尤 其適合。,坡腳側(cè)向約束示意,5.3 排水固結(jié) （1）排水砂井 （2）袋裝砂井 （3）塑料排水板 （4）排水砂墊層 （5）其他：堆載預壓、降水法、真空法、強夯法、電滲法等。,砂井排水法： 在軟土地基中，鉆成一定直徑的孔眼，灌以粗砂或中砂，利用上部荷載作用，加速軟土的排水固結(jié)，這種方法稱為砂井排水法。 砂井頂部要用砂溝或砂墊層連通，構成排水系統(tǒng)

16、，在路堤荷載的作用下加速排水固結(jié)，從而提高強度，保證路堤的穩(wěn)定性。 (一)適用范圍 當軟土層較厚、路堤較高時，常采用砂井排水法，加速固結(jié)沉降。特別是當天然土層的水平排水性能較垂直向為大，或軟土層中有薄層粉細砂夾層時，采用砂井的效果更好。 一般軟土均適合采用砂井排水法。.但次固結(jié)占很大比例的土類，如泥炭類土、有機質(zhì)粘土和高塑性粘土等，則不宜采用。 (二)設計及施工要點 砂井地基的設計，首先應考慮砂井的直徑、間距、布置形式和固結(jié)速率之間的關系。通常砂井直徑、間距和長度的選擇，應滿足在預壓過程中，在不太長的時間內(nèi)，地基能達一80%以上的固結(jié)度。,砂井布置圖,袋裝砂井是事先把砂裝入長條形透水性好的編織

17、袋內(nèi)，然后用專門的機具設備，打入軟土地基內(nèi)，代替普通大直徑砂井。袋裝砂井既具有大直徑砂井的作用，又可以保證砂井的連續(xù)性，避免縮頸的現(xiàn)象。此外，由于袋裝砂井的直徑小，材料消耗小，工程造價低，施工速度快，設備輕型，更適應在軟弱地基上施工。 (一)適用范圍 與普通砂井相同。特別是當?shù)鼗了轿灰戚^大時，袋裝砂井更具有優(yōu)越性。 (二)設計及施工要點- 1.設計理論 理論分析與普通砂井相同。 2.袋裝砂井直徑 袋裝砂井直徑是根據(jù)所承擔的排水量和施工工藝要求決定，一般采用7一12cm的直徑，井距1一Zm，相當于井徑比15一30。,3.砂袋材料的選擇 袋裝砂井的編織袋應具有良好的透水性，袋內(nèi)砂料不易漏失，袋

18、子材料應有足夠的抗拉強度，能承受袋內(nèi)砂的自重以及彎曲時所產(chǎn)生的拉力;要有一定的抗老化性能和耐腐蝕性;要便于加工，價格低廉。一般采用合成纖維、黃麻、塑料等材料編織物.，目前我國多采用聚丙烯編織物 4.袋裝砂井施工 砂井定位要準確，垂直度要好。 砂料含泥量一般要求小于3%。 袋中的砂宜用風干砂，不宜用潮濕砂，以免袋內(nèi)砂干燥后，體積減小，造成袋內(nèi)砂柱縮短、準與排水墊層不搭接等質(zhì)量事故。 采用聚丙烯編織袋，施工時應避免太陽光長時間暴曬。 在整個施工過程中，避免砂袋被掛破漏砂。 確保袋裝砂井與排水墊層之間的連接。,塑料板排水法是在紙板排水法基礎上發(fā)展而來的。它的特點是，單孔過水斷面大，排水暢通、質(zhì)量輕、

19、強度高，耐久性好。 塑料排水板由芯板和濾膜組成。芯板由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成兩面有間隔溝槽的板條，土層中孔隙水通過濾膜滲入到溝槽內(nèi)，并沿著溝槽豎向排入地面的砂墊層內(nèi)，塑料排水板的結(jié)構，如圖所示。 濾膜一般采用耐腐蝕的滌綸襯布，滌綸布不低于60號，含膠量不小于35%。 (一)適用范圍: 與砂井的適用范圍相同。 (二)設計要點 設計理論： 塑料排水板的作用原理和設計方法與砂井排水法相同，設計時把塑料板換算成相當直徑砂井。,砂墊層在軟土層頂面鋪設排水砂層，以增加排水面，使軟土地基在填土荷載的作用下加速排水固結(jié)，提高其強度，滿足穩(wěn)定性的需要。這種砂層對于基底應力的分布和沉降量的大小無顯著的影響，但

20、可加速沉降的發(fā)展，縮短固結(jié)的過程。 砂墊層施工簡單，不需特殊機具設備，占地較少，但需砂料，且填土時間較長，施工中需嚴格控制填土速度。 (一)適用范圍 1.路堤高度小于兩倍極限高度，軟土表面無透水性低的硬殼; 2.軟土層不很厚，或雖稍厚，但具有雙面排水條件; 3.當?shù)赜猩?，運距不太遠; 4.施工期限不甚緊迫。 (二)設計及施工要點 1、砂墊層的厚度一般為0.6一1.Om,視路堤高度、軟土層的厚度及壓縮性而定。,2.采用砂墊層時，路堤填筑的速度應合理安排，使加荷的速率與地基承載力增加(即排水固結(jié))的速率相適應，以保證地基在路堤填筑過程中不發(fā)生破壞。通?？衫寐裨O在路堤中線的地面沉降板以及布置在路堤坡腳外的位移邊樁進行施工.觀測，隨時掌握地基在路堤填筑過程中的變形情況和發(fā)展趨勢，借以判斷地基是否穩(wěn)定，控制填土的速度。根據(jù)經(jīng)驗，在一般情況下水平位移量控制在每天不超過1.0cm，垂直位移量每天不超過1.5cm時，地基便可保持穩(wěn)定。 3.砂墊層材料宜采用中砂及粗砂，不許摻有細砂及粉砂，含泥量不得過多。,路堤荷載壓重法是以路堤荷載增加作用于地基上的