高速公路軟土地基處理設計研究[實操分享]

1、高速公路軟土地基處理設計研究1 機理各種天然地基土壤都由三相體結構比例關系決定其強度和變形特征的。季節(jié)性凍土因負溫度的影響，下層水分向上集聚，形成冰晶。融化時，上層土壤含水量大增，單位體積內上顆粒所占比例相對減少，土壤強度大大下降。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，地基強度嚴重衰減，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，使得土壤三相體結構比例發(fā)生變化，造成土體強度變化。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）改善土壤三相體結構比例關系，使得經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。土壤壓實，土壤置換（靜力），強夯（動力置換），堆載預壓，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，井點降水，真空降水等）都是為了調整土壤三相體的比例關系，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、的結構強度和變形特征。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。因為這種處理方案沒有改善或固化地基土三相體結構。設計中，總沉降值和工后沉降值要計算，但不能過分拘泥于計算?？偝两涤嬎阒凳遣豢煽康摹，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是一經驗系數(shù)，與地基條件，荷載強度，加荷速率因素有關，其范圍值為1.11.7。應根據(jù)現(xiàn)場沉降觀測資料確定?！辈煌脑O計者有各自的理念，可以作為設計階段“

4、根據(jù)”的現(xiàn)場觀測資料還未產生。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。主固結沉降以實驗室得出的ep曲線為根據(jù)進行計算。ep曲線的實驗條件（天然狀態(tài)的應力釋放，室內固結試驗的排水條件，加載速率，土樣側向變形限制條件）給我們啟示，ep曲線只能分類區(qū)別各種土樣壓縮固結之差異，不可能真實地描述軟土地基的主固結沉降特征。 現(xiàn)舉一例來說明主固結沉降計算值的不可靠性。 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散值聯(lián)合作用），土層厚度350cm。 根據(jù)規(guī)范提供的計算辦法，有：主固結沉降值： 總壓縮量： 事實上，e。0.70的土壤孔隙率為4

5、12，干容重15.9kNm，大體上具有壓實系數(shù)0.88。要求地基土具有0.88的壓實度顯然是過分的。 e1=0.65相當于壓實系數(shù)0.91，也是不可能的。另外，以附加應力擴散值對土壤自重應力之比等于或小于0.10.15匕來決定固結沉降的計算深度，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度等辦法來計算工后沉降值，但其可靠性與否當然是不言而喻的。（3）路基填土是分層進行的。同“一次堆填”的計算模式，相去甚遠。（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。綜觀以上各點，總沉降值和工后沉降值可以計算，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、主固結沉降計算中的問題3.1減載和超載用粉煤灰填筑路堤和用填土超載預壓，對其效果宜作具體計算分析。表1中列出粉煤灰夾填和超載填土的主固結沉降對比。計算中粉煤灰填筑路堤采取路堤最大范圍內用粉煤灰來替換土（路槽頂面填上高度2*0.30m）。超載預壓高度為路面標高以上1.50m。從表1中可以看到，粉煤灰最大范圍內夾填，使得設計高為 5.747.39m內路堤主固結沉降減小 7.610.4cm，對工后沉降的影響更小。超載填土 1.50m使得路堤主固結沉降增大15.317.2cm。可以較多地抵減工后沉降。應該認為超載預壓是個好辦法，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關于壓縮模量有些計算文件將規(guī)范建議的用壓縮模量計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隨而變化的壓縮模量。兩種方法的計算結果有較大的差異。現(xiàn)就表1中斷面1進行比較計算，得出結果如下：按割線計算，主固結沉降為29.5cm；按 ep曲線所得壓縮模量計算為357cm。兩者差值為6.2cm。用割線模量算出的結果比用曲線算出的結果小門17.44。3石主固結沉降計算的終結條件 主固結沉降計算的終結條件是按還是以天然地基的壓實系數(shù)為宜，表2以表1為基礎，列出了3個計算結果。4 關于地下水位和地表積水 一般的設計文件都能以調查研究為基礎，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，對于指導設計有重要的作用，盡管還不能量化。這種演變規(guī)律對于指導施工也是十分重要的。設計文件中應強調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。如果設計中在天然地基表面布置了砂礫墊層，縱橫向盲溝，則應授權監(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，調整墊層厚度（可以加大，也有可能取消），調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)定鑒別軟土的標準是：天然含水量大于等于35或液限；天然孔隙比大于等于1.0;十字板抗剪強度小于35kPa。泥炭，腐殖質土，有機質土（

9、淤泥和淤泥質土）都屬于軟土范疇。規(guī)范規(guī)定的三項指標都是軟土的下界。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1.0，十宇板抗剪強度大于 35kPa的地基土屬于什么呢？統(tǒng)統(tǒng)把它當作非軟土對待是不適當?shù)?。有的設計單位提出將其稱為軟粘土，也應該連同軟土一并分析研究。這是一項很好的延續(xù)補充。但，沒能指出軟粘土的下限是什么標準？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。應該連同軟土一并分析研究和處理。規(guī)定過濕土下限標準是根據(jù)現(xiàn)場調查和地基土壓實系數(shù)不小于085為條件的。凡以土壤壓實系數(shù)）

10、大于085的地基土壤作為路基的基礎，應該認為是“堅實”的，即非軟土。因為從路槽頂面起算深度超過l.5的路基土壓實系數(shù)K只有0.90。由下表可以看出各種不同壓實系數(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|剖面，處理方法應該是不相同的。(1)非軟土地質剖面：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硬、硬塑狀態(tài)。對這樣的地基不必進行沉降計算，也不必進行地基處理。（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。常為高液限粘土處于軟塑狀態(tài)。對這樣的地層應視其厚度決定計算或不計算沉降，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）：含水量大于 28，孔隙比大于 0.75o高液限粘土、淤泥或淤泥質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，應采取排水措施，結合堆載疏干，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。用輕質材料代替路基填土，雖然減輕了地基負荷，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，經地層擴散作用，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 軟土地基處理重點在中上層上層地基土要承受較大的附加荷載擴散值，是軟土地基沉降的主要貢獻者，是承托路基、減少沉降的關鍵所在。因此，軟上地基處理的重點在中上層。新強夯法不失為一種好辦法，改善了中上層土壤的三相體結構比例，強度提高，變形能力下降，路基被強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，也不能產生承托路基的抗力。8 要求過長的堆載預壓期是對業(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?？偣て谥挥?3年的項目極多見。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，施工也是無法實現(xiàn)的。遇有這種情況，應另提處理方法。9 在規(guī)定的總工期內盡量延長橋頭堆載預壓時間在規(guī)定的總工期內盡量延長