高速公路软基工程问题分析及处理【电信工程毕业说明书论文开题报告外文翻译】.zip
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电信工程毕业说明书论文开题报告外文翻译
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目 录摘 要IIAbstractIII1 绪 论11.1 研究背景11.2国内外研究现状11.2.1垫层与浅层处理11.2.2排水加固结合21.2.3振动脉冲碎石桩法31.3研究内容42 高速公路软土地基问题分析52.1 基本概念52.2 破坏后果52.3 破坏机理63 高速公路软基处理方法研究73.1概述73.2 复合地基71.2.3复合地基的概念71.2.3复合地基的作用73.3 联合地基处理方法84工程案例94.1工程概况94.2主要岩土工程问题94.3试验工程设计与施工114.4地基处理检测124.1.1碎石桩区检测成果及成果分析124.1.2 插塑板区施工后固结速率144.1.3 粉喷桩区检测成果及成果分析144.2地表沉降分析164.3分层沉降分析164.4水平位移分析174.4.1地表水平位移174.4.2分层水平位移184.6加固效果检验185 结 论21参考文献22IV高速公路软基工程问题分析及处理摘 要 软土地区在我国分布广泛，部分高速公路由于条件限制需修筑在软土地基上，而软土地基由于其含水量大、压缩性高、承载能力低，导致公路工程建设存在大量地基变形问题。鉴于此，需对软土地基进行处理，以满足公路建设需要。本文对高速公路软土地基的基本概念、破坏机理及存在的安全问题进行了分析。同时对复合地基和联合地基处理方法进行了论述。并通过对江苏省高速公路某工程试验段软土地基的方案设计、沉降分析等，对高速公路软基处理方法进行了研究。其结果为软基处理进一步的理论研究和实践应用提供了客观依据。关键词：地基处理、复合地基、沉降破坏Highway soft foundation engineering problem analysis and processingAbstractSoft soil area are widely distributed in our country, part of the highway to be built on soft soil foundation as a result of conditional limitation, and soft soil foundation due to its large water content, high compressibility, low bearing capacity, a large number of foundation deformation problems in highway engineering construction. In view of this, need to deal with soft soil foundation, to meet the needs of the highway construction.In this paper, the basic concept of expressway soft soil ground, failure mechanism and security problems are analyzed. At the same time combined composite foundation and ground treatment method are discussed. And through the test section of soft soil foundation in one project in jiangsu province highway project design, sedimentation analysis, etc., of highway soft foundation treatment method were studied. The result for further theoretical research and practical application of soft foundation processing provides an objective basis.Keywords：Foundation treatment、Composite foundation、valve pit subsidence1 绪 论 1.1 研究背景随着我国经济的高速发展，高速公路与日俱增，随之而来是对地基的要求也越来越高。我国幅员辽阔，地质情况复杂多变，其中软土在我国分布广泛，给公路工程建设带来较大的影响和隐患，成为公路工程关键问题之一。在软土地区修建公路，高路堤存在稳定性差和过大的变形沉降，而矮路堤在较大的交通荷载作用下，常使道路沉降变形，严重影响道路的质量和使用，由此造成的经济损失是巨大的。因此，软土地基上修建公路，特别是高等级公路，路基的处理和路基工程的施工，不但在勘查、设计、施工阶段，而且在养护期间，都要比一般路基工程地段难度更大，考虑的因素更全面、更慎重。在公路建设工程中，对软土地基的处理问题已经成为影响工程造价和道路使用质量的突出矛盾之一。解决问题的关键在于正确认识软土地基的性质与危害性。鉴于已有研究成果和资料，结合工程实际，合理选择一种或几种组合的处理方法，使处理后的地基满足工程建设的需要意义重大。1.2国内外研究现状随着高效快速的公路的发展，对于软土地基的研究方法逐渐增多。国内研究的主要方法如下：1.2.1垫层与浅层处理垫层是指地面上设置的砂垫层、砂砾垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、矿渣垫层以及其他性能稳定、无侵蚀性材料垫层。浅层处理就是把基底下一定浅层范围内的软弱土基全部或部分挖除，用砂、碎石等强度高、性能好的粒状材料回填。 刘福生认为砂石垫层多用于中、小型建筑工程的滨、塘沟等的局部处理，也常用于较大基坑或较大回填量的较弱地基土。适用于一般饱和与非饱和软弱土、半土半岩地区及水下黄土处理(不宜用于湿陷性黄土地基)。可有条件地用于膨胀土地基，但不宜用于动力基础下及大面积堆载下的软弱地基，也不宜用于地下水流速快、水力坡度大且涌水量大的地基处理。施工方法，一般有平振法、插振法、水撼法、夯实法及碾压法等。且在垫层施工中必须严格控制垫层的质量，质量检验应采用分层检验法在每一步均应有纯砂检验点。张文彬、许忠发等（2012）结合实际工程的特点，对常规的真空预压法进行了改进，他将塑料排水板与透水软管绑扎，透水软管形成水平排水系统，并与抽真空系统直接连接。1.2.2排水加固结合排水加固结合是对原始的没有改变的地基或先在地基中设置竖向排水体，然后利用建筑物自重分级逐渐增加，或是在建筑物建造开始前，在场地先加载预压力，使土体中的孔隙水排出，逐渐结合，地基发生沉降反应，同时强度逐渐增强的办法。张季超,梁铁锚,杨永康 对动力排水固结法处理软土地基的关键技术进行了研究，他们认为该方法具有处理效果好、投资低、工期短的显著特点。王建（2013）也对动力排水固结法进行了研究，其处理方法和张季超大致相同，他认为应根据淤泥厚度、土质和填土情况采用多遍、低能、由小到大逐级增加的方法进行夯击，排水系统满足预计的效果并正常发挥作用是动力排水加固结合法处理软土地基的关键点之一。赵升峰，汪城，苏娟 研究了静动力排水固结法在软土地基中的应用，静动力排水固结法的基本原理是通过设置水平排水体系，并设置竖向排水体系，土层在适量的静力、变化的动力荷载及其持续的后效力的超载作用下，形成孔隙水高压力梯度孔隙水不断排出，孔隙体积减小、有效应力增加，土的抗剪强度不断提高，孔隙比也逐渐 减小，工后沉降大大降低，地基土成为超固结土。并且静动力排水固结法在软土 地基加固处理中效果良好，完全达到了工程的要求;该加固地基的方法不仅弥补了传统软土地基加固法的不足，缩短了工期，降低了工程造价，而且在充分利用天然地基材料的同时也降低了社会资源的浪费和环境污染的程度。余成华，李菊凤认为由于软粘性土透水性很差，其内的孔隙水渗透非常慢，当工程上遇到的软粘土层很厚时，如果仅采用预压法则软粘土固结十分缓慢，地基土强度增长慢，使预压时间延长或者在一定时间内所需的超载过大而难以施工。为提高土体内超静孔隙水压力消散速率，可以在地基内设置袋装砂井作为竖向排水体，以缩短排水距离，加速土层固结。林婵华认为软土地基的排水加固方法中采用何种方法效果如何，淤泥及淤泥质土本身的渗透系数、压缩系数起着决定性的作用。排水固结是由排水系统和加压系统两个主要部分组成，加压系统是动力促使孔隙水排水,使土壤固结。为了保证稳定的地基基础加固过程和地基加固的质量,需要设置一些监控项目。喻志发、闫澍旺 对排水固结法加固软土地基的监测进行了研究，并通过工程实例得出在监测数据超过规范安全标准的情况下，应该根据实际工况进行综合分析，严格监控，仍可以保证施工中的地基的稳定以及地基加固的质量。何振东根据场地情况，对砂垫层铺设方法在地基能承受施工机械运行时，可用机械铺砂，地基软弱不能承受机械碾压时，可用人力车或轻型传递带由外向里铺设，当地基很软施工人员无法上去施工时，可采用铺设荆笆或其他透水性好的编织物的方法，也可根据砂源供应情况采用一次铺设和分层铺设。王镇辉对排水固结法信息化施工进行了研究，并通过实践证明，堆载预压排水固结法处理软土地基简单易行，效果良好，工程中通过结合监测数据对施工进行指导，对提高施工效率、节约施工成本具有重要意义，同时为实际软基处理工程提供一种简单实用的信息化施工方法。经研究发现用塑料排水板超载预压排水固结法结合化合物，迅速巩固厚淤泥层,提高软粘土地基的变形特点，显著提高抗变形的能力基础,使得基础的沉降改变更均匀。1.2.3振动脉冲碎石桩法振动脉冲碎石桩法是指运用一个可以产生水平方向振动的管子状设备，在高压力水流下一边振动一边冲在软弱粘性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎状石等坚硬材料制成一根根桩体，完成之后的桩体和原来的粘性土一起组成复合地基。刘必光结合工程实例对振冲碎石桩施工及管理措施进行探讨，根据地质资料反映的地质情况及岩土的工程性质，其振冲碎石桩施工工序为：清理场地，平整场地标高至桩顶设计标高:布置桩的位置，试桩后，确定施工细节；放线、定位、吊起振冲器，使其竖直、悬空，距地面10- 20cm，并对准桩位，检查水压、电压和振冲器电流的系数是否正常；开孔；清理桩孔；填筑材料，夯实，制孔；重复工作，达到完成目标；关闭所有设备，制桩结束。周光临根据该工程的地质特征认为碎石桩施工噪声较小，无排污，受场地因素影响大，并且工期短、成本低，在施工过程中应注意如下几个问题：一、密实电流；二、管桩留振时间；三、碎石灌入量不足设计量。党永杰结合施工实践，就振冲碎石桩的施工工艺、质量控制要点及施工体会等做简要介绍。其振冲碎石桩的施工工序为：施工前准备测量定好桩的位置架设钻机钻孔清孔填冲振动成桩成形桩检测。他认为这种方法适用于松散的细粉砂、粗中砂、砂砾土石、粘性土壤、黄土土层等地层，在软土地基的处理中占据着不可忽视的作用，还认为施工前有必要对施工地段的地层进行复勘；在施工时，要分顺序施工，至少分二次施工，要隔开跳打；桩体顶部以下1. 0m左右的土层加固要加强；填料不宜过猛过快；应准确、详细记录施工中的相关数据。尹丹丹，宣红认为控制品质要严格控制水的压力、电流大小和振冲器械在固定深度位置的时间；电压一般为380V左右，而且要相对的稳定；在填料的时候，不应该一次加入过多，每次少加一些，但是多一些次数；振冲碎石桩施工完成一个月后可做单桩复合地基荷载的试验。桩体密实度抽查5 %，复合地基承载力抽查5%。 地基处理技术最早在欧洲的一些国家得到了发展，并取得了非常丰富的科研成果以及工程实践经验。Tae-Hyung Kim、Tae-Hoon Kim、Gi-Chun Kang（2013）在他们的文章中研究了利用LWS（lightweight air-mixed soil）这种材料在未经处理的软土层中的应用。A. Arulrajah、M.W. Bo、M. Leong（2013）研究了如何利用塑料排水板来改善软土地基。Mohamed B.D. Elsawy、Kamal M. Hafez Ismail（2013）在他们的文章中论述了软土承载力与时间有关的性质的重要性。Kousik Deb、Anirban Dhar（2010）使用多目标优化技术对碎石桩进行了研究，并提出了优化设计方案，他们认为使用碎石桩可以加快软粘土的固结速度，并在研究中发现想要最大化的减少沉降量取决于碎石桩的固结速度，且弹性模量比和石桩承载的极限应力两个参数是优化设计中非常重要的两个参数。1.3研究内容(1)查阅文献，综述目前国内外高速公路软土地基稳定性分析理论、方法及防治措施。(2)对目前常用地基处理方法进行归纳、分析，确定地基处理方案设计的原则。(3)采用理论分析法和实验分析法对工程案例进行研究，对获取的数据进行合理分析，并得出相关结论。92 高速公路软土地基问题分析2.1 基本概念 软土是指天然含水量高、孔隙比大压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有自然含水量高、自然孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低，固结系数小，固结时间长，灵敏度高，扰动性大，透水性差，土层层状分布复杂，各层之间物理力学性质相差较大等特点。2.2 破坏后果 软土地基的性质因地而异,由于不同层,不可预测性。轻微过失的过程中设计、施工、质量事故发生和常见的事嫑故有:(1)勘察设计不详细或不准确的,应该导致一个位置处理软基处理设计,这种工程嫑的情况下,经常出现嫑这种现象在建设。(2嫑)被称为软土地基,但没有做好在软土地基处理、路堤由不稳定或危及建筑外嫑的线。工程案例:汕头lei大桥引道。造成高Tiantu土地隆起外,房屋被损坏。路基稳定,所以我们必须增加嫑桥的长度,完成后一段时间,仍有锥坡不均匀沉降并做处理,现在重建这座桥。中山县狮子竖井口附近的桥,最初的设计是拱桥,台背填嫑土较高。由于Gao Tiantu推力的影响和严重的基础沉降,使桥台不好,供体损伤,新老公路挤到路边的移动,将成为近10米宽沟填充,厂外的道路和房屋受损,不得不改变桥(原拱桥拆嫑除重建嫑桥),长的桥,减少路堤。(3)虽然软嫑土地基处嫑理,但缺乏措施,不当建设路堤的稳定性。珠海南屏大桥嫑引道,尽管使用分级加嫑载预压砂和软土处理,路堤填土高度7米、南砂井施工完成后,只填满高2.5米(第一级负荷)时发生破坏,北岸在三年级时填充完成的破坏。填写完整的也破坏发生。挖掘分析嫑,原因是地质信息不嫑准确,灌装速度太快,背压后的嫑管道排水河道砂垫和阻塞。最后挖深沟排水,挖沟渠、原嫑始路堤底部有很多水),用沙袋好(原砂井没有袋砂)和土工布修复。(4)堆放不当,不按规嫑定分层充填,嫑充填速度快,碾压,不当造成路堤失嫑稳。新老虎坑,大DongQiao进路嫑,所有的原始设计使用砂和砂垫层加固软土地基,由于投资的限制,大多数拉伸处理取消了。在建设的过程中,嫑有几种路基滑动现象发生,通车后整个道嫑路不均匀沉降是显而易见的。主要原因是不适嫑当的叠加,分层填充,不按规定不是建筑的观察,填补太快,不适当的碾压。其包装使用开放摇滚废渣,一块大石头,甚至没有卸嫑土,合理分层,但挤进厚层具有较强的振动压实,强度很低嫑,灵敏度高的软土地基。强化但最终建设按照规定的部嫑分,尽管后嫑来解决更大,而不是摧毁。干扰“壳层(5)”或填写不当,使“地幔层的破坏,导致路基失稳。在软土地基上经常有一个嫑强度高于软土地层土层,称为“壳层”。“壳层”可以发挥嫑作用的轴承和传播的压力,充分利用“地幔层”是有意义的减少工程投资。一些地区甚至认为,“壳层”的软土地基,宁愿不嫑是软土地基的特殊待遇,充分利嫑用“地幔层”的传播压力、预压措施,保持填路堤的稳定性。但如果调查中,使用的“地幔层”不是做得很好,是嫑不去想。(6)由于回填基础结构和垂嫑直桩侧负摩阻力推动,造成嫑桥台位移和损伤。在软土地基桥台,基金会通过支持桩或摩擦桩,因为台湾回来填土造成更大的软土层,解决在桥台桩基负摩擦力作用产生纵向方向和推动,光在桥台位移或下沉,或损嫑坏桥台码头,威胁这一现象尤其是在轻型桥台。这种现象似乎完成后项目嫑进展和使用造成负面的影响。主要问题是:台湾在桥台填土产生水平位移方向;桥台是第一,后做嫑锥坡和回填;锥坡不够做根据设计图纸,台湾推动轻型桥台坏时充填;由于负摩擦效应,桥台下沉。 2.3 破坏机理由于土体具有分散相，分散介质密度不同，分散相粒子的力场(重力场或离心力场)的作用下定向移动。当道路地基遇到软土时，由于上部荷载的作用，土体颗粒重新排列，孔隙体积在荷载作用下变小，道路的纵向和横向都可能产生不均匀沉降( 或称为差异沉降) 。 路面对不均匀沉降特别敏感, 微小的不均匀沉降就会导致路面的平整度降低, 影响车辆的平稳行驶；当不均匀沉降较大时, 就会导致路面产生开裂破坏。若在飞机跑道出现的话，更可能会酿成飞行事故。对建筑物的影响不均匀下沉引起建筑物的破坏会导致建筑物产生裂缝，影响建筑物的安全使用。而建筑物的地基若产生不平均沉降的现象，小则令建筑物产生倾斜，大则影响到建筑物的结构，最终导致工程事故发生。3 高速公路软基处理方法研究3.1概述软基处理，又叫软土地基处理，是建筑之前地基不够建设强度，为防止建筑后地基沉降造成建筑物破坏等事故，需要对软性地基进行处理，使其地基变得足够承载建筑物,提高软地基的强度以及刚度到设计的要求的过程。对于软土地基产生的沉降问题以及破坏，主要采用复合地基和联合地基的处理方法解决破坏问题。高速公路软基处理的过程是把软土地基夯实，使得高速公路的地基不出出现沉降破坏，不会对高速公路的安全造成任何影响，保证通行的质量和安全。3.2 复合地基3.2.1复合地基的概念复合地基是指纯自然地基在地基处理的过程中土体得到重新的改变，或在天然地基中增加加筋材料，加固区是由原本的地基和增强后的地基两部分组成的人工地基。在荷载作用下，天然体和加固体共同承担荷载的作用。嫑特点：（1）大幅度节省投资与普通桩基和其它类型复合地基相比，可节约造价。（2）强度高处理后的螺杆桩复合地基可用于高层与超高层建筑。（3）工期短、工艺简单平均施工工期比普通钻孔桩桩基础缩短三分之一以上。（4）沉降小据对已完工项目的沉降观测统计：沉降量在525，特别是它有效地解决了不均匀沉降问题。（5）应用范围可应用于高层建筑、多层建筑、机场、大型储罐、堆场、路基、桥梁基础等多种建设工程。（6）适用多种土层适用于需要采用桩基础或需要地基处理的土层3.2.2复合地基的作用 （1）桩体作用 由于复合地基中桩体的刚度较周围土体为大，在刚性基础下等量变形时，地基中应力将按材料模量进行分布。因此，桩体产生应力集中现象，大部分荷载由桩体承担，桩间土上应力相应减小。这样就使得复合地基承载力较原地基有所提高，沉降量有所减少。（2）垫层作用 桩与桩间土复合形成的复合地基或称复合层，由于其性能优于原天然地基，它可起到类似垫层的换土、均匀地基应力和增大应力扩散角等作用。在桩体没有贯穿整个软土层的地基中，垫层作用尤其明显。 各类复合地基都有垫层作用。水平向增强体复合地基和松散材料桩复合地基垫层作用更加明显。（3）加速固结作用除碎石桩、砂桩具有良好的透水特性，可加速地基的固结外，水泥土类和混凝土类桩在某种程度上也可加速地基固结。（4）挤密作用如砂桩、土桩、石灰桩、砂石桩等在施工过程中由于振动、挤压、排土等原因，可使桩间土起到一定的密实作用。另外，石灰桩、粉体喷射搅拌桩中的生石灰、水泥粉具有吸水、放热和膨胀作用，对桩间土也有一定的挤密效果。（5）加筋作用各种复合地基除了可提高地基的承载力和整体刚度外，还可用来提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。目前在国内的深层搅拌桩、粉体喷搅桩和砂桩等已被广泛地用于高速公路等路基或路堤的加固，这都是利用了复合地基中桩体的加筋作用。3.3 联合地基处理方法采用堆载预压法和真空法联合处理的方法对高速公路的软土地基进行处理。堆载预压法：在地基中设置排水通道-砂垫层和竖向排水系统，以缩短土体固结排水距离，在地基表面分级堆土或其他荷载，达到预定标准后再卸载，使地基土压实、沉降、固结。地基在预压荷载作用下排水固结，地基产生变形，地基强度得以提高，卸去预压荷载后再建造建（构）筑物，不仅地基承载力提高，而且施工后沉降小。真空预压法是利用抽真空达到加固软土地基目的的一种地基加固方法，该方法最早由瑞典皇家地质学院W.Kjellman于1952年提出，在美国麻省理工学院召开的加固土体会议上首次发表了“利用大气压力的方法加固粘土”的论文，并提出利用该方法加固地基的初步模型。该论文发表后立即引起了学术界和工程界的关注。此后，国内外不少专家、学者和研究机构对此进行了一系列的理论研究和实践工作，我国50年代末开始从事这方面的研究，主要应用在港口、码头、机场和堆场等工程中，90年代开始，随着公路建设快速发展，真空堆载联合预压法开始应用于高速公路的建设中。真空堆载联合预压方法是在真空预压技术和堆载预压技术基础上联合发展起来的一种路基软基加固技术，真空预压和堆载预压两部分组成。在要加固的软土地基上进行场地平整之后，再在其上铺设厚30cm左右的砂垫层，作为水平向排水体的一部分。然后打设塑料排水板或者袋装砂井作为竖向排水体，再铺设砂垫层20cm，一般砂的粒径不宜过细，含泥量不超过3，在砂垫层中铺设主管和滤管。再将密封膜铺设其上，并将薄膜四周埋入密封沟，用真空泵通过膜下管道在砂垫层抽气，使膜下具有较高真空度，一般要达到80kPa。因为竖向排水体具有较好的渗透性，真空度能够较快的传递到地下各地层，形成负的孔隙水压力，而软土地基中的真空度传递相对困难，孔隙水压力变化较小。因此，在竖向排水体和周围土体之间形成孔隙水压力差，使土体中的水流入竖向排水体，然后经水平排水系统排出，土体发生固结沉降。真空堆载联合预压法是在真空预压基础上，在膜下真空度达到设计要求并稳定12周后，进行堆载预压施工。堆载预压施工前，必须在密封膜上覆盖无纺土工布以及粘土等保护层进行保护，然后分层回填并碾压密实。与单纯的堆载预压相比，加载的速率相对较快，也不存在地基失稳的现象。在堆载结束之后，进入联合预压阶段，直到地基沉降等达到设计要求，然后停止抽真空，结束真空堆载联合预压。4工程案例4.1工程概况 本工程是江苏省宁连高速某实验段，场地地貌属长江三角洲冲积平原，原始地面标高2.40米左右，原为农田，勘察时局部已整平。按照实验方案首先进行工程地质勘察，主要勘察目的为：（1） 查明试验区范围内软土的成因、分布、埋藏情况及软土的物理力学性质。（2） 提供计算地基变形的有关参数、预测地基沉降。（3） 提供地基处理技术参数。根据钻探、静力触探揭露，场地地基土自上而下为：层，素填土（Qml）：灰黄灰黑色，由亚粘土组成，含零星碎石，结构松散，层厚0.81.20米。1层，粘土（Q4al）：灰黄灰色，含氧化铁及有机质，软塑可塑状态。层厚1.302.20米。2层，淤泥质粘土（Q4al）：灰色，含有机质及少量腐植质，流塑状态，高压缩性，层厚9.8015.0米。层，亚粘土（Q3al）：灰绿色，含氧化铁，铁锰质，硬塑状态，中等偏低压缩性，该层未钻穿。表4.1 试验场地天然地基主要物理力学指标 土层埋深(m)层厚(m)W(%)(kN/m3)eIPILCk(kPa)k()Cu(kPa)StCVCHEs(MPa)fak(kPa)a10-3cm2/s1层0.001233.118.50.98919.00.38374.931.82.74.0902层12101554.116.71.51518.81.55182.418.82.80.3480.5971.855层19.90.72616.10.155219.078.41.48.5220试验区浅埋地下水为孔隙潜水，与地表水系存在水力联系，地下水位埋深在地表下1.00米左右。室内渗透系数试验结果，场地内巨厚层淤泥质粘土2层其渗透系数在2.710-7，属微透水层。4.2主要岩土工程问题本场地分布的软土厚度大，它具有含水量高、压缩性高、孔隙比大、抗剪强度低、渗透性小、易触变、强度低、变形大等特点。因此地基的稳定性及地基变形是该路段工程设计初期需要重点解决的问题。（1）地基承载力由勘察结果表明路基承载力：1层容许承载力o=90KPa，2层o=55KPa，远小于设计承载力。（2）路基沉降估算路基总沉降 （4-1）式中 主固结沉降；沉降系数取1.4。 （4-2）式中 地基中各分层中点的附加应力增量；地基中第i层的压缩模量；地基沉降计算分层层数；地基沉降计算分层第i层计算分层厚度；2层厚度最大的钻孔YX1其沉降量计算结果见表4.2：表4.2 YX1钻孔沉降量计算表层号122深度(m)0.801.3010.0016.3020.00层厚（m）0.800.508.706.303.70压缩模量（MPa）4.01.81.88.5变形量(mm)1152929347经计算，20米深度主固结变形量880mm，沉降系数m=1.4，最终变形量1232mm。（3）固结特性由表4.3沉降计算结果表明，20米深度内主固结变形量为880mm，而2层淤泥质粘土变形量为822mm，占总变形量的93%，故可认为本场地的地基沉降主要为2层固结沉降。计算不同时期的固结度，深度至2层层底，即16.30m，单面排水，固结系数采用2层试验结果：固结时间因子 （4-3）式中 固结时间（秒）；为土层竖向排水距离，取16.30米；土层竖向固结系数，10米以上为0.68710-3cm2/s，10米以下为0.34810-3cm2/s。固结度 （4-4） 式中 固结度； 固结时间因子。由表4.2参数计算的固结度见表4.3。表4.3 固结度计算结果表 固结时间1年2年5年10年20年50年80年固结度（%）0.2050.2200.2680.3350.4580.7030.838勘察结果表明，场地沿线淤泥质软粘土分布厚度大，埋藏浅，其天然地基容许承载力只有55KPa，沉降总量估算大于1.2米，无竖向排水通道时固结时间需几十年，无法满足高速公路对地基强度及变形的要求，路基软土需进行地基处理。为探求该地段软土地基的加固方法，设计提出“碎石桩+等载预压”、“插塑板+等载预压”、“粉喷桩+等载预压”等3种综合处治方案。为验证这三种软土地基加固方案对苏嘉杭高速公路的适宜性、探索多种软土地基处理施工工艺，确定对三种地基处理方案进行先导试验，通过试验结果优化设计，对工程施工提出指导意见。4.3试验工程设计与施工碎石桩法处理软土地基，其作用一般有两个方面，一是碎石桩桩体对地基具有置换作用，由于桩体的作用，其桩土复合地基承载力有一定的提高，其沉降也会适当降低。二是具有地下竖向排水作用，缩短排水途径，提高地基排水固结速率。本次试验碎石桩场地为K81+043K81+088主线段，碎石桩桩长16.5m，均穿透了软粘土层，梅花型布置，桩间距：K81+043K81+063段为1.50m，K81+063K81+088段为1.30m，桩径0.40m，碎石桩桩身质量以密实电流70-100A控制，共施工1115根。塑料排水板法加固地基原理为：在软土地基中插入塑料排水板在土中形成竖向排水通道，以加快等载预压过程中软土地基的排水固结速率。本次试验插塑板为K81+192K81+244主线段，塑料排水板长15m，均穿透了软粘土层，间距1.30m，梅花型布桩，共施工1592根。粉喷桩法加固地基原理：主要是粉喷桩体对软土地基起置换作用，由于桩体强度较高，其复合地基强度较天然地基有了较大的提高，且减少了地基总沉降量。本次试验粉喷桩为K81+140K81+192主体段，粉喷桩桩长15m，均穿透了软粘土层，桩间距K81+140K81+172段为1.30m，K81+172K81+192段为1.50m，梅花型布桩，桩径均为0.50m，共施工1331根。4.4地基处理检测施工后检测包括碎石桩试验场地施工后检测、粉喷桩试验场地施工后检测，两区检测均在施工结束后一个月左右。检测内容包括：碎石桩、粉喷桩桩身强度检测，碎石桩桩间土物理力学指标检测及碎石桩、粉喷桩复合地基强度与变形检测。4.1.1碎石桩区检测成果及成果分析桩身强度检测：碎石桩桩身重型动力触探试验，每10cm锤击数普遍在1-5击之间，局部（主要在12m以下）在5-7击之间，其密实度属松散。主要原因是2层土体强度低其不排水抗剪强度仅为18.8kpa，不能给碎石桩成桩以及提高桩身密实度提供应有的桩间土约束力。桩间土检测其物理力学性检测统计结果见表4.4。由表4.4中检测前后物理力学性质指标统计结果可以看出，经碎石桩施工后，碎石桩间土其物理指标（含水量、孔隙比、重度）较碎石桩施工前有了一定改观，而力学指标（压缩指标、抗剪强度）与处理前相比甚至有所降低。造成上述情况的原因是桩间土抗剪强度低，渗透系数小，透水性差。表4.4 地基土计算指标综合表（碎石桩区二阶段)阶段土层代号土层名称W(%)(kN/m3)eIPILa1-2(MPa-1)直接快剪固结快剪Ck(kPa)k(度)C(kPa)(度)一1粘土33.118.50.98919.00.380.44374.9三1粘土30.219.30.84218.90.350.38243.0一2淤泥质粘土54.116.71.51518.81.551.58192.414.16.8三2淤泥质粘土48.317.11.38818.81.291.156.85.113.76.5一亚粘土24.819.90.72616.10.180.225219.0三亚粘土22.620.10.66616.00.150.187515.1本区复合地基检测主要进行了二组单桩复合地基静载荷试验(碎石桩区二阶段）。（1）复合地基承载力：去学会公式计算二组载荷试验结果：承载力基本值分别为85kPa、95kPa。根据载荷试验试验结果结合桩身强度及桩间土强度检测结果，其复合地基容许承载力为85kPa。（2）复合地基沉降计算参数：根据载荷试验结合桩土应力比计算结果复合地基压缩模量标准值为Es=2.2MPa。要知道定义（3）复合地基沉降估算 （4-5）式中 复合地基沉降；桩间土的应力折减系数0.769；天然地基沉降；=676(mm)。（4）复合地基固结速率估算：经碎石桩处理后的复合地基，一方面提高了路基强度，降低了路基的总变形量，另一方面碎石桩在地基土中形成了竖向排水通道，加快了软基排水固结速率。 竖直向地基平均固结度计算 (4-6) (4-7)式中 竖直向平均固结度,按4级加荷考虑；竖直向固结系数，取2层固结系数=0.38210-3cm2/s；孔隙水最大渗径，按2层软土厚度16m进行计算；瞬时加荷固结过程历时。当时间t为12个月时，=0.19。 水平向地基平均固结度计算 (4-8) (4-9) (4-10)式中 水平向平均固结度；水平向固结系数，取2层固结系数为0.41310-3cm2/s；=1.05d，d为碎石桩间距，取1.50m；井径比，即排水体的有效排水直径与排水体直径比，由公式2-11确定 (4-11)式中 =D/4 ， D碎石桩桩体直径，按0.40m考虑。当时间t为12个月时，=0.52；=2.01； =0.87。 地基的总平均固结度计算（） (4-12)=0.8950.900当时间t为1年时，根据公式2-62-12计算，=0.83。根据检测成果说明碎石桩法加固软粘土地基主要为桩体置换作用，桩间土的影响较小，由于桩体作用复合地基承载力由天然地基的o=55KPa提高至80KPa，通过沉降估算其变形减少了30%左右。除上述作用外，同时碎石桩体具有地下竖向排水体作用，为此大大缩短了排水途径，提高了排水固结速率，一年的时间固结度达到90%。4.1.2 插塑板区施工后固结速率插塑板施工的目的主要是在软基中形成竖向排水通道，缩短了排水途径，提高排水固结速率，固结速率计算为：其排水体直径： (4-13)式中 b排水板宽度；排水板厚度；换算系数0.60.9；5（cm）。4.1.3 粉喷桩区检测成果及成果分析随机抽取三根粉喷桩对其桩身进行抽芯，做水泥土抗压强度试验，试验结果表明：粉喷桩桩身从桩顶部往下0.0-6.0m的抗压强度分别为：1#钻孔0.80-3.11MPa，2#钻孔0.35-0.43MPa，3#钻孔0.15-2.45MPa，6m以下普遍胶结较差，无法取得原状水泥土样。本区施工后进行了二组单桩复合地基载荷试验（粉喷桩三阶段）。试验结果1号桩复合地基承载力基本值为95KPa，2号桩复合地基承载力基本值为124KPa，结合一阶段勘察报告及桩身抽芯检测结果，其复合地基容许承载力100KPa。复合地基沉降计算结果如下：按桩土应力比、置换率计算复合地基压缩模量Esp=3.0MPa。 (4-14)式中 Es复合地基压缩模量3.0MPa；压缩层厚度15m，经计算：Sz=500（mm）。由检测成果表明，场地经粉喷桩加固后复合地基承载力由天然地基的55kPa提高到100kPa，变形由880（mm）减少到500（mm），需要说明的是其复合地基沉降量是按粉喷桩体自上而下较均匀状态下由复合地基压缩模量计算的，由于桩体施工的质量及粉喷桩深部的强度一般较上部要小得多，故实际沉降可能要比计算值大。214.2地表沉降分析试验场地三个试验区各阶段地表沉降量观测成果见表4.5表4.5三个试验区各阶段地表沉降量观测成果沉降量（mm）碎石桩区中心427511938边侧221253474插塑板区中心370549919边侧164251415粉喷桩区中心150288438边侧107123230由表4.5三个试验区各阶段地表沉降量观测成果可以看出，在路堤填筑阶段其地表中心沉降量及边侧沉降量碎石桩均为最大，而在预压期插塑板试验区，其中心沉降量最大，边侧沉降量也已接近碎石桩区，粉喷桩区在各阶段沉降量均最小。由表4.5三个试验区最终沉降量推算结果可以看出，插塑板场地沉降量大，最终沉降量亦大，剩余沉降量也最大，粉喷桩场地沉降量小，最终沉降也小，剩余沉降量也最小。从各阶段各区的沉降量反映出各种地基处理措施加固软土地基的机理特征。碎石桩法排水固结加固软土地基，因其排水体大、排水较通畅，地基早期固结沉降大，而后期收敛较快。插塑板排水固结加固软土地基，因其排水体相对较小，排水缓慢，地基固结沉降相对较均匀，且后期要比前期大。而粉喷桩加固软土地基仅是对地基土起置换作用，由于其复合地基的强度较高，其变形量相对较小，在各期相对也较均匀。4.3分层沉降分析各区中心及边侧分层沉降量统计见表4.6、表4.7.表4.6 分层沉降量统计表试验区碎石桩区插塑板区粉喷桩区点号FJ1FJ2FJ5FJ6FJ3FJ403（m）沉降量（mm）1263412041002298占总沉降量183722158.020310（m）沉降量（mm）311575440103221占总沉降量46636537451015（m）沉降量（mm）1519176114占总沉降量2410114115（m）沉降量（mm）80496838占总沉降量125914表4.7 每米沉降量随深度变化统计表试验区碎石桩区插塑板区粉喷桩区点号FJ1FJ2FJ5FJ6FJ3FJ403（m）421136833.37.332.3310（m）448262.914.731.61015（m）30.215.215.222.815（m）108.111.16.3由各区分层沉降量随深度变化曲线图及表4.6、表4.7可以看出，试验场地各区沉降量主要发生在315的2层淤泥质粘土层中，2层沉降量占总沉降量的90左右，层沉降量一般占总沉降量的10左右或更小，各区影响深度均大于15米。4.4水平位移分析4.4.1地表水平位移（1）碎石桩区该区两侧由于东侧为施工便道，西侧为机耕道，施工车辆的行驶对场地的地表侧向位移影响极大，其观测数据也缺乏一定的规律性。（2）插塑板区该区东侧为施工便道，西侧地表在第三阶段侧向位移由表4. 5及地表水平位移观测成果可以看出，场地坡角侧向位移在路堤施工过程中发生最大位移并不是在紧贴坡角的BP20。而是发生在较远处的BP17，且从紧贴坡角向外依次增大，距坡角6m处的BP17在第三阶段结束时的最大位移量为37mm，在整个路堤施工过程中，坡角位移未发生每天大于5mm的突变，说明路基在路堤施工中未发生剪切破坏，处于稳定状态。（3）粉喷桩区该区东侧为施工便道，西侧地表侧向移位在第三阶段由表格统计结果及地表水平位移观测成果可以看出，场地坡角最大侧向位移发生在距坡角稍远处的BP11，最大位移量为43.4mm，在整个路堤施工过程中未发生每天大于5mm的突变，说明路基在路堤施工过程中未发现剪切破坏，处于稳定状态。4.4.2分层水平位移试验场地三区水平位移特征成果见表4.8。表4.8 三区水平位移特征表试验区碎石桩区插塑板区粉喷桩区阶段四阶段五阶段四阶段五阶段四阶段五阶段最大位移量L（mm）76.4133.830.873.329.746.9最大位移深度（m）9105.56.56.07由表4.8可以看出，三块试验场地水平位移随深度变化规律，最大位移不是在地表而是在地表以下510m，碎石桩试验区与其它两块试验场地相比，其最大位移位置埋深大，从各时段分层水平位移随深度变化曲线可以看出，随着路堤荷载的施工及等载预压时间的推移各区位移最大位置均有下移趋势，水平位移影响深度碎石桩有向大于16m深度发展的趋势，插塑板区大于14m，粉喷桩区大于15m。4.6加固效果检验加固效果检验目的为通过各种原位测试手段及室内土工试验对场地地基土进行预压前后分析对比，检验加固效果。三个试验区预压前后其地基土物理学指标对比分析见表4.9。表4.9地基土物理力学指标对比表试验区指标含水率w重度孔隙比e液性指数IL压缩系数a1-2阶段一五一五一五一五一五碎石桩区133.132.418.518.80.9890.9290.380.290.440.39254.147.416.717.31.5151.3671.550.981.581.1324.822.519.920.00.7260.6890.150.180.220.20插塑板区133.130.318.518.80.9890.9160.380.280.440.38254.148.216.717.21.5151.3821.551.081.581.0424.826.719.919.70.7260.7290.150.190.220.24粉喷桩区133.135.018.517.80.9891.0890.380.870.440.58254.149.116.717.01.5151.4081.551.231.581.0824.822.719.920.30.7260.6640.150.060.220.16从表4.9可以看出，各区五阶段室内试验指标如W、e、IL、a1-2基本上都比一阶段有所改善，作为软基处理主要对象的2淤泥质粘土在各区改善幅度见表4.10。表4.10 2层物理力学性质加固前后改善幅度表试验区含水量降低重度提高孔隙比降低液性指标提高压缩系数降低碎石桩区12.03.59.836.828.5插塑板区11.02.68.830.334.2粉喷桩区9.21.87.120.631.6由表4.10及表4.11可以看出，碎石桩+等载预压试验区其桩间土物理力学性质指标改善幅度最大，其次为插塑板等载预压区，而粉喷桩区桩间土提高幅度最小，表现了碎石桩、插塑板区排水固结的作用，而粉喷桩等载预压其路堤附加应力主要由桩体承担，对桩间土影响较小。三个试验区2层淤泥质粘土等载预压前后现场测试成果对比分析见表4.12。表4.122层现场测试成果对比表区段静 力 触 探十字板锥尖阻力qc（MPa）侧摩阻力qc（MPa）抗剪强度CU（kPa）加固前加固后增幅加固前加固后增幅加固前加固后增幅碎石桩区0.330.422618.826.842插塑板区0.330.37123.59.51718.822.319粉喷桩区0.330.356.43.56.21718.819.01.1从表4.12可以看出，各区经过路堤施工及等载预压的作用，其原位测试成果比天然地基均有较大幅度提高，碎石桩区最大，插塑板区其次，粉喷桩区最小。由第五阶段检测成果表明，试验场地经过地基处理施工及20个月左右的预压，各试验区地基土物理力学性质均有一定的提高，碎石桩试验区桩间土2层软粘土容许承载力由天然地基的5
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