（岩土工程专业论文）河北省沿海高速公路塑料排水板处理软土路基沉降变形研究.pdf

摘要 软土地基的沉降变形方面的研究已经很多，但长期以来一直有很多问题仍未完善解 决，本文结合河北沿海高速公路软土地基处理实体工程，主要对塑料排水板超载预压处 理软土地基进行了研究。首先，综合考虑工程地质情况、路基填土高度、处理形式等因 素，在t 5 、t 6 标段确定试验观测断面位置；介绍了埋设仪器的种类、埋设位置及观测 要点。其次，分析试验观测成果，研究软土地基沉降随填土高度的变化规律：路基中心 与左右路肩差异沉降的变化规律，填土高度对差异沉降的影响；地基侧向水平位移随深 度变化规律；地基孔隙水压力在路基填筑过程中的变化规律。最后，根据现场实测数据 采用双曲线预测方法，通过公式计算了地基沉降系数，与公路路基设计规范 ( j t g d 3 0 2 0 0 4 ) 中的经验公式进行了对比，验证了采用实测数据计算的m 值的准确性； 以计算得到的地基沉降系数作为计算参数，同时考虑预压过程中超载预压部分对工后沉 降的影响，较准确的预测了超载预压地基的工后沉降，使工后沉降的预测结果更符合工 程实际。 关键词：软土地基，塑料排水板，固结沉降，沉降系数 a b s 仃a c t l o t so fr e s e a r c h e so nt h es e t t l e m e n td e f o r m a t i o no ft h es o f ts o i lf o u n d a t i o n ，w h i l em a n y q u e s t i o n sh a v e n tb e e ns o l v e dp e r f e c t l y c o m b i n i n gs o f t s o i lt r e a t m e n te n t i t yp r o j e e t so f h e i b e iy a n h a ie x p r e s sw a y , t h ep l a s t i cd r a i n a g ep l a t ew i t hs u r c h a r g ep r e l o a d i n gi nt h es o f t s o i lt r e a t m e n tw a ss t u d i e d f i r s t l y , t h ef a c t o r so ft h eg e o l o g i c a le n g i n e e r i n gc i r c u m s t a n c e ，t h e h e i g h to fs u b g r a d e f i l l e r sa n dt h et r e a t m e n tf o r mb e i n gc o n s i d e r e ds y n t h e t i c a l l y , t h e e x p e r i m e n to b s e r v a t i o np o s i t i o na n dm e a s u r e m e n tw a sd e t e r m i n a t e da tt h et 5a n dt 6s e c t i o n a n dt h ek i n do ft h ea p p a r a t u s ，t h ee m b e d d e dl o c a t i o na n dt h ec a u t i o n so ft h eo b s e r v a t i o n s w e r ei n t r o d u c e d s e c o n d l y , b a s e do na n a l y z i n gt h ea c h i e v e m e n to fe x p e r i m e n to b s e r v a t i o n ， t h es o i lf o u n d a t i o ns e t t l e m e n ta l o n gw i t ht h es o i l - f i l l e dh e i g h tw a ss t u d i e d ，t h es e t t l e m e n t v a r i a t i o nl a w sb e t w e e nt h ec e n t r a lr o a da n dt h eb o t hs h o u l d e r , a n dt h es e t t l e m e n td i f f e r e n c e v a r i e dw i t ht h es o i l - f i l l e dh e i g h t ，t h er e g u l a t i o no ft h el a t e r a ld i s p l a c e m e n ta l o n gw i t ht h e d e e p n e s s ，a n dt h ev a r i a t i o nl a w so ft h ep o r ew a t e rp r e s s u r e si nt h es u b g r a d e f i l l e dp r o c e s s w e r ea l s os t u d i e d f i n a l l y , b a s e do nt h ed a t eg a t h e r e df r o mf i e l do b s e r v a t i o n , t h ec o e f f i c i e n t f o rs o i ls e t t l e m e n tw a sc a l c u l a t e db yt h eh y p e r b o l am e t h o d ，a n dt h er e s u l ti sc o m p a r e dw i 1 t h er e s u l tc a l c u l a t e df r o mt h ee m p i r i c a lf o r m u l ai nt h ec u r r e n ts t a n d a r d sw h i c hv e r i f i e st h e a c c u r a c yo ft h ec o e f f i c i e n tf o rs o i ls e t t l e m e n tt h r o u g ht h em e a s u r e m e n td a t a ；u s i n gt h e i n v e r s e dt h ec o e f f i c i e n tf o rs o i ls e t t l e m e n t 勰c a l c u l a t i v ep a r a m e t e ra n d c o n s i d e r i n gt h ea f f e c t o nt h es e t t l e m e n ta f t e r - c o n s t r u c t i o nf r o mt h e s u r c h a r g ep r e l o a d i n g , t h e s e t t l e m e n t a f t e r - c o n s t r u c t i o no ft h es u r c h a r g ep r e l o a d i n ge m b a n k m e n tw a sp r e d i c t e dr e l a t i v ea c c u r a t e l y a n dp r o v e dt h a tt h ep r e d i c t e ds e t t l e m e n ta f t e r - c o n s t r u c t i o nm e e tc l o s e l yt ot h ee n g i n e e r i n g p r a c t i c e k e yw o r d s ：s o f t s o i lg r o u n d ，p l a s t i cd r a i n a g ep l a t e ，c o n s o l i d a t i o ns e t t l e m e n t ， s e t t l e m e n tc o e 伍c i e n t 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：勿酲氘范厶的7 年石月了日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：力k 既氢助1 年月8 日 导师签名：易阮得多口扩7 年6 月g 日 长安大学硕士论文 1 1 软土的定义 第一章绪论 软土属于一种特殊土，它是在静水环境沉积的、高含水量、大孔隙比、高压缩性和 低强度的细粒土。对软土的定义、特征与成因类型，不同的专业技术部门的解释大同小 异。有的把软土视为软粘土的简称，有的把软土视为整个软弱土质( 高压缩性的有机土、 可液化的砂土、软粘土等) 的简称，有的则把软土视为软弱土基的简称。 ( 1 ) 我国铁路部f - jr 1 5 1 建议下列物理力学指标作为区分软土的界限： 天然含水量w 接近或大于液限； 孔隙比e 1 ； 压缩模量e s 4 0 0 0 k p a ： 标准贯入击数n 6 3 5 2 ； 静力触探贯入阻力p 。 7 0 0 k p a ； 不排水强度c u 2 5 k p a 。 ( 2 ) 我国建设部颁布的软土地区工程地质勘察规范( j g j 8 3 9 1 ) 1 6 】规定凡符 合以下三项特征即为软土： 外观以灰色为主的细粘土； 天然含水量大于或等于液限； 天然孔隙比大于或等于1 0 。 ( 3 ) 我国交通部行业标准公路软土地基路堤设计与施工技术规范( j t j 0 1 卜9 6 ) 将软土定义为“滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、 抗剪强度低的细粒土。其鉴定标准如表1 1 。 表1 1 软土鉴别表( j t j 0 1 7 - - - 9 6 ) 特征指标名称天然含水量天然孔隙比十字板剪切强度( k p a ) 指标值3 5 与液限 1 o p c p o & = 喜羔卜l g 吲g ( 掣) 眩5 ) 卸 p c p o & = 窆i * 。盟l + e o ir l gl g ( 掣) 包6 ) 式中：g ，第f 层土的回弹指数。 这种计算方法考虑了土的应力历史，实际应用中能得到比单纯分层总和法更切合实 际的结果。但这种方法依然没有考虑地基土的剪切变形、土的非线性特性及土层间的相 互作用等因素。 上述固结沉降计算方法都是以室内侧限压缩试验为依据的，在公路路基沉降观测 中，其受力状态接近于路基中心位置下地基土及深层土的受力情况。此外，路基往往有 明显的侧向变形，这使得计算结果较实际沉降值偏小。试样的扰动也会影响室内试验得 出的压缩曲线，从而影响计算结果的准确性。 3 e - l g p 曲线法与e - p 曲线法的比较分析 e - l g p 曲线法与e - p 曲线法的本质区别在于前者能够推求现场压缩曲线，其压缩 曲线或压缩指数能较真实的反映路基土层的实际受力压缩状况。在e i g p 曲线法中假定 试样的初始孔隙比即为它的原位孔隙比。p p 曲线法中假定试样在自重应力下再压缩后 9 第二章软土路基沉降计算方法分析 的孔隙比为它的原位孔隙比。p l g p 曲线法的优点是可以考虑应力历史的影响，而应力 历史的影响只有通过现场压缩曲线的推求才能反映，e - p 曲线法却无法做到这一点。下 面将对此加以简要分析。 e - l g p 曲线法考虑了应力历史对沉降的影响，在一维沉降计算中这是一个很大的改 进。试样从地基中取出后，应力被释放，且取样和试验过程中土样受到了扰动，因此试 验所得的e - l g p 曲线或e p 曲线是回弹再压缩曲线。图2 3 为正常固结土的压缩曲线， 图中实线为试验曲线，初始压力a = p c ，对应的孔隙比为q ，即图中a 点。但在地基 土中，a 实际上对应的孑l 隙比为邑如图2 3 ( a ) a 。点所示。e l 与矗之差是由于土样扰动引 起的。土样扰动的越厉害，其差值就越大。旋加附加应力后，应力达到仍，孔隙比变为 乞，即为图2 3 中b 点。用p p 曲线法计算沉降时，用的是图2 3 ( a ) 中a b 的斜率即压缩 系数q ，竖向压缩变形所对应的孔隙比变化为e l 一吃；e - l g p 曲线法计算时，用的是原 压缩曲线a b 的斜率，即压缩指数e ，此时竖向压缩变形对应的孔隙比变化是五一吃。 正常固结土用p p 曲线法计算所得沉降量偏小。 e 勃 e l 包 0 p i p ( a ) e 岛 e l a 已 p o p 1 p 切 图2 3 正常固结土的压缩曲线 对超固结土，其固结压缩曲线见图2 4 ，实线为试验曲线。对超固结土p l g p 曲线 法可推求出地基土层应力应变的实际变化曲线( 图中虚线所示) ，在p ( 2 2 7 ) 在荷载一定的条件下，式( 2 2 5 ) 与式( 2 - - 2 6 ) 等价： s + a t s + a 2 s 一+ + s 伽) + = c ( 2 2 8 ) 由于s 的高阶微分系数迅速减小，实用上用其两项已很精确，即 s + a l s = c ( 2 2 9 ) 使时间f = a t j ( j = 1 ，2 ，3 ) ，即分成若干时间小段，时间0 的沉降量以岛表示，得 到( 2 2 9 ) 的差分形式： 岛= 屁+ 屈岛一l ( 2 3 0 ) 邑是离散化了的沉降量，如图( 2 1 0 ) 所示。式中的屈，届是待定常数，按以下步 骤求得： ( 1 ) 选定址，求出相应被分割开的沉降量s 。 ( 2 ) 把得到的毛，岛一。绘成图( 2 1 1 ) 的形式。 ( 3 ) 连接描绘的各点，决定了一条直线，该直线的截距和斜率分别是屏，届。由 式( 2 2 9 ) 可知，当s - - 4 一；时所得沉降即为最终沉降& ，故& = 风( 1 一届) 。 1 6 长安大学硕士论文 s一$to-o 图2 1 0 浅岗法t 广s t j 关系图 图2 1 lp o 、p l 求解图 从浅岗法计算步骤中可以分析出，该方法的关键在于合理选择时间间隔出。不同的 缸会导致不同的计算沉降值，& 过小会使拟合点的波动性较大，拟合直线的相关系数 较小；缸过大，s 点过少，易产生较大的偏差，而且对是否进入次固结阶段不易做出判 断。一般，在3 0 - - 一l o o d 之间，在实际的推算过程中，宜同时取多个不同的址进行计算， 求出相应的最终沉降量，而后在其中选取相关系数较好的沉降值作为最终沉降值。 2 4 本章小结 软土路基的沉降变形按发生的时间和机理可以分为三部分：瞬时沉降、主固结沉降、 次固结沉降。本章分析了沉降各部分的发生机理和计算方法，并比较分析了基于p p 和 p l g p 的单向分层总和法在计算主固结沉降时的优缺点；介绍了几种根据现场观测数据 通过拟合曲线，计算最终沉降量的方法。 1 7 第三章软基处理方式及仪器埋设 3 1 工程概况 第三章软基处理方式及仪器埋设 沿海高速公路起自京秦高速公路北戴河服务区东3 公里处，终点与天津市海滨大道 相连。该公路唐山段高速公路为秦、唐、沧环渤海公路的一部分，是2 0 2 0 年河北省高 速公路布局规划“五纵、六横、七条线”主骨架中“横3 ( 北戴河一京唐港一天津一霸 州一徐水一阜平一冀晋界( 五台) ) 的重要组成部分，是沟通沿海地区联系的主要通道。 全线经详细勘察，查明了路线穿越区的特殊土( 包括：盐渍土、软土、软弱土) 的分布 规律。 盐渍土分布于k 1 0 9 + 9 5 1 - - - k 1 6 0 + 1 4 0 4 7 7 的5 0 k m 的范围内，产生该类土体的原因， 一则是该地区地下水埋深较浅，且均为咸水，其水体矿化度高，含盐量大，另则该地区 地势低平，雨季常遭洪涝水浸没，排水出路与排水设施缺乏，加之只灌不排，在旱季， 毛细水上升蒸发过程中，水分蒸发，盐分留在地表，从而产生白色盐霜或盐壳，形成盐 渍土。 t 5 、t 6 标段所在区的乐亭、唐海、滦南县地下水位大多极浅，工程地质纵断面图 显示路线所穿越区为软弱土类型，软土、软弱土层厚度5 - - 1 5 m 不等，呈连续区段分布， 其地质条件较复杂，地基的承载力、沉降问题较为突出。 为保证高速公路质量和竣工后的良好运营，就必须对路堤下及有关构造物下软土地 基进行处理。而软土地基处理方法很多，各种方法都有其适应范围和优缺点。沿海高速 公路拟采用水泥搅拌桩、塑料排水板、真空预压、振冲碎石桩等方法处理软土地基，以 提高软土地基的抗剪强度，保持软土地基稳定，同时也可提高软土地基的压缩模量或加 速软土地基的固结，使软土地基在路堤填筑期间完成大部分固结沉降，减少工后沉降。 3 2 工程地质条件 试验工程的饱和淤泥质亚粘土，室内土工试验天然含水量2 7 - 3 9 ，一般呈软塑状。 软弱土层厚度1 4 m ，根据勘探资料，软弱土承载力仅4 0 k p a , 由于本路段路堤填高6 m 左 右，路堤的稳定性存在较大问题，同时在路堤荷载下，地基会有一定的固结沉降，对高 速公路产生一定的影响。实验段所在位置工程地质剖面图如图3 。l 1 8 长安大学硕士论文 高程“) ( 黄海高程系统) 1 0 5 o - 5 - 1 0 - 1 5 - 2 0 2 5 3 0 蜷l 辎i - s 3 国l 萎f 摹t c j 葚l 塞 舌i i l 辱 照 淤 蜒 舌 式 x 八 r 门h 厂 叫 一 二 一 =一二 一 二一= 二一2 枕陆土 。乃，、 删 7 。i ， 图3 1 工程地质纵断面图 1 9 第三章软基处理方式及仪器埋设 表3 1 各土层物理力学指标( k 1 4 3 + 4 4 5 桥) 塑性( 1 0 0 9 ) 按尉镒确她 取含饱 液 千孔孔塑基黾觑峻计 土水密比和 液塑 性 密隙隙性规范皿咖 深量度重度限限指 度 率比 指签枥涵龇 度 w g c m 3 g s r w ， w ， 数 g c m 3 ne数的明登扫腚 m i l i p 名 2 o o 1 2 2 03 7 41 8 21 3 22 7 49 65 l 。7l 。0 6 96 9 。l3 2 13 7 o 0 。1 4 粘土 4 o o 4 2 02 9 91 8 81 4 52 7 l9 34 6 60 8 7 23 3 91 8 1 1 5 8o 7 5 亚粘土 6 o o 乇2 02 7 71 9 41 5 22 7 l9 64 3 90 7 8 43 3 61 8 0 1 5 6o 6 2 亚粘土 8 o 伊8 2 03 2 11 8 81 4 22 7 l9 64 7 50 9 0 43 7 31 9 31 8 oo 7 l亚粘土 1 0 o 伊一l o 2 0 3 8 6 1 8 01 3 01 7 l9 65 2 11 0 8 74 1 52 1 12 0 4o 8 6亚粘土 1 2 o 伊一1 2 2 03 6 o 1 8 91 3 92 7 l1 0 04 8 70 9 5 03 7 21 9 31 7 9o 9 3亚粘土 1 4 o o _ 一1 4 2 03 2 8 i 8 4 1 3 9 2 7 l9 34 8 9o 9 5 64 2 82 1 72 1 1o 5 3 亚粘土 l6 0 0 _ 一l6 2 01 7 92 0 81 7 62 7 09 13 4 60 5 3 0 2 8 81 5 91 2 90 1 6 亚粘土 l8 o 伊一l8 2 03 2 61 8 41 3 92 7 39 24 9 2o 9 6 75 2 - 42 5 4 2 7 oo 2 7 粘土 2 0 o o 2 0 2 0 2 6 7 2 0 01 5 82 7 0l o o4 1 50 7 1 02 9 71 6 - 31 3 40 7 8亚粘土 2 2 0 0 - 2 2 2 0 3 8 61 8 21 3 l2 7 49 75 2 11 0 8 77 7 93 5 64 2 30 0 7 粘土 2 4 o 伽2 4 2 02 1 12 0 71 7 l2 7 09 83 6 70 5 8 0 2 6 4 1 4 4 1 2 o0 5 6 亚粘土 2 7 o o _ 2 7 2 02 8 61 9 61 5 22 7 29 94 4 00 7 8 5 4 7 6 2 3 5 2 4 1o 2 l 亚粘土 2 9 3 0 2 9 5 01 9 o2 0 l1 6 92 7 08 63 7 50 5 9 92 6 61 4 41 2 2o 3 8亚粘土 2 0 长安大学硕士论文 表3 2 土工试验成果汇总表( k 1 4 3 + 4 4 5 桥) 压缩压缩抗剪强度按斟蝴 塑性( 7 6 9 ) 取液系数模量( 快剪)地基咖 按绺经眺 土塑性设黼 液塑p = - i o m 一p = - i o m 一 翅陧j i 】卜j 9 3 深 性 指 粘聚内摩 弼圈笛 限限2 0 0 k p a2 0 0 l ( p a土的卫弱j 类名 度 指 数 力c檫角枥涵龇 聊 吻 a l _ 2 e s i 2 徽 m 数i l k p a 巾度的日蝴 m p a m p a - 1 i p定名 2 0 - 2 2 05 2 62 8 12 4 5o 3 80 7 2 52 8 5 粘土高液限粘土 4 0 4 2 02 9 o1 8 71 0 31 0 9o 3 0 66 1 28 o2 4 4 亚粘土低液限粘土 6 0 响2 02 8 81 8 61 0 2o 8 9o 2 2 67 盼9 o2 7 0 亚粘土低液限粘土 8 0 _ - - 8 2 03 1 31 9 51 1 81 0 70 3 8 34 9 71 1 0 1 7 5亚粘土低液限粘土 l o 伊一1 0 2 0 3 4 1 2 0 71 3 41 3 40 7 9 72 6 21 0 o4 o亚粘土低液限粘土 1 2 伊一1 2 2 03 1 21 9 51 1 71 4 l0 4 8 74 1 4 02 3 7亚粘土 1 4 伊一1 4 2 03 5 o2 1 11 3 9o 8 40 4 9 43 9 61 2 o3 7 亚粘土 1 6 伊一1 6 2 02 5 61 7 28 4o 0 89 o3 9 6 亚粘土 1 8 伊一1 8 2 04 1 42 3 61 7 8o 5 lo 4 2 54 6 32 4 07 3 粘土 2 0 0 - 2 0 2 02 6 21 7 58 71 0 60 2 3 27 3 79 o2 8 o 亚粘土 2 2 o 吧2 2 05 8 53 0 42 8 1o 2 90 5 4 73 8 23 1 o4 o 粘土 2 4 o - 2 4 2 02 4 o1 6 27 80 6 3o 2 4 6 6 4 2亚粘土 2 7 0 2 7 2 03 8 22 2 31 5 90 4 0 亚粘土 2 9 3 - 2 9 5 02 4 11 6 27 9 o 3 5亚粘土 3 3 软土地基处理工程设计3 5 1 4 1 【 3 3 1 特殊地基处理设计方案概述 通过勘察钻孔柱状图、土工试验成果、标准贯入试验经综合分析整理并结合静力触 探，绘制全线工程地质纵断面图。统计显示路线区的软土、软弱土呈两种类型分布。一 类是连续区段分布，另一类是呈透镜体状的不连续分布区段分布。对于该段软土、软弱 土，总的指导思想是：首先分析各区段的硬壳层的厚度、地层岩性，软土、软弱土的厚 2 l 第三章软基处理方式及仪器埋设 度、特性；之后根据硬壳层、软土、软弱土的地层特点，进行地基沉降、稳定验算；根 据验算结果以及软土地基路堤设计规范的沉降容许值，对沉降超限区段可依次采取 以下处理措施： ( 1 ) 稳定处理：验算路堤的稳定性。首先确定不同类型的软弱土路段路基的临界 高度。其次分析路堤加载过程中路基的稳定性，主要是控制加载过程和加载速度( i 期) ， 不能出现整体剪切变形，即横向滑动，隆起等病害。 根据本区域软土的物理、力学性能指标经验算判定：一般区段不会有稳定破坏现象， 局部桥台高填路段需控制加载和加载速度，分步施工。 ( 2 ) 沉降处理：软土、软弱土路段路基沉降是必然的，在其使用年限内( 1 5 年) 沉降值是一定的，沉降处理的目的是控制工后沉降量在允许的范围内。 软基处理设计原则是在满足设计标准和旌工工期的前提下，最大减少投资。根据不 同的加载标准、施工周期、预压时间，计算剩余沉降量( 工后沉降量) 。如果浅层处理 满足设计标准则不作深层处理以节省投资；如果浅层处理达不到设计标准，则需要作深 层处理，处理方法有三类：砂垫层+ 土工格栅+ 超载预压处理措施，通过路堤填土加压， 加快沉降速度，减少工后沉降量；砂垫层+ 土工格栅+ 竖向排水体( 塑料排水板) + 超 载预压处理措施，改善软土层的排水条件加速固结，加快沉降速度，减少工后沉降量； 砂垫层+ 土工格栅+ 深层水泥土搅拌桩加固图提，提高软土层的强度，减少沉降量，以 达到满足设计标准。具体处理措施见下： 砂垫层+ 土工格栅+ 超载预压的处理方式( 主要针对一般控制段) ； 砂垫层+ 土工格栅+ 竖向排水体( 塑料排水板) + 超载预压的处理方式( 主要针对 高填方路堤控制段) ； 砂垫层+ 土工格栅+ 深层水泥土搅拌桩的处理方式( 主要针对桩基础构造物桥台两 侧各3 0 米主控制段及箱形基础下部) 。 超载预压段预压期不少于6 个月。 3 3 2 塑料排水板处理段设计标准 ( 1 ) 塑料排水板设计标准：排水板打设深度一般穿透软土、软弱土层，有条件时， 排水板应至透水层为宜，根据勘察钻孔柱状图、土工试验成果，软土层厚度在1 2 米左 右，塑料排水板设计深度为1 4 米，断面尺寸为l o c m x o 4 c m ，按正三角形布置，间距1 5 m 。 ( 2 ) 砂垫层设计标准：砂垫层的材料为中砂及粗砂，含泥量不大于3 ，砂垫层厚 长安大学硕论女 度o5 m ，宽度要适当大于路堤底宽( 两侧各宽出o5 m ) 。 图32 排水板插板机图3 3 排水扳施工现场 ( 3 ) 土工格栅设计标准：所用土工格栅为双向钢塑土工格栅，每延米拉伸届服力 大于5 0 k n m ，屈服伸长率小于3 ，网格挣距大于2 1 0 m m ，单位质量8 0 0 + 5 0 9 m2 ，土 工格栅宽幅不小于4 m ，长度按实际需要定制。 ( 4 ) 粉煤扶路堤：t 5 、t 6 标段采用粉煤灰作为路基填料，路基两侧各20 m 粘土 包边。 粉煤灰路堤作用机理：粉煤灰足南一些空心和实，t l , 微粒组成的混合体，属轻质材料， 压实后容重仅为般粘上容重的3 4 。粉煤扶路堤是一种轻质路堤，其作用在软基上的 附加应力较一般填土路堤小，故能减小地基的沉降量。 ( 5 ) 超载预压设计标准：超载预压填筑荷载构成包括两部分活载换算土层厚0 9 m ， 路面换算土层厚08 m 。预压期般不少于6 个月。 塑料排水板的施工要点： 整平原地面井铺设下层砂垫层。砂垫层施工时，要将砂压密到设计要求的密实度 ( 9 5 ) ，砂垫层要无明显粗、细粒料分离，晟大粒径不宜大于5 c m 。 插带机就位，调整导架垂直度，宁心套管中穿入塑料排水板对中桩位。就位时 板距偏差小于等于15 c m ，竖直度偏差小于1 5 。 将塑料排水板端部穿过预制靴头固定架，对折带子长约1 0 c m ，固定联接。 松卷扬机，将套管和排水板激振入地下至设计深度后关机，板长不小于设计长度， 施工时应配置能检测其深度的设备。插入过程中导轨应垂直，钢管套不得弯曲，透水滤 套不应被撕破和污染：排水板底部应有可靠的锚固措施毗免拔出套管时将芯板带出。 肩动卷扬机，拔出套管，当下口露出地面，即可移位。同时将带子剪断，塑料排 2 3 第三章软基处理方式及仪器埋设 水板顶部应伸入砂垫层至少5 0 c m ，使其与垫层贯通，并将其保护好，防止机械、车辆 进出时受损。然后铺设土工格栅及上层砂垫层。 施工堆放的塑料排水带盘应加以覆盖，防止暴露在空气中老化。 塑料排水板搭接应采用滤套内平接的方式，芯板对扣，凹凸对齐，搭接长度不小 于2 0 c m ；滤套包裹并固定。 施工中防止泥土等杂物进入管套内，一旦发现应及时清除。 3 3 3土工合成材料设计 在砂垫层中间铺设一层具有一定强度的土工合成材料，进而使土工合成材料与砂垫 层组成的复合体能承受较大拉力，增加了地基土的抗剪强度，提高了路堤的稳定性，同 时复合体具有一定的刚度，上部荷载得到有效的调整，使差异沉降减少，均匀度好。由 于复合体能承受一定拉力，地基受力变小，路堤中心沉降明显减小。由于土工合成材料 与砂垫层的整体作用，不仅减少了不均匀沉降，而且还可减少地基的总沉降，适应路堤 的快速填筑，而荷载的迅速增加，加快了软土的固结作用，从而使沉降加快，减少后期 沉降，形成一种良性循环。 试验段所用土工格栅为双向钢塑土工格栅，每延米拉伸屈服力大于等于5 0 k n m ， 屈服伸长率小于等于3 。焊点极限剥离力大于3 0 k n ，网格净距大于等于2 1 0 m m ，单 位质量8 0 0 5 0 9 r n 2 。土工格栅幅宽不小于4 米，长度按实际需要定制。 土工合成材料的施工要点： 土工合成材料铺设时，应将强度高的方向垂直于路堤轴线方向。 土工合成材料工在受力方向连接处的强度不得低于材料设计抗拉强度，其搭接长 度不应小于1 5 c m 。 铺设土工格栅时，不允许有褶皱，要用插钉法固定。 铺设土工合成材料前，应先将场地平整好，严禁有碎块石等坚硬凸出物。 铺好后的土工合成材料两天内应覆盖。 在土工合成材料上第一层填料摊铺压实时，宜采用轻型推土机或前置式装载机。 当已填筑压实的厚度大于6 0 c m 后，才能采用重型压实机械压实。一切车辆、施工机械 只允许沿路堤轴线方向行驶。 应采用后卸式卡车沿加筋材料两侧边缘清卸填料，形成施工便道，再由两侧向中 心平行于路堤中心对称填筑。填料必须卸在已摊铺完毕的土面上，卸土高度以不大于l m 长安大学硕士论文 为宜。 3 3 4 预压 预压法加固软土地基是一种有效、经济的措施，对软土地区的天然地基及竖向排水 体地基，利用路堤填土预压并不需要移去土体，预压的实施，主要体现在分级加荷，每 级加荷的稳定性依赖于前一级预压后强度的提高。该情况下，软土地基总沉降量并不减 小，只是大部分的沉降在施工期完成，可有效减少工后沉降。 为加速软土地基固结，一般预压法与砂垫层及竖向排水体相结合，构成排水固结的 两个要素，即加压系统和排水系统。加压系统是起固结作用的堆填路堤荷载，它使地基 土的固结压力增加而产生固结；排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加 孔隙水排出的途径，缩短排水距离，该系统由水平砂垫层和竖向排水体构成。 排水系统是一种手段，如果没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出， 地基也就得不到加固，反之，如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在 预压期完成设计所要求的沉降量。 通过对沿线软土、软弱土分布区段硬壳层的厚度，软土、软弱土的厚度以及其下部 压缩影响深度范围内土体地质力学特征的分析，结合构造物的结构、基础类型、路堤设 计高度等相关影响因素，在保证路堤稳定，不产生侧向滑移的前提下，可算出 k 1 0 9 + 9 5 1 k 1 6 0 + 1 4 0 4 7 7 段预压荷载填筑速率宜控制在0 0 4 m d 。对于填方高度大于4 米高填路基应严格控制加载速率并分多级加荷，预压荷载填筑速率宜控制在o 0 3 m d ， 填土4 米后，停止填筑预压三个月后继续填筑。施工速率应满足以下要求：沿路堤中 线地面沉降速率每昼夜不宜大于1 0 e m ；坡角水平位移每昼夜不宜大于0 5 e m 。 无论采用砂垫层+ 土工格栅+ 超载预压还是砂垫层+ 土工格栅+ 竖向排水体( 塑料排水 板) + 超载预压，预压期一般不少于6 个月，预压期准确值也依赖于沉降稳定观测。 超载预压部分宜用细粒土分层填筑，具体要求与路基本体相同。顶部应修整使具有 3 的横坡，以保持预压期内有良好的排水条件。超载预压部分压实度应达到8 5 ，超 载预压到期后，卸除超载土方，路堤应挖至路槽底( 路面底) ，并将路槽底以下的路堤 表层1 5 c m 深度的土层压实，其压实度应大于9 5 。 3 4 试验方案的布置及仪器埋设2 8 h 3 卅 公路软土地基路堤设计与施工技术规范( j t j 0 1 7 - - 9 6 ) i 7 】对沉降与稳定观测的观 第三章软基处理方式及仪器埋设 测点的选择有如下要求和解释： ( 1 ) 根据设计文件要求确定测点位置，并应设在观测数据容易反馈的部位。地基 条件差、地形变化大、设计问题多的部位和土质调查点附近也均应设置观测点。同一路 段不同观测项目的测点宜布置在同一横断面上。 ( 2 ) 地基的稳定性可通过观测地表面位移边桩的水平位移和地表隆起量而获知。 一般路段沿纵向每隔10 0 - - 2 0 0 m 设置一个观测断面；桥头路段应设计2 - 3 个观测断面； 桥头纵向坡脚、填挖交界的填方段、沿河等特殊路段均应酌情增设观测点。 ( 3 ) 沿河、临河等凌空面大而稳定性很差的路段，必要时需进行地基土体内部水 平位移的观测。 ( 4 ) 观测点应设置在需要观测的位置，它将直接反映出测点处地基变形情况，因 此，测点的设置位置不仅要根据设计要求，同时还应针对施工掌握的地质、地形等情况 增设。 ( 5 ) 地面横向位移标( 边桩) 观测断面纵向的设置间距( 1 0 0 m - - - 2 0 0 m ) 是以目前 国内几条高速公路通常采用的间距为依据确定的，其中考虑了既要了解掌握地基位移情 况，又不至于给施工单位增加过大的工作量。 ( 6 ) 无论在纵向还是在路堤横向，沉降板布点越多，测得的结果越能反映路堤沉 降的真实性。但测点越多，无论是费用还是测试工作量、测点保护工作量和测点对施工 的影响等方面因素都有增加，从满足需要与施工便利性考虑，一般路段沉降板设置在路 中心，桥头引道增设路肩及坡趾( 可用边桩兼测) 测点。 根据以上原则，综合考虑地质条件、地基处理形式以及观测施工等因素来确定软土 地基观测断面位置。考虑填土高度、软土层厚度和观测工作量，在t 5 标段选取了砂垫 层+ 土工格栅+ 竖向排水体( 塑料排水板) + 超载预压和砂垫层+ 土工格栅+ 深层水泥 搅拌桩两种处理形式为研究对象，在k 1 4 3 + 4 4 5 中桥 k 1 4 3 - f 6 5 3 涵洞之间布置了6 个观测断面。分别埋设沉降板、测斜管、土压力盒、孔隙水压力计、地下水位井等5 种 观测仪标，具体断面桩号及埋设仪标种类见下表。 * 空 学硕十论立 表3 l 软土路基试验工程段 序处理长度 路堤犀 高度 断面辱起讫桩e布设观i i 仪器备注 寸 地表沉悼观棚、侧向证辖秕测水泥搅拌柱 i 断面 和十压力观测 地表沉降观测侧向位移规测、孔m 泥搅拌桩 i i m 隙m 压山观测、和十压山观测 地表沉脾观测，侧向位移t 毗删、孔m 泥搅拌桩 i i i 斯面 隙水压力测、和十压力观 地表沉降观测，侧向位移观测、孔 塑料排水板 * 晾水压力观测、求证观测 地表沉肆观测，侧向位移观测、礼塑料排水板 v 断面 隙水压力观测、水位观测 地表沉降观测分层沉降观测、侧 塑科排水扳 v i 断面向位移观测、孔隙水压力观测、水 位观测 3 4 1 地表竖向位移 ( 1 ) 仪器与观测设备 地表沉降观测采用分节装配式沉降板。沉降板由钢板、金属测杆和保护套管组成 图3 4 沉降扳构造图 塑料排水板处理段沉降板分别埋置于路中心、左右侧路肩1 l m 及左侧路肩1 4 m 处 的基底。底板尺寸为5 0 c m x 5 0 c m x 2 e r a ，测杆为直径3 c m 的钢管，保护套管为直径7 c m 2 7 第= 章轼草处理方式及仪埋设 的p v c 管井配以护盖。 观测仪器采用莱卡n a 2 型水准仪及配套测微器，水准尺为河北珠峰仪器仪表设各有 限公司生产的铟钢水准尺，观测精度可达到0l m m 。 ( 2 ) 仪器埋设 地表沉降板在路基砂砾填筑一层后开始埋设。在应埋设沉降板的位置，挖去填料， 整平原地面，铺第一层中、粗砂，将中心焊有第一节沉降杆的底板放入，使下板面紧贴 原地面回填夯实，当填料将与杆头平齐时，打开护盖，测定杆头标高，盖好护盖。填 筑下一层填料。 一 图i 5 沉降管的保护 ( 3 ) 观测要点 沉降观测是与沉降杆的开挖及接杆过程联系在一起的。为使沉降杆在填筑压实过程 中免受施工机械的损坏，沉降杆必须埋在填料中。观测时要先将沉降杆挖出，卸下管帽， 测量管顶标高，该标高与前次测量的管顶标高之差即为沉降量。测完管顶标高之后，用 2 8 长安大学硕士论文 管箍连接下一节沉降杆，并测量新的管顶标高，盖上管帽( 管帽仍要比填料面低1 0 - - 2 0 c m ) ，然后填下一层填料。新的填料层压实之后，再开挖、测量、接杆，如此循环直 至高达预压施工标高。这种观测方法由于沉降管总是埋在压实层一下，每次测量均需人 工开挖和掩埋，比较费时烦琐，但受到施工破坏相对较少，保证了观测结果的可靠性。 a ) 埋设与观测过程 3 4 2 土体分层水平位移 ( 1 ) 仪器及设备 采用c x 1 型数显测斜仪，测斜导管为p v c 管，埋设时需用接头连接，并用螺丝紧 固。 ( 2 ) 仪器埋设 选定断面左右坡脚位置钻孔，钻至预计深度，提出钻杆，将有底盖的测斜导管放入 钻孔内，用管接头将测斜导管连接，然后逐根边铆接、边密封边下入孔内，注意使测斜 导管内一对导槽应与预计位移主方向相近，管的埋深应超出预计滑动面以下5 m 。在测 斜导管下入钻孔过程中应向导管内注入清水来减小钻孔内水产生的浮力。测斜管与孔壁 之间应用相应土层的土质回填，使其与周围土体结为一体。 2 9 第三章软箍n g 方式& 仪器埋设 一 黑軎鬯 熏曩 ，j ： 一、+ 、d 。 、h 督j j 一 兰翌主箜! 塾： 图3 7 测斜位图3 , 8 测斜导管及保护措施 ( 3 ) 观测要点 将澳快导轮卡置在测斜导管的导槽内，轻轻将测头放入测斜导管中。放松电缆使测 头滑至孔底，记下深度标志。当触及井底时，应避免激烈的冲击。测头在孔底停留5 分 钟，以便在孔内温度下稳定。将测头拉起至最近深度标志作为测读起点，每隔05 m 测 读1 个数，利用电缆标志测读测头至管顶端为止。每次读数时应将电缆对准标志并卡紧， 以防读数不稳。 将测头调转1 8 0 。重新放入测斜导管中，将侧头滑至孔底，重复以上步骤。 3 43 l 隙水压力 ( 1 ) 仪器与设各 孔隙水压力计( 简称孔压计) 是测定饱和软粘土内孔隙水压力的专用仪器，所测得 的孔隙水压力用以分析地基的固结速率，来控制施工加载速率，保证施工期路堤的稳定 性。 仪器采用丹东电器仪表厂出产的s - 2 型、l x s 2 型孔隙水压力计和数字钢弦频率 接收仪。 ( 2 ) 孔隙水压力计的埋设 孔隙水压力计采取钻孔埋设，钻机采用大于1 l o m m 孔径成孔，钻至预埋标高以下 2 0 c m 时投入适量粗砂作为下滤层，然后用钻杆将孔隙水压力计送到预定的深度，此时 继续投入适量粗砂，使仪器周围和上部用砂填充，作为滤层，再投入粘土泥球捣实作为 上封层；虽后边填土边捣实直到孔口为止。 * 虫大学硕j 。论立 图3 9 孔障水压力计 埋设注意事项：埋设前应综合考虑仪器的埋设位置和观测房位置，结合路基填上高 度所确定的路基占地宽度和仪器埋设深度来确定传感线的最短长度，并对各个位置的仪 器编号，在埋设盼应经常观测其初读数修正零点漂移量。 应特别注意孔隙水压力计的传感线不要承受大的拉力埋设时不要与坚硬物体直接 接触必要时用钢管( 也可以用抗压强度较大的塑料管) 保护。由于传感线要从仪器的 埋设位置敷设到路基以外的观测箱中，为了使其能与地基沉降变形自由移动，不能把线 拉得过紧，而应使其蜿蜒前进，留出充足的变形余地。 ( 3 ) 观测 埋设后待钻孔完全填安和埋设时超孔隙水压力消敞时，才可测孔压计的初始读数， 一般需要3 4 d 的稳定时间。测初始读数时需连续测读数r 。直至读数稳定为止以稳 定的读数作初始读数。观测仪器采用月东虬龙传感器制造有限公司生产的q l a l 型钢 弦式存储测频仪。 3 44 水位 ( 1 ) 仪器 采用内径6 0 r a m 的优质p v c 管，在管子下部25 m 的长度内钻有孔径5 m m 间g e 2 0