（岩土工程专业论文）天津滨海新区道路软基处理技术评价与优化方法研究.pdf

摘要 随着我国公路交通事业的迅猛发展和环渤海经济圈大发展战略的实施，作为天津市 未来发展的重点地区，滨海新区道路建设必然会突飞猛进。随着高速公路的修建，软土 地基处理问题越来越突出，己成为影响工程质量、建设工期和工程造价的关键因素之一。 因此，加强软土地基处理技术评价和优化方法研究，具有重要的理论与现实意义。 本文对天津滨海新区道路软土地基处理技术评价和优化做了系统研究，主要研究工 作可概括为如下几个方面： ( 1 ) 调研查阅了国内外有关资料，对天津地区，尤其是天津市市政工程设计研究 院多年来的有关设计研究资料、成果，进行了收集与汇总分析。 ( 2 ) 对天津滨海地区已建典型道路软土地基处理进行了现场工程调查。 ( 3 ) 以系统工程、模糊数学等为理论基础，对软基处理技术评价的层次进行了分 析，并在评价指标中引入道路运营后软基路段的不均匀沉降对行车的影响，即服务水平， 从而建立了针对天津滨海新区道路软土地基处理技术的多层次综合模糊评价模型。 ( 4 ) 通过应用本文建立的评价模型，对区内三条典型道路软基处理技术进行了评 价，检验了评价模型的合理性和准确性，并根据评价结果，对模型优化提出了建议。 ( 5 ) 通过对软基处理技术的调查与评价，对在天津滨海新区道路软基处理中采用 较多的水泥搅拌桩的设计过程进行了优化，建立了以沉降为约束的优化设计数学模型， 并应用研究成果对示范工程软基处理技术做出了优化。 关键词：软基处理、工程调查、评价模型、优化设计、水泥搅拌桩 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fr o a dt r f f i ci nc h i n aa n di m p l e m e n t a t i o no fg r e a t d e v e l o p m e n to fb o h a ie c o n o m i cc i r c l e ，t h ec o n s t r u c t i o no fr o a dt r f f i cf o rb i n h a in e wa r e a w i l lm u s tb eh a v eae x p l o s i v eg r o w t ha sak e yp o i n to ft i a n ji n s d e v e l o p m e n t w i t ht h e b u i l d i n go fh i g h w a y , s o f ts o i lf o u n d a t i o n sp r o c e s s i n gi sb e c o m i n gap r o m i n e n tp r o b l e m ，w h i c h h a sb e c o m eo n eo ft h ek e yf a c t o r st oi n f l u e n c ec o n s t r u c t i o nq u a l i t y , p e r i o da n dc o s t t h e r e f o r e ， t or e i n f o r c et h er e s e a r c ho ne v a l u a t i o na n do p t i m i z a t i o no fs o f ts o i lf o u n d a t i o np r o c e s s i n gh a s i m p o r t a n tt h e o r ya n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h et h e s i sh a sas y s t e m i cs t u d yo ft h ee v a l u a t i o na n do p t i m i z a t i o nf o rs o f ts o i lg r o u n d p r o c e s s i n go ft i a n j i nb i n h a in e wa r e a , a n dt h em a i nr e s e a r c hw o r kc a nb es u m m a r i z e da s f o l l o w s ： ( 1 ) o nt h eb a s i so fe x t e n s i v e r e f e r e n c ef r o md o m e s t i ca n df o r e i g nc o u n t r y ，t h et h e s i s c o l l e c t s ，s u m m a r i e sa n da n a l y z e st h er e l a t e dr e s e a r c hd a t aa n df i n d i n g so v e rm a n yy e a r sf r o m t i a 巧i nr e g i o na n de s p e c i a l l yt i a n ji nm u n i c i p a le n g i n e e r i n gd e s i g na n dr e s e a r c hi n s t i t u t e ( 2 ) o n s i t ep r o j e c ti n v e s t i g a t i o nh a sb e e nc a r d e do u to ns o f ts o i lf o u n d a t i o np r o c e s s i n g o ft h ec o n s t r u c t e dt y p i c a lr o a d si nt i a n ji nb i n h a in e wa r e a ( 3 ) b a s e do nt h et h e o r yo fs y s t e m se n g i n e e r i n ga n df u z z ym a t h e m a t i c s ，t h et h e s i s a n a l y z e st h ee v a l u a t i o nl e v e l so fs o f ts o i lf o u n d a t i o np r o c e s s i n gt e c h n i q u e ，a n di n t r o d u c e st h e e f f e c to ft h eu n e v e ns e t t l e m e n to fs o f t s o i lf o u n d a t i o nt ot h et r a f f i ca f t e rr o a do p e r a t i o ni n t o t h ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r s ，t h a ti ss e r v i c el e v e l ，a n dt h e nam o d e lw i t hm a n yl e v e l so ff u z z y e v a l u a t i o no b t a i n e d ( 4 ) t h r o u g ht h ea p p l i c a t i o no ft h ee v a l u a t i o nm o d e lf o u n d e di nt h et h e s i s ，i te v a l u a t e s t h es o f ts o i lf o u n d a t i o np r o c e s s i n g t e c h n i q u ef o rt h et h r e et y p i c a la r e ar o a d s ，t e s t st h e r a t i o n a l i t ya n da c c u r a c yo ft h ee v a l u a t i o nm o d e la n da d v a n c e sap r o p o s a lf o rm o d e l o p t i m i z a t i o nb a s e do nt h ee v a l u a t i o nr e s u l t ( 5 ) a c c o r d i n gt ot h es u r v e ya n de v a l u a t i o no fs o f ts o i lf o u n d a t i o np r o c e s s i n g t h et h e s i s o p t i m i z e st h ed e s i g hp r o c e s si nw h i c hm o r ec e m e n tm i x i n gp i l e sa r eu s e di nt i a n ji nb i n h a i n e wa r e a , b u i l d st h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fo p t i m u md e s i g nr e s t r i c t e db ys e t t l e m e n t ，a n d p r e s e n t st oo p t i m i z et h es o f ts o i lg r o u n dp r o c e s s i n gf o rd e m o n s t r a t i o np r o j e c t k e yw o r d s ：s o f ts o i lf o u n d a t i o np r o c e s s i n g ，e n g i n e e r i n gs u r v e y ，e v a l u a t i o nm o d e l ， o p t i m i z e dd e s i g n 、c e m e n tm i x i n gp i l e 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： 节，雷沙7 年, d - j 弓孕日 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： 亏荡 7 叻厂年j 月年日 导师签名：躬劭叫年乡月加 长安大学硕上学位论文 第一章绪论 1 1 研究课题的提出及意义 我国地域辽阔，从沿海到内地，由山区到平原，分布着多种多样的地基土，其抗剪 强度、压缩性以及透水性等因土的种类不同而可能有很大的差别，地基条件区域性较强。 地基处理的对象是软弱地基和特殊地基。我国建筑地基基础设计规范( g b 5 0 0 0 7 - - 2 0 0 2 ) 中规定：“软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、充填土、杂填土或其他高压缩 性土层构成的地基 。 近十几年来，我国高速公路建设取得了大规模的发展，截止2 0 0 6 年底，全国等级 公路里程2 2 8 2 9 万公里，占公路总罩程的6 6 0 ，比2 0 0 5 年末提高2 个百分点。其中 二级及二级以上高等级公路里程3 5 3 3 万公里，占公路总里程的1 0 2 。按公路技术等 级分组，各等级公路里程分别为：高速公路4 5 3 万公里，一级公路4 5 3 万公里，二级 公路2 6 2 7 万公里，三级公路3 5 4 7 万公里，四级公路1 5 7 4 9 万公里，已建成高速公路 总里程居世界第二位。在高速公路路基施工中，经常会遇到公路穿越一些工程地质条件 不良的软土地带，其压缩性高，沉降量大，排水固结稳定性差。若不经过处理或处理不 当，会引起道路质量的降低甚至破坏，如路堤沉降过大或发生整体滑动，路面、桥台的 破坏；构造物与路堤衔接处差异沉降；涵洞、通道凹陷，沉降缝拉宽而漏水；路面横坡 变缓，造成积水等。随着高速公路的修建，软土问题越来越突出，己成为影响工程质量， 建设工期和工程造价的关键因素之一。因此，加强地基处理技术评价和优化方法研究， 具有重要的理论与现实意义。 随着我国公路交通事业的迅猛发展和环渤海经济圈大发展战略的实施，天津滨海新 区的高速公路建设已成为一个极为重要的方面，对环渤海地区的经济建设和可持续发展 起着至关重要的作用。天津滨海新区作为天津市未来发展的重点地区，道路、桥梁的修 建急剧增加。保证其安全可靠成为首当其冲的问题。然而，滨海新区濒临渤海，地下水 位高，含水量大，地下有着深厚的软土层，地基承载力低，沉降变形大。同时，该地区 软土含盐成分大，且沿地表下深度和与海岸的距离不同，土体含盐量分布极不均匀，土 体特性差异显著。因此，保证道路、桥梁安全的前提就是，对道路沿线软土地基进行细 致的勘探试验与评价，研究科学合理的处理和优化设计技术。 第一章绪论 1 2 国内外研究现状综述 1 2 1 软土工程特性研究现状 软土具有高含水量、大孔隙、低密度、高压缩性、低透水性以及中等灵敏度等特点 【1 】- 【14 1 。多年来，国内岩土工程方面的专家及学者对软土地基特性方面的研究进行了大量 的工作。龚晓楠教授对粘土结构性对其力学性质的影响及形成原理、复合地基理论等方 面进行了研究，编著了地基处理手册。沈珠江教授对软土工程特性、软土地基设计 及软土地基处理方面也进行了深入的研究。叶书麟、林宗元、白冰、高大钊、孙更生、 冯铭章、郑大同等专家都开展了许多的软土地基方面的理论研究工作。 工程实际中的研究发现，即使同样可归类为软土，但在不同地区或在同一地区的不 同路段，所表现出来的工程特性有很大的不同蹬】- f 。在区域性软土地基研究方面，孙更 生、郑大同对上海软土、福建沿海软土和天津新港软土的一般工程特性进行了一定的研 究；白冰、肖宏彬对软粘土基本物理力学特性的研究主要针对湖北省宜昌至黄石一级公 路仙桃至江陵段的软粘土；魏道垛、高大钊等人对上海软土的工程性质进行了一定研究； 陈艺南等人对连云港滨海软土工程特性进行了一定研究；吴礼年等人对某电厂长江漫滩 相软土成因及工程特性研究进行了一定研究；彭意对连云港扒山头区海域软土的特性进 行了一定研究。 近些年，学者针对软土地基处理及区域性的工程特性软土进行了大量的研究。19 9 8 年，龚晓南、徐r 庆、郑尔康等主编了高速公路软弱地基处理理论与实践，该书收 录的大量对高速公路软基处理的理论计算与分析、试验研究与分析以及处理技术的工程 实践等进行了研究的文章。1 9 9 8 年，折学森编著了软土地基沉降计算，对软土地基 的土中应力计算、应力应变关系、沉降分析及稳定性分析等方面进行了研究。2 0 0 1 年， 李镜培等发表了土性指标的变异性研究，针对土性物理力学指标的变异性进行了研 究。2 0 0 1 年，王晓谋、袁怀宇等编著了高等级公路软土地基路堤设计与施工技术， 针对我国软土的分布及特点、软土地基路堤设计与施工等方面进行了研究。2 0 0 2 年，王 煌霞等发表了连云港海相沉积软土的工程特性，对连云港的海相沉积软土的工程特 性进行了一定的研究分析。2 0 0 2 年，梁国钱、张民强、俞炯奇、孙伯永等发表了浙江 沿海地区软土工程特性，分析研究了浙江沿海地区软土物理力学指标地域分布规律及 指标间的相互关系。2 0 0 3 年，章定文、刘松玉、于新豹等发表了连云港海相软土工程 特性及处治方法探讨，系统分析了连云港海相软土的基本物理力学性质指标统计特征， 2 长安大学硕士学位论文 并总结了该地区海相软土主要物理力学性质指标之间的相关关系。2 0 0 4 年，张留俊、王 福胜、李刚等编著了公路地基处理设计施工实用技术，研究了软土的成因类型及分 布特点，及我国各地软土物理力学指标的范围值或经验值。 多年来针对天津软土方面的研究也取得了一定的成果。侯钊、陈环、钱征等人对天 津软土地基进行了一定研究；郭连清、蔡友明等人对天津新港地区码头岸坡设计进行了 一定研究。这些研究成果反映了地区或区域性软土的工程特性，对当地的工程实践具有 较高的参考价值。2 0 0 2 年，王旭东、肖树芳、房后国等发表了天滓海积软土结合水固 结分析，从微观角度入手，对比理论固结曲线与试验压缩曲线，分析产生偏差的原因， 提出结合水固结新概念。2 0 0 2 年，雷华阳、肖树芳等发表了天津软土的次固结变形特 性研究，通过对天津市海积软土进行的固结试验，从微观的角度出发，结合净势能曲 线解释了固结曲线上拐点的意义，研究了次固结系数的变化规律，同时建立了次固结系 数与时间、固结压力和压缩指数的关系。2 0 0 7 年，夏卜敬、盛建龙、姚尧等发表了天 津软土地区地基承载力确定方法研究，通过原位测试、直剪试验等方法确定地基承载 力，并进行了比较和分析，分别建立了本地区承载力的理论值、原位测试值与力学指标 确定值之间的线性回归关系。2 0 0 8 年，杜东菊、杨爱武、柳艳华、刘举、吴永红等发表 了天津滨海新区软土微结构与地基处理新技术研究，将天津滨海新区海积软土作为 研究对象，以软土微结构特征及结构强度为基础，初步建立软土微结构特征与宏观力学 行为的关系。 1 2 2 软土地基处理技术评价研究现状 由于软土地基处理的费用巨大，国内外软基评价的研究主要集中在处理方案的比选 上，通过对软基处理方案从技术和经济上进行对比分析，最后优选得出最佳方案，从而 达到技术可行、经济合理的目的。 近些年国内外学者提出的灰色理论、模糊理论、a h p 理论等，在软土地基处理方案 的优化选择上得到了不同程度的应用。现己有祝启坤( 2 0 0 2 ) 等利用模糊数学理论，通 过专家调查及工程类比分别给出一些影响处理方法的因素的影响程度，然后通过对评价 指标的排序决定施工工艺【1 5 】；王广月等( 2 0 0 3 ) 采用层次分析法，根据地基处理的性质 和所要达到的目标，将影响处理方法的因素分解为不同的组成因素，并最终把系统分析 归结为最低层相对于最高层的相对重要性权值的确定或相对优劣的排序，进而可以确定 最合适的处理方法【1 6 】。这些研究只采用单一的综合评价方法进行评价，由于人为因素的 3 第一章绪论 影响存在一定的不准确性。 从对国内外资料的调研来看，对于软土地基处理方案评价的研究较多，而对软基处 理技术本身评价的研究很少。软土地基处理技术评价要考虑的因素很多，比如工期、造 价、处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工因素、环境影响等。要使每一个目标 都达到最优是很困难的，甚至是不可能的，只能考虑各个目标的相对重要性，最终得出 对处理技术的综合评价。 软土地基处理技术评价是一个既含有定量因素，又包括定性因素的问题，运用传统 的数学方法来建立评价模型是比较困难的，借鉴国内外关于软基处理方案评选的研究， 利用模糊理论对非定量问题进行分析，从而将复杂的技术评价问题简单化、直观化。 1 2 3 水泥土搅拌法的应用与研究现状 水泥浆搅拌法是美国在第二次世界大战后研制成功，称之为就地搅拌桩。后来日本 等国又将其进一步发展，并研制了各种深层搅拌的施工机具。国内1 9 7 7 年由冶金部建 筑研究院和交通部水运规划设计院对水泥深层搅拌法进行了引进、开发，并于1 9 8 0 年 正式投入使用。铁道部第四勘测设计院于1 9 8 3 年初开始进行粉体喷射搅拌法加固软土 的试验研究，并在软土地基加固工程中使用，获得良好效剁1 4 】。目前，水泥土搅拌桩复 合地基已在实际工程中已得到比较广泛的应用。 关于水泥土搅拌桩设计方面的研究很多。刘利民等( 1 9 9 7 ) 从工作荷载作用下水泥 土搅拌桩存在着一个临界桩长这一事实出发，通过大量的理论计算和实测资料分析，提 出了以沉降控制为基础的水泥土搅拌桩设计方法【1 7 1 。许成祥等( 1 9 9 8 ) 针对水泥土搅拌 桩设计中存在简化受力情况的问题，在分析桩体侧向土压力和水泥土三向受压强度的基 础上，提出了考虑侧向土压力影响的水泥土搅拌桩设计方、法【1 8 】。李志华( 1 9 9 9 ) 对桩土 应力比作了详细而深入的研究分析，在此基础上，进行了基于桩土应力比的复合地基的 优化设计【l9 1 。熊辉( 2 0 0 1 ) 对水泥搅拌桩复合地基设计中的一些问题进行了探讨，提出 了基于沉降控制理论应用复形调优法的水泥搅拌桩复合地基设计思想【2 0 】。胡文平等 ( 2 0 0 2 ) 运用优化理论，对沉降控制水泥土搅拌桩复合地基进行优化设计，提出了优化 设计数学模型和实用分析方法f 2 l 】。赵东亮( 2 0 0 2 ) 认为水泥搅拌桩桩长是复合地基设计 中的一个主要参数，桩长应控制在有效桩长范围内，有效桩长不仅与桩土特性有关，还 与群桩及荷载分布有关，桩一桩相互作用降低了桩的刚度，并使群桩的有效桩长加大了 2 2 1 。冯仲仁等( 2 0 0 3 ) 将遗传算法应用于深层搅拌桩设计中，以单位面积内深层搅拌桩 4 长安大学硕士学位论文 的水泥用量为优化目标函数，提出了基于遗传算法的优化设计方法【2 3 】。叶观宝( 2 0 0 3 ) 对水泥土搅拌法处理高速公路软基的理论和设计方法进行总结与分析，并提出设计要点 和设计理念【24 。李二兵等( 2 0 0 4 ) 研究表明，造成水泥搅拌桩复合地基沉降过大、沉降 不均等问题的主要因素有面积置换率、桩长和桩体强度三个方面，应根据实际情况选取 合适的面积置换率和水泥掺入比，适当增加桩长能有效控制复合地基的沉降，地基设计 时应同时满足承载力和沉降要求，并应以沉降控制为主【2 5 1 。蒋希雁( 2 0 0 4 ) 认为水泥土 桩复合地基的沉降随桩长、置换率、桩身强度等因素变化的关系，具体地提出了水泥土 桩复合地基的设计步骤，并对其沉降实用计算方法进行了分析，提出了较符合实际、简 便的计算方法，为水泥土桩复合地基的设计提供了一定的参考【2 6 1 。徐超等( 2 0 0 5 ) 利用 载荷试验研究了水泥土搅拌桩的有效桩长1 2 7 】。孔祥国( 2 0 0 5 ) 分析了深层水泥搅拌桩设 计与应用中的若干问题，讨论了单桩承载力的确定方法和复合地基的沉降计算方法以及 设计中若干参数的取值问题，提出了一些改进意见【2 引。焦国强( 2 0 0 6 ) 阐述了水泥土搅 拌桩在设计中常用的公式，特别是对承载力、沉降做了详细的讨论，指出了公式选用的 方法，对这类桩的设计与应用有一定的参考价值【2 9 1 。苏阳( 2 0 0 6 ) 分析了深层搅拌形成 的水泥土桩体有其固有的荷载传递规律，并对基础平面尺寸及桩长的优化设计进行了探 讨【3 。陈永强、崔正聪( 2 0 0 6 ) 结合珠三角西北部地区地质情况和软土地基物理力学特 点，阐述水泥深层搅拌桩在高等级道路软基处理中的设计、施工、检测控制【3 。梁晨 ( 2 0 0 7 ) 探讨现行规范中关于水泥搅拌桩在计算方法中存在的问题，并分析其原因，根 据经验提出在设计阶段应注意的问题和改进意见【3 2 】。 研究现状表明，迄今还没有明确的水泥土搅拌法处理高速公路软基优化设计方法， 设计多以经验类比为主。很多设计人员由于对水泥土搅拌桩复合地基的特点缺乏足够的 认识，常常盲目设计，从而给工程带来许多问题。例如：由于设计不合理发生工程事故， 或者由于设计太保守造成经济上的浪费。 1 3 主要研究内容和技术路线 1 3 1 研究内容 本文以“调查一评价一优化”为主线，对天津滨海新区软土地基处理技术进行了系 统的研究，主要有以下内容： ( 一) 调研查阅国内外有关资料，对天津地区，尤其是天津市市政工程设计研究院 5 第一章绪论 多年来的有关设计研究资料、成果，进行收集与汇总分析。 ( 二) 对天津滨海地区已建典型道路软土地基进行现场工程调查。 ( 三) 以系统工程、模糊数学等为理论基础，建立针对天津滨海新区道路软土地基 处理技术的多层次综合模糊评价模型，通过对区内三条典型道路软基处理技术的评价， 检验模型的合理性和准确性，并根据评价结果，对模型做出优化。 ( 四) 通过对软基处理技术的调查与评价，研究基于滨海新区道路示范工程的软基 处理优化设计方法，并应用研究成果对示范工程软基处理技术做出优化。 1 3 2 技术路线 本文研究包括资料调研，工程调查及示范工程应用等方面，研究路线如图1 1 所示。 图1 1 论文研究技术路线图 6 长安犬学硕十学位论文 2 1 概述 第二章滨海新区已建道路软基处理效果调查 天津滨海新区成立十多年来，随着我国公路交通事业的迅猛发展和环渤海经济圈大 发展战略的实施，其公路交通建设得到了长足发展。区内有多条已建高速公路通过，为 了总结以往软基处理经验，及时指导滨海新区现有道路工程的建设，在收集天津市市政 工程设计研究院历年资料的基础上，2 0 0 8 年1 0 月对区内津晋、唐津和京津高速公路软 基处理效果进行了系统调查。 2 2 天津滨海新区自然环境与工程地质调查 2 2 1 地理位置 天津市地处华北平原东北部，环渤海湾的中心，东临渤海，北依燕山。天津距北京 1 2 0 公里，是拱卫京畿的要地和门户。对内腹地辽阔，辐射华北、东北、西北1 3 个省市 自治区，对外面向东北亚，是中国北方最大的沿海开放城市。天津海陆空交通便捷，铁 路、公路四通八达。天津建城设卫之前，天津港是京杭大运河的一个内河港口。1 8 6 0 年，被辟为五大通商口岸之一。长期以来，天津港与1 7 0 多个国家和地区的3 0 0 多个港 口保持贸易往来，是连接亚欧大陆桥距离最近的东部起点。 滨海新区地处华北平原东北部，海河流域下游，天津市区东部。新区塘沽、汉沽、 大港三个行政区的全部用地及东丽、津南两个行政区部分用地，陆域总面积约为2 2 7 0 平方公里。滨海新区塘沽城区与天津市中心城区仅相距4 0 公里，距北京1 7 0 公里，距 唐山1 1 0 公里，与保定、沧州、廊坊、任丘等城市近邻，是我国北方以及环渤海地区经 济、技术发达地区之一。 2 2 2 自然环境 天津位于中纬度欧亚大陆东岸，主要受季风环流的支配，是东亚季风盛行的地区， 属大陆性气候。主要气候特征是，四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集 中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪。 滨海新区气候类型属于暖温带半湿润季风气候春季干旱多风，冷暖多变；夏季温高 湿重，雨热共济；秋季天高云淡，风和日丽；冬季寒冷干燥，雨雪稀少。由于濒临渤海， 受季风环流的影响很大。冬季受蒙古、西伯利亚冷高气压中心的影响，对流低空盛行寒 7 第二章滨海新区已建道路软基处理效果调查 冷干燥的西北风；夏季，由于受大陆低气压和低纬度北太平洋副热带高压中心的影响， 盛行高温的东南风。因而形成区内气候冬夏长，春秋短，春季干旱多风，夏季高温高湿 雨水多，秋季冷暖适宜，冬季寒冷少雪，四季变化明显的特点。 天津市年平均气温l1 1 2 ，市区年平均气温1 2 3 。c ，滨海地区年平均气温1 2 6 。多年平均降水量为5 6 6 1 m m ，降水量年际变化较大，年内分配不均。降水量主要集 中在6 - - - 9 月，占全年降水量的7 9 9 ，滨海地区年平均降水量为6 0 4 3 毫米，主要集中 在夏季，约占全年降水量的7 6 。年蒸发量1 7 5 0 - - 1 8 4 0 毫米，是降水量2 4 倍。 2 2 3 地形地貌及地质构造 滨海新区地质构造属于新华夏构造体系的黄骅凹陷带，地表主要是第四纪河相和海 相沉积物。属华北平原北部海冲积平原，地貌特征为滨海低地、泻湖洼地和海滩。地势 低平。大部为盐田、鱼塘、虾池及农田，沟渠纵横。区内还有北大港、北塘等水库、大 面积的盐田和众多的坑塘，因此水域面积大和地势低平成为本区主要地貌特征。 滨海新区位于华北平原断块的黄骅拗陷之北段。与本地区比较密切的断块有：黄骅 拗陷、渤海拗陷、冀中拗陷、沧县隆起和埕宁隆起。除埕宁隆起历史上没有强震记载外， 其它断块均发生过6 级以上的地震。区域主要活动断裂( 带) 有北东向的沧东断裂和郯 庐断裂带，北西北西西向的宝坻一蓟运河断裂。本地区位于黄骅拗陷北段的塘沽拗陷内 的南端，对本场地起起控制作用的主要活动断裂有沧东断裂、海河断裂。 滨海新区跨越了沧县隆起、黄骅坳陷两个地质构造单元，区内包括有：沧东断裂、 海河断裂等壳断裂，还有大寺断裂、汉沽断裂等盖层断裂，以及其他一般性断裂。滨海 新区为第四纪松散沉积物覆盖，第四纪底界埋深4 0 0 m 左右，为河流相、湖沼相和海相 沉积，岩性主要为粘性土与粉砂、细砂互层，沿海地区浅部埋藏有淤泥质土。 2 3 软基处理效果调查的评价标准 2 3 1 路基调查评价标准 查阅相关资料，并结合天津滨海新区内高速公路的实际情况，本次路基调查采用表 2 1 所示的综合评价标准，主要以差异沉降和路基稳定性为评价指标。差异沉降分为： 轻微、较重、重和严重四个等级；路基稳定性分为：优、良、中和差四个等级。通过差 异沉降和路基稳定性的综合分析，对路基的状况做出评价，分为优、良、中、差四个等 级。其中差异沉降和路基稳定性各个等级的具体描述详见表2 2 所示。 8 长安人学硕士学位论文 表2 1 工程调查的综合评价标准 评价 差异沉降路基稳定性 标准 备注 轻微较重 重严重优良中差 -_ 轻微+ 优 、i 轻微+ 良 优 - 较重+ 优 较重+ 良 -_ 、| 心 轻微+ 中 轻微+ 差 0t 较重+ 中 - 较重十差 良 - 重+ 优 严重+ 优 t- 重+ 良 -_ 严重+ 良 -t 中 重+ 中 j 重+ 差 差_ 严重+ 中 严重+ 差 -0 表2 2 路基调查评价指标各等级描述 评价 等级各等级描述 指标 轻微路段内最大差异沉降1 5 c m ，对行车安全影响较小 差异 较重 路段内最大差异沉降3 5 c m ，对行车安全有一定影响 沉降 重路段内最大差异沉降5 5 c m ，对行车安全影响较大 严重 路段内最大差异沉降7 5 c m ，对行车安全影响很大 优 横向位移较小；平整度良好；不受地下水和地表积水的影响 路基 良横向位移小；平整度较好：受地下水和地表积水的影响不大 稳定性 中 横向位移大；平整度较差；受地下水和地表积水的影响较大 差横向位移较大；平整度很差：受地下水和地表积水的影响范围较大 9 第二章滨海新区已建道路软基处理效果调查 2 3 2 桥梁及通道调查评价标准 查阅相关资料，并结合天津滨海新区内高速公路桥梁及通道的实际情况，本次桥梁 及通道调查采用表2 1 所示的评价标准，主要以差异沉降和路基稳定性为评价指标。差 异沉降分为：轻微、较重、重和严重四个等级；路基稳定性分为：优、良、中和差四个 等级。通过差异沉降和路基稳定性的综合分析，对路基的状况做出评价，分为优、良、 中、差四个等级。其中差异沉降和路基稳定性各个等级的具体描述详见表2 3 所示。 表2 3 桥梁及通道调查评价指标各等级描述 评价 等级各等级描述 指标 轻微最大台阶高度1 5 c m ，对行车安全影响较小，正常行驶颠簸感较小 差异 较重 最大台阶高度3 5 c m ，对行车安全有一定影响，正常行驶颠簸感小 沉降 最大台阶高度5 5 c m ，对行车安全影响较大，正常行驶颠簸感明显重 严重最大台阶高度7 5 c m ，对行车安全影响很大，正常行驶颠簸感较明显 优 横向位移较小；平整度良好；不受地下水和地表积水的影响 路基 良 横向位移小；平整度较好；受地下水和地表积水的影响不大 稳定性 中 横向位移大；平整度较差；受地下水和地表积水的影响较大 差横向位移较大；平整度很差；受地下水和地表积水的影响范围较大 2 4 津晋高速公路调查 2 4 1 津晋高速公路简介 津晋高速公路就是联系天津市区与塘沽区的一条重要纽带，对天津市乃至对整个环 渤海经济圈的发展能够起到促进作用。津晋高速公路( 天津东段) 是天津市区至天津塘 沽的一条高等级公路，是海河南岸市区通往塘沽区的唯一通道。该路起于津港公路，止 于海防路水门处。该高速公路全长3 5 5 公里，标准为全封闭双向四车道高速公路，路基 宽2 7 m ，路面宽2 2 5 m ，设计车速为每小时1 2 0 公里。全线设置互通式立交7 座，分离 式立交7 座，中小桥1 5 座，收费站7 处，沥青混凝土路面约7 3 万平方米，占地5 6 0 0 亩，土方3 4 2 万方。本项目工程总投资1 6 亿人民币，其中外方投资1 2 8 亿元，中方投 资3 2 亿元。 路线所经路段主要地貌类型有平地、洼地、古河床高地、微高地、河堤、渠堤及河 1 0 k 安太学硕士学位论文 槽、渠道等。地貌以地表松散沉积物不断加积的典型堆积平原地虢为特征，地表沉积物 以粘土、亚粘土为主；河床及古河道穿过地区有粉细沙，物质组成以粉砂质粘土、粉砂 等细粒物质为主。 2 42 特殊路段软基处理设计调查 津晋高速公路为了控制路基的工后沉降，对于软基路段均做了不同程度的处理。 ( 1 ) 毛线路基桥头路堤填高在5 0 m 左右，为了控制路基的工后沉降，桥头或通道 的两端一般进行水泥搅拌桩处理，采用三角形布置，桩径o5 m ，桩日j 距1 5 m ，水泥搅 拌桩处治深度为1 0 1 4 m 。桥头处理范围一般在5 0 m 左右，根据处理前后工后沉降设 置渐变段。根据路基沉降盆的形状，路中线两侧各1 6 m 范围外的水泥搅拌桩桩长可比该 范围内的缩减约一半，以节省材料。经计算，地基经过处理，在两年施工期后可完成犬 部分沉降，桥梁或通道桥两端的工后沉降可控制在1 0 c m 以内。一般路段填土高度均小 于5 m ，j i 后沉降在3 0 c m 以内，无需作深层处理。 ( 2 ) 主线设涵洞处，为防止因路基沉降使涵洞成为u 形，不利排水，涵洞基础下 的路基均做水泥搅拌桩处理，桩间距一般为l5 m ，桩长1 0 1 2 m ，三角形布氍。 ( 3 ) 对处于k l + 0 1 8 k 1 + 4 1 5 、k 3 + 4 1 0 k 3 + 6 5 0 池塘地段的路堤，先打永久坝， 将路堤范围内的水抽干，把池塘底的淤泥清楚，然后铺一层土工格栅，在格栅上铺粒料， 上面填土至周围地面等高时，满铺一层土工格栅，以消除新旧地基相接处的不均匀沉降。 2 43 津晋高速公路软基处理效果调查 2 0 0 8 年1 0 月对律晋高速公路天津市滨海新区段沿线路基、通道及桥梁等构造物台 背路基路面不均匀沉降进行了系统调查。经过调查，选取了典型的路基、桥涵及通道台 背路基路面不均匀沉降断面，其照片如图2 1 图2 8 所示。 宣宣妇 一 圉21 津晋高速较基路段图2 2 津晋高速k 1 0 + 0 0 0 附近软基路段 第二渍* 新b e 吐道路软罐”日效果a 圉2 3 津晋高速k 2 9 + 8 0 0 桥头差异沉降图2 4 津晋高速k 1 6 + 0 0 0 沿线盐田 图2 5 津晋高速k 2 4 + 9 0 0 娃通道 图27 津晋高速k 3 1 1 + 0 0 0 路基不均匀沉降图2 8 津晋高速k 3 0 + 8 0 0 桥不均匀沉降 ( ) 路基调备 根据2 0 0 8 年1 0 月时津晋高速公路滨海新区段的现场调查，将津晋高速公路沿线路 基调查情况汇总整理成表2 4 所示。 ( 二) 桥涵及通道调查 将津晋高速公路沿线桥梁、通道调查情况汇总整理成表2 5 、衷2 6 所示。 一 室| i 道踟叶 逮高胥牵圈 噬 长安大学硕上学位论文 表2 4 津晋高速公路路基调查汇总表 路基填上行线 下亍线 路段土高度差异沉降路基评价差异沉降 路基评价备注 ( m ) h m “ 评价稳定性 等级 h i m评价 稳定性等级 k 3 5 k 3 41 o 2 51 1轻微 优 优1 4轻微良优耕地 k 3 4 k 3 33 0 4 0o 9 轻微 优优2 - 3较重中良耕地 k 3 3 k 3 23 o 4 0 1 3 轻微 差良 1 1 轻微中良鱼塘 k 3 2 k 3 l3 5 4 51 。2轻微 中等 良4 6 雷 中中鱼塘 k 3 l k 3 01 o 2 0l轻微中等良 1 1 轻微良优河岸 k 3 0 k 2 91 0 2 o5 0 重中等中 3 4 较重中 良 河岸 k 2 9 k 2 84 o 5 03 5 较重中等良 6 8 严重良良河岸 k 2 8 k 2 71 0 2 04 8 重中等中 0 8 轻微 差良耕地 k 2 7 k 2 62 5 3 51 3 轻微中等优 4 7重中中耕地 k 2 6 k 2 51 o 2 o2 5 较重中等良 1 1 轻微 优优耕地 k 2 5 k 2 41 0 2 07 2 严重良好 良2 2较重中良耕地 k 2 4 - k 2 32 0 3 0o 8 轻微中等良 4 8重中优? 耕地 k 2 3 k 2 21 2 3 51 2 轻微中等 良1 5轻微中良耕地 k 2 2 k 2 11 5 2 12 6 较重优 优5 0重 由 中 k 2 1 i 也o2 2 3 27 5严重 差等 差1 5轻微良优鱼塘 k 2 0 k 1 92 3 3 6o 8轻微差良o 9轻微 由 良耕地 k 1 9 k 1 83 2 5 60 9轻微差良 5 7 严重 中 差耕地 k 1 8 k 1 70 5 2 44 7 重中等中 3 2 较重中 良耕地 k 1 7 k 1 6o 1 1 55 0重中等中 5 4 重 中中 耕地 k 1 6 k 1 50 1 04 3 重中等中 7 5 严重差 差耕地 k 1 5 k 1 4l r 0 2 57 4严重差差 1 4 轻微差良 k 1 4 k 1 32 2 3 51 5 轻微中等良 0 9 轻微 中良 k 1 3 k 1 21 0 2 36 7 严重中等差 4 1 重 中中 k 1 2 k 1 12 5 3 44 2 重中等中 6 2严重中差 k 1 1 k 1 04 3 5 31 0 轻微 差 良 1 7较重中良 k 1 0 k 91 1 2 11 2 轻微 差良2 0 较重 良良 k 9 k 80 3 1 23 6 重中等中 5 4重中中 k 8 k 70 5 1 51 9 较重中等良 1 5 较重 中良 k 7 k 6o 2 1 51 4 轻微中等良 1 2轻微中良 k 6 k 51 1 2 61 0 轻微良优 3 6重中 由 k 5 , - - k 40 8 2 72 9 较重 中 良 1 6较重差良 k 4 k 30 7 2 00 9 轻微中 良4 3重中中 第二章滨海新区已建道路软基处理效果调查 表2 5 津晋高速上行线沿线桥梁、通道调查表 天津方向滨海方向 填土高构造 桩号 差异沉降 路基评价 差异沉降 路基评价 度( m )物 值( c m )评价 稳定性等级 值( c m )评价 稳定性等级 k 3 4 + 3 0 0 2 o桥3 2 较重 良优 2 2 轻微良优 k 3 3 + 0 0 03 5 桥5 1轻微差良 5 3 轻微中良 k 3 1 + 2 0 04 o 桥 4 3 轻微差良 4 2 重中 由 k 3 0 + 8 0 05 2 桥 5 2 轻微差良 5 8 轻微中良 k 2 9 + 8 0 03 0 桥 4 3 重差差 4 5 重差差 k 2 8 + 0 0 04 0 桥 6 9 严重差差 6 8 严重差差 k 2 6 + 8 0 04 2 通道 1 9 轻微良优 2 1 轻微良优 k 2 4 + 9 0 03 0 通道 5 3 轻微差良 5 4 重 中 中 k 2 2 + 2 0 03 0 通道 5 0 重中中 5 1 重优良 k 2 1 + 0 0 04 5 桥 4 8 重优良 4 2 重优 良 k 1 9 + 0 0 04 5 桥 4 8 重良良 4 2重良良 k 1 4 + 0 0 05 0 立交 7 1 较重良优 6 9 轻微中良 k 1 1 + 1 9 75 5 立交 4 9 重 中中4 8 重 中中 表2 6 津晋高速下行线沿线桥梁、通道调查表 天津方向滨海方向 填土高构造 桩号 差异沉降 路基评价 差异沉降 路基评价 度( m )物 值( c m )评价 稳定性等级 值( c m )评价 稳定性等级 k 3 4 + 3 0 02 o 桥 3 1 较重良优 2 2 轻微良优 k 3 3 + 0 0 03 。5 桥 5 4雷 优良 5 3 重优良 k 3 1 + 2 0 04 o 桥 4 1 重良良 4 3 重优良 k 3 0 + 8 0 05 2 桥 5 2 重中中 5 8 轻微良优 l q 9 + 8 0 03 0 桥 4 3 重中中 4 5 重优良 l 2 8 + 0 0 04 0 桥 7 1 严重差差 6 8 严重差差 l t l 才发生次固结沉降； e l 、e 广分别为孔隙比与时间( 对数) 曲线尾端直线上两点的孔隙比； t l 、t 广分别为相应与孔隙比e l 、e 2 的时间； h i _ 各土层厚度( m ) 。 ( 三) 瞬时沉降计算 由于瞬时沉降的计算尚无成熟的理论，本文在沉降计算时选择经验系数法，未单独 计算瞬时沉降量，而是根据规范 3 3 1 3 4 1 推荐，通过自由交互沉降经验系数值，直接计算出 地基的总沉降量，沉降经验系数可把瞬时沉降量考虑其中。 s = m ，s 。 ( 5 5 ) 沉降经验系数m 。为一经验系数，与地基条件、荷载强度、加荷速率等因素有关， 其范围为1 1 - - 1 7 ，应根据现场沉降观测资料确定。 5 3