（交通运输工程专业论文）宁波地区软基处理技术研究.pdf

摘要 软土地基处理技术至今仍是工程中探索的热点问题之一，论文在对宁波地区高速公 路穿越区域的软土物理力学特性分析的基础上，结合宁波同三高速公路实际工程，对软 基处理技术进行了系统研究。 基于现场试验成果与理论分析，研究了碎石桩、粉喷桩、塑料排水板及堆载预压等 技术处理软基后的填土高度与沉降变形的关系、沉降变形与时间的关系。现场试验结果 表明，软基工后沉降结果均小于3 0 c m 。针对宁波地区软土特性，提出软基路堤施工期采 用填筑速率方法取代规范中的沉降速率方法进行路堤施工控制，该方法简便易行，经济 安全。研究成果对地质条件类似路基的设计、施工和路堤稳定性监控等具有一定的指导 作用，对减小桥头跳车的程度具有重要的借鉴价值。 关键词：路基工程软基处理填筑速率沉降变形施工控制 a b s t r a c t s o r 莎o u n di m p r o v e m e n tt e c l l l l o l o g yi ss t i l lo n eo ft h eh o ti s s u e si nt h ew o r k st oe x p l o r e b a s i n go nt h es 0 s o i la n a l y s i so fp h y s i c 2 l la n dm e c h a m c a lp r o p e r t i e si nt h ea r e ao fn i n 曲o e x p r e s s w a y a c r o s s e dr e g i o n ，t h ed i s s e r t a 【t i o nm a d eas y s t e mr e s e a r c hi ns o rg r o u n d i m p r 0 v e m e n tc o m b i n a t e da c t u a ln i n g b o - t b n g s a nl l i 曲、v a yp r o j e c t b a s e do nf i e l dt e s tr e s u l t sa i l dt h e o r e t i c a la i l a l y s i s ，s t u d i e dt h er e l a t i o n s h i pb e t v 旧e nt h e f i l l i n gh e i g h ta n dd e f o r m a t i o ns e t t l e m e n ta r e rs o 丘g r o u n di m p r o v e m e n tw i mg r a v e lp i l e ，d j m p i l e ，p l a s t i c 出a i n a g eb o a r da i l dp r e l o a db e a r i n gc o m p r e s s i o n o n s i t et e s tr e s u l t ss h o w e dt h a t t h es o rs o i lf o u n d a t i o nn l a th a sb e e n 仃e a t e dw e r es i 嘶f i c a l l t l ys m a l l e rt h a i l3 0c m 1 1 1 e t h e o 巧删c h 锄i n gb u i l d i n gr a t em e 也o d sr e p l a c es e t t l e m e n tr a t em e t h o d st oc o n t r o lf i e l d c o n s t m c t i o nd u r i n gs o rb a l s ee m b 幽e mc o n s t m c t i o np e r i o dw a st d k e n t h em e m o di s s i m p l e ，e c o n o m i cs e c u r i t ) ，t h er e s u l t so ft h er e s e a r c hh a v eag u i d i n gr o l ems u b 孕a d e ( w i m s i m i l a rg e o l o g i c a lc o n d i t i o n )d e s i 弘，c o n s t m c t i o na 1 1 ds u b g r a d es t a b i l i t ym o n i t o r i n g ，a 1 1 d h a v e 铲e a tr e f e r e n c ev a l u ei nr e d u c i n gb 眦p i n ga tb r i d g eh e a d k e y w o r d s ：r o a d b e de n g i n e r r i n g ： s o f l tg r o u n di m p r o v e m e n t ： e m b a n l 【m e n ti a t e ： d e f b r m a t i o ns e t t l e m e n t ：c o n s t r u c t i o nc o n t r o l 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己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 茅方7 崖咄7 月口曰 论文作者签名： 雾舻7 厶l年7 月曰 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：考彼谛7 月粕 导师签名：夕物钟7 月瑁 长安大学t 程硕十学位论文 1 1 背景与意义 第1 章绪论 随着国民经济的快速发展，我国高等级公路的建设发展迅速。高等级公路一般采用 高填方路堤，与一般公路相比，高等级公路不仅要求路堤的稳定，对工后沉降也有较高 的要求，特别是需要严格控制工后不均匀沉降量。而我国幅员辽阔，软土在我国分布广 泛，在我国东南沿海、长江三角洲及内陆山区盆地等地区，广泛分布着含水量高、压缩 性大、强度低、透水性差、覆盖层厚、埋深浅的软弱土层。近2 0 年来，我国已建成或 拟建的高等级公路中，有数十条高等级公路不同程度、长短不一地修建在软土地基上。 在路堤荷载作用下，软土路基很容易发生承载力不足、沉降量大、不均匀沉降大和 固结完成时间长等问题。因此，在软土路基上修建高等级公路，软基处治成为公路建设 的关键技术。需要解决的关键问题是如何减少工后地基沉降和保证修建在软基上的路堤 稳定。论文结合同三线宁波段建设中的软基工程研究适于宁波地区的软基处理技术。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 理论研究现状 ( 1 ) 软土基本特性研究 对软土的基本性质，人们己经取得了一些共识，一般认为软土的主要特性为：具有 高含水量、大孔隙、低密度、高压缩性、低透水性、中等灵敏度的特点，一般含水量高 达4 0 5 0 ，大于液限，孔隙比大于1 0 ，塑性指数2 0 左右，强度c u = 1 0 3 0 k p a ，压缩 系数a = o 5 1 o m p a ，固结系数为1 0 1 0 c m 2 s ，灵敏度系数4 8 。因此，该类土压 缩沉降量大，排水固结慢，地基稳定性差。但是，人们在工程实际中发现，同样可归类 为软土，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。 近些年来，以南京水力科学研究院对软土的结构性进行了系列的研究，对工程应用有很 重要的意义。另外，在软土地区，往往存在一定厚度的硬壳层，这是由于地表部分风化、 淋蚀作用形成的该硬壳层具有中等或低的压缩性，较高的强度。如何利用这一硬壳层， 节约工程造价，也取得了一定的经验。 ( 2 ) 大变形理论的应用研究 浙江大学的李涛基于连续介质大变形理论、b i o t 固结理论和纽曼随机有限元理论， 建立了大变形固结纽曼随机有限元分析方法，并开发了相应有限元计算程序。在此基础 1 第1 章绪论 上，对软土路基大变形固结问题作了初步研究。其主要成果包括： 1 ) 以一维固结模型为例，在确定性计算方面对比了小变形固结有限元法、大变形 固结有限元法和t e r z a g h i 解析法的计算结果；在随机性计算方面对比了大变形固结纽 曼随机有限元法和m o n t e c a r l o 随机有限元法计算结果，验证了本文有限元程序的正确 性和有效性。 2 ) 受大变形的影响，在纽曼随机有限元求解过程中，刚度矩阵波动值也含有未知 量增量的相关项。论文提出采用修正牛顿法的余量迭代算法来计算刚度矩阵波动值非线 性部分，并迸一步探讨了刚度矩阵波动值的近似算法，大大提高了随机有限元计算效率， 同时又保证了足够的计算精度。 3 ) 对一简化的软土路基模型进行大变形固结随机有限元分析。详细分析了软土路 基沉降、侧向位移和孔压等均值、标准差随时间变化规律及空间分布规律：并探讨了随 机变量和随机场参数对软土路基沉降和孔压的影响。 4 ) 以实际工程为例，将地表沉降和孔压实测数据与有限元计算结果进行对比，并 对沉降、孔压标准差进行随机有限元分析，初步探讨了大变形固结纽曼随机有限元法在 实际工程中的应用。 ( 3 ) 复合地基理论研究 按照分析对象的不同，总应力法复合地基变形理论大致可以分为两类：一类是单桩 理论分析法，一类是群桩简化理论分析法。上述两类中都同时包含解析理论法和数值分 析法，下面分别对其论述。 1 ) 单桩解析理论研究 单桩分析法以准确描述桩体和土体间的相互作用为目的，无论是以桩单元作为分析 对象还是以桩间土单元作为分析对象、无论是否考虑桩土间的滑移、无论采用何种复杂 的本构模型，首先都要假设桩土间相互作用的具体形式。需要指出的是，应力修正法和 桩身压缩量法没有明确桩土间的相互作用，但采用了应力比的概念，因此可以看作是考 虑桩土相互作用的一种简化形式。 单桩解析法中较具代表性的有：基于m i n d h n 解的解析法、传递函数法、剪切位移法 等。 g e d d e s 以m i n d i i n 解为基础导出了由于桩端阻力及桩侧摩阻力所产生的附加应力 计算公式；李静文( 1 9 9 3 ) 联合b o u s s i n e s q 和m i n d l i n 解答，讨论了复合地基中的应力 分布特性，分析了其改善地基承载力和减少沉降的原因；张小平等( 1 9 9 9 ) 、宫全美( 2 0 0 1 ) 2 长安大学1 = 程硕l j 学位论文 分别用m i n d i i n 解答分析了桩侧摩阻力为三角形分布、矩形、梯形分布或更复杂分布情 况下的复合地基附加应力计算公式；秦建庆等( 2 0 0 0 ) 把袁聚云等( 1 9 9 5 ) 导出的半无限体 内作用矩形荷载的应力解答引入到文中进行复合地基的变形计算；孙志东( 1 9 9 5 ) 对 m i n d i i n 解答进行修正后用于层状单桩复合地基的变形计算；杨敏等( 1 9 9 9 ) 根据轴对称 弹性层状理论解答，运用矩阵递推法得到了多层弹性地基内部作用集中荷载时的应力、 位移解析表达式，并称之为广义m i n d i i n 课题；艾智勇等( 2 0 0 1 ) 在杨敏等( 1 9 9 9 ) 基础上 计算分析了多层单桩复合地基的沉降变形，并与p o u l o u s e t a l ( 1 9 7 4 ) 、有限元法等进行 了对比验证。 传递函数法是用非线性弹簧模拟桩身与土、桩端与土之间的相互作用，当传递函数 不太复杂时，可以直接求解基本微分方程，如k e z d i ( 1 9 5 7 ) 的指数曲线法、g a r d n e r ( 1 9 7 5 ) 的双曲线法和佐滕悟的理想弹塑性法、陈明中等( 2 0 0 0 ) 的双折线模以及杨从军( 2 0 0 2 ) 的 三折线模型等。当荷载传递函数较复杂无法直接求解时，可以半解析的位移协调法。 剪切位移法由c o o k e ( 1 9 7 4 ) 提出，主要针对摩擦型桩的变形量计算，假设桩土间产 生相对位移，剪应力从桩侧表面开始沿径向向四周土体扩散。段继伟( 1 9 9 3 ) 在 r a n d o l p h & w r o t h ( 1 9 7 8 ) 同心圆柱法的基础上考虑了桩体的轴向变形和桩侧变形的相影 响关系，并进而得到了临界桩长和桩型分类的计算方法；马克生等( 2 0 0 0 ) 在c o o k e ( 1 9 7 4 ) 的基础上提出了考虑了弹性模量随深度增加而增加的解析解。 s h a h u ( 2 0 0 0 ) 提出了有垫层的散体材料桩复合地基的变形计算方法。该方法假设层 为光滑刚性层，通过建立桩土变形协调条件求解，并和有限元等方法进行了对比。 2 ) 群桩简化解析理论研究 和单桩解析理论相反，群桩简化解析理论避免了考虑桩土间的复杂相互作用，将桩 和加固土体均质化，看成两种不同材料的复合体，这样就形成了加固层和下卧层两种不 同性质、不同强度土层组成的双层复合体。对于这种双层和多层复合体有不同的解析解 可以与之对应，如轴对称坐标下的成层地基应力解答，平面应变条件下的成层地基应力 解答等。龚晓南( 1 9 9 2 ) 总结列出了多种计算复合地基沉降变形的方法。 3 ) 用有限元法求解复合地基变形理论研究 b a l a a m b o o k e r ( 1 9 8 l 、1 9 8 5 ) 用单桩线弹性有限元法分析了刚性、柔性基础下复合 地基的沉降；吴永红、顾晓鲁( 1 9 9 2 ) ，吴永红( 1 9 9 2 ) 考虑了土体的非线性，用轴对称弹 塑性有限元法分析了碎石桩单桩带台复合地基桩土应力比与外荷载的关系、桩身荷载传 递特性和承台下土的反力分布。段继伟( 1 9 9 4 ) 同样用轴对称有限元法研究了水泥搅拌桩 3 第l 章绪论 单桩带台复合地基桩土应力比与各种影响因素的关系以及沉降和荷载传递特性。 陆贻杰等( 1 9 8 9 ) 用三维有限元法分析了水泥搅拌桩复合地基群桩带台问题，并采用 了邓肯张非线性弹性本构模型；张雁等( 1 9 9 3 ) 根据天然地基、石灰桩、碎石桩和c f g 桩复合地基三维有限元分析指出，在柔性桩复合地基中浅层应力向桩身集中并在桩端向 深层扩散，柔性桩复合地基中的桩具有应力集中和应力扩散的双重作用。 1 2 2 软土地基处理技术研究 ( 1 ) 排水固结法研究 排水系统就是在软土中设置一些排水通道，改变原有地基的边界条件，增加孔隙水 的排出途径，通常塑料排水板及砂井等就是这个“通道”，在荷载作用下，使得软基中 的水分能够迅速排出，从而缩短固结时间、加快软土固结速率。由于塑料排水板的间距 远小于被加固软土层的厚度，因此土体中的孔隙水主要是从水平向集中到塑料排水板或 砂井中排出的，竖向排水只是少量的。最早的排水固结法采用砂井作为排水通道，近年 来又出现了袋装砂井作为排水通道，袋装砂井是砂井排水法的延续。 随着塑料工业的发展和科技的进步，在软基处理过程中，又出现了一种代替袋装砂 井的新材料，即塑料排水板。与袋装砂井相比，塑料排水板法具有插板机械轻、效率高、 对土扰动小、造价底等优点，因此，近几年来在公路、铁路、水利、电力、港口、机场、 建筑等工程中得到了广泛的应用。 作为排水预压固结法竖向排水体的塑料排水板是继杰尔曼( k j e l l m a n ，1 9 3 ) 纸质排 水板之后，由维格( w e g e r ，1 9 7 1 ) 提出来的一种竖向排水新型材料，它由聚氯烯制成透 水芯带，外套无纺滤布制成。这种型式的竖向排水体一经出现，就迅速被推广应用，是 一种行之有效的软土地基加固的新技术。 自1 9 8 0 年河海大学研制出我国第一块塑料排水板，1 9 8 1 年天津港湾工程研究所研 制成功我国第一台专用塑料排水板插板机，同年第一次在天津塘沽新港码头堆场软基加 固工程中开始应用以来，塑料排水板由于具有性能好、质量可靠、施工方便、工效高、 工程费用低、对土的扰动小、可用轻型机械在超软土上施工等优点，迅速在国内推广。 现在塑料排水板在我国应用已十分广泛，己广泛应用于港口码头、电厂、钢厂等原料堆 场，机场跑道、铁路路堤、高速公路、软基上的堤坝、围垦造地工程、造路工程、油罐 充水预压和冷库及水池等工程的地基加固中，并且都取得了良好的效果。 ( 2 ) 砂石桩法研究 4 长安人学工程硕上学位论文 砂石桩主要包括砂桩和碎石桩。砂桩于1 9 世纪3 0 年代起源于欧洲。在长时间内由 于没有实用的设计计算方法，缺少先进的施工工艺和施工设备而影响了它的发展。二次 世界大战以后，苏联在这方面的研究取得较大成就，使它得到了较广泛的应用。砂桩在 5 0 年代引入我国，在工业与民用建筑、交通、水利等工程建设中都得到应用。尤其是在 近2 0 年来，采用砂桩加密松散砂土地基、软粘土地基，或防止砂土振动液化方面均取 得了一些成就，解决了实际工程问题。 振冲法应用于粘性上地基时，填入碎石骨料形成的桩体称为碎石桩，这种桩体与原 地基土一起构成复合地基，该方法称为振冲碎石桩法。振冲碎石桩与振冲砂桩一样，除 对桩间土的挤密作用外，桩体同时具有置换作用和排水作用。 现代地基处理技术应从1 9 世纪3 0 年代欧洲应用砂桩算起。后来德国s s t e u e r m a n 在1 9 3 0 年提出采用振冲法加密砂性土原理。1 9 3 3 年，德国j k e e l l e ：制成了第一台振 冲器，并于1 9 3 5 年在纽伦堡用于加固松散粉砂地基。后来在美国、欧洲、日本等地得 到应用。1 9 6 0 年左右在英国开始将振冲法应用于加固粘性土地基。不久，在德国、美国 和日本也用于加固软粘土地基。1 9 7 6 年下半年，南京水利科学研究所和交通部水运规划 设计院共同研究振冲法加固软填土地基技术，1 9 7 7 年试制出我国第一台1 3 k w 振冲器， 1 9 7 7 年9 月首先用于南京船厂船体车间软粘土地基加固。 ( 3 ) 深层拌合法研究 深层拌合法是日本在2 0 世纪7 0 年代中后期首创和开始应用。我国于1 9 7 7 年末由 交通部水运规划设计院和冶金部建筑研究总院协作进行深层搅拌机研制和室内外试验， 并在工程中正式开始使用。1 9 7 9 年在天津港试拌；1 9 8 0 年在上海宝山钢铁厂地基处理 中得以应用；1 9 8 8 年至1 9 9 0 年间在天津新港东突堤南侧码头和北侧码头，完成了1 2 个泊位的软土处理；1 9 9 3 年完成了烟台港二期工程重力式码头地基加固。后又陆续在全 国范围工民建地基中开挖及支护工程中广泛应用，都取得了良好效果。 国内目前采用深层拌合法加固的土质有淤泥、淤泥质土、地基承载力不大于1 2 0 k p a 的粘性土和粉性土等地基，当用于处理泥炭土或地下具有侵蚀性的土时，应通过试验确 定其适用性。水泥加固土的室内试验表明，有些软土的加固效果较好，而有的不够理想。 一般认为含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好，而含有伊 里石、氯化物和水铝英石等矿物的粘性土以及有机质含量高、酸碱度( p h 值) 较低的粘 性土的加固效果较差。水泥土搅拌法可用于增加软土地基的承载能力，减少沉降量，提 高边坡稳定性，适用于作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载的低坪、高填 5 第1 章绪论 方路堤下基层；进行大面积地基加固，以防止码头岸壁的滑动、深基坑开挖时坍塌、坑 底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降；作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流，对桩侧 或板桩背后的软土加固以增加侧向承载能力。 ( 4 ) 土工织物法研究 土工织物处理浅层软基是把土工织物敷设在软基上，用以确保施工机械的可行驶 性，同时通过均等承受填方荷载。减少地基的局部下沉和侧向位移，进而提高地基的承 载力。 土工织物处理深层软基采用桩网施工法，是把木桩打入软基，然后用钢筋将木桩顶 部连成网格状，在其上敷设土工织物并进行填方。由于填方荷载的大部分有桩群承受， 而且土工织物能防止填方材料压入地基中，因而减少了填方的滑塌破坏和沉降量。 ( 5 ) 物理化学法研究 1 ) 冻结施工法 冻结施工法是在土中设置钢管，将地基中的孔隙水进行人工冻结。冻结方式可采用 低温液化气方法、载冷剂方法等。冻结施工法适用与所有土质，但造价高昂。 2 ) 注入化学药剂法 注入化学药剂法是把水玻璃系药剂注入软基，使其形成固结土，增加地基的强度。 最近还研制出了以物公害的、经济的二氧化碳气体、水玻璃气液反应砂浆等药剂。注入 化学药剂法可作为永久的软基加固措施而得以广泛应用。 ( 6 ) 预压法研究 预压法包括堆载预压法和真空预压法，适用于淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性 土地基。 1 ) 堆载预压法：在地基基础施工前，通过在拟建场地上预先堆置重物，进行堆载 预压，以达到地基土固结沉降基本完成，通过地基土的固结以提高地基承载力。预压荷 载一般等于建筑物的荷载，为了加速压缩过程，预压荷载也可以比建筑物的重量大，称为 超载预压。堆载预压可分为塑料排水板或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。通常， 当软土层厚度小于4m 时，可采用天然地基堆载预压法处理；当软土层厚度超过4 m 时， 为加速预压过程，应采用塑料排水板或砂井等竖井排水预压法处理地基。在挪威公路上 使用后的1 5 年内，没有发现强度出现问题。沪杭高速公路第5 合同段也使用了该种处 理技术，效果良好。 2 ) 真空预压法：通过在需要加固的软土地基上铺设砂垫层，并设置竖向排水通道， 6 长安大学工程硕上学位论文 再在其上覆盖不透气的薄膜形成一密封层使之与大气隔绝。然后用真空泵抽气，使排水 通道保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，孔隙水逐渐被吸出，从 而使土体达到固结。真空预压法一般能形成7 8k p a 9 2l ( p a 的等效荷载，与堆载预压法联 合使用，可产生1 3 0k p a 的等效荷载。加固深度一般不超过2 0 m 。该法1 9 5 2 年由瑞典杰 尔曼教授提出，8 0 年代我国交通部一航局科研所、南京水利科研院等单位进行了更深入 的研究，使该项技术日趋完善。 ( 7 ) 其他方法研究 国内外常用的软基处理方法还有：换填法、强夯法、反压护道法、振冲法、高压喷 射注浆法、砂垫层法、粉喷桩法、石灰桩法等软基处理方法。这些方法分别应用在福建 泉厦高速公路、浙江的同三高速公路、杭甬高速公路、珠江三角洲高速公路、无锡的广 渝高速公路、宁波的甬金高速公路、沈大高速公路的软基处理中，取得了较好的效果。 本文针对宁波沿海地区的软基特点进行软基处理技术研究。 1 3 主要研究内容 ( 1 ) 根据软基设计时经过经济、技术比选确定的粉喷桩、塑料排水板、振冲碎石 桩、自重预压四种软基处理措施，进行软基处理技术的研究。 ( 2 ) 通过软基处理的现场测试、分析软基设计方案的技术性能，研究填土与沉降、 填土与水平位移、填土与土压力的关系，总结并提出合理的软基设计与施工技术。 第2 章宁波同三高速公路软基特征及处理方案 第2 章宁波同三高速公路软基特征及处理方案 2 1 宁波同三高速公路软基概述 同三高速宁波段公路起点地处浙江省宁波市北仑大碘，经鄞州、奉化、宁海，进入 台州地区。宁波地区软基地段地貌上普通属第四纪滨海积和湖沼积平原，软土呈流塑状 态，具有高压缩性，大孔隙化，高含水量，极低抗剪性，极低承载力及中等灵敏性的特 性，孔隙比e = 1 0 0 7 1 8 7 5 ，快剪力c 4 r = 0 5 1 7 k p a ，爹= 0 6 4 6 。，压缩模量 e s = 1 1 5 4 9 m p a ，液性指数i l = 0 9 8 2 1 1 3 ，灵敏度s = 3 6 左右，承载力6o = 4 0 6 5 k p a 。软土层厚浅的一般地段有5 1 8 米不等，深的地段达4 0 余米左右，因此工程地 质条件复杂，地基物理性质差。 2 2 宁波同三高速公路软基分布及物理力学指标 有关物理力学性质指标详见表2 1 。从表中可以看出： 1 软土路基共2 8 个段落，长度5 0 4 1 5 k m ； 2 路堤的设计高度均大于由软基快剪粘聚力计算的路堤极限高度，因此软土路基必 须进行处理，否则路堤不稳定 2 3 宁波同三高速公路软基路段处理设计方案 1 软基处理方案确定 根据宁波同三高速公路软土的特征，经过设计方案的经济技术比选，确定了四种软 基处理方案：粉喷桩、碎石桩、塑料插板和自重预压。具体设计如下： 路基基底处理： ( 1 ) 路基高度耋3 m 、软土厚度姜5 m 的路段，采用7 0 c m 砂砾+ 自重预压。 ( 2 ) 路基高度 3 m 、软土厚度 5 m 的路段，采用7 0 c m 石渣+ 碎石桩。 ( 3 ) 计算沉降变形不满足工后沉降控制标准的路段，采用7 0 c m 砂砾+ 塑料排水板。 ( 4 ) 计算沉降变形不满足工后沉降控制标准的桥头等重要路段采用粉喷桩处理。 2 软基处理标准 ( 1 ) 路堤稳定控制标准 卫幺 羹e 卜 口) 一 _ 一 o一 ，_ 中 r 裂捌 d nn n n nnd 去 渣蓰 磐 型 = 卜 i d d o旧 寸ooo 。 藩 枣3 一卜 d nn寸中 o o 6 矗o西舀西西 西西每矗西o - 一 一 ? ? ? ? ? ? 裂捌 ? 。甘n n o吲旧卜 n- 一 酱蓰 h n o ，一，一o卜 中 卜 o “寻舀一“d d“d 寻d凶 o 型 一o 寸 oo o _ o o卜 掰易 联 一 o _ 一 o卜n n oo 中卜 援 萋 on 。_ o卜o o。o 弋， 。 一 o _ 叫 o 。 一 。 中中弋一甘 _ 星 羹蓦 o o o c - 中 一 o卜o n “，- 一 o q o 一 o _ _ ，一 _ 一 叫 卜卜 卜气一 一 1 一一 一 ，叫 姆籁一 口，o n飞一 气一 n _ n 卜卜卜 d 。o o o o o 卜 蜗量 o。oo o ，_ _ ，一o o _h ，一o o _ 鑫。 卜卜l r 3卜 o - 一 n n o n n nt d 叫 n 中 _ n j 1 _叫_d_ 一，_ 一_d- 一 h_ 一 _ 一 ，一 _ 一 h 韶捌一o n卜一o 气一 n n oo卜 芍妥浆 _ 一n _ _ 卜 o o o o卜 坻缸v 吲、中 中 ，宁曲 中寸甘甘 中气一 甘 _ 。_ 曲 n时 。 。 o 6g式 寻 辱 一 + 毯。 l o - 一 oo ，。_ d 一- 一 叫h 卜o 一 餐蹬0 ? ? ? ? ? ? ? o口 ，。_ 卜o卜 o 卜 d 6稿d 一 “ 一 式 一 式寸 寻寸 i 。 赵2 oo o o o o o o o oo 甘 _ 一 n o中卜 o o o 必0 甘 ，叫 o 。 卜 o气一 o 宁 _ _ 中 dp h _ on 卜 - _ n_o o 2 o o o o o o o o o oo o o 。o o o _ n o o 卜 飞一 o 。 中 一 。卜 o+ 山 o 卜 一 n o。+ =里 n 一 n ， 中中t 中寸 z z z譬2譬譬譬z窖2 z ?7?7? o o o o o o o o o o o o 一o卜 oo中 _ 一 o n + + + 上 + = 。o_ 一 。oh卜 n n n中飞， 中 r 2 z z gzz譬譬2 2譬2 z 7 o n + 卜 2 n 中g 盛 + n 区 2 j 二 7 o 铎 n + 一 2 on宁 性印 n甘旧。卜 d_ _，_- 一 ，一 僻蠖靼扑r戤霉隧梏求刊餐密鼎握匿鲻卅 h z 群 议磐辽扑二器掣j扑 2 01 3 0 1 4 61 2 01 6 0 2 2 0 3 施工工艺 平整场地、挖排水沟一铺下层砂垫层一稳压一放样一机具就位一塑料排水板穿靴一 插人套管一拔出套管一割断排水板一检查并记录板位等情况一机具移位一铺设上层砂 垫层。关键工序控制如下： ( 1 ) 塑料排水板施工前，要对场地进行清表、整平和初步碾压，做好上拱坡，铺 设好砂垫层( 砂垫层的质量要求同袋装砂井法) ，为了保持工作面的整洁，根据地形要 挖好排水沟，以利排水。 ( 2 ) 放样时要根据设计情况准确定位，并在每个孔位都查好标记，所用的标记通 常有石灰、油布、细条塑料板芯等，做到明显且不易被损坏为宜。 ( 3 ) 定位要准确。 ( 4 ) 穿靴，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 结。般预制靴头可采用铁质或混凝土靴头，将靴头套在空心套管端部，固定塑料排水 板，并使其在下沉过程中能阻止泥砂进人套管。 4 施工质量控制 ( 1 ) 施工现场堆放的塑料排水板盘带要加以覆盖，放置于洁净干燥处，防止污染 和暴露在空气中老化。 ( 2 ) 插人过程中导轨应垂直，钢套管不得弯曲，透水滤套不得被撕破和污染；排 水底部应有可靠的锚固措施，以免拔出套管时将套管带出。 ( 3 ) 塑料排水板留出孔口长度应保证伸入砂垫层不少于3 0 c m ，使其与砂垫层贯通； 并将其保护好，以防机械、车辆进出时受损，影响排水效果。 ( 4 ) 打设完毕后应立即摊铺第二层砂砾垫层，以防长时间暴露于空气中使板体老 化。 ( 5 ) 塑料排水板施工允许偏差应符合下表的规定。 5 7 第5 章宁波地区；箭速公路软基处理施t 技术 表5 2 塑料排水板施工允许偏差表 序号项目单位允许偏差检查方法与频率 l板距c m1 5抽查2 2板长c m不小于设计 查施工记录 3竖直度 1 5 查施t 记录 5 3 2 粉喷桩处理软基施工技术 1 材料 ( 1 ) 生石灰 生石灰应是磨细的，最大粒径应小于2 c m ，石灰中应无杂质，氧化钙、氧化镁含量 不应小于8 5 ，其中氧化钙含量不应低于8 0 。 ( 2 ) 水泥 水泥采用普通水泥或矿渣水泥，应是国家免检产品，严禁使用过期、受潮、结块、 变质的劣质水泥。对非免检厂生产的水泥，应分批提供有关标号、安定性等试验报告。 ( 3 ) 粉煤灰 粉煤灰化学成分中要求二氧化硅和二氧化二铝的含量应大于7 0 ，烧失量应小于 1 0 。也可采用石膏粉作为填加剂，有利于强度的提高。 施工实际使用的固化剂和填加剂必须通过室内试验的检验，符合设计要求后方能使 用。 2 成桩试验 在粉喷桩进行大量施工前，必须要进行成桩试验，成桩工艺性试验桩数不宜少于5 根。试验应取得技术参数。 3 施工机械 粉喷桩的施工机械主要由步履机构、动力机构、传动机构、操作机构、粉体发送器、 空气压缩机、搅拌钻头等组成，主机是一台能完成钻进及搅拌的钻机。由于粉喷桩的施 工特点，如成桩速度快，又要求不同的提升和旋转速度来满足不同的桩身强度要求，因 此对钻机移位的灵活性和速度可变性又有较高的要求。 4 施工工艺 施工程序为：整平原地面一钻机定位一钻杆下沉钻进一上提喷粉强制搅拌一复拌一 提杆出孔一钻机移位。 5 8 长安人学_ t 程硕士学位论文 5 质量控制 粉喷桩施工应根据成桩试验确定的技术参数进行，操作人员应随时记录压力、粉喷 量、钻进速度、提升速度等有关参数的变化。并应满足下列要求： ( 1 ) 严格控制喷粉标高和停粉标高，不得中断喷粉，确保桩体长度；严禁在尚未 喷粉的情况下进行钻杆提升作业： ( 2 ) 桩身根据设计要求在地面以下1 2 1 3 桩长并不小于5 j l 】的范围内必须进 行重复搅拌，使固化料与地基土均匀拌和；施工中发现喷粉量不足，应整桩复打，复打 的喷粉量应不小于设计用量、如遇停电、机械故障等原因，喷粉中断时，必须复打，复 打时重叠段应大于1 m 。 ( 3 ) 施工机具设备的粉体发送器必须配置粉料计量装置，并记录水泥的瞬时喷入 量。严禁无粉料计量装置的粉体发送器投入使用；贮灰罐容量应不小于一根桩的用灰量 加5 0 k g ；当贮量不足时，不得对下一根桩开始施工；钻头直径的磨损量不得大于1 c m ； ( 4 ) 控制重复搅拌时的提升和下沉速度，以保证加固深度范围内每一深度均得到 充分搅拌； ( 5 ) 粉喷桩施工允许偏差应符合下表的规定。 表5 3 粉喷桩施工允许偏差表 检查方法 项次项目单位容许偏差 和频率 l 桩距 c m1 0 抽查2 2桩径m m不小于设计抽查2 3桩长c m 不小于设计查施工记录 4 竖直度 1 5 查施工记录 5单桩喷粉量 不小于设计查施= 记录 6 强度 m p a 不小于设计抽奇5 6 。粉喷桩现场质量检测 ( 1 ) 人工直接观察 基槽开挖后，组织人力对现场直接进行检查，可以了解桩的成形、桩径、缺桩、桩 顶强度、桩项质量、桩位偏离等情况。在这些检查项目中，除桩顶强度外，其余均用视 第5 章宁波地区高速公路软基处理施工技术 力检查确定；桩顶强度除观察其搅拌均匀程度进行分析外，还可以采用简易检测法，即 用一根长度2 m 、直径1 6 唧的平头钢筋，竖直立于桩顶，如用人力能压入桩体1 0 c m ( 2 8 d 龄期) ，表明施工质量有问题。 ( 2 ) 桩身取样强度检验 制桩后7 d 内可用轻便触探器对桩进行一般性检查。由于轻便触探器的检查结果只 能定性而不能定量，因此，经轻便触探器检查后，如对某些桩体强度有怀疑时，应对这 些桩身取样，进一步做更精确的检查，即用钻机对桩身取芯样，制成试块进行无侧限抗 压强度试验，用以测定桩体强度。钻孔直径不宜小于1 0 8 m m ，以便保证制成的试块尺寸 不小于5 0 舳5 0 m m 5 0 m m 。 ( 3 ) 静力触探 静力触探是将一定规格的圆锥形探头，按一定的速率压入土层中，量测土对探头的 阻力，借以分析土的性质。静力触探是检验地基处理效果的有效手段，具有质量好、效 率高、成本低等优点，所以被广泛应用。静力触探既是工程地质勘探手段，又是原位测 试技术。在粉喷桩检测中，静力触探除用于对桩体进行7 d 内静探外，还可用于对桩周 土进行静探。静力触探测试结果可判定被探体( 上层或桩体) 的密实性、均匀性、地基 处理前后的承载力、不排水强度、压缩性质等，还可以用来计算出单桩承载力。 ( 4 ) 动力触探 动力触探是利用一定重量的落锤打击钻杆，将安装在钻杆端头的钻头打入土层，根 据钻头贯人士层中的难易程度来探测土的工程性质。动力触探设备简单，效率较高，应 用也较广。其检测的目的与静力触探基本一样，即通过动力触探可以判断被探物体的密 实性、均匀性、地基处理前后的承载力及变形性质等。但影响动探的因素较多，所测结 果较为粗略。 ( 5 ) 静载试验 静载试验是较为直观、成果可靠的原始测试方法。通过静载试验可以测得复合地基 承载力和变形模量。静载试验的典型代表是平板载荷试验，它是在被测试的坑中安置一 定规格的平板，在板上逐级施加静力荷载，测出各级荷载作用下的沉降量，制出荷载一 沉降关系曲线，根据此曲线确定地基承载力，进而计算土的变形模量，分析土的特性。 但平板试验也有其局限性，它所测试的成果，只能反映承压板下1 5 2 o 倍的承压板 直径深度范围内的土的