（岩土工程专业论文）高速公路软基沉降引起路堤标高及宽度问题的研究.pdf

灞攫大学礤士学位埝文2 0 0 2 摘要 ， 赢速公路路堤一般较高，行攀速瘦又快，地基变形弓 起的瓣题比较突出，聪 软基上修筑高速公路时地基变彤引起问题的处理结果难是决定工程成败的比较 关毽瑟蔑矗褒静透素之一，毽对予由于羹奠基交彩弓；起鸵疑度及宽度弱嚣的计算鞭 i 测及施：c 控制，在以前没有较为规范的解决办法。十 本文通过考察运嗣受并地基螽 水磷结法避行插塑板处理搿速公路试验段镌 变形弦况，结合育限元计箕，从笔者掰关心的都分闻载及视角去考察分橱，整理 出了一魑规律及结论，并用于由地基变形引起的高度及宽度问鼷的计算预测及施 工控割。 本文在分析试验段肖关数据前，对工程情况作了全面的介绍，系统地整理了 整井圈结平面阏题及冀育蔽元计算嚣理论，并对有限元计算分析瓿堆载计划、建 摸、参数选定等 乍了详缨的论述。在获褥一定的试验段数据分车厅结果以后，笔 者整理了由于地基变形g f 起的高度及宽度问题的计算预测经验公式，并分析建立 了有激元法计舞该酒题的计算怒路及公式。两辩黠两秘方法弦仑宁渡薅遮公路试 验段的有关工程实例作了比较分析，撮出了解决方案，希望对今后的类似的工作 铯存一定弱嵇鉴意义。 关键诼翳堤骶途基、露筵变形挞离及靛宽诗冀预弋 f 鞋 ! 鱼些坌堕竺苎些堑! ! 塑堕堡堡童丝堕堕型嬖坌堑 a b s t r a c t t h ed e f o r m a t i o no f t h ee m b a n k m e n to ne x p r e s s w a yi sa no u t s t a n d i n gp r o b l e m ，b e c a u s eo f t h eh i g ht r a f f i cs p e e da n dh i g he m b a n k m e n t a n dt h e r e f o r et h es o f tg r o u n di m p r o v e m e n ti sa k e yi s s u ee s p e c i a l l yw h e nb u i l d i n gt h eh i g h w a yi nt h es o f t s o i l b u tt h e r ei sn os t a n d a r d m e t h o dt od e s i g na n dc a l c u l a t et h eh e i g h t & w i d t hp r o b l e mr e s u l t e df r o mt h ee m b a n k m e n t d e f o r m a t i o na sy e t f r o mt h ep o i n to fv i e wo ft h ep r a c t i c e ，t h e r ea r es o m ec o n c e r n e dp r o b l e m sa sf o rt h e e m b a n k m e n ti m p r o v e dw i t hp r e f a b r i c a t e db a n dd r a i n s ( p v d s ) ，s u c ha st h ef o r e c a s t eo ft h e h e i g h t w i d t hf r o mt h ei n f l u e n c eo fd e f o r m a t i o na n de t c i nt h i sp a p e r ，a s s o c i a t e dw i t ht h et e s t e m b a n k m e n to fn i n g b o ( n b ) e x p r e s s w a y ，t h e s ep r o b l e m sa r ea n a l y z e db yf i n i t ee l e m e n t m e t h o d ( f e m ) f i r s t ，t h eg e n e r a lb a c k g r o u n do ft h ep r o j e c ti si n t r o d u c e d ，c o o r d i n a t i n go ft h et h e o r yo f p l a n e - s t r a i nc o n s o l i d a t i o nd e f o r m a t i o n sa n dt h er e l a t i v ec o n c e p t sa b o u tt h ef e m a r ep r e s e n t e d s e c o n d ，t h ep r o g r a mo ff e m c a l c u l a t i o ni sa n a l y z e di nd e t a i l s b a s e do nt h em e a s u r e m e n to f t h et e s te m b a n k m e n t ，e x p e r i e n t i a lf o r m u l ao ft h ec a l c u l a t i o no ft h eh e i 曲t & w i d t hp r o b l e m c a u s e db ye m b a n k m e n td e f o r r n a l i o ni sp r o p o s e d ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n gf e mf o r m u l ai sp u t f o r w a r d t h e nt h et w om e t h o d sa r ec o m p a r e do nt h eb a s i so f t h ec a l c u l a t e dr e s u l t sa n dt h ed a t a o ft e s te m b a n k m e n to fn be x p r e s s w a y a sar e s u l t ，s o m ec o n c l u s i o n sa r eo b t a i n e dt ou s ei n p r a c t i c ei nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：e m b a n k m e n t ，s o f tg r o u n d ，c o n s o l i d a t i o nd e f o r m m i o n s ，f o r e c a s t i n go f h e i g h t & w i d t hp r o b l e m 浙i l 大学顺 学佗谂文2 0 0 2 第一章绪论 近几年我国高速公路发展迅速，与一般公路相比较，高速公路一般都具有路堤较 高、桥涌通道较多、常常需要穿越不良地基路段和行车速度快的特点。因此高速公路 不毽要求路堤稳定，两蠢对工纛沉降撬出了较藤懿要求。 而海楣、潮相以及河楣沉积的软弱地基在我国的东南沿海分布广泛，笔者参与建 设管理| 拘同三圈道主干线宁波段就有相当于5 0 路段为软土地基。其软粘土为深厚的 海相及泻湖稆淤泥质稿主。诧类土主要特点为：大藐隙院、高禽承量、低容重、低强 度、衰压壤牲和癌灵敏发。从己建软土地基上高速公路躲运行情况看，工轰沉酶较大， 造成道路标高不足、宽度不足和“桥头跳车”的问题普遍存在。而地基变形引起的问题 处理结果币是决定工程成败的关键因素之一。 1 1 较基处瓒方法简介 在软土地旗上修建高速公路，往往需要进行地基处理以保证路堤路基的稳定性、 减小 二螽沉陲秘工螽差辫流酶。处理方法可以分为下述咒类： ( 1 ) 桥梁跨越 ( 2 ) 减轻路堤荷载 ( 3 ) 缝基憝遴，常用方法又可分为主矮改蠢耱复台戆基两类 ( 4 ) 工后修补 ( 5 ) 综合处理 通过建浸商架桥穿越软魄基时，当路疆较离、逢价昂贵、软遣慧承载力缀低 躲情 兕下，采用您架挢穿越具有一定豹优越搜。城轻路堤萄载主要措施为采用辍覆填 料，如采用粉煤狄、 e p s 超辍质材料等填筑路堤。减轻荷载即直接减小对地基承载 高速公路软基沉降引起路堤标高及宽度问题的研究 力要求，可有效减少工后沉降。减轻路堤倚载可单独使用，也可与地基处理方法共同 使诗】。为了进一步减轻荷载，有人还采j je p s 超轻质材料置换天然地基土体。 对高速公路软土地基进行地基处理，常用地基处理方法分类如下( 其加固原理和 适用范围见表1 1 所示) ： 地基处理 f 排水【删结、法 上质改良 强夯法 i 其他方法 复合地基 水泥桩复合地基 碎石桩复合地基 低强度桩复合地基 加筋土复合地基 通过土质改良或形成复合地基均可提高地基承载力，有效减小工后沉降。 在能够满足地基稳定性要求的前提下，允许产生较大的工后沉降和不均匀沉降。 通过工后对路基路面进行不断修补，不断调整不均匀沉降以满足行车要求，这也是一 种处理方法。据说国外某一高速公路，每年修补达1 3 次，通过持续几年不断修补才 达到设计要求。 综合处理是指综合应用上述各类方法，如地基处理与减轻路堤荷载相结合，减轻 荷载与工后修补相结合，地基处理与工后修补相结合等。 表1 1 高速公路软土地基常用处理方法 方法简要原理活用范围 在软l ：地基中设置竖向排水系统( 如插置塑料排水板、袋 装砂井、或设置普通砂井) 和水，1 ，向排水系统( 砂垫层) ，在逐 级填筑路堤荷载( 或结合真空气泉) 的作用下，地基j 体捧水 排水同结法软粘l 、淤泥和淤泥质二l ： 圊结，产生同结沉降、i ：体强度增长，地基承载力提高，并可 ( 颁压法)地基等 有效减小t 后沉降。 若采用大丁路堤及r 作荷载的预压菏载则称为超载预压。 超载预压可进一步减少1 = 后沉降并可减小次固结沉降 浙江大学硕十学何冷文2 0 0 2 方法藏要羰理 涯爝范滋 碎石”1 ：、砂【：、低饱和度 强夯法 采璃燕最为1 0 4 承鞠夯锤麸裹键盘【l 落f ，建基 ：盎强夯豹 的瓣1 、鞋牲k 涅陪毪 冲击力和振动山作用下搬密、挤密，可提商承载力，减少沉降黄l ：、杂填1 ：和索填：k 地 基 一方面依靠搬冲器的强力振动使饱和砂层擞生液化，砂颗粒煎 耨撼判孔黥减小，另一方殛依靠振冲耩的水、f 振动力，掘矧填 糙粒禽最，j 、丁 1 0 豹疏 振冲密实法 料使砂膳挤密，从而达到提高地赫承载力，减小沉降并提高 松砂性土地基 抗激化能力 在地基巾爆破产生挤压力和振动力使地基n 密实以提高立体的 饱和松砂、非低和但经潦 爆破挤密法 水饱和的砂、粉土、湿陷 拭势强凌，撬窿承载力釉壤孛撬终 性黄土地基 采用沉管法、爆扩法和冲击法在地基中设鬣土桩或灰土桩，在地下水位以上的湿陷性 土桩、欢l 二 或桩过程巾挤簿拄阏j l ：，由按密静柱阏l ：嚣l 密实静4 隧疰或获： ： 黄二 、杂壤_ t 、索填等 桩法 柱彤成复合地基 地基 淤泥、淤嚣囊靼含末蠢 利用深层搅拌机将水泥或石灰和地基l ：原幔搅拌形成圆柱状、 较高地基承载力标准值 格褥状或连续墙水泥二l ：增强体。形成求滗：桩复合魄基以挺商 苓丈予1 2 0i d a 豹旗性 深层搅拌法土、粉士等软：t 地基，用 地基承载力，减小沉降，深层搅拌法分喷浆搅拌法羊口喷粉搅拌 予处理泥炭妓地下农 法( 又称粉喷法、耪搅拌法) 穗斡 具有侵蚀性时窟通过试 验确是其活用性 利用振冲器农高压水流作用下边振边冲在地基中成孔，在孔内 不排水抗剪强度不小于 2 0 k p a 的粘性、粉土、 振砖萋羧法填入捧磊、鲔石等糨较辩虽振密残碎石摭。猝聂越鸟桩耀形 成复合地甚以提高承载力减小沉降 饱和黄土和人工填土等 地基 采耀沉管法谯地基中成孔，在托内填天碎石、郛石等租粒辩影 沉管碎石桩 成碎石桩。碎石桩与桃间土形成复合地基，以提高承载力减同上 法 毒淡降 边填蹿石边强夯在地基巾形成碎靠墩髂，出碎石墩、墩婀i ：以 人工填：t 、砂土、粘性二i ： 溢鸯整换法 幂l 黄l 、淤泥帮淤弦震主 及髀石垫层形成复合地基，以提高承载力，减小沉降 地基 岛遮公路软基沉降引起路堤桥离硬逝度脚题的研究 l方法麓要掀避活用范陶 通过机械或人i i 成孔，住软弱地基巾填入生t i 扶或生_ i 厌块加 其撼掺台糕，迸过再荻鹅啦承膨躲、救热以笈离子交换作用蔽 石获较法 杂壤| 二、软稳。l ：缝基 善桩崩f ：的物理力学性质，并形成石扶挑复合地基可提高地 基承载力磺少沉降 低删度混凝 、1 - 桩复合地 住地基巾设疑低强度混凝 ：扯，与桩删k 形成复台地基器类深厚较弱她基 基法 e p s 超辍矮 发海聚苯匕蟒( e p s ) 燕发h 青l ：靛1 5 0 1 1 0 0 ，捧其蠢较好的 料填土法 强度和压缩性能。 较弱媲基 在i ：幸搴巾壤设圭工会戎榜懿( 一l 王缓耪、t 工捂搬等) 、金属教 加筋l ：法条椁形成加筋土垫层，增大压力扩散角，提高地基承载力。减各种软弱地基 少溉降 1 。2 攘衣露结法 掺零强鐾法是处理较麓曩羹基豹有效方法之一。逡年寒打设袋装砂井弱塑料接承 板等方法在我网得到了较广泛的应用，尤其是魍料排水板方法在处理软粘土地湛方面 被普遍采用。 蘧着塑料撵瘩教技术静提麓及萁王程应蠲瓣深入发袋，工羧赛认炎理论主致接本 上比较成熟的烃井排水固结预压法，遇到了许多新问题，这要求它以技术创新的姿态 来解决各种工程技术市场的新问题。因此，革新或改进估算地簇变形的计算方法具有 重大学术侩毽与幸圭会效益。 本节主要对贯穿本文的几个主要概念加以阐述。 1 2 + 1 竖并壹睡基 竖并地基是指天然地基里打设袋装妙_ 井或塑料撼水扳，秀进行堆裁颈压豹地基。 试验和工程实践表明，在软粘土地基中设置一定间距和深度的竖井，将大大加快软土 地基的隧结完成时问，缩短工鹚，提高地基的强度和稳定性。 浙江大学帧十学位沦文2 0 0 2 砂井是山d b o e le m o r o m 于1 9 2 5 年捉h ；的，后山加州公路局的p o a e r 发表了研 究报告，并于1 9 4 1 年应用于美国东部建设【 _ i ，同时期的还有太沙基所进行的研究。 这标志酋竖井作为排水井而真n i 丌始4 】于实际工程。5 0 年代初至6 0 年代术随着土工 织物在岩土工程中的广泛应用，在此基础上发展的袋装砂井方法在我国的水库、堤坝 工程等方面有很多实际应用。 7 0 年代开始应用的塑料排水带预压法( o w e g e r ， 1 9 7 1 ) 是在纸板法基础上发 展起来的一项软土地基加固新技术，广泛应用于各类工程。我国于1 9 8 1 年1 9 8 2 年 将此法正式应用于天津塘沽新港四港地堆场软土地基加固工程。近年来，公路、铁路、 机场跑道、能源、水利等类工程大量兴建，促进了排水带预压法的迅速发展并已为人 们所熟知，是一种行之有效的软土地基加固方法，并广泛应用于各类工程。 1 2 2 竖井地基的固结变形及计算 地基变形计算的准确性取决于多方面的因素，比如模型的建立、参数的选取等等， 且许多因素之阳j 互相影响。从工程应用角度看，要求计算模型尽可能地符合实际，计 算方法尽可能地简便，所需计算参数尽可能的少，且易通过常规试验确定，而计算结 果的误差又较小。 最初，竖井的设计并没有设计理论，应用竖井的主要目的是增加稳定性，减少工 后沉降。早期的施工都是基于经验的。b a r r o n 于1 9 4 0 到1 9 4 2 年间发展了基于太沙基 固结理论的设计方法。 1 9 3 7 年瑞典岩土研究院的杰而曼首次解答了竖井如何影响低渗透性( 如软粘土) 的固结过程这个问题。他是建立在等应变假定基础上，也即在整个固结过程中，水平 断面始终保持水平。巴隆在一篇论文及后来的a s c e 会议上对竖井固结问题中的这个 假定作出了著名的论断，他研究了两种极端情况：自由应变和等应变假定，并指出在 这两种假定情况下所得的平均固结度儿乎相同。自由应变分析更符合实际，但并没有 高速公路软基沉降引起路堤怀高及宽度问题的研究 必要利用这种方法得到复杂的解答。 同时巴隆也考虑了固结过程中井阻和涂抹作用产生的影响，他对于理想井情况下 的自由应变和等应变均给出了解答；而考虑井阻和涂抹作用时则只针对等应变这个假 定的前提下提出的。后来，吉国洋等( 1 9 7 4 ) 提出了等应变假定情况下考虑井阻作用 的精确解析解。但其结果形式复杂，含有贝塞尔函数的奇点和第一类函数等。 吉国洋( 1 9 7 4 ) 和o n o u e ( 1 9 8 8 ) 衍生出等应变条件下的固结理论，这些方法都 考虑了竖、径向渗流的结合和井阻作用；巴隆( b a h o n ，1 9 4 8 ) ，汉斯堡( h a n s b o ，1 9 8 1 ) ， 曾国熙、谢康和( 1 9 8 9 ) 提出了井阻作用和涂抹作用均考虑在内的方法，但不计土中 竖向渗流的影响。 变形计算的分析方法可归纳为两种类型：一类是解析公式法；另一类是数值分析 法。解析公式建立在t e r z a g h i 等人创立的经典土力学基础上，其中引入了许多简化假 定。这类方法具有简便、直观、计算参数少且易取得等优点，因而在工程中得到了广 泛应用。数值分析法则是近代土力学研究的产物。7 0 年代以来，随着计算机和有限元 应用技术的发展，人们可以将复杂的土工计算问题编制成有限元计算程序，通过计算 机运算，从而得到较准确的计算结果。利用数值分析法，可以较全面地考虑土体的变 形特性及其边界条件，理论上较严密。但这种方法有一定难度，缺乏理论公式法所具 有的许多优点，因此，在工程中未能得到广泛应用。 1 3 路基稳定性 路基的稳定性分析是以避免滑塌可能性的安全指标来评价，通常以推算安全系数 表示。 如图1 1 所示土坡，在土体重力作用下， 町能发生边坡失稳破坏，也即土体a b c d e a 沿着- l q , 滑动面a e d 向下滑动而破坏。山此 6 一 幽1 1 七体滑动破坏 浙江大学硕v 学何沦文2 0 0 2 可见，当土坡内某一滑动面上作用的滑动力达到土的抗剪强度时，土坡即发生滑动破 蜘：。 在 ：程实践中，分析土坡稳定的目的之，是检验所设计的土坡断面是否安全与 合理，边坡过陡可能发尘滑塌，过缓则使土方量增加，而在高速公路路堤设计时，边 坡坡度一般取定值，因此稳定性计算侧重于稳定性验算而不是边坡坡度的选取。土坡 的稳定安全度是用稳定安全系数k 表示的，它是指土的抗剪强度t ，与土坡中可能滑 动面上产生的剪切力- 间的比值，即k = t ，t 。 土坡稳定分析是一个比较复杂的问题，因为尚有一些不定因素有待研究。如滑动 面形式的确定，按实际情况合理地取用土的抗剪强度参数，土的非均匀性以及土坡内 有水渗流时的影响等。对于粘性土成层路堤如图1 2 所示，用条分法计算其边坡稳定 的安全系数较为常用，其公式是： b ，c o s 口。培妒。，- h ，+ f ， l = i ，= ii = i b s i n ，ey ，- h ， 式中扛为对应于第i 个土条的宽度 为对应于第1 个土条的底面中心与 滑动中心o 的连线和滑心垂线的夹 角；c i ，纪，分别为第i 土条底面中 点所在土层的抗剪强度参数和孤长 y ，、h ，为第i 土条所在j 土层的容重 及高度，j = 1 m ，m 为路堤土层数。 图1 2 用条分法计算土坡稳定 睦井地基上进行堆载的施工的理论及实践已经相当成熟，经多年的经验得出， 在j r 确处理的竖井地基上进行的路堤填筑，只要路堤填筑是有一定时间间隔内的分级 加荷，一般的路堤设计高度都能填得到位而不至于引起边坡和地基的失稳问题。因此 h 奏 一 蔓垄坌堕塑苎亟竖! ! 型堕堡堡童丝壅窒塑墅塑堕塑 边坡稳定和地基稳定一般不作为路堤竖井地基设计中的主要控制指标，而以变形的稳 定作为主要的控制指标进行软土方案的设讨+ 及施工控制，而仅将地基稳定作为一个验 算指标在施工控制过程中加以参考。 1 4 路堤沉降及形变引起的相关问题 1 4 1 高度不足及抛高( 沉降预留量) 如果填筑的标高完全按照设计标高反算的填土高度填筑去控制施工，显然由于预 压期的沉降和路面施工期的沉降，在路面铺筑完成后，实际路面标高会低于设计高程。 因此，需要设计路基填筑末期的沉降预留量( 抛高) ，以使路面施工完毕交工或 竣工验收时，达到路面平顺，符合高程设计要求。 在软基上修建高速公路，是否能有效预测和控制沉降特别是工后沉降，将直接影 响到通车时路桥交接处的行车舒适感和通车后的路况，这在一定程度上可谓是软基处 理成败最直观和通俗的标准。卜啦_ - - - - - - - - - - 目- - - - - - j 1 4 2 宽度不足及加宽( 宽度预留) 路基加宽，有两方面原因：l 、路 基边缘压实度的要求；2 、变形引起宽 l 一 度不足。以前施工中只注重从压实度角 图1 _ 3 路基断面沉降示意图 度出发进行加宽，本文着重讨论沉降变形引起的宽度不足问题 在填土过程中，路基沉降将对路基的宽度产生影响，图1 3 中实线为填到 一定高程的路基断砸，在实际施工时，如果完全按设计断面进行填筑，由于地基沉降 的影响，路堤沉降到虚线范围，路肩高程山h 降到h 2 ，路基坡脚高程出h 3 降到地，这 样在t l ：高程上满足设计要求的路基项宽变成了h 高程上的路基顶宽既。h 。高程上 浙江- 太学硕 学位论文2 0 0 2 黪露窳瓷b 。瞧藏变戒了& ，虽& ，l 、毪，巧i 能满是没谤要求。必须在藏工避露孛对 路基谶行宽艘预船。 筒在软士魄基谈汁以及藏工控制避程中，经验的成努多，指导蜜际麓理论黻及宠 遘鹃诗冀手段还是曼褥繇较袋乏。在靛熊鏊浚诗戳及整工攒导中，簿誊歆巍霉对竣 下腿个穷蕊弓 起足够蓬视： l 、可靠准确科学旮 j 地质勘探试验报侮，是磁续工作的先决条件； 2 、莓靠熬蟪蓬霞臻变形瑾谂茨宠避窝藏豹嚣结交彩诗算方法这是缝大零分 矮续工侔救基础投灵魂； 3 、路基抛离设计( 考虑沉降而预留的路堤黼度) 燕通车前后道路傺待嶷好 潞嚣楚必要猎藤；鼹墓的宽度颡整浚诗( 控裁) ，是交骏港露基凌宽这熬 没计要求弱重要辍证。 、5 本文盎甏工豫我譬标l 黠实酝王程中技零管理辫门瑟关心蕊敦蒸土穆筑高逮公鼗懿邦分勰题，以凝少控 制设计中经骏的成分为出发点，初步提出解决方案，并且在方法上述要便于寓施和控 制；结合上谶茸标，本文主要做了戬下工俸： i 、 罴磊胬瀑元戆枣诗冀阏三线试浚段较主捧窳罄筵变形。褥臻聚每撬王篷溅资料 乍对比分析，从研究软基及躐堤的沉降规律、孔隙水眶力变化过程、侧向变形 规律、排水檄间距对加固效聚的影响以及土工织物施掰效果锌等着限。分桥络 票霹今后宁波获愁基土嫠蘸骞逮公黯熬毒关爱诗藕藏工爨建戆起一定蕊茶 萋臻。 2 、 在抛谢及宽麂预留设计预估方面，以前没有较为规范化的解决办法，糍者给出 擞赢黻爱热窝设诗方法黥经簸公式结会骞鼹元诗算方法，对宁渡褰速公鼹逮器 有关实秘进行努援，以指导施工控划。 高速公路软基沉降引起路堤标高及宽度问题的研究 第二章工程概况 2 1 概述 同江至三亚国道主干线是交通部规划在2 0 世纪术建成的“两纵两横”4 条国道主 于线之一，公路起自我国北方黑龙江省的同江，经长春、沈阳沿我国主要沿海开放地区 南下，经大连、青岛、连云港、上海、宁波、福州、广州、湛江，止于我国海南省的 三亚市，全长约5 2 0 0 公罩。同三线宁波市境高速公路主线全长约1 2 2 公里，约占同三 线浙江段总里程的三分之一。主线按高速公路标准建设，双向四车道、全封闭、全立 交。该项目一期的大碘至大朱家段，起自北仑区大碘镇于鄞州区大朱家与杭甬高速公 路相连，全长2 8 k m ，该路段地基是全线地基最差的地段之一。宁波软粘土为深厚的 海相或泄湖相淤泥质粘土，该土层的主要特点是：大孔隙比、高含水量、低容重、低 强度、低渗透性、高压缩性，中至高的灵敏度。经验表明，在此类地区修筑高速公路， 路基的稳定性及变形问题十分突出，是影响工程成败的关键问题之一。 大碘至西坞段全线技术等级按高速公路技术标准修建，设计行车时速1 2 0 k m d , 时，路基顶宽2 6 米，中央分隔带3 0 米，内侧路缘带宽0 7 5 米，行车道宽2 3 7 5 米。 外侧路缘带宽0 5 米，硬路肩2 0 米，土路肩0 7 5 米。设计荷载标准：路面：标准轴 载：b z z 一1 0 0 ：桥涵：计算荷载：汽车一超2 0 级：验算荷载：挂车1 2 0 级。 为确保在深厚软粘土地基上修筑高速公路的施工安全及运行可靠，必须确定合理 的设计参数及施工程序。在设计、施工等阶段存在以下几个工程问题： 1 、要正确认识软粘土的特性，选取合适的设计参数，在设计、施工中合理利用 土的特性，以取得经济、快速的工程效果。 2 、研究软土层厚度、排水板间距、预压荷载对工后沉降的影响程度。 3 、路堤的合理填筑速率及其与填筑高度的关系。 4 、排水预压时间的确定，即为了确保使用期的变形低于允许值，要确定何时才 能铺筑路面。 5 、在路堤荷载作用下，地基的变形规律以及软土层厚度对变形规律的影响。 浙江人学帧十学化论文2 0 0 2 为了解决上述问题，宁波高等级公路建设指挥部决定在施工过程中选定试验段进 行试验研究，委托南京水利科学研究院土工研究所承担此项工作，在指挥部的参与与 合作下完成全部研究计划。试验段的研究3 ：f i - 包括：现场勘探、室内试验、现场观测、 室内资料分析，主要包括九项内容：( 1 ) 宁波软土特性的研究；( 2 ) 填筑速率的研 究；( 3 ) 地基变形规律的研究；( 4 ) 铺设路面时间的确定；( 5 ) 软土深度对变形 的影响；( 6 ) 超载预压效果的研究；( 7 ) 排水板l a j g e 对加固效果的影响：( 8 ) 以c p t u 试验指标计算沉降量的方法研究；( 9 ) 瞬时沉降量的计算方法研究 所做的主要实验工作有： 1 、勘探及室内试验 勘探包括钻孔原位测试孔及原状取土孑l ，见图2 2 。在各方案的控制断面上进行 谚 l | l r 、 争 同二线j 波试验段总、l tl f i 图，、i ( 2 4 k + 5 6 0 2 5 k + 8 6 8 ) 、i i 黜懋籍黼汹蒂0 z i 嚼n _ 蜀岔，煎碰鬟i 鲞离 7 磁辫：裂冀i ，j 矗 _ 。氨：。 f 1 1 1 呱j 阚巍 # 一_ 1 ，一竖1 3 一! 一。j ! 一。一：川 一一 o 一土一“川 i 量一、一r 臻孑 了3 孔十字板剪切试验、3 孔静力触探试验、2 孔孔压静力触探试验、4 5 组孔压 消散试验以及取原状土2 孔。其中，十字板剪切试验用以测定土的天然强度，孔压 静力触探试验用以判定土的分类，并提供土层柱状图及锥尖阻力，孔压消散试验可确 定土的固结系数。后二项试验为当前国际先进技术，具有良好的可靠性，在本项研究 _p嚷， 参lji钟，0v _ 高速公路软基沉降；f 起路堤标商茨宽痊蝴题韵研究 j l ： 毒q ，黯延确了解屡特牲发撵了攫大灼馋翅。服拭玻- i 二；f l 系采弱薄壁活塞取土器， 髓厚仪2 r a m ，能有效的减轻对土的扰动橼度。 豫状祥在试验室淹逡行物理力学技试验，力学馁演验着冀溺定压鳙指数、匿结 系数、三毒虫困继不撑水鹅切试验，无侧限蘧缩试验、灵辙凄试骏等。 2 、现场观测 为了掌攥麓工麓及籁压期越基静痰力及交形状嚣，在各个擦锻断蠢。芝埋设了深层 沉酶管s i 、地淡横断瑟连续沉蹲管x s i ( 俗称小松鼠 、地表沉降标t i 、孔隙水压 力仪u i 及测斜管s h i ( 见图2 3 ) ，在1 。、4 4 、5 断面排水垫屡中的土工布上、下面 设计路摹璜黼$ 4 1t4$42s 4 3 ，塑鼓x 袅：娑聃 ，。7 u 4 l l # 蚊l 亚牯土 一4m u 4 1 2 u 4 2 2 u 4 1 3 u 鸵3 爨溅甓 i 盘 注： u 4 1 4 s 沆球乳 t l 2 毒 s b - 一囊鬻我 l g u 1 5 3 5 z u 孔压溯 i i i i i | ； | 球车2 s x $ 小揆藏 f ，u 4 t 6 t 沉簿 亚枯生 ，。+ u 4 2 6 ，。j 。，。， ，堪喀1 7 ：? f 谴毒t 8 卜翌一- 皇竺斗! ：塑 _ ：兰 图23 艇型断丽观测仪器布置图 还埋设了压力盒p i ( 觅图2 4 ) ，以观测分层沉降麓、地液横断丽连续沉降、 瓣中心她表沉醛、孔骧零篷力、鼹基土体承平位移量髦圭及主压力，这些躐浏内容，有 浙江大学蛳h ：学何i 仑文2 0 0 2 效过按粼了麓工安全，可羽米对设诗逶行检验、谚匿，并为令螽在深浮软精她蓥上 修筑高速公路提供了宝嶷经验。 卜叫 ll 慧壤簿薮1 t 睾i jt 耩譬抗降1 2 i 布虹： 1 o 薹。噼承鬣 钿 - ( a ) 路楗横断霹设计 ( b ) 十压力盒埋设恤置圈 图2 4 路堤横断断设计及土压力盒埋设位鬣睡 2 。2 工程地黢情况 1 、试验段的位置 试验段佼予宁波审郊。k 2 4 + 5 6 0 至k 2 5 + 8 6 8 ，憨平嚣蠢嚣鬻强图2 + l 。 高速公路软基沉降引起路堤标高发宓度阿麒盼研究 该处圭蠡势乎趣，承霸密匆，为承程 8 地区；地承位缀毫，般在地表下o 5 - - 1 o r n 以内。按土的压缩特性，地基可分为三层，即： 第一鹰，在地表4 m 范围内，为淤混质亚卡占一t 层，岔i 2 稻对硬层，中闻夹软 弱主珐，毽岽掏裁硬轰层。 第二层，自地下4 m 至1 6 m ，为淤泥质粘土，此土层构造均匀，无任何透水兴层， 魑典型的宁波较稿土。 第三滋，为疑旗屡，深达3 5 m 以上，属中等压缭性层。 2 、 试验段软糖主特犍 为了深入系统地研究宁波地区的土屡分前i 及各土层的基本特性，我们以钻孔原位 测试技术与原状取土孔联合应用技术，对土性进行试验研究。下谣分鄹介绍各项试验 豹主要臻论； ( 1 ) 孔压静力触探试验 恻2 5 试验段i l 雁静力触探试验典型曲线 试验中测得圆锥阻力q c 、孔隙压力u 沿深度的分布线及土分类参数沿深度的 分弗线，鲡圈2 5 所示。 浙江大学硕“学位论文2 0 0 2 各耪二类的分类参数地界限值为 粘土 亚鞭土 砂 2 2 0 n 。 一 3 3 隗 2 2 0( 1 ) 0 3 3 各断面各土屎的圆锥阻力q 。值，如表1 所示。 表1 务层斡溺锥隘力q 。( k p a ) 断丽 主层 1 2 3 4 。5 。 第一层4 2 64 4 56 5 75 8 46 1 4 第二层3 3 53 8 25 9 96 3 26 9 5 第三层1 1 7 91 8 1 91 2 5 41 3 1 91 3 2 0 l ， ( 2 ) 7 l 压消散试验 本次共进行二十余组消散试验，为摸清土的网结系数提供了良好的条件，各土层 、 i i ， 1 h n h 2 1 - 4 1 k 2 -_i _ l 魄 轴 圈2 5 第二层孔压静力触探消散典型曲线 高述公路软基沉降引起路堤标高技钯度题的研究 的典型消散曲线如图2 6 所示。用实测曲线与理论曲线相拟合的方法，可算出任意消 散水平的固结系数c n 。各土层的固结系数c h 见表2 表2孔压消散试验固结系数c h ( 1 0 。3 c m 2 s ) 断面 1 4 2 。3 44 4 f 土层 第一层 3 0 43 5 o2 4 21 6 5 第二层 1 1 2l o 81 3 o1 4 02 3 2 第三层 3 8 05 4 37 3 73 9 45 5 9 ( 3 ) 十字板剪切试验 典型的试验曲线见图2 7 。由图看出，地表以下4 m 范围内，十字板强度值较大， 其数值有较大起伏，说明软、硬土层相间；其下部土体强度很低，但无起伏，沿深度 呈线性变化，土层均匀无夹层；再向下强度较大。强度沿深度的变化规律与孔压静力 幽2 7 十字扳试验c u h 曲线 触探试验一致。各土层十字板强度平均值如表3 示。 浙江大学帧十学位论文2 0 0 2 表3 各土层十字极强度c u 平均值( k p a ) 断面 1 。2 。3 44 4 5 。 土层 第一层 1 41 53 93 03 6 第二层 l l 1 3 52 52 9 72 5 8 第三层 2 93 7 15 77 6 46 6 8 ( 4 ) 室内试验成果 室内试验成果与钻孔原位测试技术的结论是一致的，地基土共分三层 第一层：地表4 m 范围内，为淤泥质亚粘土，在硬层中夹有软土层。含水量 约4 0 ，孔隙比约1 3 ，天然强度1 5 4 0 k p a ，压缩指数为0 4 左右，固结系数( 4 9 ) 。4 c l l l 2 s ，颗粒组成以粉粒为主，约占5 0 一6 0 ，粘粒次之，合少量砂。 第二层：地下4 m 至1 2 m ( 3 4 5 。断面达1 6 m ) 为淤泥质粘土。含水量高达5 0 以上，孔隙比大于1 4 ，天然强度仅1 0 2 5 k p a ，压缩指数约0 5 5 ，固结系数( 4 - - 9 ) 4 c n l 2 s ，属高压缩性土。粘粒含量高达5 0 以上，粉粒次之。 第三层：为亚粘土，含水量仅3 0 ，孔隙比低于1 0 ，强度3 0 - - , 7 0 k p a ，压缩指数 约o 2 ，固结系数为( 2 6 ) 1 0 c m 2 s 。颗粒组成中以粉粒、砂粒为主。为中、低压 缩性土。 各土层的物理力学性指标见表4 a 、4 b 、4 c 。 表4 a 第一层土( 亚粘土层) 的物理力学特性指标 断面桩号 u t e o ( - ) l t a ) p1pa 。e 。 c 。c 巾c ， k n m 3 m p a 。m p a k p a 。 lk 2 4 + 8 4 0 4 3 61 7 71 2 33 7 0 2 2 51 4 512 01 8 6o 4 0 c m 2 s 6 4 3 1 0 4 2k 2 4 + 9 4 04 4 91 78 1 1 9 3 7 12 3 61 3 60 7 8 2 1 3 0 3 872 9 2 9 3 0 1 0 3k 2 5 + 7 0 0 4 3 i1 7 51 3 83 8 32 1 51 6 81 3 218 1 0 4 641 5 1 0 4 4 k 2 5 + 7 6 04 1 91 8 01 3 02 9 22 7 0 1 2 21 ，1 61 9 8 0 4 l32 5 9 4 6 7 1 0 1 5k 2 5 + 8 2 84 1 21 8l 1 2 64 0 72 501 571 0 622 4 0 4 2 7 9 1 1 0 1 1 7 高速公路软基沉降引起路堤标高及宽度问题的研究 表4 b 第二层土( 淤泥质软粘土层) 的物理力学特性指标 断面桩号 。 t e oi ，a 。e 。c 。c 巾c ， k n m 。 m p a 。m p ak p aoc m 2 s l k 2 4 + 8 4 04 9 41 7 31 3 93 7 0 2 1 8 1 2216 81 4 l 0 5 492 1 09 0 0 1 0 4 2k 2 4 + 9 4 05 37 1 7 114 7 4 00 2 4 51 362 0 012 30 6 2 62 2 24 5 0 1 0 1 3 k 2 5 + 7 0 05 0 51 7 1i 4 53 98 2 2 81 7 01 6 61 4 60 5 4 1 7 52 0 24 0 0 1 0 1 4k 2 5 + 7 6 04 9 0 1 7 5i 3 73 932 4 31 5 01 4 7 1 6 90 5 3 1 1 52 6 73 6 6 1 0 5k 2 5 + 8 2 8 5 2 01 7 31 4 4 4 1 12 3 41 7 7 1 7 61 4 00 5 56 7 3 1 0 4 表4 c 第三层土( 亚粘土层) 的物理力学特性指标 断面 桩号 c a ) t e 。u i c a ) pi i ，a ve 。c 。c ， 巾，c k n m 3 m p a l m p ak p ao c m 2 s l k 2 4 + 8 4 03 141 9 10 8 6 2 9 82 l9 7 90 2 67 3 40 1 55 3 0 36 0 0 1 0 3 2 k 2 4 + 9 4 02 9 41 9 20 8 3 2 8 6 1 909 60 2 67 9 0 0 1 87 33 1 24 6 0 1 0 3 3k 2 5 g 0 03 7 0 1 8 60 9 23 4 7 2 0 61 4 j0 4 54 7 5 0 2 162 5 61 3 9 1 0 3 4 k 2 5 + 7 6 03 1 61 9 30 8 43 6 12 0 7 1 5 40 3 26 2 8 0 2 4 2 42 4 91 5 9 1 0 3 5 k 2 5 + 8 2 83 0 11 8 80 8 83 1 8 2 0 2 1 160 3 45 1 6 0 2 162 7 32 4 6 1 0 3 各土层的压缩及三轴试验所反映的土的特性：第一土层的典型压缩曲线如图2 8 所示，曲线变化平顺，无明显转折点，说明土较密实，结构性不明显。三轴试验的应 力路径线，其曲率不大，即剪切过程中的孔隙压力缓慢增大，破坏时孔隙压力也不大， 但强度较大。第二土层的e l o g p 曲线有明显转折点，见图2 9 ，但p c 值与有效土复 压力p o 相近，超过p c 值之后，压缩线很陡，表明宁波软粘土具有结构性，但结 构强度不大，应力稍大一些结构性即被破坏，压缩性很大，为高压缩性士。从三轴应 力路径可以看出，剪切过程中孔隙压力快速增大，破坏时孔隙压力很大，强度很低。 这是软粘二e 的典型特征。要特别指出的是，试验的破坏应变均低于3 ，说明取土质 量较高，在运输、保管、试验中对土的扰动很小，试验质量完好。 一1 8 浙江大学硕十学位论文2 0 0 2 b i 呵3 ，庀暇p a ) 毒8 叠 3 0 0 3 0 0 1 0 0 1 0 02 0 03 0 0 4 0 0s 0 0 缸l 口3 霆蓉p a ) 图2 + 8 ( a ) 袭层十典型压缩曲线幽2 8 ( b ) 表层十媳弛应力路衽 1 0 0 l 抽口p 婵， 3 0 0 2 0 0 l o o 口 妇l 辱3 ) 矗 l i 母f t - o 葑痊 幽2 + 9 ( a ) 第二屡十典型雎缩曲线 图2 9 ( b ) 第二层土典型虑力路径 一1 9 一 壹些竺堕鏊壁递堕! ! 塑监堡堡塞蹩丝窒型受塑婴塑 第三i ：瑶的 l 蘩压襞懿线无鹾嚣豹转弯点，如图2 。l o 瑗示，压壤疆数饺0 。1 6 b l + 口3 塘tp i 剀2 1 0 ( a ) 第三层土典型压缩曲线 圈2 1 0 ( b ) 第三层土典型应力路经 为粉质土类的典型曲线、三轴应力路径陡唐，在低应力状态下破坏对向右侧倾斜，说 明剪切时孔隙压力增长不大，低威力状态下还有所降低，甚至量剪胀特性。 a 秘劫测技术瑟褥结果完全一致。麸波蠲豹热廑考虑，胃癌纳为： 第一土层虽然有i - - 2 个相对硬土层，不能视为硬壳层，对她基沉降摄无明照改 善作用。 第二层为蠢逛缭矬主，是域基稳定及交髟麴控豢l 缮。 第三土层为深厚的中、低压缩性土，对地基沉降量仍脊影响。 2 。3 试验硪瓷鸯 霹蠢寨 为了研究土工织物、排水板间距、荷载大小等因素对地基变形，特别是对工聪沉 障整的影响，共送行5 种试验方案。各方案的特征参数弼于表5 浙江大学颁十学何沦文2 0 0 2 表5 各方案的特征参数 断面l2345 桩号k 2 4 + 8 4 0k 2 4 + 9 4 0k 2 5 + 7 0 0k 2 5 + 7 6 0k 2 5 8 2 8 弧粘上亚粘上弧粘上弧粘上眶粘上 第一层上( 深度) ( o 一4 m )( 0 4 m )( 0 4 m )( 0 4 m )( o 一4 m ) 淤泥质粘土淤泥质粘土淤泥质粘二淤泥质粘土淤泥质粘土 第二层上( 深度) ( 4 1 2 m ) ( 4 一1 2 m )( 4 一1 6 m )( 4 一1 6 m )( 4 一1 6 m ) 弧粘土( 1 2 哑粘土( 1 2 亚粘土( 1 6亚粘土( 1 6 亚粘土( 1 6 第三层土( 深度) 3 0 m )3 0 m )3 5 )3 5 m ) 3 5 m ) 排水板间距1 5 m1 5 m1 o m1 o m1 5 m 及深度1 6 m1 6 m2 0 m1 6 m1 6 m 上t 靠 一j 云二层二层二层 设计填二高 4 0 9 m3 7 2 m4 3 6 m 4 5 5 m4 7 0 m 超载高度1 1 5 m1 1 5 m1 1 6 m 总填上厚度5 2 7 m4 3 0 m6 8 9 m7 o o m 7 o o m 2 l 高速公路软基沉降引起路堤标高技宽度| 、口j 鼷的研究 第三章竖并缝基平面闻题露结变形有限