（岩土工程专业论文）粉喷桩复合地基沉降分析与计算.pdf

摘要 摘要 粉喷桩复合地基的沉降计算方法是实际工程中关心的一个重要问题，现行规范在假定桩土变形协调的 基础上对复合地基沉降计算进行了简明规定，这种方法简称为规范法。实际经验表明规范法计算所得的粉 喷桩复合地基沉降量与实测值经常存在一定的偏差。本文对规范法计算复合地基沉降可能存在的问题进行 深入探讨，并对解决问题的方法进行了研究。主要工作如下： ( 1 ) 总结分析了粉喷桩复合地基沉降计算方法的研究现状，并对规范法计算复合地基沉降的影响因 索进行归纳，提出了需要解决的问题。 ( 2 ) 基于大量已建和在建高速公路的勘察、设计、检测和沉降观测资料，应用规范法对粉喷桩复合 地基沉降进行计算，并与实测沉降对比，发现两者关系比较散乱，实测总沉降量基本上处于计算沉降量的 0 2 倍和3 5 倍之间。 ( 3 ) 分别从桩体强度和土体强度两方面分析复合地基材料的压缩性状对沉降计算结果的影响，得出 影响计算结果的主要因素是下卧层土体力学参数的取值。目前国内工程地质报告中提供的土层的压缩模量 等力学参数值存在以下不足；一是计算土性压缩指标时没有考虑应力水平问题；二是取样扰动导致土体的 压缩变形指标严重失真。 ( 4 ) 对土体取样扰动的影响因素及主要影响表现进行了阐述，对目前国内外定量评价土体取样扰动 度的方法进行了对比分析，并透过连云港软粘土的室内扰动模拟试验，对其中的孔隙指数法进行了适用性 和可行性验证。确定该方法作为本文定量评价土体扰动度的方法。 ( 5 ) 描述了天然沉积粘性土的原位压缩曲线的形式以及土体结构性对其原位压缩曲线性状的影响， 并对几种比较经典的原位压缩曲线的做法进行总结归纳，在此基础上，结合上述扰动度的定量评价方法以 及扰动度与固结屈服压力的线性关系，提出了修正s c h m e r t m a n n 法，并通过工程实例验证了修正 s c h m e r t m a n n 法的适用性和可行性。 ( 6 ) 在土层的原位压缩曲线的基础上，考虑应力水平的影响，推导出在实际应力水平范围内土层原 位状态下的压缩模量值的计算公式。修正后的压缩模量值比工程地质报告中提供的西2 更能反映土层在外 荷作用下的实际压缩变形情况。 ( 7 ) 将考虑应力水平和取样扰动影响得到的修正压缩模量应用于规范法计算粉喷桩复合地基下卧层 土体沉降计算，发现计算结果能较好的与实测沉降结果相吻合，两者之间的线性拟合度也较高，验证了该 方法的可行性和合理性。 ( 8 ) 通过有限元数值模拟计算结合直接反分折法中的试错法，对土体压缩模量进行了反演优化分析， 并将反演结果分别与前文计算所得的修正压缩模量以及工程地质报告中的e j o 进行了对比，前者关系较为 稳定，而与e 的关系比较散乱，进一步证实了前文所提方法的准确性，也表明修正压缩模量真实反映了 土体原位情况下在上覆荷载作用下的压缩性状。 关键词；规范法；粉喷桩复合地基；沉降；扰动；应力水平；原位压缩曲线；修正s c h m e r t m a r m 法； 反分析 a b s t r a c t t h es e t t l e m e n to fc o m p o s i t eg r o u n di sak e yp a r a m e t e rf o re n g i n e e r i n gd e s i g n , a n di sg e n e r a l l yc a l c u l a t e d u s i n gt h es p e c i f i c a t i o nm e t h o d h o w e v e r , e x p e r i e n c e si n d i c a t e dt h a tt h ed i f f e r e n c ee x i s te x t e n s i v e l yb e t w e e n lt h e c a l c u l a t e ds e t t l e m e n to ft h ec o m p o s i t eg r o u n dw h i c ha r cc a l c u l a t e da s m gt h es p e c i f i c a t i o nm e t h o dw i t ht h ef i e l d m e a s u r e ds e t t l e m e n t s o ，a n a l y s i so f t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so f t h es p e c i f i c a t i o nm e t h o di sb e i n gs i g n i f i c a n ts e n s e 1 1 把m a i nw o r k sa sf o l l o w s ： ( 1 ) h i s t o r ya n dr e s e a r c hs t a t u so f c a l c u l a t i o nm e t h o do f t h es e t t l e m e n to f t h ec o m p o s i t eg r o u n di sr e v i e w e d n ei n f l u e n c i n gf a c t o r s0 i ic a l c u l a t i n gt h es e t t l e m e n to fd r y - j e t - m i x i n gc o m p o s i t eg r o u n dw i 也t h es p e c i f i c a t i o n m e t h o da r ea n a l y z e da n ds m n m a l i z e d t h e n , t h ep r o b l e m sn e e dt ob es o l v e di nt h ep a p e ra r eb r o u g h to a t f 2 ) b a s e do nl o t so fi n v e s t i g a t i o n , d e s i g n , t e s t i n ga n ds e r l e m e n td a mo fc o l l s t r u c t e da n dc o n s t m c t i n g h i g h w a y s , t h es e t t l e m e n to ft h ed r yj e tm i x i n gc o m p o s i t eg r o u n da r ec a l c u l a t e dw i t ht h es p e c i f i c a t i o nm e t h o d c o m p a r i n gt h er e s u l t sw i t ht h em e a s u r e ds e t t l e m e n ts h o wt h a tt h e i rr e l a t i o n s h i pa r ev e r ym e s s ya n dc a l c u l a t e d s e t t l e m e n ta r e0 2 3 5t i m e st h em e a s u r e ds e t t l e m e n l ( 3 ) t h ee f f e c t so ft h es 扛e n g t ho fp i l eo rs o i lo nt h ec a l c u l a t e ds e t t l e m e n to fc o m p o s i t eg r o u n dw i t ht h e s p c c i t i c a t i o nm e t h o da r ea n a l y z e d i ti sf o u n dt h a tt h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o ri st h em o d u l u so f c o m p r e s s i b m t yo f s u b q a y e rs o i l n o w a d a y s , t h es h o r t a g eo ft h em o d u l u so fc o m p r e s s i b i l i t yo fs o i lp r o v i d e db yt h ee n g i n e e r i n g g e o l o g i ci n v e s t i g a t i o nr e p o r ta l es u m m a r i z e da sf o l l o w s ：f i r s t l y , t h em o d u l u so fc o m p r e s s i b i l i t y o fs o f ti s c a l c u l a t e dw i t h o u tc o n s i d e r i n gt h ei n f l u e n c eo f s t r e s sl e v e l ；s e c o n d l y , t h em o d u l u so f c o m p r e s s i b i l i t yi sd i s t o r t e d b a d l yb e c a u s eo f s a m p l ed i s t u r b a n c e ( 4 ) t h ei n f l u e n c i n gf a v o r sa n dm a i np h e n o m e n o no fs a m p l ed i s t u r b a n c eo nn a r l r cs e d i m e n t a r yc l a ya r e s u m m a r i z e d t h em e t h o d so f q u a n t i t a t i v e l ye v a l u a t et h ed e g r e eo f s a m p l ed i s t u r b a n c e ( p 曲o f s o i la l er e v i e w e d f u r t h e r m o r e o n eo ft h o s em e t h o d sw h i c hn a m e d p o r ei n d e xm e t h o d i sv a l i d a t e db yas e r i e so fc o n s o l i d a t i o n t e s t sw h i c hc o n d u c t e do na r t i f i c i a l l yd i s t u r b e ds a m p l e so f l i a ny u n g a n gs o rc l a yi nt h el a b o r a w r y , s oa st h el i n e a l r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e w i t h t h ec o n s o l i d a t i o n y i e l ds 扛e s s o f d i s t u r b e ds a m p l e s ( 5 ) s h a p eo fo r i g i n a lc o m p r e s s i o nc u r v e sa n dt h ee f f e c to fs o i ls u u c t u r eo nt h en a t u r a ls e d i m e n tc l a ya 增 d e s c r i b e d t h e n , s e v e r a lc l a s s i c a lm e t h o d so f f o r m i n go r i g i n a lc o m p r e s s i n gc 1 l r v ea r es u m m a r i z e d f u r t h e r m o r e ，a n wm e t h o dn a m e d m o d i f i e ds c h m e r u n a n nm e t h o d i sp r o p o s e di nt h ep a p e rb a s e do nq u a n t i t a t i v e l ye v a l u a t i o n o f t h ed oa n dt h el i n e a lr e l a d o u s h i pb e 士w e t h ed 矗a n dc o n s o l i d a t i o ny i e l ds t r e s s ，l a m r , a ne n g i n e e r i n ge x a m p l e i su s e dt ov a l i d a t ei t sa p p l i c a b i l i t ya n df e a s i b i l i t y ( 6 ) b a s e do l lt h eu r i g i n a lc o m p r e s s i o nc u r v eo fs o i l ，a n dc o n s i d e r i n gt h ee f f e c to fs t r e s sl e v e lac a l c u l a t i n g f o r m u l a o f t h e m o d i f l e d m o d u l u s o f c o m p r e s s i b i l i t y w h i c hr e p r e s e n t s t h e i n - s i t oc o m p r e s s i o n p r o p e r t i e so f u n t o y e s e d i m e n t a r yc l a yi sd e d u c e d t h em o d u l u sc a nr e f l e c tt h ep r a c t i c a ld e f o r m a t i o nc l ， 哦l c t 盯o fs o i lb e t t e rt h a ne l - 2 w h i c hp r o v i d e db ye n g i n e e r i n gg e o l o g i ci n v e s t i g a t i o nr e p o r t ( 7 ) t h em o d i f i e dm o d u l io fc o m p r e s s i b i l i t yo fs o i la r ea p p l i e di nc a l c u l a t i n gt h es e t t l e m e n to fs u b q a y e ro f d r y - j e t m i x i n gc o m p o s i t eg r o u n d c o m p a r i n gt h ec a l c u l a t e ds e t t l e m e n tw i t ht h ec o r r e s p o n d i n gf i e l dm e a s u r e d s e t t l e m e n tg e t sa 龇u a l i t yf i t t i l n gd e g r e e , w h i c hv a l i d a t et h ea p p l i c a b i l i t ya n dr e a s o n a b i l i t yo ft h em e t h o d p r o p o s e di nt h ep a p e r ( 8 ) f i n i t ee l e m e n tm e t h o dc o m b i n e dw i t ht r a i l a n d - e r r o rm e t h o di su s e dt ob a c kc a l c u l a t i n gt h em o d u l u so f c o m p r e s s i b i l n yo fs o i l i ti sf o u n dt h a tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er e s u l t so f b a c kc a l c u l a t i n gw i t ht h em o d i f i e d m o d u l u so fc o m p r e s s i b i l i t yi sm u c hb e t t e rt h a nt h a tb e t w e e nt h er e s u l t sw i t h 蜀- 2 , w h i c hc o n f i r mt h ev e r a c i t yo f t h em e t h o d p r o p o s e di nt h ep a p e r 碰皿n k e yw o r d s ：s p e c i f i c a t i o nm e t h o d , d r y - j e t - m i x i n gc o m p o s i t eg r o u n d , s e t t l e m e n t , d i s t u r b a n c e , s t r e s sl e v e l , o d g i n a lc o m p r e s s i o nc u r 托，m o d i f i e ds e h r n e r 蠹n a n nm e t h o d , b a c ka n a l y s i s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生躲萼厶日期：一 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 期： 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 复合地基由于能显著改善地基的承载力，减小地基沉降，并有效抑止地基土体侧向变形这特点而成 为一种比较理想的软土地基处理方式，在世界范围内都得到广泛应用 1 1 1 2 j 唧1 4 j 。随着人们工程经验的积累， 现在的复合地基设计逐渐由以承载力控制过渡到以沉降变形来控制，因此，沉降计算在复合地基设计中的 地位变得尤为重要。但就目前的认识水平，复合地基沉降计算水平还不很完善，对复合地基的沉降变形计 算理论的研究有待深入，特别是对沉降变形计算方法还没有统一的认识。 鉴于复合地基的自身特性，影响其沉降计算结果的因素非常多，譬如桩与土间的变形协调问题，垫层 效应，外荷载作用下桩与土的荷载分担比以及应力传递规律无法合理确定等，这些因素对复合地基沉降计 算都有影响，己经引起人们的广泛关注，很多学者在这方面有很突出的研究成果p j i 1 7 j i ”。但是这些研究成 果都是建立在一定的假定条件上，为了方便工程应用，现行规范例印1 对复合地基的应力场进行了简化处理， 认为桩土变形协调，地基附加应力的计算仍然按天然地基考虑，并采用经验系数法将各种影响因素综合考 虑，从而形成了一套简单且实用的复合地基沉降计算方法规范法。但是各种方法计算所得的复合地基 沉降量与现场实测沉降值仍常存在一定的偏差，究其原因，主要是另一个重要的影响因素：地基土的力学 参数的合理取值，对复合地基沉降计算结果的影响也非常大。目前工程上设计沉降时通常都是采用工程地 质勘察报告中提供的土的压缩模量e 1 ，都是通过压缩指标口。来确定的，即取e p 压缩曲线中土样承受 荷载在1 0 0 2 0 0 k p a 之间的割线模量来代替整个应力水平范围内的土的压缩变形性状删，没有考虑应力水 平问题，这种取法是相对近似的，不能反映地基土的实际受力压缩情况。另一方面，人们也普遍认识到取 样和室内实验土样成形过程中对土体产生的扰动也使得室内实验所得的土体物理力学参数值失真“u j i l “。研 究表明，土样扰动使其灵敏度、不排水强度、变形模量、压缩指数和固结系数等都有所降低，而其破坏应 变增大，应力应变曲线和e l o & p 压缩曲线则变成大为平缓且位置下移i l “。可见扰动对土体的力学性状影 响也颇大，从而导致计算出来的复合地基设计沉降与现场实测沉降出现偏差。因此，要解决计算复合地基 沉降量的准确性问题，考虑应力水平和取样扰动的影响从而合理确定地基土性参数是一个重要的研究课 题。 复合地基有多种形式，为了整理资料以及理论分析的简便，本文仅以粉喷桩复合地基为研究对象，从 土性参数分析入手，根据土体取样扰动度的定量评价体系，分析扰动对土体力学参数值的影响，并在此基 础上提出还原扰动土样的实验室压缩曲线的方法，同时考虑应力水平问题，对工程地质勘察报告中的压缩 指标进行修正，并用于粉喷桩复合地基的设计沉降计算，以使得沉降计算结果更能反映实际情况。 1 2 粉喷桩加固软土地基的研究现状 1 2 1 复合地基处理技术简介 复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材 料，加固区是由基体( 天然地基土体或被改良的天然地基土体) 和增强体两部分组成的人工地基i l j l 2 j 。 复合地基有两个基本特点i l j ； ( 1 ) 加固区是由基体和增强体两部分组成的，是非均质、各向异性的； ( 2 ) 在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。 复合地基本身特点使得复合地基列于地基处理方式的三大类之一；复合地基、均质地基和桩基础1 2 j 。 从荷载传递机理来看，复合地基介于均质地基和桩基础之间。在荷载作用下，复合地基的基体和增强体通 过两者之间的变形协调，共同分担上覆荷载，当复合地基置换率为零时就是均质地基，复合地基桩问土强 l 东南大学硕士学位论文 度发挥度为零时，则为桩基础，从某种意义上来讲，均质地基和桩基础是复合地基的两种特殊情况。 根据地基中增强体的方向复合地基可以分为水平向增强体复合地基和竖直向增强体复合地基。竖直向 增强体复合地基亦即桩体复合地基【l 肛j 。本文研究的粉喷桩复合地基属于柔性桩复合地基的范畴采用粉 体作为固化剂，能充分吸收周围软土中的水分，加固后地基的初期强度高，对含水量较高的软土加固效果 尤为显著。因此在我国软土地基的处理中广泛采用。 1 2 2 粉喷桩的起源与特点 粉喷桩是。粉体喷射搅拌桩”的简称，其施工工艺是通过专用的粉体喷射搅拌施工机械，用压缩空气 将水泥、石灰等粉体加固材料喷射入地基土中，再凭借钻头叶片的旋转，将粉体加固材料与原位软土充分 搅拌成具有整体性和一定强度的柱状加固水泥土，从而提高地基强度【l i l q 。 该方法于2 0 世纪6 0 年代后期首先从瑞典和日本提出、开发并推广应用。1 9 6 7 年瑞典k j e l dp a u s 首次提出 使用石灰搅拌桩加固1 5 m 深度范围内软土地基的设想，并于1 9 7 1 年进行了第一次现场试验，制成一根用生 石灰和软土拌制而成的柱。次年这种石灰粉体喷射搅拌柱在瑞典投入了生产实践，被用作为路堤和深基坑 边坡的稳定措施。瑞典l i n d e n a l i m a t 公司还生产出专用的成柱施工机械，柱径可达5 0 0 m m ，最大加固深 度1 0 1 5 m 1 1 【1 6 1 1 ”。 同一时期，日本在1 9 6 7 年由运输部港湾技术研究所开始研毒4 石灰搅拌施工机械，1 9 7 4 年开始在软土地 基加固工程中应用，并研制出两类成柱直径可达8 0 0 1 0 0 0 r n m 的石灰搅拌机械，相应地形成了两种施工方 法：一类为深层石灰搅拌法( d l m 法) ，以颗粒状生石灰为加固材料；另一类为粉体喷射搅拌法( d j m 法) 。 以生石灰粉末为加固材料i l 铷“l 。 其后，芬兰也开始这方面的研究，水泥土搅拌桩相继在欧洲，日本和美国得到蓬勃发展，广泛应用于 工业与民用建筑与铁路、公路工程的软土地基加固，主要用途是提高地基承载力，控制地基变形。减小土 的渗透性等等，随着人们工程经验的积累，又逐渐用于边坡抗滑、桥梁工程以及海岸线的堤岸工程加固等 等0 1 1 1 6 1 1 7 。目前，粉喷桩还广泛应用于解决桥头差异沉降引起的桥头跳车问题以及采空区加固问题等圆1 2 ”。 粉喷桩初期主要用来加固软秸土地基，但是后来逐渐发展到用于粉土与膨胀性土的加固f l s l 【l ”。加固土类的 不同也引起粉喷桩掺和剂的不同，除了国内熟知的水泥掺和剂以外，国外还用到了石灰、粉煤灰以及粉煤 灰、石膏和水泥的混合物做为掺和剂，从而形成了多种不同类型的粉喷桩川肛“。 但该项技术直到8 0 年代初才开始被引进我国。1 9 8 3 年初，铁道部第四勘测设计院开始进行粉体喷射搅 拌法加固软土地基的试验研究，并于1 9 8 4 年在广东省云浮硫铁矿铁路专用线上应用石灰搅拌桩成功加固了 单孔4 5 m 盖板箱涵的软土地基，后来相继在武昌和连云港用于下水道沟槽挡土墙和铁路涵洞软基加固，均 获得良好效果。随后，粉喷桩技术在国内的沿海地区及长江中、下游地区得到应用，目前该方法已广泛应 用于铁路、公路、港口码头、市政工程、工民建等行业的软土地基加固中，取得了良好的社会效益与经济 效益【1 3 】。 工程实践证明，该方法具有以下优点i o j i l q ： ( 1 ) 耪喷桩施工较为筒单易行，由于桩身早期强度提高较快，施工效率高，因此特别适用于工期紧或 要求快速提高强度等方面的工程； ( 2 ) 与其他桩体加固方法相比粉喷桩施工时振动小、噪音低。可以在市区内和密集建筑物群进行施工； ( 3 ) 土体加固后容重基本不变，不会因加固土体重量增加而引起下卧层的附加沉降。能够有效地减少 和控制沉降量和工后沉降量。 由于上述优点。近年来耪喷桩技术在我国发展很快，也取得了很多有益的研究成果。目前粉喷桩复合 地基的研究主要分为三大方面：粉喷桩加固技术的机理研究、粉喷桩复合地基的承载力研究和粉喷桩复合 地基的地基变形研究。本文主要针对粉喷桩复合地基变形研究中的地基沉降计算理论进行进一步的分析和 探讨。 1 2 3 复合地基沉降的理论计算方法 目前应用粉喷桩复合地基加固软土地基，粉喷桩通常都将软土层打穿，从而大大减小软土层在外荷载 作用下的压缩变形，达到加固地基的作用。根据粉喷桩复合地基的变形特性，其沉降变形可以认为由加固 2 苎二雯笙堡 区土体的沉降量s ，和下卧层土体的沉降量韪两者共同组成，在计算时通常分为两部分：加固区土体压缩量 和下卧层土体压缩量。在进行计算时通常都有不同的假设。产生不同的方法，下面将各方法简要的介绍一 下 f 1 ) 加同区土体沉阵岛的计算 加固区的沉降计算方法均是建立在一定的假设条件的基础上的，分别有复合模量法、应力修正法、桩 身压缩模量法、以及应变修正法等【1 】【2 5 】 扒复合模量法 复合模量法又称等效模量法- 该方法将加固区视为具有复合模量和等效沉降的均质复合土层，并 以分层总和法计算复合土层的沉降。复合土层压缩模量通常采用面积加权平均法计算，即： = 孕+ ( 1 一刁) e ， ( 1 1 ) 式中，e ，桩体压缩模量：b 桩间土压缩模量：，7 复合地基面积置换率。 该法概念明确，应用亦较方便，公路路基设计规范驯及 己时，下式计算分层沉降： 6 第一章绪论 蝇= 旦e o i ( 1 9 刍1 - 。, 只+ 鲁l g ( 半溉 ( 1 1 2 ) 式中：只o l ，匕，气分别为第，层土的自重应力、固结屈服压力和附加应力( k p a ) ；c e i 和c d 分 别为第f 层土的回弹指数和压缩指数 8 0 f 表示天然孔隙比；h i 表示第f 层土的层厚 o 线 o 图1 1 正常固结土原位压缩曲线图1 2 超固结土原位压缩曲线 但是上述方法没有考虑取样扰动对土体固结屈服压力值的影响，即认为原位压缩曲线上的固结屈服压 力和扰动样的固结屈服压力值仍然是一致的。同时上述方法认为土体原始压缩曲线与室内扰动样的压缩曲 线交于0 4 2 e 点，这一做法并不适合于所有土类m j 。另外，该方法虽然考虑了应力历史对压缩曲线的影响， 提出了原位压缩曲线在自重应力与固结屈服压力之间的直线斜率等于室内回弹曲线与再压缩曲线的平 均斜率，但是这种做法设有考虑到结构性对天然沉积粘性土固结屈服前后应力水平的影响，已有研究表明， 由于结构性的影响，应力水平小于土体的固结屈服压力时土体的压缩变形将非常小l 叫，这一段原位压缩曲 线通常近似为水平直线1 4 0 j 。因此，尚需对上述方法做进一步的修正。 本文拟对土体取样扰动度进行定量评价，并探讨扰动度与土体压缩变形指标及土体固结屈服压力等力 学参数的定量关系，从而对扰动样的室内压缩曲线进行还原，并在原位压缩曲线的基础上计算修正的土体 压缩变形指标，以期完善规范法计算粉喷桩复合地基沉降理论。 7 东南大学硕士学位论文 1 4 本文的研究内容与方法 ( 1 ) 作者参加的水泥土搅拌桩桩土相互作用理论与工程应用研究课题组收集了大量的已建和在建高 速公路的粉喷桩复合地基处理段的工程地质勘察资料、设计资料和沉降观测资料。本文在已有资料的基础 上，对资料进行了整理归类，为后面的数值计算与理论分析做准备； ( 2 ) 根据公路路基设计规范及公路软土地基路堤设计与施工技术规范推荐的复合地基沉降计算 理论，对该路段的复合地基设计沉降进行计算，并将计算结果与实测沉降值进行比较，分析应用规范法计 算粉喷桩复合地基设计沉降时的主要影响因素； ( 3 ) 分析土体取样扰动的影响因素和主要表现，在已有的研究成果基础上探讨现行的土体取样扰动度的 定量评价方法以及扰动度与土体力学参数值之间的相关关系，并通过室内扰动模拟试验对扰动度定量评价 方法进行可行性和适用性验证，从而确定本文定量评价土体取样扰动度和校正扰动土样的力学参数值的方 法： ( 4 ) 分析天然沉积粘性土的原位压缩曲线性状，探讨现行还原受扰动土样压缩曲线的做法，在此基础上 提出本文还原扰动土样的室内压缩曲线的方法，并通过工程实例对该方法进行检验； ( 5 ) 在原位压缩曲线的基础上，对土体的压缩变形指标进行修正计算。根据修正后的压缩变形指标，用 规范法重新计算粉喷桩复合地基的沉降，并将计算结果与实测沉降进行对比，分析上述方法的可行性和准 确度； ( 6 ) 根据现场实测沉降数据，结合有限元数值计算及位移反分析法反演土体的压缩变形指标，并将反演 结果分别与工程地质报告中提供的土体压缩变形指标以及修正后的土体压缩变形指标进行对比分析，从而 对上述还原土体压缩变形指标的方法及还原结果进行可靠度评价。 8 第二章粉喷桩复合地基设计沉降与实测沉降的对比及分析 第二章粉喷桩复合地基设计沉降与实测沉降的对比及分析 粉喷桩加固软土地基，地基的沉降变形是工程实际所关心的主要问题。目前设计人员进行粉喷桩复合 地基设计时，通常都是根据现行规范州田j 推荐的复合地基沉降计算方法( 规范法) 来计算其设计沉降。而 另一方面，目前工程界通常是用现场实测沉降来指导工程实践。实测沉降与设计沉降之间存在的误差对工 程实践必然构成较大的影响，因此有必要对其两者进行具体对比，分析两者之间的误差大小，并分析误差 存在的主要原因，对指导理论设计及工程实践都有重要的意义。 一 国外曾有m i l o v i c 47 j 采用有限差分法对某建筑物木筏基础的沉降量进行了计算，采用的变形系数由触 探实验数据推导所得，并将计算沉降和实测沉降进行了对比。指出影响计算结果的因素包括士体的取样质 量、下卧层土体的变形系数、泊松比以及采用的土体模型等。c r a w f o r d 等人畔l 贝u 分别用室内固结实验和原 位c p t u ( p i e z o c o n e p e n e t r a t i o n t e s t ) 实验及d m t ( f l a t d i l a t o m e t v r r e s t ) 实验所得的结果对一土石坝的沉降进 行了计算，并分别与现场实测沉降傲了对比研究，发现根据室内实验和现场原位实验的结果计算所得的最 终沉降比较相近，但是比实测沉降值小6 0 之多，出现该差别的原因尚不明确。h o l m l l “则提到在北欧地 区使用粉喷桩加固软土地基时，实测沉降通常小于其计算沉降。国内具体开展这方面的工作较少。有些研 究指出规范法计算的结果偏差较大j i ”j 。 为了描述当前工程中沉降计算的问题现状，本章对已收集的部分已建和在建高速公路的相关资料进行 整理归类，收集情况列于表2 - l 。由于沉降计算与对比分析工作所需的资料包括地质勘察资料、粉喷桩设 计资料和实测沉降资料等，因此本章选取资料比较齐全的沿江高速公路的常熟i 、标和张家港标段， 润扬大桥北接线的a 2 标段，以及汾灌高速公路。标、p 标、q 标三段作为研究对象，用规范法对其最终 沉降重进行计算，并与实测总沉降进行对比分析，同时在对比分析的基础上，对应用规范法计算粉喷桩复 合地基设计沉降时的影响因素进行归纳与分析。 表2 - 1 资料收集情况 沿江高速公 汾灌高速公 连徐高速公 宁靖盐高速 润扬大桥北 沂淮江高速机场高速 项目路常熟、张家 路o 、p 、q 路全部标段 公路全部标 接线a 2 标段 公路全部标公路全部 港标段标段段 段 标段 地质勘察资 一 0 料 固结压缩实 xxx 验壹料 粉喷桩设计 资料 实测沉降观 部分 测资料 桩体检测资 部分 料 注：收集到的记号。”，未收集到的记号“”。收集不全的标记为。部分” 2 1t 程背景 沿江( 江阴至太仓) 高速公路是江苏省规划建设的“四纵四横四联”高速公路网的重要组成部分，是 苏南地区继沪宁高速公路建成之后第二条连接上海的高速公路通道。该公路采用高速公路标准建设，双向 9 东南大学硕士学位论文 四车道，常熟i 、标的路基宽度2 8 m ，标的路基宽度3 5 m ，全长约1 3 7 k m ”j 。 沿江高速公路常熟段起点桩号为k 0 5 0 + 0 5 0 ，终点桩号为k 0 8 5 + 1 5 5 ，全长共3 5 1 0 5 k m ( 含董滨互通式 立交2 3 k i n ) ，共分三个施工标段：常熟i 标( k 5 0 + 0 5 0 - k 6 2 + 8 5 0 ) ，总里程1 2 8 0 k m ；常熟标 ( k 6 2 + 8 5 0 , - - k 7 2 + 5 0 0 ) ，总里程9 6 5 k m ；以及常熟m 标( k 7 4 + 8 0 0 k 8 5 + 1 5 5 ) ，总里程1 0 3 6 k m 。张家港 标段为f k 3 0 + 9 5 5 1 2 一k 5 0 + 0 5 0 ) ，总里程1 9 ii o n ；所在区段位于长江三角洲南部水网平原区，地处长江三 角洲南翼前缘与后缘交汇处，所处地区地形地貌条件特殊。根据详勘资料，常熟段沿线地基土层主要为第 四纪全新世和晚更新世冲积、海积、湖积、沼积等成因的沉积物。对沿线土层进行了归类，自上而下可分 为五层，其中分布有两层软土。现分述如下i ，i j ： 层硬壳层，为灰黄色亚粘土或粘土，可塑，个别地段硬塑，中等或中偏低压缩性，地表0 3 米为耕 植土及厚度不等的人工填土，厚度0 2 6 米； 层软土，为灰色淤泥质亚粘土或粘土，局部为软塑粘土。软塑流塑状态，高压缩性，夹腐植物， 局部( 混) 夹粉砂，中偏高压缩性，厚度0 2 0 0 5 米； 层粘性土，为灰黄色、局部褐灰，灰色亚粘土或粘土。可塑硬塑，中等压缩性，局部地段中偏低压缩 性，可见铁锰结核，厚度0 1 2 1 米； 层下卧软土夹层，灰，灰黑色淤泥质亚粘士或粘土，局部为软塑( 亚) 粘土，软流塑，中高压 缩性，夹腐植物，局部混夹粉砂或呈互层状，厚度0 3 0 4 米； 层下卧硬层，灰黄、灰色亚粘土混粉砂、亚粘土，软塑流塑，中等压缩性，局部为粉砂，厚度不 等。 ， 沿江高速公路常熟段软土分布广泛，其中软土路段长2 4 9 6 k m ，占总段落的7 0 以上( 典型地质剖 面图见图2 1 。图中所标示的土层均为软土) ，其中第层软土为常熟各标段局部地区埋深较深的下卧 软土层。软弱土的主要物理力学指标见表2 - 2 。 7 5 + 。5 5 0 。 z k 2 3 9 2 4 6 。7 ， 0 1 4 6 一 乒 一撕 旦豸 - 6 3 4 一 彩 形 一1 4 5 4 一 鹱一2 ；3 1 4 。 7 z ， ( a ) 图2 1 典型地质剖面图 汾灌高速公路位于江苏省东部沿海地区，是交通部规划的国家重点干线公路网同三国道主干线的 一部分，也是江苏省规划的“四纵四横四联”中“级一”的重要组成部分。路线全长约8 6 k i n ，共由。标 段、p 标段和q 标段组成，其中o 标( k 0 + 2 4 0 - - k 5 1 + 9 8 4 ) ，总里程5 2 2 0 k m ；p 标( k 5 1 + 9 8 4 , - - k 7 3 + 5 5 0 ) ，总 里程2 1 5 7 k ：m ；o 标( k 7 3 + 5 5 0 - - k 8 5 + 7 8 0 ) 总里程1 2 2 3 k m 。沿线不忘地质现象主要有：中等偏高高压缩 性软弱土、弱中等膨胀性膨胀土以及轻微中等液化土，其中软土埋深较浅，厚度变化大，近地表地层 结构一般较疏松，为主要的不良地质条件 5 2 1 。 润扬大桥北接线a 2 标( k 4 + 1 0 0 , - k 9 + 5 8 4 ) ，总里程5 4 8 4k m ，位于长江以北，属于长江三角洲冲积 l o 第二章粉喷桩复合地基设计沉降与实测沉降的对比及分析 平原低漫滩区，地势低平开阔，全线软土连续分布，具多层性，厚度变化很大，与液化砂土相伴分布，其 中砂土呈松散稍密状态。北接线不良地质现象以广泛分布的软土和液化砂：i ：为主t s a l 。各地区的软土物理 力学特性见表2 - 2 表2 - 2 、各标段软弱土层物理力学特性表伊1 脾h 州 含水量w密度p天然孔隙比液限液性指数 标段 ( ) g c m 3 ) e w l ( )i l ( ) 常熟i 标 3 4 3 8 3 71 5 1 1 8 80 9 2 0 2 31 13 5 6 6 8 90 8 6 2 0 3 常熟i i 标 3 2 8 7 2 41 5 6 1 9 0o 9 0 3 2 0 4 63 2 o 6 2 10 7 5 1 8 6 常熟标 3 5 5 5 0 71 6 8 1 8 80 9 3 6 1 5 1 33 2 6 4 1 60 7 7 1 6 4 张家港段 3 2 7 1 2 61 5 8 1 9 00 9 6 1 1 9 3 l2 9 0 6 1 30 8 9 1 5 4 润扬a 2 标 3 6 8 6 0 21 7 6 1 9 01 0 1 5 1 6 6 03 5 9 5 4 3l 。o l 1 6 7 汾灌o 标 31 o 5 6 91 6 5 1 8 50 9 7 7 1 5 7 43 1 6 6 5 00 7 4 1 6 8 汾灌p 标 3 7 3 7 9 31 6 7 1 9 11 0 4 0 2 1 9 03 5 5 6 6 70 7 7 1 5 2 汾灌0 标 3 6 8 8 6 11 5 9 1 8 91 0 1 5 2 3 7 73 2 6 6 6 30 7 4 1 6 0 注：液塑限试验采用标准为7 6 9 锥1 0 m m 。 2 2 粉喷桩复合地基计算沉降与实测沉降对比研究 2 2 1 规范法计算粉喷桩复合地基设计沉降 目前软土地区高速公路建设工程中，设计人员在进行粉喷桩复合地基设计时，其设计沉降通常是根据 公路路基设计规范啦! 及公路软土地基路堤设计与施工技术规范印1 进行计算的，总沉降量分为加固 区的沉降量研和下卧层的沉降量岛两部分来计算，地基中的附加应力按天然地基的形式计算，计算方法 采用经典的b o u s s i n e s q 解法，具体过程如下： 加固区的沉降量岛采用复合模量法计算，复合模量的计算公式如下： e 。= 砸。+ ( 1 一，7 ) e 。 ( 2 - 1 ) 其中，1 7 为桩土置换率；易为粉喷桩的压缩模量，圆试模条件下桩体无侧限抗压强度与变形模量的 关系可取乜w8 3 4 吼，吼表示桩体强度值；巨为桩间土的压缩模量得到加固区的复合模量，即可根 据分层总和法计算加固区的沉降量岛： s 。辜筹日 ( 2 2 ) 式中，a 只为第f 层复合土上附加应力增量；e 为第f 层复合土层的厚度。 下卧层的沉降量两采用压缩模量法来计算，根据室内试验所得的土层压缩模量值，用分层总和法计算 下卧层的变形量，则地基的主固结沉降量即为研与岛之和。 地基的最终沉降量s 采用沉降系