（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）桶形基础处理公路软土地基的研究.pdf

中文摘要 软土具有软松、孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、强度低、渗透性小和 结构性灵敏的特点，因此，软基处理是道路工作者必然要面临的问题。本文针对 我国滩海地区的软粘土地基，从软土地基加固方法入手，重点介绍了几种常见的 处理方法，并在此基础上提出一种新的方法一桶形基础加固软基。通过数值模拟、 理论分析和计算，深入地研究了桶和土的相互作用，提出单桶和复合地基承载力 计算公式。 首先，从软土的概念、特点、分布、工程问题出发，重点介绍了道路软土地 基处理中几种常用方法，总结了其工程特性与加固方法，探讨了软基处理所面临 的问题； 然后，利用有限元的思想，运用有限元软件p l a x i s 建立模型对桶形基础进 行数值模拟。分析桶形基础的特点和工作机理，研究得出在静荷载作用下，地基 承载力随着桶长和桶径的增加而增加。通过计算提出单桶竖向承载力标准值只。 和复合地基极限承载力巴的表达式； 最后，在相同的地质与荷载条件下，比较桶形基础与其他几种方法的经济性。 得出桶基加固造价比粉喷桩高1 1 5 5 ，比c f g 桩和石灰桩的造价要低一些。同 时桶基可以预制，成桶质量良好，承载力大，工期短，综合经济效益显著。 本文对桶形基础加固公路软土地基的可行性进行了深入的研究和大量的计 算比较，确信这种方法具有一定的实用价值。 关键词：公路软土地基 桶形基础有限元地基承载力经济评价 p l a x i s a b s t r a c t t h es o f ts o i li sc h a r a c t e r i s t i cb yr e l a x t i o n ，t h el a r g eh o l er a t i o ，t h eh i g hn a t u r a l w a t e rc o n t e n t ，t h eh i g hc o m p r e s s i b i l i t y , t h el o wi n t e n s i t y , t h es m a l lp e r m e a b i l i t ya n d t h es e n s i t i v ec o n f i g u r a t i o n t h e r e f o r e ，s o f tb a s ep r o c e s s i n gi saq u e s t i o nw h i c ht h e w o r k e rm u s tf a c ei n e v i t a b l y t h i sp a p e ri n t r o d u c e ds e v e r a lc o m m o nm e t h o do fs o f t s o i lg r o u n dp r o c e s s i n ga s c e n s i v e l yi nv i e wo fo u rc o u n t r ys o f tc l a yg r o u n do fb e a c h h a i t ia r e a a n di n t h i sf o u n d a t i o n ，i tp r o p o s e do n en e wm e t h o d - b u c k e tf o u n d a t i o n t h r o u g ht h ev a l u es i m u l a t i o n ，t h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt h ec o m p u t a t i o n ，i th a v e s t u d i e dt h em u t u a lf u n c t i o no ft h eb u c k ea n dt h ee a r t ht h o r o u g h l ya n dp r o p o s e d s u p p o r t i n gc a p a c i t yf o r m u l aa b o u tt h es i n g l eb u c k e ta n d a n dt h ec o m p o u n dg r o u n g f i r s t l y , t h i sp a p e ri n 仃o d u c e ds e v e r a lc o m m o nm e t h o do fs o f t s o i lg r o u n d p r o c e s s i n ga s c e n s i v e l y , s u m m a r i z e dt h e i rp r o j e c tc h a r a c t e r i s t i ca n dt h er e i n f o r c e m e n t m e t h o d ，d i s c u s s e dt h eq u e s t i o nw h i c h s o f ts o i lg r o u n dp r o c e s s i n gf a c e s ； s e c o n d l y , t h i sp a p e re s t a b l i s h e dm o d e lo fb u c k e tf o u n d a t i o nb yu s i n gt h ef m i t e e l e m e n ts o f t w a r ep l a x i st oc a r r yo nt h ev a l u es i m u l a t i o nb yu s eo ff m i t ee l e m e n t t h o u g h t b yt h ea n a l y s i so fc h a r a c t e r i s t i c a n dt h ew o r km e c h a n i s mo fb u c k e t f o u n d a t i o n ，w ek n o wt h a tt h eg r o u n ds u p p o r t i n gc a p a c i t yi n c r e a s e sa l o n gw i t ht h e b u c k e t sl e n g t ha n dt h eb u c k e t sd i a m e t e ri n c r e a s i n gu n d e rt h es t a t i cl o a d i tp r o p o s e d t h ef o r m u l aa b o u tt h es i n g l eb u c k e t ss u p p o r t i n gc a p a c i t y 女a n dt h ec o m p o u n d g r o u n d s l i m i ts u p p o r t i n gc a p a c i t 易 f i n a l l y , t h i sp a p e rc o m p a r e dw i t hb u c k e tf o u n d a t i o na n do t h e rs e v e r a lm e t h o d a b o u te f f i c i e n c yu n d e rt h es a m eg e o l o g ya n dl o a dc o n d i t i o n w ec a nk n o wt h a tt h e c o s to fb u c k e tf o u n d a t i o ni sh i g h e r11 5 5 t h a nt h ep i l eo fs p u r t i n ga n dl o w e rt h a n t h ec f g p i l ea n dt h el i m ep i l e a n db u c k e tf o u n d a t i o nm a yp r e f a b r i c a t e ，h a v el a r g e s u p p o r t i n gc a p a c i t ya n ds h o r tt i m el i m i tf o rap r o j e c t ，s oi t se c o n o m i ce f f i c i e n c yi s r e m a r k a b l e t h i sp a p e rh a sc o n d u c t e dt h et h o r o u g hr e s e a r c ha n dt h em a s s i v ec o m p u t a t i o nt o t h ef e a s i b i l i t yo fb u c k e tf o u n d a t i o nr e i n f o r c i n g ts o f t s o i lg r o u n d ，a n db e l i e v e sf i r m l y t h a tt h i sm e t h o dh a sc e r t a i np r a c t i c a lv a l u e k e yw o r d s ：s o f ts o i lg r o u n do fr o a d ，b u c k e tf o u n d a t i o n ，t h ef i n i t ee l e m e n t ， g r o u n ds u p p o r t i n gc a p a c i t y ，e c o n o m i ce v a l u a t i o n ，p l a x i s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他入已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他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已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：钽珲青 签字日期：刀刃年彳月了e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤生盘茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权一墨鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学砬论文作者签名：f 王羿青 导师签名：于7 蜀叛私叶 签字日期：彻7 年 石月y 日 签字日期：沙尹7 年月，日 第一章绪论 第一章绪论 随着我国基本建设的发展，在软土地区兴建高速公路、机场跑道等高等级道 路日益增加。特别是8 0 年代以来，我国公路建设的规模日益扩大，难度不断提 高，公路建设对软土处理提出了更高的要求。软土对公路的危害，已引起我国公 路建设各部门的重视，科研、设计、施工等单位全力以赴，协同作战，经过多年 努力，发展了多种软土处理技术，积累了一定的经验，但由于软土的特异性、多 变性，至今，在软基处理中仍然无法找到一套万无一失的解决方案，时有工程因 为软基处理不当而引起质量事故或造成巨大浪费。因此，软基处理技术值得探讨。 1 1 软土的概念及鉴别 ( 1 ) 软土概念【1 1 我国的软土主要分布于渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲以及浙、闽沿海地 区等地，以海相或湖相沉积为主，它们是在咸水或淡水中沉积形成、含有有机质 和矿物质的细粒土，厚度数米至数十米不等，但在同一地区厚度的变化不大。包 括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。 软土在公路软土地基路堤设计与施工技术规范( 丌j 0 1 7 ) 、铁路工程设 计技术手册、中国建筑工业出版社工程地质手册、公路工程名词术语、岩 土工程勘测规范中都有大同小异的定义，以公路软土地基路堤设计与施工技 术规范( j t j 0 1 7 ) 的定义简单明了，工程设计人员可以以此作为软基的定义： 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。 归纳各种定义总结出软土是一种天然含水量大( 接近或大于液限) 、压缩性 高( a l _ 2 = 5 k p a 。1 ) 、天然孔隙比大于等于1 0 、抗剪强度低( 快剪的内摩檫角伞 5 0 、 凝聚力c 2 0 k p a ) 的细粒土。 ( 2 ) 概念意义上软土的鉴别 工程上可参照公路软土地基路堤设计与施工技术规范( j t j 0 1 7 ) 中所提 到的三个指标进行软土判别。如满足表1 - 1 中的特征指标即可判别为软土。 第一章绪论 表1 1 软土鉴别表 特征指 天然含水量( )天然孔隙比十字板剪切强度( k p a ) 标名称 指标值 3 5 与液限1 o 3 5 ( 3 ) 需要处理意义上软土的鉴别 教课书上软土应与工程中需要处理的软弱土区别开来，因为工程设计人员更 应该关心的是需要处理软土的鉴定标准，为此在工程设计中要认真阅读软土地基 六个方面的资料，全面分析所在地段的软土特征。这六个方面是：o 、各土层土 壤成因；e 、各土层土壤类别：o 、各土层土壤所处状态；o 、各土层土壤四大 物理指标，k ( 压实系数) ，6 ( 干容重) ，( i ) ( 含水量) ，e 。( 天然孔隙比) ；o 、 规范所指软土和习惯所称软粘土所处层位与层厚；o 、钻探孔位地基承受不同荷 载( 路基、路面，折算成土柱高度) 条件下的主固结沉降计算值，以及各钻探孔 位承受不同填土荷载条件下的主固结沉降计算值的图示。 通过以上资料的分析，可以明确道路范围内分布的软土地基情况、弱软程度 以及每一桩孔各土层中软弱土处于那一层位( 通过k 、6 、( 1 ) 、e o 反映出来) ，其 中最直观的，也是最本质的参数应为6 ( 或k ) 和。下面结合城市道路软土地 基浅层处理为例，介绍采用这些基本参数判别软弱土地基的方法。 路基施工规范规定填方( 挖方也是如此) 路段路床项面以下大于1 5 m 深度 的路基压实度应该大于或等于9 0 。路床顶面以下1 5 m ) j f l 上路面厚度( 一般为 0 6 o 9 米之间) 总厚度为2 5 m 左右，对于城市道路由于两侧建筑物的限制，填 土高度一般不会超过2 米，大多数城市道路路面标高与现状地表标高基本接近属 于挖方路基，因此要求天然地基在深度o 3 米范围具有o 8 5 的压实系数是必要 和恰当的( 天津市软基处理经验) 。若以6m a x ( 最佳含水量条件下的最大干容重) 等于1 8 0 9 c m 3 ，土颗粒比重2 7 0 计，当k = 0 8 5 时，土壤的孔隙率等于4 3 3 ， 孔隙比等于0 7 6 ，饱和含水量等于2 8 3 ( 土壤中的孔隙全由水分充满) ，这是 软粘土的界定含水量标准。当地基表层含水量大于2 8 - - - 3 0 时，筑路机械几乎 无法直接在地基表面上作业。 于是，软弱土地基各地层应具有的标准是：k 0 8 5 ，与其对应的 6 1 8 0 9 c m 3 ，( ) 2 9 ，如不满足以上标准可判定为需要处理的软弱土地基。 通过钻孔基本参数的判定，使我们真正抓住处理重点所在，避免以笼统概念来 “加封”软土地基，进而避免以笼统的规范来对待它。 第一章绪论 1 2 软土的成因、分类及分布 软土是在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的饱和软弱淤 泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。 软土按沉积环境及成因分为：( 1 ) 滨海沉积滨海相、泻湖相、弱谷相及 三角洲相；( 2 ) 湖泊沉积湖相、三角洲相；( 3 ) 河滩沉积河漫滩相、牛 轭湖相；( 4 ) 沼泽沉积一沼泽相。 以滨海相沉积为主的软土层，如湛江、香港、厦门、舟山、宁波、连云港、 塘沽、大连湾等；泻湖相沉积的软土以温州、宁波为代表；弱谷相软土在福州、 泉州一带；三角洲相软土如上海地区、珠江下游的广州地区；河漫滩相沉积软土 在长江中下游、珠江下游、淮河平原、松辽平原等地区；内陆软土主要为湖相沉 积，如洞庭湖、洪泽湖、太湖、鄱阳湖四周以及昆明的滇池地区等。 按工程性质结合自然地质地理环境，软土分布可划分为三个地区北部地 区，中部地区，南方地区。各地区软土物理性质指标统计见表1 2 。 表1 2 我国软土主要分布地区的物理性质指标统计表 物理性质指标( 互匠均值) 天 塑 海土层 然有机 区沉积孔隙饱和 液塑 限 液限 陆典型地区 埋深 含容重质含 别相比 度 限限 指指数 别水里 数 量 m g c m 3 天津塘 北沽、连云 滨海 o 一3 44 51 7 81 2 39 34 22 21 91 2 57 5 部沿港、大连 地海等 区 三角 5 硼4 01 7 91 1 19 73 51 91 6l3 5 洲 由 温州湾、 沿 部宁波、舟滨海2 3 25 21 7 l1 4 19 84 62 42 4 海 地山 区 温州、宁 泻湖l 3 55 l1 6 71 6 19 84 72 52 41 3 46 5 波地区 第一章绪论 福州、泉 弱谷1 - 2 55 81 6 31 7 49 55 23 12 61 9l l 州 长江下游三角 2 1 94 31 - 7 61 2 49 8 4 02 31 71 1 1 ( 上海)洲 昆明的滇高原 7 71 5 41 9 37 02 81 2 81 8 4 池湖泊 洞庭湖、 平原 洪泽湖、 4 71 7 41 3 1 4 32 31 99 9 湖泊 太湖等 内 长江中下 陆 游、珠江 下游、淮河漫 4 71 7 51 2 23 91 71 4 4 河平原、滩 松辽平原 等 南湛江、香 滨海o 96 11 6 31 - 6 59 55 32 72 61 9 4 方沿港、厦门 地海珠江下游三角 1 1 01 5 81 6 75 4 3 72 4 区( 广州)洲 1 3 软土的工程性质 总结以上各地软土的物理指标，可看出软土最大的工程性质是天然含水量 高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小。在荷载作用下，软 粘土地基承载力低，地基沉降变形大，容易产生较大的不均匀沉降，而且沉降稳 定历时较长。各地软土的特性可简单的总结如下： ( 1 ) 孔隙比大、含水量高 软土孔隙比及含水量都大，渤海湾地区软土含水量一般在4 0 6 0 之间，孔 隙比在1 o 1 3 之间；长江三角洲地区软土含水量一般在3 5 5 5 之间，孔隙比 在1 1 一1 5 之间；珠江三角洲地区软土含水量一般在5 0 9 0 之间，一般大于液 限，高的可达2 0 0 ，孔隙比在1 4 2 1 之间。各地软土含水量一般大于4 0 ， 孔隙比大于1 1 。 ( 2 ) 压缩性高 第一章绪论 珠江三角洲地区软土压缩系数通常大于1 0 m p a ，压缩模量e s 多在 1 0 2 o m p a ，其他地区软土压缩系数通常小于1 0 m p a 1 ，压缩模量e 。多大于 2 0 m p a 。长江三角洲地区5 米的填土沉降量为1 5 2 0 米，渤海湾地区5 米的填 土沉降量为1 0 。1 5 米，珠江三角洲5 米的填土沉降量为2 0 3 0 米。 ( 3 ) 强度低 珠江三角洲地区软土十字抗剪强度多小于2 0k p a ，一般容许承载力在2 0 - - - 4 5 k p a ；长江三角洲地区软土十字抗剪强度大多小于3 0k p a ，一般容许承载力在 5 0 7 0k p a ；渤海湾地区软土十字抗剪强度大多小于4 0k p a ，一般容许承载力在 5 0 - 8 0k p a 。 1 4 软土地基常见工程问题 ( 1 ) 地基承载力和稳定性问题 在道路荷载( 静力和动力荷载) 作用下，地基承载力不能满足要求时，地基 会产生局部或整体剪切破坏，影响道路的正常使用，引起道路破坏或边坡失稳。 ( 2 ) 沉降、水平位移及不均匀沉降问题 在荷载作用下( 静力和动力荷载) ，地基产生变形。当道路沉降或水平位移， 或不均匀沉降超过相应的允许值时，将会影响道路的正常使用，甚至可能引起破 坏。道路沉降量较大时，不均匀沉降往往也比较大，不均匀沉降对道路的危害较 大。综合变形方面的工程特性有以下几个方面： a 、变形量大 软土中的淤泥和淤泥质土，其孔隙比e 大于1 0 ，受力后压缩量自然较大， 有些软土含水量达6 0 以上，e 大于1 5 ，则压缩性更高。更有泥炭类的软土含 水量高达2 0 0 5 0 0 ，土体大部分由水构成，荷载一加，水从孔隙中挤出，土 就向泡沫塑料一样被挤出。 b 、压缩稳定所需时间长 软土的颗粒组成以粘粒为主，尽管孔隙比大，但单个孔隙却很细，水在孔隙 中流动较难，因此，渗透性很低，渗透系数一般在1 0 c m s 1 0 培c m s 数量级。饱 和土受荷后，水不能很快排出，变形也只能慢慢发展。在地基中，这一变形过程 常延续数年，乃至数十年。 c 、侧向变形较大 软土的侧向变形比一般土要大，而且侧向变形与竖向变形之比在相同条件下 也比一般土要大，换句话说，其泊松比要比非软土大。饱和软土受荷时，初期水 来不及排出，土体体积不能收缩，便从侧向向外挤出，侧向膨胀的体积与竖向沉 第一章绪论 降的体积近于相等，泊松比接近于0 5 。随着水的逐步排出，土体体积收缩，竖 向沉降进一步发展，而侧向可能略有收缩。这时的泊松比小于o 5 ，达到0 4 ，乃 至0 3 以下。从最终稳定的变形来看，软土的泊松比一般高于非软土。 1 5 本文的主要工作和意义 软土具有软松、孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、强度低、渗透性小和 结构性灵敏的特点，在其上修筑道路、特别是高等级道路，如不进行处理，势必 会引起过大的沉降或不均匀沉降，严重者会引起地基失稳破坏，因此，软基处理 是道路工作者必然要面临的问题。虽然软基处理技术在我国的应用已有悠久的历 史，同时也还存在一些问题，软土路基的处理仍然是高速公路建设中的一个关键 课题。 软土地基处理设计施工是一项实用性很强的工程技术，其技术条件复杂，所 受影响因素众多，与场地工程地质条件、水文地质条件、工程建设要求等密切相 关，同时，进行地基处理，还应重视环境保护。因此，技术经济、安全可靠的地 基处理方案的提出，先进施工工法的应用，对工程建设具有重大的现实意义。展 望地基处理技术的发展，岩土工程界提出应重视如下几个方面的问题： ( 1 ) 研制和引进地基处理新机械，提高各种工法的施工效能。 ( 2 ) 发展地基处理理论，一是各种方法加固地基的机理及设计计算理论；二 是各类复合地基承载力和沉降计算理论，优化方案设计理论。 ( 3 ) 发展地基处理新技术新方法。 本文针对我国滩海地区的软粘土地基，从软土地基加固处理方法入手，主要 进行了以下几方面的工作： 1 结合道路软土地基处理标准设计图集的出台，对常用的几种软基处理技术 进行较系统的学习，从软土的概念、特点、分布、工程问题出发，对软基的设计 原则、设计程序、处理方法、存在问题进行总结，结合工程实例对几种处理方法 进行对比，重点针对道路软土地基处理标准设计图集所提到的几种处理方法进行 研究，对其工程特性与加固方法进行总结，对软土地基处理所面临的问题进行探 讨； 2 在海洋工程及港口工程中，桶形基础均已成为研究的热点问题之一。在 此首次将其引入到道路工程中。利用有限元的思想，运用有限元软件p l a x i s 建 立模型对桶形基础进行数值模拟分析； 3 分析桶形基础的特点和工作机理，研究在静荷载作用下，桶径和桶长对 承载力的影响，提出单桶承载力理论计算模型； 第一章绪论 4 根据桶基加固原理，分析桶土应力比，提出桶基复合地基的设计计算方法； 5 在相同的地质与荷载条件下，比较桶形基础与塑料排水板、粉喷桩、c f g 桩、石灰桩加固软基的效果及经济效益。 第二章常用的软基处理方法 第二章常用的软基处理方法 2 1 软基处理设计原则及一般步骤 2 1 1 软土路基设计一般要求 我国地域辽阔，工程地质和水文地质条件千变万化，各地施工机械条件、技 术水平、经验积累，以及建筑材料品种、价格差异很大，在选用软基处理方法时 一定要因地制宜。软基处理方法很多，每种处理方法都有一定的适用范围、局限 性和优缺点，没有一种方法是万能的。对具体工程都要进行具体细致的分析，应 从地基条件、处理要求( 包括经处理后地基应达到各项指标，处理的范围，工程 进度等) 、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，注意地区特点。 2 1 2 软土路基设计原则 软土地基上的路堤设计与施工方案，应结合当地工程地质条件、材料供应、 投资环境、工期要求和环境保护等因素，按照因地制宜、就地取材、分期修建、 综合处治的原则进行充分论证，使得设计成果和施工方案达到技术先进、经济上 合理的目的。设计原则归纳如下： ( 1 ) 确保工程质量、经济合理、技术先进； ( 2 ) 因地制宜，具体工程具体分析； ( 3 ) 充分发挥地方优势，利用地方资源； ( 4 ) 引用外地或外单位方法时克服盲目性，注意地区特点。 2 1 3 软土路基设计一般步骤 首先，根据道路工程对地基的要求和天然地基条件确定是否需要处理。若天 然地基不能满足要求，则需要确定进行地基处理的天然地层范围及处理要求。 在具体确定地基处理方案前，应根据天然地层的条件、地基处理方法的原理、 过去应用的经验和机具设备、材料条件，进行地基处理方案的可行性研究，提出 多种技术上可行的方案。 然后，对提出的多种方案进行技术、经济、进度等方面的比较分析，并重视 考虑环境保护要求，确定采用一种或几种地基处理方法。这也是地基处理方案的 第二章常用的软基处理方法 优化过程。 最后，可由初步确定的地基处理方案，根据需要决定是否进行小型现场试验 或进行补充调查，先进行施工设计，再进行地基处理施工。施工过程中要进行监 测、检测，如需要还应进行反分析，根据情况可对设计进行修改、补充。 对于一具体工程，技术上可行的地基处理方案往往有几个，应通过技术、经 济、进度等方面的综合分析，以及对环境的影响，进行地基处理方案优化，以得 到较好的地基处理方案。见图2 1 。 机具、材料条件 经验、教训 地基处理原则 道路对地基要求 天然地基要求 地基处理 处理方案可行性研究，提出多种可行方案 技术、经济、进度比较，并满足环保要求 广 1 人工地基l i _ j 图2 1地基处理设计步骤框图 甲呈一 第二章常用的软基处理方法 2 2 软土地基加固处理方法及实用条件 软土地基处理的目的是利用置换、夯实、排水、胶结、加筋和热学等方法对 地基土进行加固，以改善地基土的强度、压缩性、渗透性、动力特性等。 为了更好的理解处理后的地基与天然地基的区别，将处理后的地基称为人工 地基，人工地基可分为以下两类【2 】： 一类是在地基处理过程中天然地基土体的物理力学性质得到普遍的改良，形 成的人工地基类似于均质地基。这类人工地基的承载力和沉降计算方法仍可采用 均质地基的计算方法，不同的是地基土层的物理力学指标得到改善。 另一类是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，形成复合地基。例如：采用强夯置换法、石灰桩法、深层搅拌法、 低强度桩等均可形成复合地基。以上述方法形成的复合地基在地基处理中占有很 大的比例，而且呈发展趋势。 2 2 1 软土地基加固处理方法分类 对软基处理进行严格的统一分类是很困难的。根据软基处理的加固原理，道 路工程中的软基处理方法可划分为四类。下面分别作简要介绍： ( 1 ) 置换及灌入固化物法 置换是指用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱 土体，以形成双层地基或复合地基，达到提高地基承载力、减小沉降的目的。加 固原理主要属于置换的软基处理方法有：换土垫层法、挤淤置换法、强夯置换法 和膨胀土渗灰改性换土法等。采用石灰桩法加固地基具有多种效用，其中也有置 换效用，故也将其包括在这一部分。 灌入固化物是指向土体中灌入或拌入水泥、石灰或其他化学固化浆，使其在 地基中形成增强体，以达到地基处理的目的。加固原理主要属于灌入固化物的地 基处理方法有：深层搅拌法、高压喷射注浆法、渗入性灌浆法、劈裂灌浆法、挤 密灌浆法、有机大分子溶液改良法等。 从处理原理来看灌入固化物也可纳入置换法，但考虑到其特殊的化学置换效 果，且使用范围较广，将其单独划分。 根据置换范围、方法和机理的区别，置换及灌入固化物法可以分为三小类： a 、整体置换和局部置换。整体置换是指将地基表层一定整体平面范围、一 定深度内的软土全部挖除，用品性良好的土壤或其他粒状材料来填充，即所谓的 “全挖全填”。局部置换是指将地基表层局部平面范围内、一定深度的软土被挖除 或被挤开，用品性良好的土壤或其他材料来填充，如：各类桩式处理法。 第二章常用的软基处理方法 b 、静力置换和动力置换。静力置换俗称“换填”，挖除软土，用品性良好的 土壤回填并压实。动力置换是指用夯锤将铺在天然软土地基表面上品性良好的土 壤或其他粒状材料夯入上层地基土中，达到置换的目的。它可以是整体式的，也 可以是局部式的。 c 、物理置换和化学置换。前者只增加土壤的密实度与减少含水量，软土地 基土壤只发生物理指标的变化，没有化学方式的变化。化学置换是指用水泥、石 灰等类材料置换部分软土或改善周围软土的化学、胶体化学特性。 ( 2 ) 振密、挤密法 振密、挤密是指采用振动或挤密的方法使地基土体密实以达到提高地基承载 力和减少沉降的目的。 加固原理主要属于振密、挤密的地基处理方法有：表层原位压实法、强夯法、 振冲密实法、挤密砂石桩法、爆破挤密法、土桩和土柱法等。 ( 3 ) 堆载预压及排水固结法 堆载预压法是一种最传统的做法。在软土地基表面堆填路基材料，经一定时 间重力作用后软土中部分水分和空气被挤压出来，土壤颗粒靠拢，密实度增大， 含水量减少。排水固结法是指饱和软弱土体在一定外荷载作用下排水固结，使其 孔隙比减小，抗剪强度提高，以达到提高地基承载力、减少工后沉降的目的。 很难将二者区别开来，因此，将二者归为一类是合适的，但为了从概念上进 一步的了解该方法，对二者进行分类。 根据土壤孔隙水压与大气压强的关系，可以将排水法区分为三小类： a 、负压( 真空) 法。通过抽气作用，使土颗粒周围空气压强小于大气压强， 以排除土壤中的水分，通常也称之为真空排水法，真空降水法。 b 、常压法。土颗粒周围空气压强等于大气压强，依靠排水坡降或毛细作用 将土体中的水分排泄出来。纵横盲沟属前者，塑料排水板属后者。 c 、超压法。通过动力波激发，使土壤孔隙水压强大于大气压强。软土地基 强夯法属此类。 根据地基表面单位面积上堆载重量( 简称压强) 的差别，堆载预压法可以分 为三小类： a 、超载法。堆载压强大于设计的路面、路基所产生的压强。一般用于要求 预压期较短，软土地基不致于发生剪切滑移的场合下。 b 、等载法。堆载压强等于设计的路面、路基所产生的压强。 c 、欠载法。堆载压强小于设计的路面、路基所产生的压强。通常只等于设 计的路基所产生的压强。只需轻度处理或有充分预压期的软土地基可采用这种方 法。堆载土土源紧缺，或者不便废弃余土的场合下，也可以采用这类方法。 第二章常用的软基处理方法 工程实践中软基处理方案往往是以上几类方法的适当组合。例如：塑料排 水板与堆载预压相结合，就是常压毛细重力式排水和堆载预压法的组合。归纳起 来工程上往往采用的处理方法有：加载预压法、超载预压法、真空联合堆载预压 法、降低地下水位法以及普通砂井法、袋装砂井法和塑料排水板法等( 前四种按 预压加载方法分，后三种按在地基中设置竖向排水系统不同划分) 。 ( 4 ) 加筋法 加筋是指在地基中设置强度高、模量大的筋材，如土工格栅、土工织物等， 以达到提高地基承载力、减少沉降的目的。加固原理主要属于加筋的地基处理方 法有：加筋土垫层法、加筋土挡墙法和土钉墙法等。见表2 1 表2 4 。 表2 1 置换及灌入固化物法软基处理的简要原理和适用范围 类 方法简要原理适用范围 别 置 换土 将软弱土或不良土开挖至一定深度，回填抗剪强度 换较高、压缩性较小的岩土材料，如砂、砾石、碎石、 灌 垫层各种软弱土 入 法 石渣等，并分层夯实，形成双层地基。垫层能有效 扩散基底压力，可提高地基承载力，减少沉降。 固强夯 采用边填碎石边强夯的方法在地基中形成碎石墩 粉砂土和软粘土 化 置换体，由碎石墩、墩间土及碎石垫层形成复合地基， 物 法以提高承载力，减小沉降。 地基等 法 通过机械或人工成孔，在软弱地基中填入生石灰块 石灰 或生石灰块加其他掺合料，通过石灰的吸水膨胀、 放热以及离子交换作用来改善桩与土的物理力学 杂填土、软粘土 桩法地基 性质，并形成石灰桩复合地基，可提高地基承载力， 减少沉降。 水泥利用深层搅拌机将水泥或水泥粉和地基土原位搅淤泥、淤泥质土、 深层拌形成圆柱状、格栅状或连续墙式的水泥土墙体，粘性土和粉土等 搅拌 形成复合地基以提高地基承载力，减小沉降。也常 软土地基， 法 用它形成水泥土防渗帷幕。深层搅拌分喷浆搅拌法 和喷粉搅拌法两种 高压利用高压喷射专用机械，在地基中通过高压喷射流淤泥、淤泥质土、 喷射冲切土体，用浆液置换部分土体，形成水泥增强体。粘性土、粉土、 注浆按喷射流组成形式，高压喷射注浆法有单管、二重黄土、砂土、人 法管法、三重管法。高压喷射注浆法可形成复合地基工填土和碎石土 第二章常用的软基处理方法 以提高承载力，减小沉降等地基 劈裂 在灌浆压力作用下，浆液克服地基土中初始应力和 岩基或砂、砂砾 性灌土的抗拉强度，使地基中原有的孔隙或裂隙扩张， 石、粘性土地基 浆法 用浆液填充新形成的裂缝和孔隙，改善土体物理力 学性质。 挤密 在灌浆压力作用下，向土层中压入浓浆液，在地基常用于可压缩性 灌浆 土中形成浆泡，挤出周围土体。通过压密和置换改地基、排水条件 法 善地基性能。在灌浆过程中因浆液的挤出作用可产较好的粘性土地 生辐射状上抬力，引起地面隆起 基 表2 2 振密、挤密法处理的简要原理和适用范围 类别方法简要原理适用范围 振 表层 杂填土、疏松无 密 原位采用人工或机械夯实、碾压或振动，使土体密 粘性土、非饱和 挤 压实实。密实范围较浅，常用于分层填筑 粘性土、湿陷性 法 黄土等的浅层 密 处理 碎石土、砂土、 强夯 采用质量为l o - - - 4 0 t 的夯锤从高处自由落下，地 低饱和度的粉 基土体在强夯的冲击力和振动力作用下密实， 土与粘性土、湿 法 陷性黄土、杂填 可提高地基承载力，减少沉降 土和素填土等 地基 一方面依靠振冲器的振动使饱和砂层发生液 化，砂颗粒重新排列，孔隙减小；另一方面依 振冲 靠振冲器的水平振动力，加回填料使砂层挤密，粘粒含量小于 密实从而达到提高地基承载力、减小沉降，并提高 1 0 的疏松砂性 法 地基土体抗液化能力。振冲密实法可加回填料土地基 也可不加回填料。加回填料，又称为振冲挤密 碎石桩法 挤密 采用振动沉管法等在地基中设置碎石桩，在制 桩过程中对周围土层产生挤密作用。被挤密的砂土地基、非饱 砂石 桩间土和密实的砂石桩形成砂石桩复合地基， 和粘性土地基 桩法 达到提高地基承载力、减小沉降的目的 第二章常用的软基处理方法 采用沉管法、爆扩法和冲击法在地基中设置土 土桩、 桩或灰土桩，在成桩过程中挤密桩间土，由挤地下水位以上 灰土 密的桩间土和密实的土桩或灰土桩形成土桩复的湿陷性黄土、 合地基或灰土桩复合地基，以提高地基承载力杂填土、素填土 桩法 和减小沉降，有时用于消除湿陷性黄土的湿陷等地基 性 表2 3 堆载预压排水固结地基处理方法的简要原理和适用范围 类 方法 简要原理 适用范 别围 在地基中设置排水通道一砂垫层和竖向排水系统( 竖向排软粘 加载水系统通常有普通砂井、袋装砂井、塑料排水带等) ，以土、杂 预压缩小土体固结排水距离，地基在填筑路堤荷载作用下排水填土、 法固结，地基承载力提高，工后沉降减小。泥炭土 堆 地基等 载 超载与堆载预压法相同，不同之处是其预压荷载大于设计使用同上 预 预压荷载。超载预压不仅可减少工后固结沉降，还可以消除部 压 法 分工后次固结沉降。 排真空 在软粘土地基中设置排水体系( 同加载预压法) ，然后在软粘土 水联合 上面形成一不透水层( 覆盖不透气密封膜，或其它措施) ，地基， 固堆载 通过对排水体系进行长时间不断抽气抽水，在地基中形成常与堆 结预压 负压区，而使软粘土地基产生排水固结，达到提高地基承载预压 载力、减少工后沉降的目的，联合使 法 用 降低 通过降低地下水位，改变地基土受力状态，其效果如堆载 透水性 地下预压，使地基土产生排水固结，达到加固目的 较好的 水位 软粘土 表2 4 加筋处理方法的简要原理和适用范围 类别方法简要原理 适用范同 力口加筋土垫层 在地基中铺设加筋材料( 如土工织物、土工 筋条间无粘性 隔栅、金属板条等) 形成加筋垫层，以增大 土，加筋土垫 筋法 层可适用各种 压力扩散角，提高地基稳定性 软弱地基 第二章常用的软基处理方法 在地基中设置树根的微型灌注桩( 直径 树根法 7 0 2 5 0 m m ) ，提高地基承载力或土坡的稳定各类地基 性 低强度混凝 在地基中设置低强度混凝土桩，与桩间土形 成复合地基，提高地基承载力，减小沉降， 各类深厚软弱 土桩法地基 如c f g 桩 钢筋混凝土在地基中设置钢筋混凝土桩，与桩间土形成各类深厚软弱 地基法复合地基，提高地基承载力，减小沉降地基 由长桩和短桩与桩间土形成复合地基，提高 长短桩复合 地基承载力和减小沉降。长桩和短桩可采用 同一桩型，也可采用不同桩型。通常长桩采深厚软弱地基 地基法 用刚度较大的型桩，短桩采用柔性桩或散体 材料桩。 2 2 2 软土地基加固处理方法的选择 对各种常用的软基处理方法进行总结，以便确定其适用情况及加固效果，几 种常用的软基处理方法适用情况、加固效果、常用处理深度。见表2 5 。 表2 5 常用软基处理方法适用情况及加固效果一览表 各类地基土的适用情况加固效果 人工填土粘性土 提 高 序 饱 淤 强 常用 粉 砂 度 抗防 处理 特点 号 处理方法 素 杂冲浜和泥 淤性 性 深度 填填 填 填粘质震渗 土土 土土 性粘 泥土土减 ( m ) 少 土 土 变 形 适用于浅层软 1换土垫层法_2 3 土处理与低洼 区域的填筑 淤泥或淤泥质 2挤淤置换法 -2 3 粘土地基 第二章常用的软基处理方法 预 堆载预 - 1 0 适用于桥头高 3压 压 填土路基、机 真空预场、港口和建筑 法 _ 1 5 压等工程 适用于堆场、港 4 强夯法 _- 1 0口陆域大面积 填土 适用于不排水 碎 振冲 _ 1 0 抗剪强度大于 石 法 2 0 k p a 的淤泥 5 桩质土 法沉管 适用于道路地 法 -01 0 基、地面堆载等 适用于局部加 6 注浆法 _- -6 固地基、抗震、 防渗 适用于地基托 高压喷射注 1 5 换、挡土、坑底 7 _ 加固、防水帷 浆法 2 0 幕、沉降隔离等 工程 水搅拌 - _ 8 1 2 适用于道路桥 泥桩 8 搅 头地基加固、挡 土结构、机场、 拌 粉喷 _8 1 2 桩道路、防水帷幕 法 适用于基础托 9树根桩 t - 换加固 适用于托换、加 固地基、对有缺 1 0锚杆静压桩 0 陷的桩进行补 桩加固 第二章常用的软基处理方法 2 3 几种常用的软土地基处理方法 2 3 1 软土地基排水固结法处理 排水固结法是采取措施将土中的水排走，促使减小土体的孔隙，使其密度增 加、强度提高的方法，因而是较为经济的一种软土地基的加固方法。 我国1 9 5 3 年首次将砂井堆载预压应用于加固船台地基，以后推广至水工建 筑、工业与民用建筑行业，以及铁路路基、公路路基、港口工程和油罐地基的软 基处理，均获得较好的效果。 排水固结法的机理是通过预压荷载，使被加固土体中的孔隙水排出，有效应 力增加，土中孔隙体积减小，密实度加大，土体强度得到提高，地基承载力也得 到提高。排水固结法适用于饱和软粘土( 如沼泽土，淤泥及淤泥质土，水力冲填 土等) ，有机质粘土的地基处理。 排水固结法加固软土地基是在软基表面施加等于或大于设计使用荷载，经施 工期的预压后，完成大部分( 如8 0 ) 或绝大部分( 如9 0 - 9 5 ) 的沉降，预压完 成后卸去预压荷载。交付使用后，地基承受使用荷载再沉降，但沉降的量很小， 仅为卸载时的回弹量加剩余沉降量，达到减少地基工后沉降和提高地基承载力的 目的。 按太沙基一维固结理论，固结时间与排水距离的平方成正比，因而当软土层 较厚时，需要插设垂直排水体以缩短排水固结的时间。排水固结法的排水系统由 水平排水砂垫层和竖向排水体构成，主要起到改变地基原有排水边界条件，缩短 地基孔隙水的排水距离，加速软土地基的固结过程。当软土层较薄且靠近地表或 土的渗透性较好，施工期较长时，可仅在地面铺设砂垫层而不设置竖向排水体。 预压可采用堆载预压，真空预压或真空一堆载联合预压。根据当地筑路材料 来源及工程实际情况，堆载预压可以采用等载预压，欠载预压或超载预压。作为 预压的荷载以路堤填料为宜。采用堆载预压时，应逐层填筑路堤并加强沉降观测， 保证地基的稳定。如采用真空预压或真空堆载联合预压，则加固区分区，抽 真空管路布置及密封沟应进行专门设计。 塑料排水板( 带) 在国内通常使用的是滤套缝合式和滤套粘合式排水板( 带) ， 断面形状多为口琴式，仅个别厂家生产城墙式。排水板按正三角形或正四方形布 置，排水板的间距d 一般为1 o 2 o m ，应根据允许加固时间长短、土质情况及工 程费用确定。其影响圆柱的直径d c 。为： 三角形布置时d e = 1 0 5 d 正四方形布置时d c = 1 1 3 d ( 2 1 ) ( 2 2 ) 第二章常用的软基处理方法 根据国内大量的室内及现场试验研究结果，通常使用的塑料排水板的断面为 q o o m m x 4 m m ，其排水预压加固地基的效果与7 e