（道路与铁道工程专业论文）软土路基最终沉降量的灰色预测研究.pdf

摘要 随着我国经济建设的飞速发展，以软弱土为地基的工程建设事业也得到了 迅猛发展。如何在已定的工期内，在满足工后沉降的条件下，确定可靠的地基 处理设计方案、合理计划施工进度，成为软基工程中迫切需要解决的重大课题。 进行地基沉降预测是解决这一课题的必然途径。 近几十年来，各国学者在地基沉降预测领域内开展了大量深入广泛的研究， 取得了大量成果，但是由于软土自身工程特性极为复杂，加之上部荷载与上部 结构的影响，使得软基土层沉降机理变得十分复杂。现有地基沉降预测方法受 其假设条件与实际存在较大不符的限制，所得沉降预测结果往往与实测沉降值 之间存在较大差异，对地基沉降预测方法的研究有待进一步的发展。 本文依托集( 宁) 丰( 镇) 高速公路软基试验段，通过对实测沉降、分层沉 降、孔隙水压、侧向位移等资料的分析，掌握了软土路基变形的实际性状。由 于软基塑流的复杂性，要准确计算塑流引起的附加沉降有相当大的难度，为此， 工程技术人员往往根据现场实测沉降一时间曲线来推算最终沉降量。常用的有 指数曲线法、对数曲线法等。本文采用灰色理论进行最终沉降量预测，用三次 b s p l i n e 函数将原始沉降数掘进行等时距处理，并用缓冲弱化算子的概念，以消 除灰色预测模型的无限增长性，提高长期预测精度。通过比较说明：灰色预测 精度较高。我们有理由相信：只要我们积累了一定数量的数据，在将来类似的 工程实践中，完全有可能采用灰色预测的方法对软基最终沉降量作出更为准确 的预测。 本文的研究是依托集( 宁) 一丰( 镇) 高速公路6 公里软基试验路段( k 5 9 + 5 6 0 k 6 5 + 5 5 0 ) 进行的。 关键词：软土路基，软基路堤，最终沉降量，灰色预测 a b s t r a c t w i t ht h es p e e d l yd e v e l o p i n go ft h ee c o n o m yi nc h i n a ，t h ee n g i n e e r i n gp r d j e c t s b a s e do nt h es o f ts o i la r ea l s od e v e l o p e dr a p i d l y i tb e c o m e sm o r ea n dm o r eav i t a l p r o b l e mt h a th o ww e 跚d e s i g na n ds c h e d u l er e a s o n a b l yi nas o f ts o i le n g i n e e r i n gi n t h ec o n d i t i o nt h a tc e r t a i nw o r kt i m e a n dc e r t a i ns e t t l e m e n ta f t e rc o n s t r u c t i o nm u s tb e s a t i s f i e d a n dt h eo n l yw a yt os o l v et h ep r o b l e mi st h es e t t l e m e n tp r e d i c t i o n r e s e a r c ha b o u ts e t t l e m e n tp r e d i c t i o nh a sb e e nc a r r i e do u tb r o a d l ya n d p r o f o u n d l yb yt h es c h o l a r sa l lo v e rt h ew o r l d ，w h i c ha sar e s u l tg a i n sal o t b u tt h e m e c h a n i s mo ft h es o f ts e t t l e m e n ti s v e r yc o m p l i c a t e ds i n c et h es e t t l e m e n t i s i n f l u e n c e db yt h el o a d i n ga n dt h es o i lp r o p e r t i e sa r es oc o m p l e x e d t h em e t h o d sf o r p r e d i c t i n gf o u n d a t i o ns e t t l e m e n ti ne x i s t e n c ea r ea l w a y sl i m i t e db yt h es i m p l i f i e d p r e s u m p t i v ec o n d i t i o n s ，w h i c ha s ar e s u l tc a u s e st h ei n c o n s i s t e n c eb e t w e e nt h e c a l c u l a t e da n dt h eo b s e r v e dv a l u e i ti sn e c e s s a r yt om a k em o r ep r o f o u n dr e s e a r c hi n t h ef i e l do fs e t t l e m e n tp r e d i c t i o n t h i sp a p e rw h i c hr e l i e so nt h er e s e a r c ho ft h et e s ts e c t i o no ft h es o f tf o u n d a t i o n o f t h ej i f e n g h i g h w a y ( k 5 9 + 5 6 0 k 6 5 + 5 5 0 ) t h r o u g ha n a l y z i n g t h e i n - s i t u d a t u m s u c ha st o t a l s e t t l e m e n t ，l a y e r e ds e t t l e m e n t ，l a t e r a ld i s p l a c e m e n ta n dp o r e w a t e r p r e s s u r e ，w em a s t e r e dt h e a c t u a ld e f o r m a t i o nb e h a v i o ro fs o f tf o u n d a t i o n , a n d s p e c i a l l ya p p r o v e dt h ec h r o n i c i t yo ft h el a t e r a ld i s p l a c e m e n ti nt h es o f tf o u n d a t i o n b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo ft h es o f tf o u n d a t i o n sp l a s t i cf l o w , i ti sm u c hd i f f i c u l tt o c a l c u l a t et h ea d d i t i o n a ls e t t l e m e n tc a u s e db yt h ep l a s t i cf l o ww e l la n dt r u l y s o ，t h e e n g f l e e r so f t e nf o r e c a s tt h ef i n a ls e t t l e m e n tb a s i n go nt h em e a s u r e ds e t t l e m e n tc u r v e t h eg e n e r a lm e t h o d st of o r e c a s tt h es o f tf o u n d a t i o n sf i n a ls e t t l e m e n tw h i c hb a s eo n t h em e a s u r e ds e t t l e m e n tc u r v ea r ee x p o n e n t i a lc u r v em e t h o d ，l o g a r i t h m i cc u r v o m e t h o d ，e t c t h eg r a yt h e o r yi su s e df o rf o r e c a s t i n gt h es o f tf o u n d a t i o n sf i n a l s e t t l e m e n ti nt h i sp a p e r , a n dt h ec u b i cb s p l i n ef u n c t i o ni su s e dt om a k et h eo r i g i n a l d a t u mt ob es a n l es p a t i o t e m p o r a l ，a n dt h eb u f f e r e ds o f t e n i n ga r i t h m e t i ci su s e dt o e l i m i n a t et h ei n f i n i t ei n c r e a s eo ft h e g r a yf o r e c a s t i n g m o d e lt oi n c r e a s et h e f o r e c a s t i n gp r e c i s i o n t h r o u g ht h ec o m p a r ew ec a nd r a wac o n c l u s i o nt h a tt h eg r a y n f o r e c a s t i n g sp r e c i s i o ni st h eb e s t w ec a nb e l i e v ew i t h 陀a s o nt h a ta sl o n ga sw e a c c u m u l a t ean u m b e ro fd a t a , w ew i l lh a v et h ep o s s i b i l i t yt ou s et h e s ed a t u mt om a k e m o r ee x a c t l yf o r e c a s t i n gr e s u l to ft h ef i n a ls e t t l e m e n to ft h es o f tf o u n d a t i o ni nt h e s i m i l a rp r o j e c t si nt h ef u t u r et h r o u g ht h eg r a ym e t h o d t h i sp a p e ri sb a s e do nt h er e s e a r c ho ft h et e s ts e c t i o no ft h e6 - k i l o m e t e r s 1 0 n g s o f tf o u n d a t i o no f t h ej i f e n g h i g h w a y ( k 5 9 + 5 6 0 k 6 5 + 5 5 0 ) k e y w o r d s ：s o f tf o u n d a t i o n ，e m b a n k m e n to ns o f tf o u n d a t i o n , f i n a ls e t t l e m e n t ， g r a yf o r e c a s t 1 1 1 武汉理r ：大学硕士学位论文 1 1 研究课题的提出 第1 章绪论 上世纪九十年代以来，我国高速公路建设取得了很大的发展，成为土木工 程建设领域异军突起的一个重要方面。我国幅员辽阔，地质地貌条件多样，大 量的高等级公路要穿过软土地区，而软土地区的地质条件十分复杂，路堤的沉 降和稳定是一个很突出的问题。我国沿海诸省市，特别是珠江三角洲地区的公 路地基存在大量的软土，其含水量大，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，会出现路堤沉降量过大，引起路面、桥台破坏 和桥头跳车等问题。随着高速公路的建设规模加大，软土问题越来越突出，已 成为影响工程质量，工程周期和工程造价的关键因素之一。在软土地基上修筑 高等级公路路堤，最突出的问题是稳定和沉降。为掌握路堤在施工期中的变形 动态，旌工期间必须进行动态观测。一方面保证路堤在旌工中的安全和稳定， 为工程施工进度提供科学的依据；另一方面能准确预测工后沉降，使工后沉降 控制在设计的允许范围之内。软土地基路基填筑旅工引起的位移沉降直接影响 和反映到路基的安全稳定性。因此，对路基的沉降变形进行预测，具有重要的 实际工程意义。2 埘 地基沉降的理论分析方法可归纳为两种类型：一类是理论公式法；另一类 是数值分析法。理论公式法是建立在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。基于t c = a g h i 一维固结理论的计算方法假设 地基土在附加荷载作用下不发生侧向变形，因此比较符合大面积堆载的情况； 对于土质条件较好的土体，其误差也不会很大。但是，对于高填方路堤下的软 基，因属于二维固结平面应变问题，则会产生较大的误差。软基越深厚、强度 越低，路堤基底宽度与软土层厚度比值越小，其误差越大。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分析技术的发展，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。利用数值分析方法，可以较全面地考虑土体的非线性 武汉理【人学硕十学付论文 的应力应变变形特性及复杂的地质条件和边界条件，理论上较严密。但是，这 种方法也存在一定问题。计算采用的士体本构模型参数必需通过试验来确定， 然而，由于试验条件很难模拟实际情况，加上土体在采样、搬运、试验过程中 的扰动使得试验结果带有较大的误差。此外，尽管有限元能考虑土的非线性应 力应变关系和复杂的地质条件，现有的关于土的本构模型的描述能力在精度和 条件方面仍然是有限的。有的模型使用了2 0 多个，甚至4 0 多个参数，结果仍 然不令人满意。可见，由于诸多的因素，使得使用数值计算法的结果往往不尽 如人意。同时，这种方法比理论公式复杂，难以掌握，因而，在工程中未能得 到广泛应用。 由此可见，由于土体及其变形性质的复杂性，使得上述方法在对其应变的 预测精度方面显得很不足。特别是对修建在软上地基上的建( 构) 筑物，更显得力 不从心。由于理论计算方法的缺陷无法在短期内得到完全解决，这就促使人们 转而采用其它方法来预测地基的最终沉降量。比较常见的有a s a o k a 法、对数曲 线法、指数曲线法、双曲线法等。但是，这些方法均属于静态的预测方法需要 较长期的观测，取得较完整的沉降数据，才能使预测结果准确。这样，对那些 工期紧的工程，这些预测方法的误差较大。对某些重要工程，当我们连续进行 长期的观测，取得大量的实测数据，就有可能使预测结果更为精确。 近年来，随着系统理论以及计算科学的发展，人们又发展了动态的预测方 法，其中灰色系统理论就是其中一种。灰色系统理论( g r e ym o d e l ) 是我国学者 邓聚龙在1 9 8 2 年创立的。它的研究对象是“部分现象已知，部分现象未知”的 “小样本”、“贫信息”不确定的系统。它通过对部分已知信息的生成、开发去 了解、认识世界，实现对系统运行行为和演化规律的正确把握和描述。它将一 切随机变量看作是在一定范围内变化的灰色量，将随机过程看作是在一定范围 内变化的、与时间有关的灰色过程。这样，就能在较高层次上处理问题，从而 较为全面的揭示系统长期变化规律。6 m 1 本文正是立足于上述思路，依托二连浩特至河口国道主干线集( 宁) 丰 ( 镇) 高速公路6 公里软基段( k 5 9 + 5 6 0 k 6 5 + 5 5 0 ) ，采用灰色模型来预测地 基的最终沉降量。 1 2 国内外研究方向 根据粘性土地基在荷载作用下的变形特征，将总沉降s 表示为： 2 武汉理 大学硕士学位论文 s t s d + s 。+ s ，( 1 1 ) 式中：瞬时沉降量； 主固结沉降量； s 次固结沉降量； 一般认为瞬时沉降量是在荷载施加后立即产生的那一部分沉降量，它是由 剪切变形产生的。相对于土层厚度、荷载面积是很有限的；当荷载加上后，地 基中就会产生剪切变形引起的沉降。主固结沉降量是粘性土地基沉降的主要部 分，它是指饱和或接近饱和的粘性土在外荷载的作用下，随着孔隙水的排出和 孔隙水压力的消教，土体变形所造成的沉降。在固结过程中，沉降速率是由孔 隙水的排出速率所控制的。次固结沉降是指在有效应力的作用下，土体骨架发 生蠕变所造成的变形。对于高塑性的粘土，次固结沉降是不可忽视的。 粘性土的变形性状是十分复杂的，而且影响因素众多。它具有非线形、弹 塑粘性、剪胀性和各向异性等特点。因此，人们在计算软基变形时往往得不到 满意的结果。 瞬时沉降一般按弹性理论进行估算。主固结沉降工程上一般采用单向固结 分层总和法计算。这只有在荷载面积的宽度或直径远大于可压缩土层的厚度时， 才接近单向固结条件，否则，应该对沉降计算值进行修正以考虑多向固结效应。 由于当前对土的次固结沉降性状了解还不是很深，对它的定义、机理、变化规 律、影响因素、试验测定等一系列的问题争论比较多；目前公路部门还很少有 人做次固结试验，试验规程也未列入。所以，对于次固结沉降只能进行大致估 算。忉哪 现在以沪宁高速公路工程中实际采用的沉降计算方法和最终沉降量的推算 方法阐述我国在这一方面的研究现状。由于国外在修筑高等级公路时，妞遇到 深厚软基情况，一般都采用高架桥，所以对这方面研究较少。 沪宁高速公路软基试验段位于太湖水网平原区。土层由上至下分别为：亚 粘土硬壳层( 2 o m 左右) ；淤泥质粘土层，厚度不等；亚粘土层；深层淤泥质粘 性土：亚砂土及粉砂。淤泥质粘土层的含水量o - - - - 4 1 9 ，孔隙比e = 1 1 8 。 该工程根据试验路段的九个断面的侧向位移资料，推算了瞬时沉降经验公 式，计算中考虑了软土结构性的影响： 3 武汉理t = 大学硕十学位论文 当填土高度低于临界高度时：s , r o 8 5 窆! 生竺二( 1 - 2 ) 筒 c 当填土高度高于l 临界高腻& | 1 1 5 砉半( 1 - 3 ) 式中：瞳土层厚度( c r a ) ，计算时可分为若干薄层； 凸卿各薄层中心高程处的附加应力( k p a ) ； e 各土层的初始弹性模量( k p a ) ： 0 8 5 、1 1 5 综合位移参数。 主固结沉降考虑了硬壳层的作用。对硬壳层下的土层，根据先期固结压力 的大小，考虑了土体结构性的影响。 次固结沉降根据沉降一时问对数曲线的特征，按下式计算： 耻击c 。l o g - 毛t ( 1 - 4 ) 式中： h - 一软土层厚度； e z 产生次固结前的孔隙比； c 半对数图上直线的斜率，称为次固结系数： f 需要计算次固结沉降的时间； f 主固结沉降完成的时间。 估算结果显示次固结沉降比较小，且只占固结沉降的一小部分。 地基的最终沉降量采用主固结沉降量乘上一个沉降修正参数m 来估算。此 外，通过对沪宁高速公路近4 年的实测沉降资料的研究，提出一种实用简便的沉 降计算方法。该方法认为固结曲线在完建后的沉降一时间对数坐标系( s ( 织】g ( 1 ) ) 中可由两部分组成，第一部分可由抛物线来拟和，第二部分也就是次固结沉降 可由直线来拟和。作者认为除了有机质含量很高的土以外，沉降量主要集中在 第一部分，沉降曲线一般表达式为： s ( f ) 一a l g ( t ) 2 + 6 i s ( t ) + c ( 1 5 ) 上式中的参数a 、b 、c 可以用优化方法求得。最终沉降量近似等于常数项c 。 实际推算表明，推算结果比双曲线方法更可靠。 4 武汉理f 大学硕十学位论文 综上所述，目前国内公路工程中，一般都是按公式( 1 1 ) 进行估算。由于计 算瞬对沉降和次固结沉降所要的参数较难确定。由于计算公式本身尚不成熟， 而且对于计算结果的准确程度也无法检验，因此带有很大的不确定因素。而比 较成熟的固结沉降方法也由于理论假设和实际情况的不符，使计算结果带有 定误差。采用沉降修正参数j l f ，来估算最终沉降量的方法，也由于肼。的确定相 当复杂，使设计带有一定的不确定性。因此，人们往往通过实测沉降过程线来 推算最终沉降量。删哪 目前，根据实测沉降过程线来推算最终沉降量的方法主要由指数曲线法、 对数曲线法、双曲线法、a s a o k a 法等。这些方法的特点都是利用实测沉降一时 间关系曲线，按某一函数模式的发展趋势推算最终沉降量。这些方法在许多工 程中应用表明，推算的计算值往往都有较大误差。嘉门雅史( 1 9 9 3 ) 曾做过统 计，各类方法的误差都与所用实测资料的观测时间有关，当实测的时间小于固 结度5 0 的对应时间时，误差达3 0 以上；当固结度为7 0 8 0 对应的时问 时，误差还有1 0 ；只有当固结度达到9 0 时，才能使误差小于5 。 i ”“2 1 研究 表明，不管用哪种方法，推算出来的最终沉降量基本都小于实测沉降量。土 层越软弱，越深厚，偏差越大。 近年来，随着系统理论以及计算科学的发展，人们又发展了动态的预测方 法，其中灰色系统理论就是其中一种。灰色系统理论( g r e ym o d e l ) 是我国学者 邓聚龙在1 9 8 2 年创立的。它的研究对象是“部分现象已知，部分现象未知的“小 样本”、“贫信息”不确定的系统。它通过对部分已知信息的生成、开发去了解、 认识世界，实现对系统运行行为和演化规律的正确把握和描述。它将一切随机 变量看作是在一定范围内变化的灰色量，将随机过程看作是在一定范围内变化 的、与时间有关的灰色过程。对灰色量用数据生成的办法，将杂乱无章的原始 数据整理成规律性较强的生成序列，然后建立模型进行预测。这样，就能在较 高层次上处理问题，从而较为全面的揭示系统长期变化规律。嘲嘲“3 1 针对岩土工 程中变形数据往往是不等时距的特点，许多学者提出了各自的解决之道。但是， 当预测时间很长时，预测的误差较大。这与灰色理论建模是以指数形式有关。 尽管如此，我们可以看到，只要选择合适的算法对短期预浏的结果还是非常令 人满意的。如果可以好好利用这个特点，结合工程实际。建立合适的模型还是 可以获得比较精确的最终沉降量。 5 武汉理r 大学硕十学伊论文 1 3 本文研究内容 本文的研究是依托二连浩特至河口国道主干线集( 宁) 丰( 镇) 高速公路6 公里软基段( k 5 9 + 5 6 0 k 6 5 + 5 5 0 ) 进行的。在试验的过程中我们取得了沉降、 侧向位移、分层沉降、孔隙水压力、土压力等第一手实测资料，本文在此基础 上，吸取以往的研究成果，在软土路基最终沉降量的估算方面，提出自己的见 解。本文主要涉及了一下几方面的工作： 1 根据沉降、侧向位移、孔隙水压力、土压力等实测资料，分析填土路堤下 路基的变形特点； 2 探求适合内蒙古中部地区软基路堤沉降特点的灰色理论预测模型并用 m a t l a b 语言编写相应的程序，根据预测模型推算软基的最终沉降量； 3 ，将用灰色理论模型推算的预测值与实测值、以及用规范公式计算的预测值 进行对比总结，说明其优缺点； 4 对本文研究所得到的主要结论进行总结展望。 武汉理【大学硕十学伊论文 第2 章填土路堤下软基的变形特点 2 1 工程概况 本项目依托二连浩特至河口国道主干线集宁至丰镇段高速公路。集丰高速 公路是国家规划的“五纵七横”路网的重要组成部分，是内蒙古自治区“三横九纵 十二出口”规划中的一条纵线，是连接华北、西北和西南地区的重要干线，在 内蒙古自治区公路网中具有重要地位，是内蒙古最重要的对外通道和经济主干 线之一。 路线在k 5 9 + 5 6 0 k 6 5 + 5 5 0 段所处地形为第四纪冲积平原，地势平坦地 下水位较高，局部有常年积水。该段地层上层为粉性土厚度3 , 0 1 1 0 米，饱 水，呈流塑、软塑状态，其下为中、粗砂，砂砾层。根据钻探资料，对本段设 计采用碎石挤密桩的方法进行软基处理，碎石桩直径3 0 厘米，桩问距为0 9 1 5 米，同时采用路基底部填筑砂砾、土工织物加筋等综合工程措施。“帅”“6 1 2 1 ，1 工程地质条件 1 k 5 9 + 7 0 0 k 6 2 + 2 0 0 段 该软土路基段自然地理位于丰镇市丹洲营村西南至九号村东北低洼地段。 软土段全长约2 5 k m ，在雨季低洼地段泥泞积水，多见喜水植物( 当地称塔塔 草) ，为不良地质路段。 软士段地势稽对比较平缓，相对高差仅2 m 左右。中闯低，两头高，属河沼 地貌单元。钻探和静力触探资料揭示，该软土路基段在钻探最大深度范围内出 露地层主要为第四系淤积成因的亚砂土亚粘土、淤泥质土、淤泥和冲积成因 的粉砂细砂、中砂砾砂层。依据地层的成因类型及物理力学性质等，将各 土层分为如下几个工程地质层，其特征分述如下： 第一层：亚砂土亚粘土层：厚约2 3 0 9 0 0 m ，全段落内均有分在，在 l 西9 + 8 5 0 k 6 0 + 3 0 0 段相对较厚。黄褐色黑褐色，局部地段为淤泥和淤泥质土， 潮湿饱水，呈软塑极软状态，局部地段呈流塑状态。地基土容许承载力和 桩周土极限摩阻力值分别为：【吼】= 8 0 1 2 0 k p a ，t = 2 0 3 0k p a 。 7 武汉理r 大学硕十学位论文 i 一1 层粉砂层：厚约0 6 m ，主要分布于k 6 1 + 2 5 0 k 6 1 + 4 5 0 之间，黄褐 色，呈潮湿饱永、松散状态。推荐容许承载力【】= 8 0 k p a ，桩周极限摩阻力 t = 3 5 k p a 。 i 2 层粉砂层：厚约0 7 m ，主要分布于k 6 1 + 2 5 0 附近，黄色，呈稍松、 饱水状态。推荐容许承载力【 = 8 0 k p a ，桩周极限摩阻力t = 3 5 k p a 。 i 3 层亚砂土层：厚约0 8 m ，主要分布于k 6 2 + 1 4 0 附近，黄色，夹细砂 层，里可塑状态。推荐容许承载力f 】= 1 4 0 k p a ，桩周极限摩阻力t = 4 0 k p a 。 i 4 层粉砂层：厚约1 5 m ，主要分布于k 6 2 + 4 0 0 附近，黄色，呈稍松、 潮湿状态。推荐容许承载力【c r 0 】= 1 0 0 k p a ，桩周极限摩阻力t = 3 5 k p a 。 i 5 层中砂层：厚约0 8 m ，主要分稚于k 6 2 + 4 0 0 附近，黄色，含砾石， 呈中密、潮湿饱水状态。推荐容许承载力【o - o 】= 3 5 0 k p a ，桩周极限摩阻力 - r , = 5 0 k p a 。 第二层：i i 一1 层亚砂土层：厚约3 8 m ，主要分布于k 5 9 + 7 0 0 附近，红黄 色，呈硬塑状态。推荐容许承载力【吼】= 2 0 0 k p a , 桩周极限摩阻力z 。= 5 0 k p a i i 2 层粉砂细砂层：厚约1 0 0 2 4 0 m ，主要分布于k 6 1 + 0 6 0 k 6 2 + 1 4 0 之间，黄褐色，含中砂以上颗粒2 3 1 4 2 8 ，呈中密密实、饱水状态。 推荐容许承载力 o - o = 1 0 0 3 0 0 k p a 桩周极限摩阻力l = 4 5 5 5 k p a 。 i i 3 层亚粘土层：厚约0 6 m ，主要分布于k 6 1 + 6 5 0 附近，黄色，中央砾 砂层，呈硬塑状态。推荐容许承载力【】= 2 8 0 k p a ，桩周极限摩阻力t = 6 5 k p a 。 i i 4 层亚砂土层：厚约0 6 m ，主要分布于k 6 2 + 1 4 0 附近，黄色，中夹细 砂层，呈可塑状态。推荐容许承载力【d 。】= 2 6 0 k p a ，桩周极限摩阻力t = 6 0 k p a 。 第三层：i i i 层中砂砾砂层：厚度大于4 0 0 m ，在全段落底部均有分布，褐 黄色，呈中密密实状态。推荐容许承载力【】_ 3 5 0 5 5 0 k p a 桩周极限摩阻力 * , = 5 0 1 0 0 k p a 。 2 k 6 3 + 4 0 0 k 6 6 + 2 0 0 段 该软土路基段自然地理位于丰镇市九号村四十五号村之i 日j 。软土段全长 约2 8 k m 。在雨季低洼地段泥泞积水，地下水位升高形成下湿地。 该下湿地地势相对比较平缓，相对高差仅4 m 左右。在k 6 3 + 6 0 0 k 6 3 + 8 0 0 、 k 6 4 + 2 0 0 、k 6 4 + 3 6 0 、k 6 5 + 5 5 0 k 6 5 + 7 5 0 附近为低洼易积水段，属黑河冲积流 域河沼地貌单元。钻探和静力触探资料揭示，该软土路基段在钻探最大深度范 围内出露地层主要为第四系淤积成因的亚砂土亚粘土、淤泥质亚粘土和冲积 s 武汉理i = 大学硕十学位论文 成因的粉砂细砂、粗砂砾砂层。依据地层的成因类型及物理力学性质等， 将各土层分为如下凡个工程地质层其特征分述如下： 第一层：亚砂土层：厚约1 6 0 4 6 0 m ，全段落内均有分布。黄色褐黄色， 呈软塑可塑状态。地基土容许承载力和桩周土极限摩阻力值分别为：【c r 0 】= 1 0 0 1 6 0 k p a , t = 3 0 4 0k p a 。 i 一1 层亚粘土层：厚约0 6 m 2 4 0 m ，主要分布于k 6 4 + 3 6 0 之间，黄色 黄竭色，局部含贝壳，呈软塑极软状态。推荐容许承载力 o - 0 1 = 1 0 0 k p a , 桩周 极限摩阻力f ，= 3 0 k p a 。 i - 2 层细砂层：厚约0 4 m ，主要分布于k 6 4 + 5 0 0 附近，黄色，中密、饱 水状态。推荐容许承载力【c r o 】= 2 0 0 k p a , 桩周极限摩阻力t = 4 5 k p a 。 i 0 层细砂层：厚约0 5 m ，主要分布于k 6 5 + 0 5 0 附近，黄色，中密、饱 水状态。推荐容许承载力f 】= 2 0 0 k p a , 桩周极跟摩阻力i t , = 4 5 k p a 。 i 4 层粉砂细砂层：厚约0 6 o ，7 m ，主要分布于k 6 5 + 2 2 0 k 6 5 + 8 5 0 附近，黄色，呈中密、饱水状态。推荐容许承载力【吼】= 1 0 0 2 0 0 k p a ，桩周极限 摩阻力f 。= 4 5 k p a 。 i 5 层中砂层：厚约1 1 m ，主要分布于k 6 5 + 8 5 0 附近，黄色，呈稍松、 潮湿状态。推荐容许承载力【吼】= 2 0 0 k f 桩周极限摩阻力t = 4 5 k p a 。 i 6 层粉砂层：厚约2 4 m ，主要分布于k 6 6 + 1 3 4 附近，黄色，呈稍松、 潮湿状态。推荐容许承载力【】= 1 5 0 k p a , 桩周极限摩阻力一= 4 0 k p a 。 i 7 层粉砂细砂层：厚约0 5 m ，主要分布于k 6 6 q - 1 3 4 附近，黄色，呈 中密、饱水状态。推荐容许承载力【】= 1 5 0 k p a ，桩周极限摩阻力r i = 4 5 k p a 。 i 8 层亚粘土层：厚约0 7 m ，主要分布于k 6 6 + 1 3 4 附近，黄色，呈硬塑 状态。推荐容许承载 o r o = 2 8 0 k p a ，桩周极限摩阻力f ，= 6 5 k p a 。 第二层淤泥质亚粘土亚粘土层：厚约0 8 0 2 ，0 0 m ，主要分布干 k 6 4 + 5 1 0 k 6 5 + 5 5 0 。灰黑色，含贝壳，呈软塑极软状态。地基土容许承载 力和桩周土极限摩阻力值分别为：【o r o 】= 8 0 k p a ，r j = 2 0k p a 。 i i 一1 层亚砂土亚粘土层：厚约0 8 2 0 0 m ，主要分咖于k 6 4 + 2 0 0 k 6 4 + 5 9 3 附近，黄色灰黄色，呈可塑状态。推荐容许承载l 1 a o1 = 2 4 0 k p a ，桩周极 限摩阻力f = 5 5 k p a 。 i i 一2 层亚砂土层：厚约0 8 0 m ，主要分布于k 6 5 + 0 5 0 附近，黄色，呈软 塑状态。推荐容许承载力【】= 1 6 0 k p a 桩周极限摩阻力f ，= 4 5 k p a 。 9 武汉理 大学硕七学仿论文 第三层粗砂砾砂层：厚度大于4 2 0 m ，在该下湿地下部均有分布。黄色 褐黄色，呈中密密实、饱水状态。地基土容许承载力和桩周土极限摩阻力值 分别为：【口o 】= 4 0 0 5 5 0 k p a = 1 0 0 1 2 0k p a 。 i i i 一1 层亚砂土层：厚约0 5 0 0 9 0 m ，主要分布于k 6 3 + 3 5 8 k 6 3 + 4 2 2 。 黄色，呈软塑极软状态地基土容许承载力和桩周土极限摩阻力值分别为：【吼】 = 1 2 0 k p a , t = 3 5k p a 。 i 玎2 层亚粘土层：厚约0 5 0 m ，主要分布于k 6 3 + 8 0 0 附近。红黄色，呈硬 塑状态。地基土容许承载力和桩周土极限摩阻力值分别为：【o r 。l = 2 8 0 k p a ，t = 6 5 k p a 。 第四层亚粘土层：厚度大于5 0 0 m ，主要分布于k 6 5 + 3 2 0 附近。红黄色， 呈可塑硬塑状态。地基土容许承载力和桩周土极限摩阻力值分别为：【a o l = 2 8 0 k p a ，r f = 6 5 k p a 。 2 ，2 不良地质评价 1 k 5 9 + 7 0 0 k 6 2 + 2 0 0 段 该软土段位于丰镇市，区内地震裂度为7 度，在地面以下2 0 m 深度范围内 存在第四系全新统饱和粉砂、细砂和饱和亚砂土层，初见地下水位埋深约1 3 0 2 6 0 米。采用标准贯入试验和小于0 0 0 5 m m 粘粒含量测试等方法，对有可能液 化的土层判别结果是：第1 3 层、第1 i 一1 层、第1 i 2 层、第1 i 一层为不 液化层。第1 1 层、第1 2 层为液化层，地基土容许承载力和桩周极限摩阻 力折减系数为l 3 。该软土段内第一层土存在极软流塑状态的淤泥、淤泥质土， 其压缩系数为o 6 1 9 m p a 1 ，压缩模量为3 3 2 1m p a ，内聚力为o 6 1 9 k p a ，内摩擦 角为1 3 5 0 ，孔隙比1 0 2 3 5 ，烧失量为1 2 0 3 6 ，标准贯入锤击数为3 6 击， 工程力学性质较差，采用碎石桩处理，处理深度应达到第三层中砂砾砂层。 2 k 6 3 + 4 0 0 k 6 6 + 2 0 0 段 该下湿地位于丰镇市，区内地震裂度为7 度，在地面以下2 0 m 深度范围内 存在第四系全新统饱和粉砂、细砂和饱和亚砂土层，初见地下水位埋深约1 7 0 3 0 0 米。采用标准贯入试验和小于0 0 0 5 r a m 粘粒含量测试等方法，对有可能液 化的土层初步判别结果为不液化层。该下湿地从k 6 3 + 4 0 0 丰镇互通立交桥和 k 6 6 + 0 0 0 k 6 6 + 2 0 0 ，表层亚砂土呈软塑可塑状态，粉砂呈稍松、潮湿状态， 标准贯入锤击数一般部大于5 击，没发现软土层。丰镇互通立交桥k 6 6 + 0 0 0 1 0 武汉理= 大学硕+ 学位论文 段，存在软塑极软状态亚粘土( k 6 4 + 3 6 0 附近) ，其压缩系数为0 5 0 0 m p a - 1 ， 压缩模量为3 8 6 5m p a ，并在k 6 4 + 5 1 0 k 6 5 + 5 5 0 深约3 0 0 3 2 0 m 发现一层灰 黑色，含贝壳，呈软塑极软状态的淤泥质亚粘土亚粘土，表层亚砂土标准 贯入锤击数3 5 击，上述三层土的工程力学性质较差，采用碎石桩处理，处理 深度应达到第三层粗砂砾砂层。 2 ，2 现场监测及成果分析 由于软土的存在及其工程特点，使得该工程存在以下几个方面的主要问题： ( 1 ) 软土路基在路堤填筑施工过程中和路堤填土完成后，地基都要产生较 大的沉降和剩余沉降，如何控制剩余沉降达到设计标准：如何确定路基的预留 高度，以保证路面达到设计标高：如何进行沉降控制，以尽量保证不同构造物 接头的平顺，减少霹车现象。这是软土路基箍测的主要任务之一， ( 2 ) 由于软土强度低、固结慢，软土路基在路堤填土施工过程中容易造成 地基失稳，而引起路堤滑坡破坏。在施工中如何控制填土速率，以确保地基稳 定，而又不影响工程的进度和质量，这是软土路基监测的另一主要任务。 为控制好软土路基的稳定和沉降，指导软土路基的施工，根据交通部公 路软土地基路堤设计和旄工技术规范( 玎? 0 1 7 9 6 ) 觌定软土地基路堤的旌工过 程中必须进行沉降和稳定性监测。监测措施有表层沉降板、边桩位移、测斜、 孔隙水压力等。 根据k 5 9 + 5 6 5 k 6 5 + 5 5 0 段软土层性质、厚度、路堤填土高度及桥涵构造物 等条件的不同，沿线共稚置3 0 个监测断面，监测断面有两种类型，即典型监测 断面和标准监测断面。 1 标准监测断面 标准监测断面主要布置于路基软土层较薄、性状略好或路堤填土高度较小， 以及与构造物的结合路段，共布置标准监测断面2 8 个。标准监测断面监测设施 为沉降板和位移边桩。 2 典型监测断面 根据地质勘探资料和设计文件，选择路基软土层较厚、性状较差、填土较 高等路基沉降和稳定问题突出的典型部位，和设2 个典型监测断面。其中， 个布置于月洲营高架桥的桥头k 5 9 + 5 8 0 处，该处软土层厚6 2 m ，路堤填土商 度为1 2 8 1 m ，是本次监测范围( k 5 9 + 5 6 0 k 6 5 + 5 5 0 ) 内的最高填土高度；另 武汉理r = 大学硕十学位论文 个布置于k 5 9 + 8 8 0 处，该处路堤填土高度( 7 3 3 m ) 较大，并且软土分布厚度 ( 9 0 m ) 最大。 典型监测断面的监测工作内容较为齐全，有沉降板、测斜仪、孔隙水压力 计、地下水位计和土压力盒等。 由下表2 - 1 可见，各个断面的桩号及所埋设的仪器。 表2 - 1 软基监测断面及监测仪器实际埋设汇总表“”1 观测断面断面沉降板测斜管孔压计水位计士压力盒 序号备注 桩号类犁( 块)( 孔)( 个)( 孔)( 个) lk 5 9 + 5 7 8标准断面1桥头 2k 5 9 + 5 8 0典刑断面 3 2 1 15桥头 3k 5 9 + 6 3 0 标准断面 3 4k 5 9 + 6 8 0标准断面2 5k 5 9 + 8 9 0 典刮断面3 2214 6k + 0 7 8 标准断面 3 桥头 7 k 6 0 + 2 0 0标准断面2 8k 6 0 + 4 0 0标准断面2 9k 6 0 + 5 8 4 标准断面 3 桥头 l ok 6 0 + 7 0 0 标准断面 1 1 1 k 6 0 + 8 7 0标准断面3桥头 1 2k 6 1 + 0 6 0标准断面3 1 3k 6 1 | 2 5 0标准断面2 1 4k 6 1 + 4 5 0标准断面2 1 5硒1 + 6 8 9标准断面 2 桥头 1 6k 6 1 + 9 0 0 标准断面 1 1 7k 6 2 + 1 5 2标准断面3桥头 1 8 k 6 2 + 5 1 4 标准断面3桥头 1 9k 6 2 + 6 8 8标准断面3 桥头 2 0k 6 3 + 2 0 0标准断面1 2 1k 6 3 + 4 2 8 标准断面 3 桥头 2 2k 6 3 + 9 6 0 标准断面 3 桥头 2 3k 6 4 + 0 4 0标准断面3桥头 2 4k 6 4 + 4 6 0 标准断面 3 2 5k 6 4 + 5 1 2标准断面3桥头 2 6k 6 4 + 6 3 3标准断面3桥头 2 7k 6 5 + o ( 1 0 标准断面 2 7 8k 6 5 + 2 t 0 标准断面 3 桥头 2 9 k 6 5 + 3 3 0标准断面3桥头 3 0 k 6 6 + 4 8 0标准断面 2 新增 合计7 443295 武汉理i 。人学硕士学位论文 2 2 1 总沉降( 竖直位移) 观测 总沉降观测是软基沉降分析的基础，其变化规律是控制高速公路路堤填土 进度和安排后期施工的最重要指标，也是检验设计预测沉降是否正确的标准。 2 2 1 1 沉降板的制作与埋设 沉降标由沉降地板、沉降杆、管箍、保护套管和套管帽( 堵头) 等组成。 沉降地板为4 0 0 m i n x 4 0 0m m x l o m m 的钢板；沉降杆由2 5 0 m m 长、直径为2 5 4 m m 的钢管和5 0 m m 长、直径为3 1 8 r a m 的接头管箍组成；保护套管为直径1 0 0 r a m 的p v c 管或钢管，分节长2 6 0 r a m 。( 图2 2 ) 沉降板埋置于路堤中心的基底，每一剖面埋设3 块沉降板，当设有砂垫层 时，沉降板埋置于砂垫层下、软基之上。 观测人员按设计的桩号断面将沉降板埋入土层中。实际操作时，当第一层 土压实后，在压实面上挖土坑，坑底整平，铺上5 c r a 左右的砂垫层，层面要水 平，将沉降标放在砂垫层上，用水平尺校正使板面水平。将套管垂直套进测杆 并与沉降地板的距离保持1 0 c m 的高度，管顶应低于压实面至少5 c m ，随即测量 管顶