公路软弱路基处治技术研究

一级公路软弱路基处治技术研究 可行性研究报告 目录 一项目的背景和必要性 . 1 研究背景 . 1 项目概况 . 1 二项目前期科研及工作基础 . 2 目前研究现状 . 2 研究工作基础 . 24 三项目实施方案 . 26 主要研究内容 . 26 拟解决的关键技术 . 27 拟采取的技术路线 . 27 工作进度安排 . 27 四项目承担单位及参加单位概况 . 28 项目承担单位概况 . 28 项目主要负责人情况 . 30 参加项目主要人员一览表 . 34 五项目依托工程情况及支撑条件 . 35 托工程 . 35 撑条件 . 35 六 项目经费估算及资金筹措情况 . 38 七项目预期目标及经济、社会效益 . 39 项目预期目标 . 39 经济、社会效益分析 . 39 八其他需要说明的问题 . 40 九申报单位签章 . 40 1 一项目的背景和必要性 研究背景 在我国东南沿海和内陆广泛分布着海相、湖相以及河相沉积的软弱粘性土层，这种土的特点是含水量大、压缩性好、强度低、 透水性差且不少情况埋藏深厚。由于其压缩性高、透水性差，在建筑物荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，而且沉降的持续时间很长，有可能影响建筑物的正常使用。另外，由于其强度低，路基承载力和稳定性往往不满足工程要求。因此，这种路基通常需要采取处理措施。 全国范围内大规模的公路、铁路建设势必使得线路通过工程性质较差的软土地区，控制软土地基稳定性和变形量是非常突出的工程问题。但是，从公路的运营状况来看，还存在着一些亟待解决的问题，桥头跳车就是其中之一。桥头跳车是道路与桥梁的台背的衔接区域出现的路面或搭板变形、 开裂，甚至坑槽，从而使车辆行驶经过该区域时受到冲击发生明显跳跃、颠簸的现象。桥头跳车不仅会降低行车舒适性，还会对道路和桥梁造成附加的冲击荷载，从而加速了桥台、桥头搭板、支座及伸缩缝的损坏；同时，对驾驶人员产生相当不利的心理影响，严重时会影响其对车辆的正常操作，造成车辆失控，引起行车事故。随着公路等级的提高，涵洞、通道、桥梁等构造物在公路里程中所占比例越来越大。由于高等级公路线型标准高，桥涵、通道等构造物较密集，车辆行驶速度高。这样，高等级公路桥头跳车问题就变得十分突出。如何有效地控制桥头跳车、保证高速公路车 辆的交通安全和舒适行驶，对于提高高速公路的社会效益、降低已建高速公路的养护维修费用、改善待建高速公路的质量都具有十分重要的意义。 半填半挖路基是公路建设中一种常见的路基。这种路基在组成方式中有着自身的特点：一部分是天然土路基，是经过切方后形成的或已有的老路基部分；另一部分是采用切方或从借土场运来的填料通过填筑工艺而形成的。由于基床两侧路基生成方式、物理力学性质、地下水及路基内部结构等方面的差异，常导致路基边坡沿基床滑动或路面沿基床产生沉降差异。因此，半挖半填路基基床的力学特性和处理方法成为路基领域研 究的关键问题之一。 项目概况 本项目位于兰州市西固区及临夏州永靖县境内，路线起点位于新城镇黄河新桥 2 南桥头，与已建的西固至新城一级公路终点顺接；路线沿黄河两岸布线，经河口、张家台、扶河、盐锅峡、恐龙湾、朱家台、孔家寺，终点位于永靖县古城村，与临夏折桥至兰州达川二级公路及永靖县城市道路顺接 （ 终点桩号 ，路线全长 项目采用一级公路标准建设，设计车速为 60km/h，整体式路基宽度 离式路基宽度 线共设特大桥 座，整体式大桥2505m/9 座，分离式大桥 3090m/10 座；整体式中桥 134m/2 座 ， 分离式中桥 241m/3座；小桥 0 座；天桥 座；渡槽 180m/3 座；涵洞 110 道；隧道 3941米 /3 座 （ 以单洞长度计 ） ；互通式立交 4 处（旧铁路桥头、扶河、金泉、太极镇），平面交叉 27 处。 二项目前期科研及工作基础 目前研究现状 桥头跳车现象的认识 软土地基具有高含水量、低强度、高压缩性和低渗透性的特点，在这种地基上建造高填土的路基必将引起大的沉降。桥头跳车的表现形式有两种，一是桥头不搭板 时桥台与路堤衔接处的错台现象；二是桥头设置搭板时由于搭板路基端沉降引起的路桥过渡段纵坡变化。由于桥台支撑在刚性基础 （ 灌注桩 ） 上所产生的沉降很小甚至没有，因此在桥头衔接处必将产生很大的差异沉降。差异沉降的存在是桥头跳车的根本原因。桥台沉降主要由地基沉降引起，在设计时一般都考虑了桥跨结构对沉降的限制，因而在正常情况下其工后沉降量极其微小。而台后填土路堤沉降包括地基沉降和填土沉降，是可控、可改善但无法消除的沉降。路堤沉降的原因是多方面的，一般来说与地质水文条件、路堤设计、材料本身和路堤的成型方式及成型时间等因素 有关。一般认为，当路桥相接处的沉降台阶高度达 15，行车就能感到明显的跳车。从国内外桥头跳车纵坡的规定可以认为，当桥头纵坡变化大于36 时，就会出现桥头跳车。因此桥头跳车的概念已经不局限于台阶式突发跳动，而推广到在行车路、桥交界处的不适性。 结合设计、施工及工程管理等方面的因素，可将路桥过渡段产生跳车病害的原因归结为以下几个方面： 填筑材料的压缩 3 因桥台台后一般填土较高，而台后填料一般为渗透性材料，空隙率较大，且具有一定的含水量，按常规施工程序，都是在完成桥涵结构以后再填筑两端路堤，在施工中采取 任何措施都很难将填料颗粒间的孔隙完全消除，加上台背填土施工时压路机碾压作业面小、压实机具不能完全靠近台背等原因，这样就在桥头形成一个填土较高、施工面狭窄、工期紧迫的作业段，大型机械很难进场操作，既使小型压路机，在台背碾压时也会有死角碾压不到，导致了台背回填施工结束后紧靠台背的部分填料其孔隙率仍然很大，特别是埋置式轻型桥台（桩柱式、肋板式、后倾式等），台帽周围一般压路机无法作业，这就导致桥头引道及锥坡的填土压实度达不到标准，并且在实际施工时，土方往往不能达到最佳含水量，而且台背一定范围内的土方往往辅以人工夯实 ，压实功较小，局部压实度很难达到工程质量要求。在行车荷载和填料自身重力作用下，填料产生压缩变形，其孔隙率降低而密实度逐渐增大。在工程实践中，即使施工时工序符合规定，压实度达到要求，但台后填土较高，随着时间的推移，也会不可避免地产生沉降。 路堤下天然地基的沉降 天然地基在自身重力作用下的沉降量一般早己完成（正常固结），在其上修筑路堤后，由于路堤填土重力作用，使地基承受附加荷载而成为欠固结土，从而产生沉降变形，且这种沉降变形的大小受路堤填土的土质与其填土高度影响，相同填土高度时，填土的容重越大，地基沉降变形 也越大：相同填土容重时，填土高度越大，地基沉降变形也越大。地基沉降的原因主要有四个方面： 地基土承载力低，容易产生较大的沉降量。 地基土质压缩性大，固结时间长，当其受到上部路基填土的附加压力后，其应力扩散缓慢，孔隙水压力消散速度低下，在工程完工后其台后地基仍在继续下沉。 自沉降期短。随着经济的迅猛发展，人们对工期的要求越来越高，使得路基对地基的压实时间更加缩短，而地基需要稳定的时间并不随之改变，这就加重了竣工后台后地基的沉降量。 路基填土高、重量大。路基填土重量的大小直接影响地基的沉降量。 排水不畅及填土流失 当雨季路面排水不畅时，雨水会沿着路面裂缝和台背连接部位的接缝渗入路基，致使路基填土产生冲刷和侵蚀，造成各种细粒土的流失。在外部气温循环变化 4 和车辆荷载的冲击作用下，必然造成桥头路基沉陷，产生跳车现象。 桥台与台后填土连接处的刚度差异 桥台与台后填土的刚度不同。由于桥涵结构物一般为坚石砌筑或者混凝土浇筑而成，具有较大的刚度，而台后路基和路面组成的道路属于半刚性或柔性结构。公路建成后，随着时间的推移，台后填土产生较大的压缩变形，与其相比，桥台基础产生的沉降变形相对小得多。这样，桥台两侧 抗变形能力不同，相对沉降差就不可避免出现，当二者的相对沉降差达到一定程度时，搭板出现沉降或断裂，在台后便出现跳车现象。 桥台伸缩缝的破损 桥台伸缩缝主要是用于调节由车辆荷载环境性和桥梁建筑材料的物理性能所引起的上部结构之间的位移和上部结构之间的联结，该部分若设置不当，安装质量低劣、缺乏科学和及时的养护，在桥台伸缩缝处形成台阶，从而引起桥头跳车。 台背回填存在的问题 台背回填施工中存在的问题是压实度达不到要求，一方面是每层填筑超厚，使得每层填土上密下疏；另一方面压实遍数不够及压实时含水量没有很好控制。 事实上，台背回填位置的特殊性客观上使填土压实难度增大，但施工中承包商施工质量意识不强，使台背回填常出现压而不实甚至填而不压，有的甚至填土前对地基上的淤泥及其松散体不作处理，必然导致台背路堤常出现较大的下沉。同时，回填材料设计常要求粗粒料，但施工中常常难以按设计要求进行。 工程施工及监理单位的质量意识不强 由于用地紧张、工期短，而施工单位从自身经济效益出发，往往将台后路基作为材料堆放场地和部分预制场地，不能与其它路基同步填土施工，施工单位盲目追求进度，台背填土速度过快，对地基造成扰动和破坏，使台后填土没有 充分时间固结；更主要的原因还在于在进行台背回填时，没有按分层填筑、分层碾压、分层检测的“三分法”施工，对松铺厚度控制不严，施工用料没有把好质量关，没有严格按施工规程作业，加上台背的防排水措施不完善，局部段落机械无法碾压时却没有采取人工补夯，使压实度不能达到要求。这些人为因素使高填土引道 自身不稳定，沉降较大且不均匀，这是造成跳车现象的主要原因之一。 设计因素对桥头跳车的影响 根据对实桥的调查结果显示，设计方案的选择对桥头跳车有较大的影响，如设 5 计路基穿越软土地基或采用高路堤方案，势必存在较大工后沉降的隐患 ；桥涵构造物选用桩基或扩大基础等不同型式，其工后沉降也差异很大；对软土地基路段采用不同的处理方法、对路堤填筑速率和填筑材料的控制不同，其效果也大不一样。这些都是影响桥头跳车的设计因素之一。产生桥头跳车的因素是计算理论、设计、施工及各种自然因素的综合，实际中跳车的产生应按具体情况进行分析。 头跳车处治措施的研究 国外早在上世纪五、六十年代就开始重视桥头引道与桥台的差异沉降问题，如西欧国家就非常重视软土地基的处理，国内外消除桥头差异沉降的主要措施是设置桥头过渡段，过渡段常采用路堤桩 （ 处理桥头地基。欧洲、北美及日本等已广泛应用土工格网、桥头搭板处治高速公路桥头跳车问题，进行了系列的理论研究和试验。发达国家高速公路起步较早，路堤填土高度较低，且施工周期较长，所产生的工后沉降较小，相应产生的危害较小。近二十年来，我国公路建设处于飞速发展的阶段，施工周期短，施工条件恶劣，特殊的地理环境和现实因素决定了桥头跳车的处治思路与方法的多样性。表 1 列举了桥头跳车常见的处治措施。 表 1 桥头跳车处治方法 夯法 桥头跳车处治措施 处治思路 处治方法 减少地基沉降 不良地基处理（超载预压， 换填，塑料排水板，粉喷桩， 注浆法，强夯等） 采用轻质材料填筑路基（粉煤灰，聚苯乙烯泡沫塑料 发泡珍珠岩等） 减小路基 压缩变形 提高路基填土的压实度 加筋（土工格栅，土工格室） 注浆补强、挤密桩 改良台背填料（如采用石灰石，水泥土，二灰土等） 差异沉降 平稳过渡 渐变桩 柔性桥台、半整体式桥台 路面处理 桥头搭板 设置过渡段路面 预设方向坡度 6 强夯法广泛的应用于地基沉降处治工程中。强夯法一般采用 100 400重锤，从 6 40m 的高处自由落下，对地基土施加强大的冲击能，在地基中形成冲击波和动应力，将地基土压密、振实，以加固地基土，达到提高强度、降低压缩性。对地基的强夯处治，一方面是对地基产生压实和挤密作用；另一方面是通过强夯对地表下一定深度土层施加动力荷载，达到破坏土体结构强度、结构性大孔隙的作用。 (1) 强夯处治的作用 提高承载能力 对于天然地基采用强夯处治后，地基承载能力将会成倍提高。对于粘土，承载力可提高 103 倍：对粉质砂土，承载力可提高 4 倍以上；对砂土及泥灰岩土，承载力可提高 2 4 倍。 减少不均匀沉降 通过一系列均匀的夯击及严格的施工控制，地基土体压缩性可降低 2 10 倍，大大改善了地基的均匀性。能使施工加荷后的地基差异沉降值控制在规定限度以内。在工程使用上可以忽略不计地基的差异沉降。 缩短工期 经验表明，经强夯一遍，可使 5 12m 厚的砂质冲击层产生瞬间沉降 15 50夯一遍，又可产生瞬时沉降约为初始沉降的 60。这种强迫沉降的速度是一般其他方法所不能比拟的。每台设备加固地基的效率平均每天为 300 600据土质及处治深度而异）。当强夯设备退场时，地基上各种路基工程和结构工程可立即开 始，无须等待，因而较其它方法缩短工期。 (2) 强夯施工步骤 清理并平整施工场地； 标出第一遍夯点位置，并测量场地高程； 起重机就位，使夯锤对准夯点位置； 测量夯前锤顶高程； 将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平； 重复步骤 5，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击； 重复步骤 3 6，完成第一遍全部夯点的夯击； 用推土机将夯坑修平，并测量场地高程； 7 在规定的时间间隔后，按 上述步骤逐次笼成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。 (3) 强夯施工要求和检测 开夯前应检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求； 在每遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完后检查夯坑位置，发现偏差或漏夯应及时纠正； 按设计要求检查每个夯点的夯击次数和每击的夯沉量； 一遍夯击完成后，应检测夯坑深度、夯点间距和处治宽度。检查强夯施工记录，基础内每个夯点的累计夯沉量，不得小于试夯时各夯点平均夯沉量的 95，合格后方可填平； 满夯后，对场地进 行平整和压实，应达到规范要求的各项指标，并测量高程，填写地面标高变化； 满夯结束 7d 后，在每 500 1000积内任选一处，应从夯击终止时的夯面起，每隔 50 100土样测定土的干密度、力学及物理等指标； 当需要采用静力触探等方法测定强夯土的承载力时，宜在地基强夯结束一个月后进行。根据试验和测试结果，应对不合格处进行补夯，或采取其它补救措旌，达到试夯或设计规定的指标。强夯处理原地基与铺筑砂砾、灰土垫层相比，减免了使用砂砾、石灰等建筑材料：对于处治面积大于 5000情况，处治费用也较低，一 般在 20 元 /下，处治效果也十分显著。但有时候必须依据实际情况，从经济性和处治效果方面相比较后选用处治方法。 (4) 强夯法处治地基注意事项 地基的处理范围应大于基础的平面尺寸，每边超出基础外缘的宽度不宜小于 3m； 施工前应按设计要求在现场选点进行试夯，在同一场地内如土性基本相同，试夯可在一处进行，若差异明显应在不同地段分别进行试夯； 在试夯过程中，应测量每个夯点每夯击一次的下沉量（简称夯沉量）。最后两击的平均夯沉量不宜大于 5按试夯结果确定； 试夯结束后，应从夯击终止时的夯 面起，每隔 50土样进行室内试验，测定土的干密度、压缩系数等物理及力学指标； 试夯结果不满足设计要求时，可调整夯锤质量、落距或其它参数重新进行试夯，也可修改设计方案。 8 水固结法 在台背填土较高，软弱土层较厚时，地基沉降变形很大时，仅靠换填不能有效解决问题，需对地基进行深层处治，此时可考虑采用排水固结法。排水固结法是在修筑构造物前，对天然地基或己设置竖向排水体的地基加载预压，使土体固结沉降基本完成或大部分完成，从而提高地基土的强度，减少地基工后沉降的一种地基加固处理方法。 排水固结法 由排水系统和加压系统两部分组成。常用排水系统由砂井、塑料排水板、砂垫层等，主要作用在于改变地基的排水边界条件，缩短排水距离和增加孔隙水排出的途径；加压系统由两类：堆载法和真空法，主要作用在于增大地基土的固结压力，促使地基固结。排水系统与加压系统总是联合使用的。只设排水系统，不施加固结压力，土中的孔隙水没有压差，不会发生渗透固结；只施加固结压力，不设排水体，孔隙水就很难排出，地基土的固结沉降就需要较长的时间。 排水固结法包括袋装砂井、塑料排水板、超载预压，真空堆载预压等，排水固结法工程造价较低，但预压工期较长 ，工后沉降较大，而搅拌桩复合地基可以大大减小地基总沉降量，并能使之在较短时间内趋于稳定，但其工程造价较高，且施工质量不能完全保证。 真空预压法最早是瑞典皇家地质学院杰尔曼教授于 1952 年提出的软土地基处理方法。我国 20 世纪 50 年代末开始真空预压法的试验研究， 1980 年开始推广应用。理论和实践证明了真空预压和堆载预压的加压效果可以叠加，因此开发了真空堆载联合预压法。张海霞，王保田结合宁靖盐高速公路工程中使用真空堆载联合预压法处理软土地基的试验，用对比试验结果说明了处理效果和有效处理深度。 2003年谢弘帅等 从应力路径的观点出发，研究真空降水堆载联合预压法加固高速公路桥坡深厚软弱地基的加固机理，提出了相应的沉降计算方法和设计原理。 2004 年陈兰云等通过桥头试验段的现场监测，对真空堆载联合预压加固软基进行了研究。 袋装砂井堆载预压法是在天然地基中设置袋装砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加荷，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐渐提高的方法。胡加林结合某高等级公路袋装砂井堆载预压法处理软土路基工程实测资料，围绕该法处理软基课题中的沉陷与稳定问题进行系统的研究。 9 复合加筋排 水褥垫。 2008 年蔡晓光，刘汉龙采用二维平面应变 结有限元模型对复合加筋排水褥垫软土路堤进行了数值模拟，表明复合加筋排水褥垫可以满足水平排水要求，另外与传统的水平排水砂垫层相比，该技术可降低地基附加正应力和超孔隙水压力，有效抑制路基侧向变形的发展，减小路基沉降与不均匀沉降，提高路基稳定性，加筋效果显著。 合地基处理法 复合地基是指通过置换、搅拌等方式在原地基中植入增强体，由原地基和增强体两部分组成的人工复合体地基。结构物的荷载由原地基和增强体共同承担。根据原地基中增强体的方向，复合 地基又可以分为纵向增强体和横向增强体两大类。复合地基分类如图 1所示。 刚性桩复合地基半刚性桩复合地基柔性桩复合地基按增强体刚度划分钢筋砼复合地基桩复合地基混凝土水泥砂砾复合地基水泥碎石复合地基水泥土桩复合地基水泥稳定砂桩复合地基碎石桩复合地基灰土桩复合地基散体材料按增强体材料划分复合地基分类C F 复合地基分类 复合地基作为一种行之有效的地基处理手段优点在于：处治后地基强度增长快，强度高，侧向水平位移明显减小。 振冲碎石桩 振冲法就是采用振冲碎石桩加固湿软地基的方法 ,它的碎石桩用水力冲孔或机械钻孔后填上碎石用振密来完成 , 因而也叫作振冲碎石桩。它的施工机具简单方便、造价低、工期短，而且对砂性大的湿软地基加固效果也尤为明显。另外 ,由于它加 固后对地基抗震能力的增强 ,所以在地震区便更可以突显其优点。这些桩本身的强度比挤密砂桩的强度就要高很多 , 同时它也有竖向排水的效果，它经济迅速而且技术效 10 果非常好，所以它是一种很好的加固方法。 振冲碎石桩是利用振冲器借高压水成孔，投以碎石使之密实，在土体中形成一个密实的桩体。碎石桩作用有二：一是复合地基作用，即桩体与桩间土共同构成复合地基，以提高地基的承载力；二是排水固结作用，碎石桩的桩体为一良好的排水通道，在路堤荷载的预压下使桩间土固结，强度提高。振冲碎石桩最大的特点是桩径较大 （ 一般为 ，故承 载力高。此外，振冲碎石桩的成桩设备较简单，便于运输。但施工时用水量较大，冲出来的泥浆可能污染施工现场。 水泥搅拌桩 水泥搅拌桩是用于加固饱和软粘土地基的一种技术，它利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基深处将原状软土和水泥强制搅拌，经过物理化学作用生成一种特殊的、具有较高强度、较好变形特性和水稳定性的混合柱体，它对提高软土地基承载力、减少地基的沉降量有明显效果，是一种人工复合地基，搅拌桩是复合地基的主要承载部分。 预应力管桩 预应力管桩作为采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心细长混凝 土预制构件 ,它具有单桩承载力高、对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强、施工速度快、工效高、工期短、抗弯性好、成桩质量可靠等优点 ,可应用于处理高等级公路软基路段。王爱军以具体试验为背景 ,对预应力管桩在高等级公路软基处理中的应用进行了研究。 土工格栅、土工格室 土工格栅是国外上世纪 60年代开发的一种新型工程加固材料，因其优良的力学性能、抗变形能力与抗老化性能在欧美国家广泛地用于路基路面加固、软土地基处理。 土工格栅处治桥头跳车的原理是，在填土中沿路线方向分层平铺土工格栅，格栅层的一端固定于桥台，另一段与 台背连接，利用土工格栅变形的连续性及其高强度、高弹性、大变形特性，将车辆荷载及上部土体的自重荷载部分地传递到桥台，在台背局部范围内，分层阻止填料沿台背沉降；与此同时，通过格栅与土体的相互作用，改善局部荷载作用下土体内部的受力状态，将荷载扩散到一个较大的范围内，从而达到减少外部荷载对土体的压缩沉降，延长沉降特征长度，使台背与填土交界部位的阶梯状沉降变为连续渐变沉降。 11 1996年喻泽红等对采用土工网来处治路桥过渡段沉降差进行了详尽的有限元分析，结合实地观测数据及模型试验进行土工网加固桥头土体的机理分析。 2002年戴为民等运用有限元分析的方法对土工格栅处理桥头跳车机理进行分析。 2004年凌建明等对土工网在桥头引道路堤中的应用进行研究，室内试验研究路基土与土工网之间综合摩擦阻力、张力膜效应及不同土工网铺设间距对复合土反应模量的影响。 土工格室是一种三维网状格室结构，在网状内部填入泥土、碎石、混凝土等松散物料，将能构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体。 土工格室相对于平面结构的土工网、工格栅的一个最大差异是其三维网状结构对充填料提供了较大的侧向约束作用，格室侧壁对其中填料产生了向上的摩擦支承力，从而形成一个具有较大抗拉 强度与抗剪强度的复合体。 牛思胜应用新型土工合成材料一土工格室，提出了楔形柔性搭板处治技术。 由房建基础工程的沉管灌注桩演变而来，桩在房建的沉管灌注桩的基础上去掉钢筋骨架（降低造价），改变其混凝土的配合比，掺入粉煤灰来改善混凝土的和易性和工作性。 与桩间土通过褥垫层形成 有加速土体固结、承载力大且可调性强、沉降变形小和沉降稳定快等优点。 由碎石和石屑组成 )形 成 于了使沉降变形达到递减变化的目的，可以调节桩进入地面以下的长度来控制地基的沉降量，即采用渐变桩实现桥台与路堤的刚柔过渡。 a. 置换作用 是具有一定粘结强度的混合料，在荷载作用下 此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的 荷试验结果表明 ，在无垫层情况下， 桩复合地基桩土应力比为 碎石桩复合地基的桩土应力比为 此可见， 即其置换作用显著。 12 b. 挤密作用 于振动和挤密作用使桩间土得到挤密。试验表明，加固后地基土的含水量、孔隙比、压缩系数均有所减小，密度、压缩模量均有所增加，说明经加固后的桩间土已挤密。 c. 褥垫层作用 桩和桩间土由于变形模量相差很大，使得 它们的变形差别较大。设置由石屑和碎石等松散体材料组成的褥垫层后，使调整桩土相对变形的问题从根本上得到解决，且褥挚层使桩间土的有效接触应力增加，提高了桩间土的抗剪强度，使得桩体承载力得到提高；另外对于地基的不均匀沉降也有一定的补偿作用。 新型的桩基型式 薄壁筒桩的技术特点 :薄壁筒桩的桩体强度高，限制了地基土体的侧向变形，因为侧向挡土的效果非常明显，这样也可以大大减小路基软土的挤出量，与此同时还增强了地基土体的变形稳定与抗滑稳定；由于薄壁筒桩承载力比较高，在采用薄壁 筒桩处理由“厚淤泥下层与硬壳上层”组成的二元土层结构时，深部淤泥层的压缩变形通过薄壁筒桩的上部硬壳层承担侧摩阻力，这样的效果就可以看成降低软弱下卧层的变形，增大硬壳层的厚度，这对减少路基的沉降有特别好的效果，在防治桥台位移、桥头跳车方面取得了相当好的效果。 我们在对浇混凝土薄壁筒桩进行经济技术分析时，分析认为，薄壁筒桩的试验研究充分证明了它的双重性能 : 有效地防止软土地基的侧向滑移的抗滑性能和良好的群桩基础承载性能。并且这个技术很突出的优点值得我们去推广 : 与粉喷桩相比，薄壁筒桩的加固深度、路基稳定 、沉降量等方面都比粉喷桩有优势，检测手段快速、简单，并且施工质量可靠，成本比粉喷桩还低，薄壁筒桩在软土深度大于15塑板桩相比，具有沉降少，薄壁筒桩加固软基，填筑期短，无需预压等特点，在单位处理成本考虑的时候，虽然薄壁筒桩成本较高，但对地基强度低、工后沉降要求高的路段，综合考虑施工工期、后期维护费用等方面的因素，薄壁筒桩处理软基具有明显的优势。试验研究与应用实践证明 :现浇硅薄壁筒桩属薄壁结构，具有成桩速度快、自动排土、施工周期短、单桩承载力较高、无泥浆污染等优点，用该技术处 理高填方桥头软基技术构思新颖、科学合理且易于实施，经该技术处理后的桥头路基后下沉降低，这个技术为解决高等 13 级公路软土地基桥头跳车及其他建筑物地基加固问题提供了一种全新的方法，具有普遍推广意义。 采用静压桩机按设计终压力值打到深厚软土地基中 , 施工至设计深度 ,桩与桩之间可以采用焊接的方式 ,然后可以在桩头浇筑桩帽 ,并在它的上铺设一层钢丝格栅从而来提高软土路段整体路基稳定性的一种方法，其中钢丝格栅一般要求采用高强度整体式弹簧钢丝焊接成网片 ,然后在它的 表面涂覆塑料而成的钢塑格栅。带帽静压预应力管桩处理桥头深厚软基是将采用先张法预应力和掺加磨细料、高效减水剂、由专业厂家生产等先进工艺 ,并把混凝土经过离心脱水密实成型 ,经过高压、常压两次蒸汽养护而制成的一种细长空心等截面预制混凝土构件 , 即预应力高强混凝土管桩。 2001年刘代全提出了采用半刚性挤密桩复合地基加固桥头搭板枕梁下路堤实现路、桥的刚柔过渡方法。 2002年，俞亚南等采用粉喷桩处理桥头软基，分析了粉喷桩作用机理及其处理效果。 2003年刘恒新，温晓贵等采用低强度混凝土桩处理桥头深厚软基发现其能 大幅度减小沉降 , 减小对桥台基础的水平推力 , 具有显著的经济效益。 2006年周健，曾庆有，王浩首次将基于沉降的桩基设计方法应用到桥梁桩基的设计实践中。通过调整桩长和桩数，使桩基沉降从桥梁主跨往边跨逐步增大，开辟了解决桥头跳车问题的新途径。 2009年王斌等了提出采用带帽大间距 （ 达到控制沉降的目的。刘汉龙，王新泉，陈永辉结合申嘉湖杭（上海 嘉兴 湖州 杭州）高速公路嘉兴段 得了路堤荷载下桩帽间土体表面应力、桩帽上应力及桩帽下土体 表面应力的分布及变化规律。 2011年，张俊等人结合银川绕城高速西北段非典型软弱土路基处治工程 , 利用现场监测的方法对非典型软弱土路基的处治措施及沉降规律进行了研究。 置桥头搭板 通过对桥头搭板的设置可以改善桥头跳车，也是目前我国对解决“桥头跳车”现象中最为常用的一种解决的方式，其方法产生的效果明显、施工方便也较简单。桥头搭板一般主要是以钢筋混凝土板的形式出现，常用的搭板长度有 3米板、 6米板、8米板和 10米板等等类型，国内较为普遍的搭板都是以单幅路基宽为基础的单块整 14 板形式出现。在沿路 基横向方向，如果路面较宽时，有时也将搭板分成 2块或者 2块以上。在一般的桥梁设计以及施工过程中，在桥台处设置桥头搭板过程中时，往往采取的措施是将桥头搭板的一端通过锚栓置于桥台台后的牛腿上，桥头搭板的另一端置于地基枕梁上，在我国的设计手册上面就有相关方面的内容，其中公路桥梁手册中对搭板进行了分类，如果搭板按其埋置的深度方式来分类则可以分为半埋式搭板以及地面式搭板两大类。 地基上的枕梁结构属于搭板构造的一部分，在桥头搭板的构造设计当中也是不可缺少的重要部分。枕梁在搭板受力过程中起到辅助受力的作用，而且枕梁 相当于加劲横梁，不但起到具有纵向支撑的作用，同时使搭板顺向的计算路径相应地减短，不利的受力情况减少，增大了搭板抵抗破坏的能力，其设置的目的也是为了防止桥头跳车现象，对减少桥梁以及路基的损坏程度起到相当大的作用，同时对减少桥头搭板随地基沉降也起到一定的作用。 搭板设计的基本思路是将桥台与路堤衔接处因较大差异沉降引起的路面纵坡突变通过设置桥头搭板进行缓和过渡，将路面纵坡变化限制在容许范围内，从而达到消除桥头跳车的目的。 在桥头设置搭板的意图就是通过一定长度的刚性板将台阶转换为一定的坡度使行车在路桥相接处平稳过渡。 搭板的设置是出于台背后填土和地基必然发生沉降的特征考虑的，搭板设计要考虑刚性板下由于填土沉降而导致支撑脱空的特征，因此对于桥头搭板设计一般采用简支板设计，搭板的一端支撑在桥台的牛腿上，另一端搁置在路堤上，为使搭板端部受理均匀，一般在端部设计枕梁。 用轻质材料填筑法 发泡聚苯乙烯 ） 是一种轻型高分子聚合物，具有超轻质、强度和弹性模量较高、耐水性好等特点。 1972年挪威国家道路研究实验室 （ 首次使用 典、日本、荷兰、加拿 大等国也有工程应用的实例。 2003年高燕希等对 后进行软基上桥台台背填筑 果表明采用 轻桥台受台后填筑物的侧向推挤作用。2005年朱向荣在 究不同加载频率、循环次数和围压下 另外， 取得了良好的效果。 15 泡沫混凝土是一种轻质、流动性强、强度可调节、耐久性好的材料，它轻 质强的特殊性质在建筑物的补偿地基中有工程运用。作为轻质回填材料它可降低路基的整体自重，减少对结构物的侧向荷载。 2002年高倩等较全面地分析了泡沫混凝土的材料组成及制备工艺，讨论泡沫混凝土性能的影响因素。 2003年陈忠平、肖礼经、蔡力等从泡沫混凝土的基本性质及现场施工制备出发，介绍将泡沫混凝土运用于公路工程实践的研究。 2005年周卫东等研究现浇轻质泡沫混凝土的制备方法和性能，采用正交试验分析了胶结材料、泡沫剂等对泡沫混凝土性能的影响程度。 吕永雄结合广东省惠澳大道淡澳大桥南岸引道路堤软基处理中采用 ，进行了技术经济分析。 软土变形的理论研究现状 按照使用目的，软土路基所依据的理论包括土体的固结理论和土体的沉降计算两部分。其中固结理论包括一维固结分析、次固结、固结速率。土体沉降计算包括：瞬时沉降、固结沉降以及次固结沉降。现就这两种理论依据具体描述如下： （ 1）固结理论 925年建立了饱和土体固结模型。理论假定在加荷瞬间外荷载完全由孔隙水压力承担，然后随着时间的推移和孔隙水的排除，外荷逐渐向土粒骨架转移，直到超 孔隙水压力完全消散，这是土体的固结变形亦结束。其一维固结微分方程为： 22 ，式中 固结系数，与土的物理力学性质有关： (1 )v ， e， k， v 分别为土的孔隙比、渗透系数、压缩系数： 定方程的初始条件和边界条件，可求得解析解。 1941年 机理推导了准确反映孔隙水压力消散与土股价变形相互关系的三维固结方程。对一各向同性的饱和土体单元 外力作用下必须满足下述平衡方程： 16 z y y y y y y z （ 1） 式中 ： 、 分别为单元土体各个面上的正应力和剪应力： x、 y、 x y zf f f、 、分别为单元体各方 向所受的体积力。 将上式用有效应力 和孔隙水压力 只考虑重力时，以土骨架为脱离体建立平衡方程： 00z xx y y y y z y z y z z （ 2） 式中 ： 为单位土体的重度（ z 坐标向下为正）： u 为超孔隙水压力； y z 、 、表明各方向的单位渗透力。 定土 骨架是线弹性体，服从广义胡克定律，则物理方程 D 中的D为弹性矩阵，可写为： 2 ( )122 ( )122 ( )12y x y y z y z z x z G ； ；（ 3） 式中 ： G 为土骨架的剪切模量： ( / 2 ) / (1 )。 E 为弹性模量： 为泊松比。 根据应变与位移的几何关系，可将（ 3）式中的应变表示成位移的形式： 17 (+(+(+yx zx y zy x zy z x wx y zw w wy z y x ； )； )； )（ 4） 式中，x y zw w w、 、为 x， y， z 方向的位移：x y z 、 、为 x， y， z 方向的应变，取压缩为正；xy yz 、 、为 面内的剪应变。 所以，将式（ 4）代入式（ 3），再代入式（ 2），即可得出以位移和孔隙水压力表示的弹性土体中的平衡微分方程： 222( ) 012( ) 012()12yx x y z x y z x y z z （ 5） 式中， 2 2 222 2 2()x y z ， 为拉普拉斯算子。 如果将物理方程 D 式中的 D表示为弹塑性矩阵，即可将式（ 5）推广到弹塑性体。 式（ 5）包括u 共四个未知函数，因此必须补充建立一个方程，即连续性方程。 根据土体的压缩性原理，在土颗粒和水 都不可压缩的前提下，饱和土体微分单元内水量的变化率在树值上等于微分体积的压缩率，故又达西定律得： 2 2 22 2 21 ()x y u uk k kx y z t （ 6）式中 ：为体应变： = + +x y z x y zk k k ； 、 、分别为 x， y， z 方向的渗透系数；w为水的容重。 假设土的渗透性各向相同：x y zk k k k ，并将用位移表示，式（ 6）可写为： 18 2 ()yx wk wt x y z （ 7） 上式即为以位移和孔隙水压力表示的连续性方程。联立方程（ 5）和（ 7），即为 （ 2）沉降机理：通常把沉降分为瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降。 瞬时沉降：发生在加载的瞬时，对于饱和土，即为不排水条件下土体形变引起的沉 降。 固结沉降：土体在荷载作用下产生的超静水压力迫使土中水向外渗流，土体孔隙减小的渗透固结过程，其中也包括部分剪切变形。由于孔隙水的排除需要时间，固结沉降是时间的函数。 次固结沉降：基本发生在图中超孔隙水压力完全消散之后，是在恒定有效应力之下的沉降。 沉降的计算方法分为：弹性理论法、分层总和法、考虑侧向变形的方法、应力路径法等。 验研究现状 目前主要应用于软土路基的处理方法为碎石桩复合路基、换填法和垫层法、挤密法和砂井预压固 结法等。碎石桩加固软弱路基起源于 1935年。 50年代初，振冲法开始用于加固粘性土路基，并成为碎石桩。从此，一般认为以真冲法在粘性土中形成的密实碎石桩为碎石桩。 60年代初，联邦德国和英国相机将此法