浅析公路软土地基处理.doc

课件：浅析公路软土地基处理浅析公路软土地基处理 一 软土的概念 二 软土的危害 三 软基的处理 四 软基的计算一、 软土的概念1、软土的定义具体该如何定义软土，各行业部门如建筑、铁路、公路、港工等，根据行业特点和习惯，给出的定义或判定条件不尽相同。软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高和抗剪强度低的细粒土。天然含水量35%，天然孔隙比1.0，十字板剪切强度35Pka。主要有淤泥，淤泥质土，泥炭，泥炭质土，软塑至流塑状粘土（粉质粘土），松散稍密粉土等。在我国大多分布在沿海地区，内陆平原，部分山区。厚度变化较大的地区，地表一般有一个13m的硬壳层，其下为530m的饱和软土（温州沿海一般为2045m ）。（本省软基分布情况，钱塘江含粉砂质，温州深层含粘性土质）建筑地基基础设计规范认为软弱土是指淤泥、淤泥质土、充填土、杂填土或其他高压缩性土。其中淤泥是在静水或缓慢流水环境中沉积并经生物化学作用而形成，为天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土;天然含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5、但大于或等于1.0的粘性土或粉土称为淤泥质土。工程地质手册中将软土解释为天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状的粘性土，如淤泥、淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。淤泥和淤泥质土的特征解释为，在静水或缓慢流水环境中沉积，经生物化学作用而形成的饱和粘性土，含有机质，天然含水量大于液限。当孔隙比大于1.5时称为淤泥;天然孔隙比小于1.5而大于1.0时称为淤 泥质土。当土的烧失量大于5%时，称有机质土;大于60%时称为泥炭。铁路工程地质手册中将软土定义为，含有大量亲水的胶体颗粒，具有海绵状结构的松散体，其性质为天然孔隙比大、含水量高、透水性小、强度低、压缩性大。桥梁地基和基础中对软土给出的定义为: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粘性土。对软土的主要特征描述为:天然含水量高(接近或大于液限)，孔隙比大(一般大于1.0)，压缩性高，强度低，渗透系数小。 公路软土地基路堤设计与施工技术规范中定义软土为滨海、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，天然含水量35%，天然孔隙比1.0，十字板剪切强度35Pka或静力触探总贯入阻力小于75kPa。岩土工程勘察规范中将软土定义为天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭土等，其压缩系数大于0.5MPa-1，不排水强度小于30kPa。2、软土的工程性质（1） 高压缩性由于孔隙率和含水量很大，在压力作用下，容易发生压缩变形，大部分压缩变形发生在垂直压力100KPa左右。（2） 抗剪强度低地基强度很低，其不排水抗剪强度均在20KPa以下。（3） 非均匀性因沉积环境变化，常夹有厚薄不等的粘土层，使地层在垂直和水平分布上不均匀。（4） 低透水性透水性弱，垂向渗透系数在 10-610-8cm/s量级，不利地基排水固结 。（5） 触变性原状土受扰动以后，破坏了原有结构，降低了土的强度，经过一段时间沉积，强度又会恢复的性质。（6） 流变性软土在剪应力作用下发生缓慢而长期的剪切变形。二、 软土地基路基病害类型 1）失稳-在软土地基上填筑路堤时，如果软土层滑动，路基就会失稳，产生坍塌，将造成重大损失。2）沉降差-在与桥、涵等结构物连接处产生差异沉降，不仅会直接影响结构物的安全，而且车辆的激烈跳动严重影响行车的平顺性和乘客的舒适性，甚至引起车祸。 3）功能损坏-在填土荷载的作用下，地基产生的不均匀沉降将导致路面结构和功能损坏，致使路面使用品质下降。首先要明确软土路基允许沉降；填高在极限填土高度以下；地层分布均匀；缓慢施工，延长预压期等情况下可不进行软基处理。但是，实际情况是工期紧，填土高，结构物不允许沉降，地层分布不均匀等，产生不均匀沉降、差异沉降、失稳、坍塌、开裂等情况。因此需要进行相应的软基处理。三、 软基处理措施软土地基处理的原理： 地下改良土质、降低含水量、提高承载力、人造硬壳层； 地上减轻路基填土容重。软基的处理方法多种多样,不同的措施是有其针对性的,有时需要采用综合治理。1、轻质路堤法 EPD块体、EPS颗粒混合轻质土、泡沫混凝土、粉煤灰等；2、浅层处理法 挖除换填、抛石挤淤、加筋垫层、吹填换填、表层压实、重锤夯实等；3、排水固结法 塑料排水板或袋装砂井结合堆载预压等；4、复合地基法 水泥搅拌桩、高压旋喷桩、粒料桩、石灰桩、CFG桩等；5、桩承式路堤 管桩、筒桩、素砼灌注桩、塑料套管桩、小直径灌注桩等；除了上述软土路基处理方法外，比较常用的还有沉井、侧向约束法、反压护道法、冷冻法及人工降排水法等。l 常用软基处理方式1、堆载预压在软土地基上施加荷载，促使地基排水、固结、压密，以提高地基强度，减少在使用荷载作用下产生的工后沉降量。若预压荷载等于路基荷载与路面等效荷载之和，称为等载预压；若预压荷载大于路基荷载与路面等效荷载之和，称为超载预压；若预压荷载小于路基荷载与路面等效荷载之和，称为欠载预压。 常用的方式：路基填料堆载预压、真空预压、水载预压等。2、浅层处理法浅层处理是指将路堤底面下一定深度范围内的软土层置换成强度较高的材料，并压实至要求的密实度。常用的方式：排水垫层、挖除换填、抛石挤淤、浅层加固适用范围：1）、深度不超过3m软土路段，主要减小沉降，提高承载力。 2）、路基填高不宜过高。优点：省事省钱；缺点：处理范围有限。3、排水固结法排水固结法原理:软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐扩散，土的有效应力增加，并使沉降提前完成或提高沉降速度。 主要加固方法：塑料排水板法、砂井法、袋装砂井、真空预压法、电渗排水法、降低地下水位法等结合堆载预压联合处理。- 9 -n 优点 造价最低 桩承式路堤处理造价的10% 效果良好 多年实践已验证工艺成熟方便n 缺点孔隙水压消散需要时间，预压期长 厚层以上软土，沉降要求高时不易控制堆载需要与固结程度配合，否则稳定性不易控制3、复合地基法水泥搅拌桩是利用水泥、石灰等材料作为固化剂,通过深层搅拌机械将软土和固化剂强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应,使软土硬结。采用桩土共同承载的方式。主要加固方法：高压旋喷桩、石灰桩、粒料桩、普通水泥搅拌桩、双向水泥搅拌桩、钉型双向水泥搅拌桩。n 优点：施工工艺较简单，速度快n 缺点：处理深度超过15m时，处理效果不好。施工质量不容易控制。4、桩承式路堤常用的桩承式路堤有：预应力管桩、筒桩、素砼灌注桩、塑料套管桩等；在软土地基中按一定间距打设刚性桩，在桩顶端设置相应尺寸的桩帽（或称为托板），并在桩帽顶面铺设土工合成材料加筋垫层，然后填筑形成的路堤 。n 优点：*施工工艺较简单，速度快，质量可控性强，处理深度深，承载力高n 缺点：*造价高，不适宜无硬壳层的平原及软基深度变化大的路基处理5、轻质路堤轻质填料主要有EPS块体、 EPS泡沫颗粒混合土和粉煤灰及泡沫混凝土。主要是通过减少路堤自重，来确保路堤稳定与沉降。n 优点：*超轻质性，强度高，耐压缩，自立性好，耐久性好，施工方便快捷，环保性好；n 缺点：*造价太高四、 软基设计计算应满足 沉降计算理论计算法（BIOT法、有限元法、分层总和法等） 经验公式法（e-p曲线法、e-lgp法、指数曲线法等） 分层总和法是假定地基土为直线变形体,在外荷载作用下的变形只发生在有限厚度的范围内,将压缩层厚度内的地基土分层,分别求出各层的应力,然后用土的应力应变关系式求出各分层的变形量总和起来就是地基的沉降量。总沉降 S=Si+Sc+Ss式中 Si瞬时沉降Sc固结沉降Ss次固结沉降 稳定计算有限元等数值解法、极限平衡分析法验算（有效固结应力法、改进总强度法、简化Bishop法、Janbu条分法） 采用浅层加固还应满足公路路基设计规范中路床CBR值的要求以及公路沥青路面设计规范对土基回弹模量E0值的要求。 地基承载力要求浅层处理：按应力扩散法计算 复合地基处理： 桩承式路堤承载力：按单桩承载力计算l 桩承式路堤沉降计算: 根据申苏浙皖等工程中的实测沉降数值表明，桩与桩间土因刚度差极大，采用复合地基理论并不能准确反应桩承式加筋路堤的受力特性。本要点参考建筑桩基技术规范（JGJ94-2008），采用考虑桩径影响的mindlin公式计算桩端平面以下的附加应力，采用Boussinesq解计算桩间土承担的荷载引起的附加应力，将两者叠加按分层总和法计算沉降。 l 桩承式路堤桩顶荷载计算: Terzaghi（1943） 提出土拱效应理论 Hewlett随后进行模型试验 英国规范BS8006根据Hewlett的土拱理论，提出 “临界高度”的概念及计算方法 陈云敏、贾宁等（2004） 对Hewlett计算方法进行改进 徐立新（2007）对路堤系统进行了整体分析，建立了平衡方程组l 桩承式路堤沉降计算:根据最新研究成果，桩体荷载分担比定义为： l 桩承式路堤承载力计算:采用单桩静载荷试验： Ru采用静载荷试验确定的单桩极限承载力Fub安全系数，取1.11.3Qgn桩中性点以上的负摩阻力产生的下拉荷载；根据土体的物理指标确定单桩承载力 ： 五、 软基处理现状及存在的问题 软基处理现状(“以时间换金钱,以金钱换时间”)1、一般路段1） 软土层深度小于3m时，选用垫层法或换填法，或直接进行预压；当填土高度较大，稳定不能满足时，可结合加筋处理；2） 软土层深度大于3-5m时，选用浅层处理或排水固结法；当软土厚度大于10m时，宜结合等载预压或超载预压；当预压高度较大，稳定不能满足时，可结合加筋处理；3） 在填土高、工期紧的情况下，可选用真空联合堆载预压或桩承式路堤、轻质填料等方案。2、桥头、通道、涵洞相邻路段1） 当填土高度较低，并具备预压条件时，应首先采用排水固结结合超载的处理方法；2） 当填土高度较高时，宜选用预应力管桩和塑料套管混凝土桩等桩承式加筋路堤、水泥搅拌桩复合地基等方案；3） 当填土高度超过3倍的极限填筑高度时，宜选用管桩和塑料套管混凝土桩等桩承式加筋路堤；可选用EPS、EPS颗粒轻质土、粉煤灰/泡沫混凝土等轻质填料，并宜结合排水固结、复合地基等处理方案。 存在的问题1） 不同处理方法相邻路段过渡处理措施： 改变桩长和桩间距、超载、轻质填料过渡等； 工后差异沉降渐变率应小于0.5；