广州高速公路会议报告

1、高速公路软基处理(chl)优化设计叶观宝 教授(jioshu)2005年12月6日共四十六页主要(zhyo)内容一、高速公路面临的岩土工程问题二、高速公路软基处理方法三、高速公路软基处理的技术分析方法四、高速公路软基处理方案(fng n)的综合分析方法五、综合分析评价六、长板短桩（D-M）工法处理深厚软基 的理论与设计共四十六页一、高速公路面临(minlng)的岩土工程问题 根据高速公路的特点和我国的实际情况，在软基上修建高速公路所面临(minlng)的岩土工程问题可以归纳为三类：软土地基的勘察评价；软土地基处理；软土地基设计理论与控制方法。共四十六页一、高速公路(o s n l)面临的岩土工

2、程问题 如果这些土工问题解决不好，常降低道路质量，甚至破坏道路，引起下列问题： 路堤整体滑动，桥台破坏； 构筑物与路堤衔接处差异沉降，引起桥 头跳车及路面破坏； 涵身、通道凹陷，沉降缝拉宽而漏水(lu shu)； 路面横坡变缓，造成积水等。共四十六页二、高速公路软基处理(chl)方法 为了解决高速公路的沉降问题，使修建(xijin)好的高速公路达到行车要求，一般有以下几种方法：桥梁跨越减轻路堤荷载地基处理工后修补综合处理共四十六页三、高速公路(o s n l)软基处理的技术分析方法1.承载力及稳定性分析 2.地基(dj)沉降计算3.工后沉降控制共四十六页三、高速公路(o s n l)软基处理的

3、技术分析方法承载力及稳定性分析（1）软土地基承载力（2）复合(fh)地基承载力（3）路堤稳定性共四十六页三、高速公路软基处理(chl)的技术分析方法2.地基沉降计算（1）总沉降计算（2）地基平均(pngjn)固结度计算sdcSSSS+=cmSS=)1(1(1zrrzUUU-=）共四十六页三、高速公路(o s n l)软基处理的技术分析方法3. 工后沉降(chnjing)控制工后沉降控制是高速公路按变形控制设计理论的核心内容，是指在路面设计年限（一般为15年）内的残余沉降或剩余沉降。公路等级桥台与路堤相邻处 涵洞或箱型通道处 一般路段 高速公路、一级公路0.10m0.20m0.30m二级公路（采

4、用高级路面） 0.20m0.30m0.50m共四十六页四、高速公路软基处理(chl)方案的综合分析方法1.技术经济综合(zngh)分析评价法2.模糊综合评价方法3.优化选择与设计的程序 共四十六页四、高速公路软基处理方案(fng n)的综合分析方法1.技术经济综合分析(fnx)评价法（1）影响因子评判集确定（2）权重值的确定（3）计算评分值专家判断法智暴法德尔斐法专家经验估计法序列综合法隶属函数法加法乘法加乘混合法除法最小二乘法共四十六页四、高速公路(o s n l)软基处理方案的综合分析方法2.模糊综合评价(pngji)方法（1）评价三要素的确定 因素集： 评价集-对评价对象作出的评语所组成

5、的集合： 单因素评判-对单位因素Ui进行评判，得到V上 的模糊集：muuuUL,21=mvvvVL21,=nmnnmmRgggggggggLLLLLLL212222111211共四十六页四、高速公路(o s n l)软基处理方案的综合分析方法2.模糊(m hu)综合评价方法（2）模糊综合评价数学模型 由于各个单因素在总评价因素中的重要程度不同，所以需对各因素进行加权运算，用模糊向量 表示各因素的权重分配。按模糊变换原理，则有：B称为模糊综合评价模型。共四十六页四、高速公路软基处理方案(fng n)的综合分析方法3.模糊综合评价(pngji)方法（3）给出模糊综合评价结论 得到模糊综合评判指标之

6、后，为进行多对象之间的比较，确定评价结果，可采用以下方法实现。 评价集V赋于相应的量化值 。 B作归一化处理，令b*=b1+b2+bm，作： 计算综合得分，给出评价结论。P=VB*T 在做多方案比较时，将综合得分按大小排序，择优选定。 共四十六页四、高速公路(o s n l)软基处理方案的综合分析方法3.优化选择与设计(shj)的程序共四十六页输入(shr)设计条件选择地基(dj)处理方案 直接堆载塑料排水板粉喷桩真空堆载联合预压桥方案稳定验算 满足沉降验算方案A方案B方案N技术经济比较综合分析优化方案否满足否载荷条件地质条件施工约束工期要求沉降控制路段类别稳定条件共四十六页五、综合分析(fn

7、x)评价 在各种软基处理方案(fng n)的基础上，进行技术经济评价，主要包括两方面： (1)采用总费用分析法（TCA，Total Cost Analysis）评价软基处理方案建设费用； (2)引入环境影响，技术可靠性，质量控制，施工工期等因素,进行软基处理方案综合分析评价。最终提出在不同工况和约束条件下的高速公路软基处理优化方案。共四十六页五、综合分析(fnx)评价综合分析遵循的原则 (1)坚持国家有关标准的原则 (2)可比性原则 (3)节约稀有资源(zyun)的原则 (4)定量分析与定性分析相结合的原则 (5)综合评价的原则 共四十六页五、综合分析(fnx)评价各种软基处理方法一般性能(x

8、ngnng)的比较表处理方法 施工工期 难易程度 机械化程度 质量与安全 环境影响 超载预压 长 方便 高 可靠 噪音小、污染少 砂井法 较短 方便 高 可靠 现场清洁 塑料排水板 较短 方便 高 可靠 现场清洁 粉(湿)喷桩 短 较方便 高 较可靠 有少量噪音及污染 共四十六页五、综合分析(fnx)评价 不同填土高度下粉喷桩设计间距(jin j)与置换率优化结果填土高度（m） 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 粉喷桩间距（m） 1.41.4 1.31.3 1.21.2 1.11.1 1.01.0 置换率 0.10 0.12 0.14 0.16 0.20 共四十六页五、综合分析(fnx)

9、评价一般路段(l dun)砂井排水预压法优化结果填土高度(m)软土层厚度(m)5.010.015.020.025.030.02.05555783.055689104.05681011125.05710121416共四十六页五、综合分析(fnx)评价填土高度(m)软土层厚度(m)5.010.015.020.025.030.05.0510131517186.0510141618207.0510151719208.051015171921水泥土搅拌(jiobn)桩处理优化结果共四十六页五、综合分析(fnx)评价填土高度(m)软土层厚度(m)15.020.025.030.0粉喷桩砂井粉喷桩砂井粉喷桩砂

10、井粉喷桩砂井5.01212121312156.01212121412167.012121213121512168.01212121312161217水泥土(nt)搅拌桩与砂井联合处理优化结果共四十六页填土高度（m）软土厚度（m）5.010.015.020.025.030.02.0方法直接堆载直接堆载砂井5砂井5砂井7砂井8造价28.228.231.9531.9533.4534.23.0方法直接堆载砂井5砂井6砂井8砂井9砂井10造价28.231.9532.734.234.9535.74.0方法砂井5砂井6砂井8砂井10砂井11砂井12造价31.9532.734.235.736.4537.25.

11、0方法砂井5砂井7砂井10砂井12砂井14砂井16造价31.9533.4535.737.238.740.26.0方法粉喷桩5粉喷桩10粉喷桩14粉喷桩12+砂井12粉喷桩12+砂井14粉喷桩12+砂井16造价70.5121.5162.3155.9158.3160.67.0方法粉喷桩5粉喷桩10粉喷桩12+砂井12粉喷桩12+砂井13粉喷桩12+砂井15粉喷桩12+砂井16造价80.2140.9181.9183.3186.0187.48.0方法粉喷桩5粉喷桩10粉喷桩12+砂井12粉喷桩12+砂井13粉喷桩12+砂井16粉喷桩12+砂井17造价92.9166.4216.0217.7222.722

12、4.4一般路段(l dun)地基处理最优化方案汇总表共四十六页桥头路段地基(dj)处理最优化方案汇总表填土高度（m）软土厚度（m）5.010.015.020.025.030.02.0方法砂井5砂井8砂井10砂井11砂井13砂井14造价31.9534.235.736.4537.9538.73.0方法砂井5砂井10砂井11砂井12砂井14砂井15造价31.9535.736.4537.238.739.454.0方法砂井5砂井10砂井12砂井14砂井15砂井16造价31.9535.737.238.739.4540.25.0方法砂井5砂井10砂井13砂井15砂井16砂井18造价31.9535.737.9

13、539.4540.241.76.0方法粉喷桩5+超载0.6粉喷桩10+超载0.6粉喷桩12+砂井14粉喷桩12+砂井15粉喷桩12+砂井17粉喷桩12+砂井17造价77.5128.6158.3159.4161.8161.87.0方法粉喷桩5+超载0.7粉喷桩10+超载0.7粉喷桩12+砂井15粉喷桩12+砂井16粉喷桩12+砂井17粉喷桩12+砂井19造价88.4149.2186.0187.4188.8191.68.0方法粉喷桩5+超载0.8粉喷桩10+超载0.8粉喷桩12+砂井16粉喷桩12+砂井16粉喷桩12+砂井17粉喷桩12+砂井20造价102.4175.9222.722.7224.4

14、229.4共四十六页综上所述： （1）砂井或塑料排水板较其它处理方案有明显的技术经济优势，单位造价只有水泥土(nt)搅拌桩的20%30%，应作为高速公路软基处理的首选方案。 （2）水泥土搅拌桩对于增强地基稳定性和减少地基总沉降作用明显，因此在路堤(ld)填土高度大于5.0m的路段可以考虑采用水泥土搅拌桩处理。如果软土层较厚，水泥土搅拌桩无法打穿软土层，则水泥土搅拌桩减少工后沉降的作用已不大，应与其它方法联合处理。共四十六页六、长板短桩（D-M）工法处理(chl)深厚软基的理论与设计共四十六页主要(zhyo)内容引言D-M工法的复合地基(dj)的概念模型D-M工法处理软基的机理D-M工法的设计方

15、法简介 结 语 共四十六页1.引言(ynyn)高速公路(o s n l)中厚层软基处理水泥土搅拌桩(M)预压排水固结(D)施工期、预压期长 造价偏高深部的施工质量不易保证 长板短桩工法(D-M)“短桩”可以有效提高地基的稳定性，加快路堤施工速率，缩短建设周期 “长板”能加快深部软土的固结沉降，控制工后沉降。 通过桩和板的间距、长度以及预压方式的调整使不同段落之间沉降速率的协调成为可能。 共四十六页1.引言(ynyn) 长板-短桩工法由长的竖向排水体(砂井、袋装砂井、塑料排水板)、短的水泥土搅拌(jiobn)桩(浆喷桩、粉喷桩)和垫层组成。垫层材料由中砂、粗砂、级配砂石或碎石等组成，在可能的情况

16、下，应尽可能选择刚度较大的垫层材料。可选择砂垫层碎石垫层，或加筋垫层。该垫层是长板-短桩工法的关键，一方面起水平向排水垫层作用，与长的竖向排水体共同组成排水体系；另一方面起褥垫层作用，可以调整复合层的桩土应力分担。 共四十六页1.引言(ynyn) 长板短桩工法的提出是为了发挥预压排水固结法和水泥土搅拌桩法的自身优点，克服其在处理深厚软基的不足。其特点为： a.将高速公路填土施工和预压的过程作为(zuwi)路基处理的过程，充分利用填土荷载加速路基沉降，以达到减小工后沉降的目的； b.短桩增加了复合层的承载力，解决了高填方路堤下地基的稳定性问题； c.竖向排水体为固结层提供了排水通道，同时也加快了

17、深部未加固层的排水固结，有利于固结层和未加固层在填土期和预压期的排水固结；共四十六页1.引言(ynyn) d.竖向排水体的存在有利于复合层桩间土的排水固结，可以提高复合层桩间土的强度； e.桩顶与填土之间的垫层可以充分发挥桩间土的作用； f.特别适用于深厚软土路基的处理，长板和短桩的施工质量容易得到保证(bozhng)； g.可以协调桥头段、过渡段和一般路段相邻之间的工后沉降速率和坡度； h.具有可观的经济效益。共四十六页1.引言(ynyn)长板短桩工法适用于填方路堤下软土层厚度大于10m的深厚淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土的地基处理。特别适用于地表存在薄层硬壳层和深部软土存在连续薄砂层的

18、地基。长板与短桩在平面上可以等间距布置，也可以不等间距布置；在深度上，长板穿过(chun u)短桩复合层插入深部软土，可以穿透软土层（较薄时），也可以不穿透软土层（较厚时），具体可按照地基压缩层厚度确定。 共四十六页1.引言(ynyn)水泥土搅拌桩塑料排水板复合层固结层未加固层非软土层软 土 层塑料(slio)排水板水泥土搅拌桩共四十六页2.D-M工法复合(fh)地基的概念模型 D-M工法中，根据长板与短桩的作用机理与特点(tdin)，在地基剖面上可划分为 ：（1）水泥土搅拌桩复合地基层（简称复合层，Composite zone）；（2）预压排水固结层（简称固结层，Consolidated z

19、one）；（3）未加固处理的原状软土层（简称未加固层，Unimproved zone）水泥土搅拌桩塑料排水板复合层固结层未加固层非软土层软 土 层共四十六页3.D-M工法处理(chl)软基的机理3.1 地基的承载力3.2 桩底平面上的平均附加应力3.3 固结( ji)层和未加固层的固结( ji)度 3.4 地基的沉降量 共四十六页3.D-M工法处理(chl)软基的机理 采用(ciyng)水泥土搅拌桩与塑料排水板(砂井)联合处理方法处理高速公路深厚软基： 利用水泥与土的物理化学反应，改善土的力学性能，使软土胶结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥土，形成由桩和周围被改良的土体共同组成的复合地基，

20、减小地基的总沉降量。 另一方面利用塑料排水板(砂井)的排水功能，为固结层的软土提供排水通道，减小排水路径，在填土荷载作用下，加快软土地基中水的排出速度，缩短土层固结的时间，并尽可能在高速公路路堤固有的施工预压期内完成所需的沉降量，以达到减小工后沉降量，缩短施工工期的目的。 在填土预压期，塑料排水板(砂井)可以使复合层的桩间土产生排水固结，使桩间土的强度逐步得到提高。同时，搅拌桩的存在提高了复合层的承载力和地基稳定性，这为超载预压减少工后沉降提供了可能性。共四十六页3.1 地基(dj)的承载力建议设计时fsk可取天然地基承载力的1.31.5倍;长板-短桩中复合地基的值可以取高值，建议取=0.85

21、0.95; 有效桩长是由桩身强度控制的，从稳定性角度，应通过对地基的稳定性验算(yn sun)来确定。 ()skpaspkfmARmf-+=1b共四十六页3.2 桩底平面(pngmin)上的平均附加应力水泥土搅拌桩塑料排水板复合层固结层未加固层非软土层软 土 层p地表Hpzqtan2lbbppkz+=()spspEmmEE-+=1共四十六页3.3 固结( ji)层和未加固层的固结( ji)度当排水竖井采用(ciyng)挤土方式施工时，应考虑涂抹对土体固结的影响。当竖井的纵向通水量qw与天然土层水平向渗透系数kh的比值较小，且长度又较长时，尚应考虑井阻影响。在计算t时刻未加固层平均固结度时，可将

22、塑排板底面作为一个排水面。共四十六页3.4 地基(dj)的沉降量瞬时沉降(chnjing)量固结沉降量最终沉降量E1、E2复合层与下部软土的弹性模量；A1 、A2复合层与下部软土范围上附加应力面积。221121EAEAAAE+=分层总和法D+-=niiiiicheees10101cdsss+=csssy=ctdtsUss+=共四十六页4 长板短桩工法的设计方法(fngf)简介 1) 根据上部荷载和地基条件，以复合地基承载力和稳定性为控制原则，进行复合层的初步设计。 2) 结合搅拌桩的布置，初步确定排水体的布置形式；根据软土层的实际厚度确定排水体的插入深度。 3) 以最后路堤高度作为荷载条件，计算地基的最终沉降量和预压期结束时的沉降量，判断是否满足相应路段工后沉降设计(shj)要求。 共四十六页4 长板短桩工法的设计方法(fngf)简介4) 分别计算在每一级荷载作用下固结层和未加固层的平均固结度，根据经验公式估算地基土的强度(qingd)变化，