软土地区路基

会计学1软土地区路基1、软土的特性共同特点：含水量大、强度低、压缩性高、透水性差物理性质：W>35%，流动状态，e≥1，Ip>12，Sr>95%力学性质：Φu<5°Cu<25kPa，十字板强度S＋＜35kPa，渗透系数k<10－6cm/s，压缩系数α1-2>0.5MPa-1，压缩模量Es<4MPa，标准贯入击数N63.5<4，静力触探贯入阻力Ps<700kPa。第1页/共44页2、软土强度及其软土地基稳定性分析影响软土地基稳定性因素：路堤断面形式、填土高度、加荷速率、地基填土性质、软土成因类型、地层成层情况、应力历史等。第2页/共44页3、软土地基路堤极限高度含义：在天然软土地基上，基低不作特殊加固处理，用快速施工法（即不控制施工速度）修筑路堤所能填筑的最大高度。极限高度的大小，取决于地基的特性（软土的性质和成层情况，硬壳的厚度和性质）及填料的性质等，可按稳定性分析的结果确定。在施工条件允许时，也可在工地进行填筑试验确定，这是解决路堤极限高度的最可靠方法。一般软土地区路堤的极限高度，通常为3～5米左右。由于极限高度仅为设计施工时的参考数据，通常都近似地假设内摩擦角φ＝0，按下式进行估算：第3页/共44页均质薄层软土地基的路堤极限高度：软土层较薄时，滑动圆弧与软土层底面相切，极限高度可按下式估算：式中：Cu－地基土快剪测得的单位黏聚力γ－填土容重Ns－稳定数，与边坡角β、深度因子ηD有关。D－软土层厚计算方法：先假定一路堤填筑高度，计算深度因数，根据深度因数和边坡角由右图查得稳定数，，在根据极限高度估算公式计算极限高度，如所得的高度与假定的高度十分接近，即为所求之值。否则重新假定，直至接近为止。第4页/共44页均质厚层软土地基的路堤极限高度：软土层较薄时，滑动圆弧不通过基底，极限高度按下式计算：由于填土容重为17.5～19.5kN/m3，所以可近似取Hc＝0.3Cu第5页/共44页非均质软土地基的极限高度：非均质软土地基，土层比较复杂，各层性质不同，其路堤极限高度，需要用圆弧法计算确定。地基强度指标采用快剪法测定。在施工条件允许时，也可根据工地填筑试验确定。有硬壳层的软土地基的路堤极限高度：当硬壳层厚度大于1.5m时，可考虑其应力扩散、提高承载力、减少地基沉降的效应。此时路堤的极限高度可按下式估算：H－硬壳层厚度第6页/共44页4、软土地基上路堤的沉降计算沉降计算的目的：（1）估算路堤施工期间和期后，由于地基沉降而增加的土方量。（2）推算沉降量与时间的关系，作为加固地基应采取措施的依据，以控制铺筑路基面后的剩余沉降量要求。4.1最终沉降量计算含义：路堤基底的最终沉降量S∞是指地基从荷载应力作用起到沉降完全终止的总沉降量。包括形变沉降（瞬时沉降）Sd

、固结沉降Sc和次固结沉降Ss

。可用下式计算：S∞＝Sd＋Sc

＋Ss第7页/共44页（1）形变沉降量的计算含义：形变沉降是软土地基承受荷载后立即产生的变形，是又侧向变形引起，数值一般不大。沉降计算可按弹性力学的有关公式计算，也可根据实测沉降与时间关系曲线进行估计。经验公式：第8页/共44页（2）固结沉降计算含义：是由主固结产生的沉降，是沉降的主要部分。常按分层总和法计算。（3）次固结沉降含义：是土骨架在持续荷载作用下发生蠕变而引起的沉降，大多数后期发生，其大小与土的性质有关，，泥炭和有机质土或高塑性黏土，次固结沉降占很可观的部分，其他的土则占的比例不大。工程统计的经验公式：S∞＝mSc

第9页/共44页4.2施工期间增加土方量计算和路基面加宽考虑到路堤施工过程中，一边填土，地基同时发生固结沉降。因此，实际土方必须大于设计土方量。根据现场观测，地基表面的沉降曲线形状，可近似按抛物线考虑，因此，每延米路堤在施工期间因基底沉降而增加的填土数量为ΔV：路基面加宽：ΔS－地基在施工期内的沉降。L－路堤基底宽度。S－地基最终沉降量m－道床边坡坡率第10页/共44页5软土地基加固技术可以分为三类：改变路堤的结构形式、人工地基、排水固结（一）处理目的软土地基有害的处理方法，按处理目的可分为沉降处理与稳定处理两大类。沉降处理：加速固结沉降：加速地基沉降，减小剩余沉降量；减小总沉降量：减小地基的沉降；稳定处理：控制剪切变形：制止周围地基因路堤荷载作用发生隆起或流动；阻止强度降低：阻止因路堤荷载作用而强度降低，以求得稳定；促进强度增长：加速地基强度得增长，以求得稳定；增加抗滑阻力：改变路堤的形状或换填部分地基，增加抗滑阻力，以求得稳定第11页/共44页（二）处理方法选择程序：选择处理方法时，首先必须充分研究进行处理的理由、目的，然后考虑地基的性状、道路的标准、施工条件、对周围环境的影响等各种条件，选择最符合目的要求，而且最经济的方法。其具体程序如图所示。处理方法的效果是否处理确定处理目的原地基的讨论应考虑的条件地基条件施工条件对周围环境的影响线路等级初步选择经济分析确定处理方法第12页/共44页5.1改变路堤结构形式（1）反压护道（2）铺设土工合成材料第13页/共44页反压护道：在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道，使路堤下的淤泥或泥炭向两侧隆起的趋势得到平衡，从而保证路堤的稳定性。采用反压护道加固地基，不需特殊的机具设备和材料，施工简易，但占地多，用上量大，后期沉降大，养护工作量大。

(一)适用范围:1.非耕作区和取土不困难的地区;2.路堤高度不大于5/3～2倍极限高度;3.主要用于处理软土，对泥沼有时也可以采用。

(二)设计与施工要点

1.反压护道闷般采用单极形式，因为多极式护道增加稳定力矩较小，作用不大。

第14页/共44页2.反压护道高度，一般为路堤高度的1/2～1/3。为保证护道本身稳定，其高度不得超过天然地基所容许的极限高度。

3.反压护道宽度，一般采用圆弧稳定分析法通过稳定性验算决定。在验算中，软土或泥沼地基的强度指标采用快剪法测定，或用无侧限抗压强度之半或用十字板现场剪力试验所测得的强度。4.两侧反压护道应与路堤同时填筑。5.当软土层或泥沼土层较薄，且其下卧硬层具有明显的横向坡度时，应采用两侧不同宽的反压护道，横坡下方的护道应较横坡上方的护道宽一些。第15页/共44页反压护道加砂垫层1－反压护道；2－砂垫层；3－干砌片石。断面图第16页/共44页土工合成材料原理：土工合成材料铺设于路堤底层后，由于其具有较高的强度和韧性地表，能使上部填土荷载较均衡地分布到地层中，并能抵抗土坡滑动，阻止冲切破坏面的产生，提高地基的承载力，增强路堤的稳定性。除验算滑动圆弧穿过土工织物的稳定性外，还应验算滑动圆弧在土工织物铺设范围以外产生滑动的可能性。两种验算都满足要求时，路堤才被认为是稳定的。第17页/共44页5.2人工地基（1）换土：包括直接换填、抛石挤淤、爆破挤淤（2）挤密砂桩（3）碎石桩：置换（4）生石灰桩（5）其他方法：粉体喷射法、旋喷桩法、深层搅拌法第18页/共44页

开挖换填：全部或部分挖除软土或泥炭类土，换填以砂、砾、卵石、片石等渗水性材料或强度较高的粘性土。对软土或泥岩层厚度小于3m的情况，一般可采取全部挖除换填的方法;对厚度大于3m的情况，通常只采取部分挖除换填的方法。全部挖除换填从根本上改善了地基，不留后患，效果最佳，是最为彻底的措。路线通过软弱土层位于地表、厚度很薄(小于3m)且呈局部分布的软土或泥沼地段，常宜采用全部挖除换填法处理地基。第19页/共44页抛石挤淤：在路基底部抛投一定数量的片石，将淤泥挤出基底范围，以提高地基的强度，这种方法施工简单、迅速、方便。

(一)适用范围

1.适用于常年积水的洼地，排水困难，泥炭呈流动状态，厚度较薄，表层无硬壳，.片石能沉达底部的泥沼或厚度为3~4m的软土。

2.石料丰富，运距较近。(二)设计及施工要点‘抛投的片石大小，随泥炭或淤泥的稠度而定，对于容易流动的泥炭或淤泥，片石可稍小些，但一般不宜小于30cm。抛投的顺序，应先从路堤中部开始，中部向前突进后再渐次向两侧扩展，以使淤泥向两旁挤出。当软土或泥沼底面有较大的横坡时，抛石应从高的一侧向低的一侧扩展，并在低的一侧多抛填一些。片石抛出水面后，宜用重型路碾或载重汽车反复碾压，以使填石压密，然后在其上铺设反滤层，再行填土。第20页/共44页抛填片石典型断面第21页/共44页爆破排淤就是将炸药放在软土或泥沼中爆炸，利用爆炸时的张力作用，把淤泥或泥炭扬弃，然后回填以强度较高的渗水性土。爆破排淤是换土的一种施工方法，较一般方法换填深度大，工效较高，软土、泥沼均可采用。

(一)适用范围当淤泥(或泥炭)层较厚，稠度大，路堤较高和施工期紧迫时，可采用爆破排淤法换土。

(二)设计及施工要点爆破排淤法可根据爆破与填土的相对关系分为两种。一是先在原地面上填筑低于极限高度的路堤，再在基底下爆破。这种方法适用于稠度较大的软土或泥沼，先填的路堤随爆随沉，避免了回淤。但先填后爆要严格控制炸药，使既能炸开淤泥或泥炭，又不致扬弃已填路堤，要做到这一点是较困难的。另一种是先爆后填，适用于稠度较小、回淤较慢的软土。采用这种方法时，应事先准备好充足的回填材料，于爆破后立即回填，做到随爆随填，填满再爆，爆后即填，以免回淤，造成浪费。第22页/共44页

石灰桩法：用生石灰在软土地基内形成桩柱，通过生石灰的消解和水化物的生成，以降低土中含水量，提高地基强度，减小沉降量除单独使用生石灰外，也可采用和砂并用的石灰砂桩。

(一)适用范围该方法的优点是不需要上置荷载，能在较短时间内发挥作用。适用于含砂量低、没有滞水砂层的软土地基。

(二)设计要点

1.原理：生石灰在消解时，从软土中吸收体积比为1.08倍的水，体积膨胀为1.99倍体积比。不仅生石灰消解吸水，消解的石灰仍可吸收土中的孔隙水，直至达到平衡状态，消石灰与粘土矿物反应生成水化物，可促进稠度的改善。

2.设计一桩径一般为0.3~0.5m，最大深度为30m左右，间距常用0.75～1.5m。第23页/共44页搅拌桩法搅拌桩亦称喷粉桩、粉体深层搅拌法，是石灰桩的发展。该法在钻进时利用压缩空气喷射生石灰或水泥干粉，与软土强制搅拌，使粉料与软土产生物理、化学作用，以达到提高地基承载力，减少沉降的目的。水泥适用于含砂量较大的软土，石灰适用于含沙量较低的软土。·采用石灰时，掺.入比以12%~15%为佳。桩径0.5m。桩长，国内目前最大为12m，一般为9m.第24页/共44页侧向约束法：

路堤两侧坡脚附近打入木桩、钢筋混凝土桩或者设置片石齿墙等，可限制基底软土的挤动，从而保持基底的稳定。如图所示。地基在施行侧向约束后，路堤的填筑速度可不加控制，且较反压护道节省土方，少占耕地，但须耗费一定数量的三材，成本较高。此法适用于软土层较薄、底部有坚硬土层和施工期紧迫的情况，下卧层面具横向坡度时尤其适合。坡脚侧向约束示意第25页/共44页5.3排水固结（1）排水砂井（2）袋装砂井（3）塑料排水板（4）排水砂垫层（5）其他：堆载预压、降水法、真空法、强夯法、电渗法等。第26页/共44页

砂井排水法：在软土地基中，钻成一定直径的孔眼，灌以粗砂或中砂，利用上部荷载作用，加速软土的排水固结，这种方法称为砂井排水法。砂井顶部要用砂沟或砂垫层连通，构成排水系统，在路堤荷载的作用下加速排水固结，从而提高强度，保证路堤的稳定性。

(一)适用范围当软土层较厚、路堤较高时，常采用砂井排水法，加速固结沉降。特别是当天然土层的水平排水性能较垂直向为大，或软土层中有薄层粉细砂夹层时，采用砂井的效果更好。一般软土均适合采用砂井排水法。.但次固结占很大比例的土类，如泥炭类土、有机质粘土和高塑性粘土等，则不宜采用。

(二)设计及施工要点砂井地基的设计，首先应考虑砂井的直径、间距、布置形式和固结速率之间的关系。通常砂井直径、间距和长度的选择，应满足在预压过程中，在不太长的时间内，地基能达一80%以上的固结度。第27页/共44页砂井布置图第28页/共44页

袋装砂井是事先把砂装入长条形透水性好的编织袋内，然后用专门的机具设备，打入软土地基内，代替普通大直径砂井。袋装砂井既具有大直径砂井的作用，又可以保证砂井的连续性，避免缩颈的现象。此外，由于袋装砂井的直径小，材料消耗小，工程造价低，施工速度快，设备轻型，更适应在软弱地基上施工。

(一)适用范围与普通砂井相同。特别是当地基土水平位移较大时，袋装砂井更具有优越性。

(二)设计及施工要点-1.设计理论理论分析与普通砂井相同。

2.袋装砂井直径袋装砂井直径是根据所承担的排水量和施工工艺要求决定，一般采用7一12cm的直径，井距1一Zm，相当于井径比15一30。

第29页/共44页3.砂袋材料的选择袋装砂井的编织袋应具有良好的透水性，袋内砂料不易漏失，袋子材料应有足够的抗拉强度，能承受袋内砂的自重以及弯曲时所产生的拉力;要有一定的抗老化性能和耐腐蚀性;要便于加工，价格低廉。一般采用合成纤维、黄麻、塑料等材料编织物.，目前我国多采用聚丙烯编织物4.袋装砂井施工①砂井定位要准确，垂直度要好。②砂料含泥量一般要求小于’3%。③袋中的砂宜用风干砂，不宜用潮湿砂，以免袋内砂干燥后，体积减小，造成袋内砂柱缩短、准与排水垫层不搭接等质量事故。④采用聚丙烯编织袋，施工时应避免太阳光长时间暴晒。⑤在整个施工过程中，避免砂袋被挂破漏砂。⑥确保袋装砂井与排水垫层之间的连接。第30页/共44页

塑料板排水法是在纸板排水法基础上发展而来的。’它的特点是，单孔过水断面大，排水畅通、质量轻、强度高，耐久性好。塑料排水板由芯板和滤膜组成。芯板由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成两面有间隔沟槽的板条，土层中孔隙水通过滤膜渗入到沟槽内，并沿着沟槽竖向排入地面的砂垫层内，塑料排水板的结构，如图所示。滤膜一般采用耐腐蚀的涤纶衬布，涤纶布不低于60号，含胶量不小于35%。(一)适用范围:

与砂井的适用范围相同。

(二)设计要点设计理论：塑料排水板的作用原理和设计方法与砂井排水法相同，设计时把塑料板换算成相当直径砂井。第31页/共44页第32页/共44页砂垫层在软土层顶面铺设排水砂层，以增加排水面，使软土地基在填土荷载的作用下加速排水固结，提高其强度，满足稳定性的需要。这种砂层对于基底应力的分布和沉降量的大小无显著的影响，但可加速沉降的发展，缩短固结的过程。砂垫层施工简单，不需特殊机具设备，占地较少，但需砂料，且填土时间较长，施工中需严格控制填土速度。

(一)适用范围

1.路堤高度小于两倍极限高度，软土表面无透水性低的硬壳;2.软土层不很厚，或虽稍厚，但具有双面排水条件;3.当地有砂，运距不太远;4.施工期限不甚紧迫。

(二)设计及施工要点

1、砂垫层的厚度一般为0.6一1.Om,视路堤高度、软土层的厚度及压缩性而定。第33页/共44页2.采用砂垫层时，路堤填筑的速度应合理安排，使加荷的速率与地基承载力增加(即排水固结)的速率相适应，以保证地基在路堤填筑过程中不发生破坏。通常可利用埋设在路堤中线的地面沉降板以及布置在路堤坡脚外的位移边桩进行施工.观测，随时掌握地基在路堤填筑过程中的变形情况和发展趋势，借以判断地基是否稳定，控制填土的速度。根据经验，在一般情况下水平位移量控制在每天不超过1.0cm，垂直位移量每天不超过1.5cm时，地基便可保持稳定。3.砂垫层材料宜采用中砂及粗砂，不许掺有细砂及粉砂，含泥量不得过多。第34页/共44页

路堤荷载压重法是以路堤荷载增加作用于地基上的总应力，加速固结沉降，同时提高强度的方法。为保证路堤在填筑过程中不致失稳，一般采用慢速加载法。经常与垂直排水法并用，根据压重的不同目的，通常把超过最后设计荷载的压重，叫做超载压重法;把预先加载使地基固结沉降，然后卸除荷载，再修构造物的，叫做预压法。

(一)适用范围:

在压缩性大;透水性.好的泥炭地基上，最适宜采用路堤荷载压重法。在压缩性大、透水性差的软土地基上，单独采用路堤荷载压重法，一般需要相当长的固结沉降时间，故对于施工期长的工程比较适用；而对于施工期短的工程，则需与垂直排水法并用，以加速固结沉降。(二)设计及施工要点：堆载的原则，是必须保证软土地基在各级荷载下地基的稳定性·。计算的具体步骤如下。第35页/共44页6软土地基施工监测6.1施工监测目的了解填土过程中，地基土竖、横向位移及其发展趋势，填土高度－沉降量－时间的