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对软土路基处理设计热点问题的探讨

  摘要:本文从软土路基处理方法比较和设计参数的选取入手,并结合其特点对软土路基处理方法提出一些自己的看法,以供同行参考。

  关键词:软土路基;处理设计;热点问题;探讨

  Abstract: this article from the soft soil subgrade treatment methods are compared and the selection of design parameters of and in combination with the characteristics of soft soil subgrade treatment methods put forward some opinions of his own, for peer reference.

  Key words: soft soil subgrade; Processing design; Hot issue; explore

  中图分类号:F123.6 文献标识码:A 文章编号:

  1、软土路基处理的设计原则

  软土路基处理的主要目的是:路堤不会产生局部和整体剪切破坏,满足强度及稳定性要求;公路使用期不致发生较大的沉降和不均匀沉降,以保证路面结构的完整和车辆高速平稳行驶。结合近几年国内对软土地基的处理经验,要通过软土地基处理技术完全消除工后沉降是不可能实现的,也就是说在施工后修补沉降是不可避免的。因此,软土地基处理应结合当地工程地质条件、经济技术条件和施工工期要求,制定切实可行、经济合理的处理措施,使处理后的工后沉降满足地基处理设计的控制指标。

  2、关于软土路基设计参数的选用

  软土路基设计的成败,不仅取决于处治方法的选择是否合理,往往还与软基土体参数的合理选用有密切的关系。

  软土地基处理,需要进行大量的取样试验,才能获取设计需要的参数。软土的设计参数主要包括两个方面:力学性质和压缩性质。

  软土力学性质的确定主要采用原位测试与室内试验相结合的方法。原位测试以静力触探和十字板剪切为基础,可以确定软土的承载力和抗剪能力,与室内试验对土样进行快剪和固结快剪所得的抗剪指标作一综合分析,可确定软土的抗剪强度。

  压缩性质的确定主要采用对原装土样进行径向和竖向压缩以模拟在进行排水处理情况下。土体径向和竖向的排水能力。高精度的勘察是准确获取设计参数的前提条件.在勘察可靠的情况下,设计人员在设计时仍然有一些问题需要注意:

  1)孔隙比、含水量和密度等物理参数的选取一般不存在很大的问题,直接采用试验结果即可;

  2)在进行沉降分析时尽量采用e—p曲线,而不要采用压缩模量Es-p曲线,因为这二者中e—p曲线是原始的,而压缩模量Es-p曲线是通过e—P曲线导出的,在推导过程中可能产生一定的误差;

  3)在进行路基稳定分析时,快剪和固结快剪的指标选取要注意室内实验与原位测试相结合,一般室内实验比现场测试得到的土体内聚力要小得多,设计时应结合土体性质和工程的重要性,综合选取。

  3 软基处理方法比较

  软基处理方法有袋装砂井或塑料排水板堆载预压排水固结和复合地基等。各方法特性、适宜范围见表1。

  从表1可以看出,复合地基法处理软弱地基效果好,见效快,但造价高,一般用于控制总体工期的路段。预压排水固结法处理软弱地基,效果好,造价低,但需要的施工工期长。

  4、软基处理设计方法

  4.1 排水固结法

  软土地基中的孔隙水在路堤荷载作用下产生超孔隙水压力,促使孔隙水逐渐排除,软土孔隙被压缩。引起路基的沉降变形,这一阶段产生的沉降变形即为路基的固结沉降。为了使沉降变形在路基施工阶段完成,需要加快地基的固结沉降速率,减小路基工后沉降,为此常用塑料板排水和袋装砂井排水等措施通过改善地基土体的渗透性和缩短排水路径的措施处治软土地基。

  软土地基固结沉降分析多采用二维固结理论,软土路基稳定性分析出于安全性的要求不考虑土体内聚力C随着固结而逐渐提高的状况,而只考虑土体摩擦角的提高,另外不考虑袋装砂井中砂对土体强度的影响。如果稳定系数不满足可考虑在软基表面铺设土工格栅和反压护道等措施进行处理。

  4.2 桩体复合地基设计

  复合地基的工程特性主要体现在以下几个方面:能够提高地基的承载力,减少上部结构物的沉降变形;采用复合地基提高地基密实度,改善地基的排水条件等,提高沙性土的抗液化能力;桩体在地基中具有加筋作用,能够提高地基土的抗剪强度。增强地基土的抗滑能力。根据复合地基中桩体材料的不同。可以将桩分为柔性桩和刚性桩两类。不同类型的桩体复合地基其设计方法各不相同,对其分述如下:

  4.2.1 柔性桩复合地基设计

  以K是否大于1来判断复合地基是刚性还是柔性的。柔性桩复合地基的特点是桩体的刚度相对桩间土体来说不大,常用的处理方法有搅拌桩、旋喷桩、碎石桩、土桩、灰土桩和石灰桩等,其中碎石桩兼有排水同结的功能。

  这类复合地基加固区的主固结沉降计算方法主要有复合模量法、应力修正法和桩身压缩模量法,因设计中关心地基的工后沉降,如采用复合模量法,则工后沉降难于确定。但可根据经验将总沉降乘以一个系数得到工后沉降。采用应力修正法计算压缩量时。可根据桩间土分担的荷载。按照桩间土的压缩模量.采用分层总和法计算加固区土层的压缩量,在计算分析中忽略桩体的存在。此时桩间土体分担的荷载pS为:

  可以看出,此时的关键问题就变为确定一个合理的桩土应力比n。对于柔性桩体,可根据等应变理论n=EP/ES来计算n值,大小一般在3~6之间。桩身压缩模量法是用桩身的压缩量加上桩底端刺入下卧层的沉降变形量得到加固区的压缩量。这种方法和应力修正法一样也要确定桩土应力比,另外该方法的一个难点是确定桩体刺入下卧层土中的刺入量。

  综合上述分析可知,在柔性桩复合地基的沉降计算时应该优选应力修正法。柔性桩复合地基稳定可由容许承载力或路堤边坡稳定系数来控制,设计位于与结构物相接的部位,宜用承载力控制,而一般路基段宜用边坡的稳定系数控制。

  4.2.2 刚性桩复合地基设计

  刚性桩复合地基就目前而言,常用的有CFG桩、水泥碎石桩。随着高速公路对沉降的要求越来越高。沿海地区开始将已在房建地基处理中广为应用的管桩引入软土路基处理中。

  刚性桩复合地基的稳定度一般用容许承载力控制。加固区沉降的计算则是该类复合地基设计中的难点。

  设计过程中由于无法预先做现场复合地基载荷试验,复合地基承载力只有根据上部填土荷载大小或结构物对承载力的要求来确定,导致的结果将会是一个定值,以此来计算的加固区沉降也必将是一个定值,而与刚性桩的设计参数无关。这显然是不合理的

  刚性桩复合地基的桩土应力比范围一般在20~100之间。难于确定,应力修正法也难于应用。

  由于刚性桩复合地基置换率一般相对较低。复合地基的刚度相对较高,一般来说桩的承载力可以充分发挥.用桩身压缩模量法计算是可行的。此时可不考虑桩体本身的压缩量,先按桩的极限状态荷载计算得到桩端的承载密度.从而计算出桩体在下卧层的刺入量。此外张世民介绍了一种极限应力法也较为实用。其思路同应力修正法,只是土体上的荷载密度pS中应力降低系数按下式计算:

  式中,为刚性单桩承载力发挥到其极限承载力时,桩体横截面的应力,其余参数意义同(1)式。

  需要注意的是,路堤荷载作用下刚性桩复合地基桩顶应力过于集中,桩体容易破坏碎石垫层的整体性,产生桩顶刺入现象,造成土拱效应,影响高速公路的使用质量。为避免刚性桩刺入路堤内部,可增大垫层与桩体的接触面积,在桩顶配置桩帽。

  5、结束语

  本文根据软基不同处理方法的特点,粗浅地归纳了几点对软土路基处理设计的认识。

  1)软基处理中主要需解决的是沉降问题,要结合实际情况选择好具体方法。

  2)排水固结法是首选方法,其成本低,施工简单,施工质量比较理想,但出于安全性的要求不考虑土体内聚力随着固结而逐渐提高,而只考虑土体摩擦角的提高。

  3)在进行柔性桩复合地基的沉降计算时,应该优选应力修正法,柔性桩复合地基稳定控制中,对于位于与结构物相接的部位,宜用承载力控制,而一般路基段宜用边坡的稳定系数控制。

  4)刚性桩复合地基的稳定一般用容许承载力控制,而加固区的沉降建议用桩身压缩模量法计算。

  参考文献

  [1]杨仲元.软土地基处理技术[M].中国电力出版社,2009.

  [2]刘玉卓.公路工程软基处理[M].北京:人民交通出版社,2007.

  [3]张世民,张忠苗,魏新江,等.极限应力法计算复合桩基沉降[J].岩石力学与工程学报, 2006.

  [4]浙江省交通规划设计研究院.浙江省公路软土地基路堤设计要点[M].人民交通出版社,2009.

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