軟土地基处理设计研究.docVIP

软土地基处理设计研究 1 机理 各种天然地基土壤都由三相体结构比例关系决定其强度和变形特征的。季节性冻土因负温度的影响，下层水分向上集聚，形成冰晶。融化时，上层土壤含水量大增，单位体积内上颗粒所占比例相对减少，土壤强度大大下降。多年冻土在热力作用下，上层土壤中的冰晶融化，含水量大增，地基强度严重衰减，热融引起路基下沉。湿陷性黄土，因孔隙率大，外界水文条件变化，遇湿沉陷。盐渍土上层所含盐份因地下水位升降，雨水渗入，干旱季节盐份向地基上层集聚，使得土壤三相体结构比例发生变化，造成土体强度变化。 自然界中的软土地基本来自处于天然平衡状态的，因路基填土荷载破坏了原来的天然平衡状态，水份部分释出，土壤孔隙率变小；地基因而沉降。也可由于自然界水文情况发生变化，譬如：天然或人为引起的地下水位降落，使土壤三相体比例发生变化，产生沉降。和其他地基土处理一样，软土地基处理的办法可分为两大类： （1）改善土壤三相体结构比例关系，使得经过处理的地基能够尽可能与新的外界环境条件（附加荷载和水文变化）相适应。土壤压实，土壤置换（静力），强夯（动力置换），堆载预压，各种排水措施（包括截水沟，纵横向盲沟，塑料排水板，砂桩，砂井，井点降水，真空降水等）都是为了调整土壤三相体的比例关系，减少土壤中的空气和水份所占体积，增加土壤颗粒成份。 （2）采取固化措施，增强地基抗变形能力。用水泥、石灰之类的材料，改善土壤三相体自身的结构强度和变形特征。水泥搅拌桩，水泥粉喷桩，石灰桩等，均属此类。 应该注意到上述各种措施都没有能改善环境水文条件。软土地基处理应采用措施防止环境水条件变化而引发的地基下沉。例如，地下水位剧升剧降。单纯采用轻质材料替代路基填土往往会因环境水条件变化而引起沉降。因为这种处理方案没有改善或固化地基土三相体结构。 设计中，总沉降值和工后沉降值要计算，但不能过分拘泥于计算。总沉降计算值是不可靠的。现分述如下： （l）总沉降值土S=mSc 规范规定“沉降系数m是一经验系数，与地基条件，荷载强度，加荷速率因素有关，其范围值为1.1～1.7。应根据现场沉降观测资料确定。”不同的设计者有各自的理念，可以作为设计阶段“根据”的现场观测资料还未产生。取m范围值的上限、下限或中值，对总沉降值的影响不是一个小数目。 再看Sc。主固结沉降以实验室得出的e－p曲线为根据进行计算。e－p曲线的实验条件（天然状态的应力释放，室内固结试验的排水条件，加载速率，土样侧向变形限制条件）给我们启示，e－p曲线只能分类区别各种土样压缩固结之差异，不可能真实地描述软土地基的主固结沉降特征。 现举一例来说明主固结沉降计算值的不可靠性。 某地层土样，e。=0．70（地基土自重作用），e1＝065（地基土自重与附加荷载扩散值联合作用），土层厚度350cm。 根据规范提供的计算办法，有： 主固结沉降值： 总压缩量： 事实上，e。＝0.70的土壤孔隙率为41．2％，干容重＝15.9kN／m’，大体上具有压实系数0.88。要求地基土具有0.88的压实度显然是过分的。 e1=0.65相当于压实系数0.91，也是不可能的。 另外，以附加应力扩散值对土壤自重应力之比等于或小于0.1~0.15．匕来决定固结沉降的计算深度，人为性大，依据也不甚充分。 （2）工后沉降值 尽管可以用地基平均固结度等办法来计算工后沉降值，但其可靠性与否当然是不言而喻的。 （3）路基填土是分层进行的。同“一次堆填”的计算模式，相去甚远。 （4）施工中的排水条件对总沉降值和工后沉降值的影响难干估计。 综观以上各点，总沉降值和工后沉降值可以计算，以划分不同软土地基的变形类别，但不能过于拘泥于具体的数值。 3 主固结沉降计算中的问题 3.1减载和超载 用粉煤灰填筑路堤和用填土超载预压，对其效果宜作具体计算分析。表1中列出粉煤灰夹填和超载填土的主固结沉降对比。计算中粉煤灰填筑路堤采取路堤最大范围内用粉煤灰来替换土（路槽顶面填上高度－2*0.30m）。超载预压高度为路面标高以上1.50m。 从表1中可以看到，粉煤灰最大范围内夹填，使得设计高为 5.74～7.39m内路堤主固结沉降减小 7.6－10.4cm，对工后沉降的影响更小。超载填土 1.50m使得路堤主固结沉降增大15.3－17.2cm。可以较多地抵减工后沉降。应该认为超载预压是个好办法，但需注意排水通道的通畅。粉煤灰夹填，造价高、效果有限，是个有争议的地基处理办法。 3.2关于压缩模量 有些计算文件将规范建议的用压缩模量计算法中的压缩模量 来代替。也就是说用的割线模量替代本应随而变化的 压缩模量。两种方法的计算结果有较大的差异。现就 表1中断面1进行比较计算，得出结果如下：按割线 计算，主固结沉降为29.5cm；按 e－p曲线所得压缩模 量计算为35．7