公路扩宽中关于软土路基的设计研究.pdf

收稿日期：文章编号：（）文献标识码：公路扩宽中关于软土路基的设计研究张海涛（新疆茭通公路勘察设计院有限公司，新疆维吾尔自治区 ）摘要：对公路扩宽中软土路基设计进行研究，包括对软土地基的工程特性、软基的处理方法及计算分析和软基的设计方法进行研究，研究讨论各自软土地基处理方法的特点，并通过实际工程研究表明水泥搅拌桩进行软土地基的处理可以满足设计的要求。关键词：公路扩宽；软土路基；处理方法；设计 软土地基的性质及常见的病害（）新旧路基结合部位强度问题：当路基存在软弱下卧层时，因软土呈现出流塑的状态，会使侧向变形增大，导致路堤向外侧挤出，坡脚产生起拱现象，最终导致公路加宽扩建时新老路基结合部位强度不足的情况。（）差异沉降裂缝问题：在旧公路扩建时因为旧路基在荷载长期的作用下，路基已完成固结沉降达到稳定状态，增加扩宽的道路会改变原有的应力分别，增大了地基中的附加应力，最终导致出现沉降差异而产生纵向裂缝。（）地基沉降计算问题：在进行地基沉降计算时，按规范体系推荐要求采用分层总和法进行计算，这种计算时假定地基土体的受力压实变形在无侧向变形条件下进行，忽略了地基土体中的实际应力分布状态，因此在计算时对扩建路基的沉降会存在较大的误差，必将成为新老路基产生差异沉降的因素之一。软土地基的常见处理方法（）浅层处理：浅层处理这种软土地基处理方法，主要是针对软土层较薄时候采用，具体的处理方法是将浅层的软土挖出，然后换填碎石或垫层。（）轻质路堤：轻质路堤是指采用轻型材料作为填料来修筑路堤，这种处理方法因为材料较轻，因此不宜使新旧路基出现过大的差异沉降。在我国一般采用粉煤灰作为填筑的轻质材料，这种材料不仅具有质量轻，还具有透水性和无粘性，用于路基填筑时具有较好的排水性能和防护性能。（）加筋路堤：在软土路基的土体中添加土工织物、土工格栅或金属板等合成材料形成加筋土垫层，不仅能提高地基的承载力，还能增大压力的扩散角，减小沉降，适用于各自软土地基。（）排水固结法：排水固结处理软土地基时主要包括排水系统和加载系统两个部分，排水系统包括水平排水体和竖向排水体，一般采用砂垫层作为水平排水体，厚度为 ，采用的砂为级配良好的粗砂，渗透系数约为 ，采用砂井、塑料排水板和袋装砂井作为竖向排水体，这种处理方法适用于软粘土、淤泥和淤泥质土。（）水泥搅拌桩：水泥搅拌板处理软土地基包括深层搅拌法和喷射搅拌法，深层搅拌法是采用深层搅拌机将水泥和外加剂按比例添加后进行充分的搅拌，然后将浆液从搅拌机抽出挤入到软土中进行拌和；喷射搅拌法是通过粉喷机，将水泥和石灰等固化剂注入到软土中进行强制搅拌使软土与固化剂充分作用，固化软土。这种软土地基处理方法适用于淤泥和淤泥质土。第 期（总第 期）华东公路 （）年 月 日 （）水泥粉煤灰碎石桩：这种软土地基处理方法又称为 桩，桩身主要由碎石、石屑、粉煤灰、水泥和水通过搅拌制作而成，水泥粉煤灰碎石桩适合处理软弱粘性土、粉土、砂土和自固结素填土，也是工程中使用较为广泛的处理方法。（）高压旋喷桩：高压旋喷桩是先使用钻机，将高压旋喷桩点钻到地基一定的深度，然后通过喷嘴将水泥浆用压力将其喷射到土层中，使水泥浆以土层相结合，起到加固软土的作用。这种地基处理方法适用于处理施工时受场地限制的工程，或者是软土埋深较深的工程。（）刚性桩：刚性桩处理软土地基是指采用预应力混凝土薄壁管桩、预应力混凝土方桩、预应力混凝土管桩或者钻孔灌注桩等刚性桩，这种处理方法主要是有刚性桩来承担竖向荷载，不能具有较高的承载力还能有效的减小沉降。适用于软土较厚且上部荷载较大的工程。工程案例分析 工程概况本工程为某市的公路扩建工程，工程的起始桩号为 ，终止桩号为 ，扩宽的道路宽度为 ，该路段的地质以淤泥为主，地下水位埋深为 ，根据工程地质勘探资料对道路的地质情况从上到下进行分析。（）第一层土为填土，填土层厚度平均值为，土层呈现为褐红色，主要为花岗岩碎石块，侧阻力的特征值为 ，桩端阻力特征值为 。（）第二层图为淤泥，淤泥层厚度平均值为 ，土层呈现为褐灰色，土质较为均匀，侧阻力的特征值为 ，桩端阻力特征值为 。（）第三层图为砂质粘土，砂质粘土厚度平均值为 ，土层呈现沙黄色，以黏粒为主，土质较为不均匀，含有少量风化颗粒，侧阻力的特征值为 ，桩端阻力特征值为 。工程设计计算参数本文对主固结沉降采用分层综合法进行计算，总的沉降采用沉降系数和主固结沉降进行计算，在计算时的沉降系数取 ；在进行温度验算时按层地基进行计算，路堤的整体抗剪温度验算采用圆弧条分发进行计算，稳定安全系数采用有效固结应力法；最后计算容许工后的沉降，在桥头处小于 ，通道及涵洞处小于 ，其他的路段小于 。软土地基的处理方法 软土地基的处理方案本工程对软土地基上扩建道路对软土地基的处理方法采用水泥搅拌桩，桩的直径为 ，在现场施工时通过计算将桩布置为正三角形，桩与桩的中心间距为 ，桩长安 设计，并保证桩能穿过淤泥层进入到稳定下卧层深入不小于 。现场中水泥搅拌桩的布置如图 ）和图 ）所示。图 水泥搅拌桩处理软土地基的剖面图 复合地基承载力的计算根据本工程软土地基的处理方案，对复合地基的承载力进行计算，计算的过程及公式如下所述：复合地基承载力：（）（）面积置换率：（）单桩承载力特征值：或 两者取小值（）式中 表示复合地基的承载力特征值（）；表示单桩承载力的发挥系数，对于水泥搅拌桩取 ；表示面积置换率；表示桩的直径（）；表示桩的间距（）；本文计算的单桩承载力为：桩的截面面积，本文中取值为 ；表示桩间土承载力折减系数，本文中取 华东公路 年第 期值为 ；表示天然地基承载力的特征值（）；表示桩的周长，本文取值为 ；表示在桩长范围内第 层土的桩侧摩阻力（）；表示在桩长范围内第 层土的土层厚度（）；表示桩端土承载力发挥系数，可取 ，本工程取 ；表示桩端端阻力特征值（）；表示桩身的强度折减系数，干法施工可取 ，湿法施工可取 ，本文取 ；表示与搅拌桩桩身水泥配比相同的室内试块在标准养护条件下的立方体抗压强度平均值（）。本文通过计算可得：（）因此 取 进行计算。复合地基承载力：（）（）可知经过处理后的复合地基承载力大于原地基承载力，说明对软土地基的处理在承载力上满足要求。沉降与稳定计算（）沉降的计算：在进行沉降计算时包括各级加载的沉降计算和竣工后的沉降计算，在各级加载沉降计算时，开始时路基的计算高度为 ，加载结束后路基的计算高度为 ，产生的沉降值为 ；第二级加载时路基的计算高度为 ，加载结束后的计算高度为 ，产生的沉降值为 ；竣工后的沉降计算时，路基竣工地基沉降为 ，基准期内的残余沉降为 ，最终的沉降值为 。（）稳定沉降：在第一级加载时，路基设计高度为 ，路基的计算高度为 ，加载结束后产生的总的下滑力为 ，总的抗滑力为 ，满足要求；第二级加载时路基的设计高度为 ，路基的计算高度为 ，加载结束后产生 的 总 的 下 滑 力 为 ，总 的 抗 滑 力 为 ，满足要求。结论本文对公路扩宽中软土地基的设计进行研究，包括对软土地基的工程特性、软基的处理方法及计算分析和软基的设计方法等方面，讨论各自软土地基处理方法的特点，并通过实际工程研究表明水泥搅拌桩进行软土地基的处理可以满足设计的要求，限于本人的研究水平有限，本文仅对软土地基的部分内容进行研究，有关内容还有待进一步进行。参考文献 刘玉卓公路工程软基处理 北京：人民交通出版社，张军辉软土地基上高速公路加宽变形特性及差异沉降控制标准研究 南京：东南大学硕士学位论文，王叶飞沈四高速公路改扩建工程路线设计方案及关键处理技术探讨 北方交通，（）：贾延安佛开高速公路改扩建工程软基处理设计 公路，：柴振超高速公路改扩建工程软土地基处治技术研究 华南理工大学硕士学位论文，贾建彬软基上高速公路路基加宽常见病害及机理分析 黑龙江交通科技，：张培，张华洁土工格栅结合换填处理软基沉降问题的分析 山西建筑，（）：孙英哲，杨伟成高速公路软基加宽扩建问题研究 甘肃科技，（）：冯瑞玲，谢永利，杨晓华路堤下粉喷桩复合地基的设计方法探讨 岩土力 学，（）：彭以舟 管桩处理深厚软土路基施工技术 路基工程，：彭波 桩在高速公路桥头深厚软土处理中的应用 湖南交通科技，：，李伟明钉形水泥土双向搅拌桩处理软土路基的设计与施工技术探讨 交通标 准化，：年第 期张海涛：公路扩宽中关于软土路基的设计研究