基于路堤设计荷载的软基固结度分析及应用

·12·全国中文核心期刊路基工程2006年第2期(总第125期)3基于路堤设计荷载的软基固结度分析及应用1,22曾庆军李茂英(1,华南理工大学广东广州510641;2,广东交通职业技术学院)摘要在已有软土地基固结度计算理论的基础上,对某高速公路软土地基试验段监测资料进行分析,提出了基于路堤设计荷载下的软土地基固结度计算方法,工程实例表明理论计算与实测结果符合程度较好,为路堤超载设计、卸载时机的计算确定提供了依据。关键词公路软基固结度超载卸载时机层沉降孔孔深均为15m。1前言公路,尤其高速公路软土路基有两大技术问3路基固结度分析题:一是施工期稳定控制,二是工后沉降控制。工311固结度计算公式后沉降问题是影响建成后路面质量、行车速度、使31111理论计算公式用寿命的关键性问题。路堤施工期和预压期内尽可不同固结条件下瞬时加荷时任意时刻固结度普能地完成土体固结沉降是解决这一问题的关键。工遍表达式为(1)-βt后沉降量取决于目前土体的固结度和土体的最终沉Ut=1-α·e(1)降量。目前土体的固结度已知时,很容易根据实测逐级加荷条件下地基平均固结度的计算公式为沉降求出土体的最终沉降量,因此固结度的计算就nΔPiU=Uti+t′i·(2)变得至关重要。但是,实际土的应力应变关系非常a6t-2ni=16ΔPi复杂,很多工程技术人员对此进行了大量研究,提i=1[1]～[6]出了不同情况下的固结度计算理论,但很难将式(1)代入式(2)得nn完全符合实际情况。因此,必须根据实际条件,通βti+t′i-βt()ΔP-αe·[ΔP·e2]过实测资料分析、总结固结度计算规律。6i6ii=1i=1Ua=n(3)6ΔPi2路基试验段条件i=1211工程地质条件式中:Ua为逐级加荷条件下地基平均固结度;ΔPi某高速公路软基试验段全长199m。地势平为第i级等速加荷的荷载增量;t为计算时刻;t′i、坦,沟渠交错,横跨四个多年大渔塘,渔塘面积占ti、分别为第i级荷载增量加载开始时刻和终点时刻,全段路基面积的80%,塘底浮泥厚2m,无硬壳当t在某一级荷载增量加荷过程中时,ti=t。层;淤泥平均厚达1315m,填土最高712m,最低根据式(3)可计算任意时刻不同固结条件逐610m;软土具有含水量高、孔隙比大、塑性高、级加荷条件下的固结度,但它不能反映至任意一级强度低、压缩性大、灵敏度高等特点。共布设8个荷载时对设计荷载下的固结度(即每级荷载对设监控断面。计荷载下的固结贡献)。为此,本文引进一个假212试验方案及仪器埋设情况定:任意一级荷载所产生的固结是独立的。根据式试验方案实际施工情况见表1,监测仪器在相(3),则可得出计算至任意一级荷载时对设计荷载关断面共布置有测斜孔13个、孔隙水压力计5孔下的固结度(简称总固结度,用UT表示)计算公共25只、分层沉降孔2个、土压力盒6只、深层式(4)nn沉降标3只、表面沉降板21块。其中测斜孔、分tit′i-βtβ(+)ΔP-αe·[ΔP·e22]表1试验方案实际施工情况表6i6ii=1i=1UT=(4)袋装砂井P桩号土工织物备注d间距/m长度/m式中:Pd为设计荷载;UT为总固结度,即基于设K11+021～+070二层土工布11213超载115m至K11+081计荷载下的路基固结度。K11+070～+166一层土工布11212等载110mK11+166～+196无11212等载110m31112实测计算公式根据实测资料进行固结度计算有两种方法。3广东省交通厅资助科技项目(2002-05)。3111211根据沉降计算固结度曾庆军,男,博士,副教授。本文采用港口工程地基基础规范计算公式即不©1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net 曾庆军,等:基于路堤设计荷载的软基固结度分析及应用·13·考虑瞬时沉降对固结度的影响,根据文献[5]和根据式(6)只能计算至计算时刻对累计荷载工程实际情况,如式(5),这种考虑是可行的。下的平均固结度,不能计算至计算时刻对设计荷载St下的平均固结度,为此参照式(4)引进一个可计U′T=(5)S∞算至计算时刻对设计荷载下的固结度公式(7)式中n:U′T为根据沉降计算的实测固结度;St为计6ΔPi-ut算时刻实测累计沉降;S∞为最终沉降,可利用实i=1U′T=(7)测沉降监测资料,采用双曲线法、三点法等推算,Pd建议采用双曲线法,但参数求得宜选用荷载预压阶式中:U′a、U′T分别为至计算时刻对累计荷段数据。载下的平均固结度、对设计荷载下的总固结度;ut显然,式(5)可计算至任意一级荷载时对设为计算时刻断面不同深度实测超静孔隙水压力的平计荷载的总固结度。均值,数值上等于计算时刻断面不同深度孔压计实3111212根据孔压计算固结度测孔压平均值与断面不同深度初始孔压平均值对饱和软粘土,根据孔压计算至计算时刻累计(即不同深度静水压力的平均值)的差值。荷载下的平均固结度的公式为(6)312路基试验段计算参数n路基试验段各断面计算参数见表2。6ΔPi-uti=1313理论计算固结度与实测对比分析U′a=n(6)根据式(4)、式(5)和式(7)计算的理论6ΔPii=1表2各断面主要计算参数表-32-1)C-32-1)H/mβ-7-1β-7-1断面号φcu/(°)Cv/(10cm·sr/(10cm·sv/10sr/10sK11+04512188151125012150113421930K11+08412191115081821695K11+116111711330101231117K11+16614169100186012140114421016K11+196111381511035917012292142611各断面砂井间距均为112m,按正三角形分布,砂井直径为7cm,求得各断面de=1105,s=126cm,n=de/dw=126/7=18,F=2115,其中处理深度K11+021～+070为13m,其余为12m;表中H为软土层(淤泥层)底部至地面的高度。K11+032计算参数同K11+045。计算时取简化α=110。说明π2C8Cvr21βv=4·2,βr=F·2,β=βv+βrHde31经计算,βv与βr相比很小,故计算时可不考虑竖向固结,即β≈βr。与实测固结度对比分析结果见图1。时间和气候的变化而变化,其量测非常困难。路基从图1可看出,理论计算固结度与按沉降和孔试验段在按孔压计算固结度时未考虑静水压力的变压实测固结度基本接近,说明理论计算固结度公式化即假定静水压力不变。对比理论计算和实测固结正确,参数选择合理,孔压和沉降观测结果正确且度发现:在预压后期,理论计算固结度都比实测固相互印证。相比之下,沉降实测固结度与理论计算结度大,说明土体经预压后,其固结系数随时间和固结度更为接近,这主要是由于超静孔隙水压力的固结度的增加而不断减小,对比地基处理前后土工量测要依赖于地下静止水位,而地下静止水位将随试验,其实测结果也证实了这一点。©1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net ·14·全国中文核心期刊路基工程2006年第2期(总第125期)整理后得4路基固结度公式的应用Ps+Pd(1-UT2)1411超载设计与卸载时机判断t=-·lnn+1tit′i(11)ββ(+)α[ΔP·e22]6i为了缩短工期,减小桥头路堤的工后沉降,必i=1须尽可能在施工期和预压期内完成路基固结沉降,利用式(11)即可求出卸载时机t。因此对桥头路堤和其它重要路段常采用在原设计荷412欠载卸载时机判断载Pd的基础上加上一过量荷载Ps即超载,经超载软基处理设计时所预估的沉降往往会由于地质预压一段时间后,再移去过量荷载Ps,以加快固条件不同而与实际情况有较大的出入,导致软基欠结沉降的完成。在实际工程中超载预压需要解决以载,在欠载情况下是否能满足设计荷载下的工后沉下两个问题:一是确定所需超载压力值Ps,以保降要求,可以根据式(4)进行判断。首先根据式证设计荷载Pd作用下预期的总沉降量在给定的时(4)计算出现有荷载在基于设计荷载下的固结度,间内完成;二是确定在给定超载下达到预定沉降量其次根据设计荷载下的固结度计算设计荷载下的最所需时间即确定卸载时机。为简化分析,假定所需终沉降,即可计算出设计荷载下的工后沉降,从而超载压力值Ps是一次施加的(分次施加是同样求判断是否需继续加载预压。解的),同时只考虑主固结沉降的情况,不考虑次固结沉降。5结论(1)已知超载后时刻t固结度,求解所需超载(1)本文提出的基于路堤设计荷载下的软土值Ps。地基固结度计算方法是合理的,工程实例表明理论假定目前的固结度为UT1,要求超载后固结度计算与实测结果符合程度较好。达到UT2,Ps开始加载时刻为t′n+1,终点时刻为(2)本文提出的基于路堤设计荷载下的软土tn+1,根据式(4)有(8)式地基固结度计算方法可用来进行超载设计和卸载时UT2=机判断。nntit′itn+1t′n+1(3)本文提出的基于路堤设计荷载下的软土-βtβ(+)β(+)(6ΔPi+Ps)-αe·{6[ΔPi·e22]+Ps·e22}地基固结度计算方法是根据某高速公路(路堤最i=1i=1(8)Pd大荷载约150kPa)软基监测资料得来的,是否适整理后,可得(9)式用更高的垂直附加应力场还需进一步研究。ntit′i-βtβ(+)αe6[ΔPi·e22]-(1-UT2)Pdi=1参考文献Ps=tn+1t′n+1-β(t--)[1]JTJ017-96公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].1-αe22[2]港口工程技术规范第六篇地基基础1人民交通出版社,1988.(9)[3]钱家欢,殷宗泽1土工原理与计算[M]1北京:中国水利电利用式(9)即可求解所需超载压力值Ps。力出版社,1996.(2)已知超载值Ps,求卸载时机t。[4]广东省航盛工程有限公司岩土分公司1广州至珠海(西线)假定条件同情况高速公路软基试验段总结报告[R]120031(1),令ΔPi+1=Ps,则根据[5]林本义1按沉降计算固结度取值方法探讨[J].式(4)有[6]洪毓康1土质学与土力学[M]1北京:人民交通出版n+1n+1tit′i-βtβ(+)社,1997.ΔP-αe·[ΔΡ·e22]6i6ii=1i=1收稿日期:2005-11-01UT2=Pd(10)征订《路基工程》及合订本启事11本刊为双月刊,每期定价10元,全年60元(含邮资、包装)。读者可到当地邮局办理订阅,邮发代号62—156,也可直接在我刊订阅。21为满足读者需要,本刊备有各个年度的合订本,每本售价60元(含邮资),欢迎订购。邮政汇款:成都市通锦路中铁二局机关铁道部《路基工程》编辑部邮编:610032市电:(028)87689247路电:(061)4296342063银行帐号:四川成都建行第四支行51001446408050264369,铁道部《路基工程》编辑部。E2mail:ljgch01@1631com铁道部《路基工程》编辑部©1994-2012ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net