不良地质路基处理word版

不良地质路基处理第一节概述土木工程建设中，有时不可避免地遇到工程地质条件不良的软弱土地基，不能满足建筑物要求，需要先经过人工处理加固，再建造基础，处理后的地基称为人工地基。

地基处理的目的是针对软土地基上建造建筑物可能产生的问题，采取人工的方法改善地基土的工程性质，达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求，这些方法主要包括提高地基土的抗剪强度，增大地基承载力，防止剪切破坏或减轻土压力；改善地基土压缩特性，减少沉降和不均匀沉降：改善其渗透性，加速固结沉降过程；改善土的动力特性防止液化，减轻振动；消除或减少特殊土的不良工程特性（如黄土的湿陷性，膨胀土的膨胀性等）。

近几十年来，大量的土木工程实践推动了软弱土地基处理技术的迅速发展，地基处理的方法多样化，地基处理的新技术、新理论不断涌现并日趋完善，地基处理已成为基础工程领域中一个较有生命力的分枝。

根据地基处理方法的基本原理，基本上可以分为如表6-1所示的几类。

地基处理方法的分类表6-1但必须指出，很多地基处理方法具有多重加固处理的功能，例如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重功能；而石灰桩则具有挤密、吸水和置换等功能。

地基处理的主要方法、适用范围及加固原理，参见表6-2。

地基处理的主要方法、适用范围和加固原理表6-2c u20kPa的粘性土、松散粉土和人工填土、湿陷性黄土地基等发泡聚苯乙烯（EPS）重度只有土的1/501/100，并具有较高的强度和低压缩性，用于填土料，可有效减少作用于地基的荷载，且根据需要用于地基的浅层置换采用重量100400kN的夯锤，从高处自由落下，在强烈的冲击力和振动力作用下，地基土密实，可以提高承载力，减少沉降量上述表中的各类地基处理方法，均有各自的特点和作用机理，在不同的土类中产生不同的加固效果，并也存在着局限性。

地基的工程地质条件是千变万化的，工程对地基的要求也是不尽相同的，材料、施工机具和施工条件等亦存在显著差别，没有哪一种方法是万能的。

因此，对于每一工程必须进行综合考虑，通过方案的比选，选择一种技术可靠、经济合理、施工可行的方案，既可以是单一的地基处理方法，也可以是多种方法的综合处理。

第二节软土地基软土是指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-2>0.5MPa-1）和强度低的特点，多数还具有高灵敏度的结构性。

主要包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等。

一．软土的成因及划分软土按沉积环境分类主要有下列几种类型：（一）滨海沉积1.滨海相：常与海浪岸流及潮汐的水动力作用形成较粗的颗粒(粗、中、细砂)相掺杂，使其不均匀和极松软，增强了淤泥的透水性能，易于压缩固结。

2.泻湖相：颗粒微细、孔隙比大、强度低、分布范围较宽阔，常形成海滨平原。

在泻湖边缘，表层常有厚约0.3～2.0m的泥炭堆积。

底部含有贝壳和生物残骸碎屑。

3.溺谷相：孔隙比大、结构松软、含水量高，有时甚于泻湖相。

分布范围略窄，在其边缘表层也常有泥炭沉积。

4.三角洲相：由于河流及海潮的复杂交替作用，而使淤泥与薄层砂交错沉积，受海流与波浪的破坏，分选程度差，结构不稳定，多交错成不规则的尖灭层或透镜体夹层，结构疏松软，颗粒细小。

如上海地区深厚的软土层中央有无数的极薄的粉砂层，为水平渗流提供了良好条件。

（二）湖泊沉积湖泊沉积是近代淡水盆地和咸水盆地的沉积。

沉积物中夹有粉砂颗粒，呈现明显的层理。

淤泥结构松软，呈暗灰、灰绿或暗黑色，厚度一般为10m左右，最厚者可达25m。

（三）河滩沉积主要包括河漫滩相和牛轭湖相。

成层情况较为复杂，成分不均一，走向和厚度变化大，平面分布不规则。

一般常呈带状或透镜状，间与砂或泥炭互层，其厚度不大，一般小于l0m。

（四）沼泽沉积分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，多以泥炭为主，且常出露于地表。

下部分布有淤泥层或底部与泥炭互层。

软土由于沉积年代、环境的差异，成因的不同，它们的成层情况，粒度组成，矿物成分有所差别，使工程性质有所不同。

不同沉积类型的软土，有时其物理性质指标虽较相似，但工程性质并不很接近，不应借用。

软土的力学性质参数宜尽可能通过现场原位测试取得。

软土的工程特性：含水量较高，孔隙比较大；抗剪强度低；压缩性较高；渗透性很小；结构性明显；流变性显著三、软土地基的承载力、沉降和稳定性的计算在软土地基设计计算中，由于它的工程特性常需解决地基承载力、沉降和稳定性的计算问题,故与一般地基土的计算有所区别，现分述如下。

(一) 软土地基的承载力软土地基承载力应根据地区建筑经验，并结合下列因素综合确定：①软土成层条件、 应力历史、力学特性及排水条件；②上部结构的类型、刚度、荷载性质、大小和分布，对不均匀沉降的敏感性；③基础的类型、尺寸、埋深、刚度等；④施工方法和程序；⑤采用预压排水处理的地基，应考虑软土固结排水后强度的增长。

1．根据极限承载力理论公式确定饱和软粘土上条形基础的极限承载力p u (kPa)按普朗特尔—雷斯诺(Prandtl —Reissner)极限荷载公式(参见土力学教材)由ϕ＝0，h q 2γ=确定为h C p u u 214.5γ+= （6-1）式中：u C —软土不排水抗剪强度，可用三轴仪、十字板剪切仪测定，也可取室内无侧限抗压强度q u 之半计算；2γ—基底以上土的重度(kN ／m 3)，地下水位以下为浮重度； h —基础埋置深度(m)。

当受水流冲刷时，由一般冲刷线算起。

据此，考虑矩形基础的形状修正系数及水平荷载作用时的影响系数，并考虑必要的安全系数，《公桥基规》提出软土地基容许承载力[]σ(kPa)为[]h C k m u p 214.5γσ+=（6-2）式中：m —安全系数 1.5~2.5，软土灵敏度高且基础长宽比小者用高值；k p —基础形状及倾斜荷载的修正系数，属半经验性质的系数，当矩形基础上作用有倾斜荷载时 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=u p C Q bl l b k 4.012.01 b —基础宽度(m)；l —垂直于b 边的基础长度(m)，当有偏心荷载时， b 与l 由b ’与l ’代替，b e b b 2'-=,L e l l 2'-= e b 、e l 分别为荷载在b方向、l 方向的偏心矩；Q —为荷载的水平分力(kN)。

2．根据土的物理性质指标确定软土大多是饱和的，天然含水量ω基本反映了土的孔隙比的大小，当饱和度Sr =l 时，G S Ge r ωω==(G 为土颗粒比重)，e 为1时，相应天然含水量w 约36％；e 为1.5时，相应w 约55％，所以一般情况，地基承载力是与其天然含水量密切相关的，根据统计资料w 与软土的容许承载力[]0σ关系如表6-3所示。

软土的容许承载力[]0σ表6-3在基础埋置深度为h(m)的软土地基修正后的容许承载力[]σ可按下式计算：[][]()320-+=h γσσ （6-3）各符号意义同前，当h<3m 时，取h=3m 计。

《公桥基规》认为对小桥涵软土基础[]σ可用式(6—3)计算。

当按式(6-2)或式(6-3)计算软土修正后的容许承载力[]σ时，必须进行地基沉降验算，保证满足基础沉降的要求。

3．按临塑荷载估算软土地基承载力，考虑变形因素可按临塑荷载p cr 公式估算，以控制沉降在一般建筑物容许范围。

条形基础临塑荷载p cr (kPa)计算式为CN rD N p c q cr +=饱和软土u u C C ==,0φ时，N q =1，N c =π则h r C rD C p u u cr 214.314.3+=+= （6-4）此式用于矩形基础（空间问题）可认为较用于条形基础（平面问题）偏于安全。

我国有些地区和部门，根据该地区软土情况，采用略高于临塑荷载的临界荷载p 1／4，即允许基础边缘出现塑性区范围深度不超过基础底宽的1／4。

p 1／4的计算详见与土力学教材。

4．用原位测试方法确定由室内试验测定土的物理力学指标(如c u 等)常受土被扰动影响使结果不正确；而一般土的承载力理论公式用于软土也会有偏差，因此采用现场原位测试的方法往往能克服以上缺点。

软土地基常用的原位测试方法有：根据载荷试验、旁压试验确定地基承载力，以十字板剪切试验测定软粘土不排水抗剪强度换算地基承载力值，按标准贯入试验和静力触探结果用经验公式计算地基承载力等。

对较重要或规模较大的工程，确定软土地基承载力宜综合以上方法，结合当地软土沉积年代，成层情况，下卧层性质等考虑，并注意满足结构物对沉降和稳定的要求。

（二）软土地基的沉降计算 软土地基在荷载下沉降变形的主要部分为固结沉降S c ，此外还包括瞬时沉降S d 与次固结沉降S s ，如图6-1所示。

软土地基的总沉降量S 为S d 、S c 、S s 之和。

1．固结沉降S c在荷载作用下，软土地基缓慢地排水固结发生的沉降称为（主）固结沉降，常用的计算方法如下。

（1）采用e —p 曲线计算 i n i ii i c h e e e S ∆+-=∑=10101 （６-5） 图6-1 软土地基沉降的组成式中：e 0i —未受基础荷载前，软土地基第i 层土分层中点自重应力作用下稳定时的孔隙比；e 1i —受基础荷载后，软土地基第i 层土分层中点自重应力与附加应力作用下稳定时的稳定孔隙比；i h ∆——土分层厚度，宜为0.5m~1.0m ；（2）采用压缩模量计算 i n i sii c h E p S ∆∆=∑=1 （6-6） i p ∆—第i 层土中点的附加应力;si E —压缩摸量,应取第i 层土分层中点自重应力至自重应力与附加应力之和的压缩段计算。

(3)采用e —logp 曲线计算软土根据先期固结压力P c ，与上覆土自重应力P 0关系，天然土层的固结状态可区分为正常固结状态、超固结状态、欠固结状态。

我国海滨平原，内陆平原软土大多属正常固结状态；少数上覆土层经地质剥蚀的软土及软土上的“硬壳”则属超固结状态；江、河入海口处及滨海相沉积(以及部分冲填土)则属欠固结土的。

对于欠固结软土，在计算其固结沉降S c 时，必须包括在自重应力作用下继续固结所引起的那一部分沉降，若仍按正常固结的土层计算，所得结果将远小于实际沉降。

下面简要介绍考虑先期固结压力的计算公式：①正常固结、欠固结条件下⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⋅+∆=∑=ci i oi ci n i i i c p p p C e h S lg 110 （６-7）式中：ci C —第i 层土中的压缩指数，应取分层中点自重应力至自重应力与附加应力之和的压缩段计算；i p —第i 层土分层中点的自重应力；ci p —先期固结压力，正常固结时p ci =p oi ，欠固结时p ci <p oi ；②超固结条件下a.对于应力增量o c p p p ->∆时，⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⋅+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+∆=∑=ci i oi ci oi ci si n i oi i c p p p C p p C e h S lg lg 11 （６-8）b. 对于应力增量o c p p p -≤∆时，⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+⋅+∆=∑=oi i oi si n i oi i c p p p C e h S lg 11 （６-9）式中：si C —第i 层土中的回弹指数2．瞬时沉降S d瞬时沉降包括土的两种沉降，一种由地基土弹性变形引起；另一部分是由于软土渗透系数低，加荷后初期不能排水固结，因而土体产生剪切变形，此时沉降是由软土侧向剪切变形引起。