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1 1 总则 为规范和指导浙江省公路软土地基路堤的设计, 提高公路软土地基路堤设计的技术水平, 特制定本设计要点 本设计要点适用于浙江省境内新建 改扩建的各等级公路软土地基路堤的设计 软土地基路堤设计应遵循 安全适用 技术先进 经济合理 质量可控 的设计原则, 做到因地制宜 就地取材 节约资源 保护环境 应重视软土地区地质选线工作, 有条件时对深厚软土区尽可能避绕 ; 软土地基处理方案应从技术 经济等方面进行比选, 以确定合理的处理方案 结合工程项目的建设条件, 提倡积极应用新技术 新工艺 新材料 软土地基设计宜采用动态设计方法, 重视施工监测与分析 公路软土地基路堤的设计, 应符合国家及行业现行有关标准 规范的规定 1

2 2 术语与符号 2.1 术语 软土 soft soil 滨海 湖沼 谷地 河滩沉积的天然含水量高 天然孔隙比大 压缩性高和抗剪强度低的细粒土 极限填筑高度 Limited height of filling 在天然软土地基上用快速施工的方法修筑一般断面的路基所能填筑的最大高度, 称为极限填筑高度 堆载预压 Preloading 在软土地基上施加荷载, 促使地基排水 固结 压密, 以提高地基强度, 减少在使用荷载作用下产生的工后沉降量 若预压荷载等于路基荷载与路面等效荷载之和, 称为等载预压 ; 若预压荷载大于路基荷载与路面等效荷载之和, 称为超载预压 ; 若预压荷载小于路基荷载与路面等效荷载之和, 称为欠载预压 真空联合堆载预压 Vacuum-surcharge preloading 在真空预压的同时, 结合路基填筑荷载的联合预压作用, 达到加速软土地基固结, 提高地基强度和稳定性的一种地基处理方法 预压期 Preloading period 路基初次填到设计预压标高后, 至卸载开始时或路面结构层开始施工时所持续的时间 浅层处理法 Shallow treatment 通过置换 加筋 夯压 浅层固化 设置褥垫等方式对表层软土进行处理, 以提高地基承载力的一种方法 土工合成材料 Geosynthetics 2

3 以塑料 化纤 合成橡胶等为原料, 制成的各种聚合物产品 置于土体内部 表面或填料之间, 发挥排水 隔离 反滤 加筋等作用的材料 加筋法 Method of reinforcement 在土或填料中加入土工合成材料 钢筋等条带网格状抗拉材料, 以改善土或填料的力学性能, 提高路基稳定性和均化沉降的方法 桩承式加筋路堤 Pile-supported reinforced embankment 在软土地基中按一定间距打设刚性桩, 在桩顶端设置相应尺寸的桩帽 ( 或称为托板 ), 并在桩帽顶面铺设土工合成材料加筋垫层, 然后填筑形成的路堤 塑料套管混凝土桩 Plastic tube cast-in-place concrete pile 带塑料套管的现浇混凝土桩 由预制桩尖 塑料套管 套管内混凝土 顶部桩帽四部分组成 ; 按一定的间距将塑料套管打入需要加固的地基中, 套管内用混凝土浇注成桩 负摩阻力和中性点 Negative skin friction and neutral point 桩身周围土由于自重固结 地下水位下降 地面附加荷载等原因而产生大于桩身的沉降时, 土对桩侧表面产生向下的摩阻力, 称为负摩阻力 在桩身某一深度处的桩土位移量相等, 该处称为中性点 中性点是正 负摩阻力的分界点 轻质路堤 Lightweight embankment 利用 EPS 粉煤灰等轻质材料作为路基填料, 以减少沉降 增加稳定性的一种路堤型式 EPS 颗粒混合轻质土 Mixed lightweight soil with EPS 将原料土 EPS 颗粒 固化材料和水混合搅拌均匀后, 经压实和固化作用形成的一种改性人造轻质土 动态设计方法 Dynamic design method 根据施工过程中的反馈信息和监测资料, 对设计参数及设计方案进行验证和优化的软基处理设计方法 3

4 施工动态控制技术 Dynamic control technology for construction 根据施工过程中的反馈信息和监测资料, 对施工方案的安全性和合理性进行判断, 动态跟踪和调整施工控制技术 路基填筑期预抛高 Pre-flip height for subgrade settlement during subgrade filling 为了补偿预压期路基沉降, 在路基填筑期内就将预压期内发生的路基沉降量作为路基填筑高度的一部分预先填筑的方法 路面施工期预抛高 Pre-flip height for settlement during pavement 在路面结构层施工之前预先采用路基填筑材料, 或在路面施工过程中预先采用路面材料来补偿沉平控制时间内所发生的沉降量的方法 预抛高沉平时间 The needed time for settlement equal to pre-flip height 路面施工期预抛高后, 路面标高因地基沉降而沉至原设计标高所需的时间 2.2 符号 几何参数 B 方形桩帽的边长或汽车后轮着地宽度 L 后轮着地长度 S a 桩的中心间距 D p 桩径 t p 桩帽的厚度 t 加筋垫层的厚度 H 路堤填筑高度 u 桩的周长 z i 自地表起算的第 i 个分层中点深度 Z n 沉降计算深度 Z 路面及钢筋混凝土板的厚度 A j 空心桩桩端净面积 4

5 h b 桩端进入持力层深度 d b 管桩外径与空心方桩边长 d 1 空心桩内径, 对闭口桩为 0 θ 扩散角 m- 复合地基置换率 d e - 一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径 h- 复合地基加固区厚度 A p - 桩的截面积 作用和作用效应 Q u 桩帽上部承担的荷载 Q s 桩帽间单位长度土体承担的荷载 R u 单桩极限承载力 q c 路堤顶面超载 M max 桩帽与桩连接部位的最大弯距值 p 桩帽上的等效平均应力或复合土层顶面附加应力 pb - 复合土层底面附加应力值 T s 加筋体的设计强度 T gc 土工合成材料的设计抗拉强度 T s 土工合成材料的抗拉强度 s 沉降 s 1 桩身压缩量 s 2 桩端平面以下沉降 q ski 桩侧阻力标准值 ; q pk 极限端阻力标准值 ; σ z 作用于 EPS 块体表面的竖向压应力 σ z 由活载 ( 轮压荷载 ) 作用在 EPS 块体上的压应力 P 轮压荷载 ( 汽车后轴重 ) [ σ a ] EPS 块体容许抗压强度 σ 抗压强度 5

6 W EPS 路堤的总重量 F 浮 作用在 EPS 路堤上的浮力 CBR 加州承载比 (%) 抗力和材料性能 e 天然孔隙比 I p 塑性指数 w 天然含水量 w L 液限 w u 有机质含量 a 1-2 压缩系数 φq 直接快剪内擦角 Cv 固结系数 St 灵敏度 τ 十字板抗剪强度 qc 静力触探锥尖阻力 f s 静力触探侧壁摩阻力 N 标准贯入试验锤击数 u 孔隙水压力 τ p - 桩体的抗剪强度 τ s - 地基土的抗剪强度 γ 1 路堤填料容重 c ϕ 粘聚力和有效内摩擦角 i ' i E p - 桩体压缩模量 Es - 桩间土压缩模量 f cu - 加固土试块立方体抗压强度平均值 f spk f sk - 复合地基承载力特征值 - 桩间土承载力特征值 计算系数 6

7 η 桩体荷载分担比系数或桩身强度折减系数 ξ 修正系数或冲击系数 λ c 材料强度综合修正系数 f gs 界面摩擦系数 F B 整体稳定安全系数 F p 抗滑稳定安全系数 F ub 承载力设计安全系数 λ p 桩端土塞效应系数 Fs 安全系数 β - 桩间土承载力折减系数 7

8 3 基本规定 3.1 软土的界定 软土指滨海 湖沼 谷地 河滩沉积的天然含水量高 天然孔隙比大 压缩性高和抗剪强度低的细粒土 主要有软塑至流塑粘土 软塑至流塑粉质粘土, 淤泥质粘土 淤泥质粉质粘土, 淤泥, 稍密粉土, 泥炭质土, 泥炭等, 鉴别指标见表 3.1 表 3.1 软土鉴别指标表 特征指标 塑性 天然 天然 直接快剪压缩系数 十字板 静力触探标准贯入 有机质含量 指数 含水量 孔隙比 内摩擦角 a1-2 抗剪强度锥尖阻力 击数 w u 名称 I p w (%) e φq( ) (MPa -1 ) τ(kpa) qc(mpa) N (%) 淤 泥 e 1.5 淤泥质粘粘土 I p >17 w L 淤泥质 1.5>e 1.0 性粉质粘土 10<I 35 宜 <5 宜 >0. 5 宜 <35 宜 <0.75 p 17 土粘土 I p >17 w<w L 或 e<1.0 粉质粘土 10<I p 17 粉 土 7<I p 10 >30 e>0.9 宜 >0.3 宜 <2 宜 8 有机质土 5<w u 10 泥炭质土 10<w u 60 泥 炭 w u>60 注 : 当天然含水量和天然孔隙比两个指标满足时即可划为软土 3.2 基础资料 软基设计应查明沿线的工程地质和水文地质条件, 获取设计所需要的地质土层分布及其岩土物理力学参数 软土地基路堤设计应收集和调查以下内容 : 1 路线纵横断面及桥梁 通道 涵洞的布设等各相关专业的设计资料 2 软土路段两侧附近的已有构筑物 管线等环境状况 3 路堤填筑材料的来源 特性等有关情况 4 附近公路 铁路 水利工程的软基处理相关经验 8

9 3.3 工程勘察 软土地区勘察应根据道路等级 工程规模及场地条件选择适宜的勘探方法, 精度应满足各阶段的勘察要求 工程勘察应重视资料收集, 采用工程地质调查测绘 勘探 原位测试 室内试验等综合勘察手段, 互相补充验证 应加强勘察过程控制, 重视原位测试工作, 严格按操作规程规定的要求操作, 保证勘察资料的准确性 应重视特殊路段的地质勘察工作 1 对可能导致地基失稳的地段, 包括沿河 傍山 暗浜 暗塘及桥头高填土段等, 应考虑地质条件对施工阶段工程稳定性 和运营阶段安全性的长期影响, 2 傍山路段, 尤其是半填半挖地段, 应注意软土层分布及其在纵向 横向的厚度和性质变化特点 3.4 沉降与稳定标准 沉降控制标准 : 公路软土地基在路面设计使用年限内的工后沉降应满足表 的要求, 同时对差异沉降的过渡应满足其渐变率 0.5% 表 工后沉降控制标准 设计速度 路段类型 桥梁与路基 相邻路段 箱式通道 涵洞与 路基相邻路段 一般路段 100km/h 0.10m 0.15m 0.30m 80km/h 0.15m 0.20m 0.40m 60km/h 0.20m 0.30m 0.5m 注 :1 本表仅适用于新建工程 2 桥式通道按桥头考虑 稳定安全系数 : 公路软土地基设计应进行路堤的稳定验算, 其稳定安全系数应满足表 的规定值 9

10 表 稳定安全系数规定值 安 全 采用指标 系 数 计算方法 有效固结应力法 不考虑 考虑 固结 固结 改进总强度法 不考虑 考虑 固结 固结 简化 Bishop 法 Janbu 条分法 直剪快剪 直剪固快 静力触探 十字板剪切 三轴有效剪切指标 设计 在软土地基上修建高速公路 一级公路 二级公路, 应首先根据全寿命的设计理念进行软基处理和建桥等不同方案之间的技术 经济比选 当软土工程性质复杂, 没有类似的工程经验可借鉴时, 宜选择合适的试验段, 事先对路堤地基处理方案进行试验研究, 为设计 施工提供科学依据 软基处理设计的步骤 1 先按桥头 通道涵洞相邻路段 一般路段三种不同控制标准进行划分路段 ; 桥头相邻路段的划分长度一般为 30~50m, 箱型通道涵洞的两侧相邻路段的长度一般为 20~40m, 圆管涵的两侧相邻路段的长度一般为 10~20m, 结构物相邻路段划分后剩余的路段即为一般路段 2 根据软土层厚度及其指标 填土高度等情况, 分别对 3 种不同控制标准的路段进行综合分析, 进一步细分, 并分别提出代表性的典型路段 3 分析各典型路段在天然地基条件下的总沉降 工后沉降 极限填筑高度 稳定安全系数 固结过程等 ; 并根据控制标准, 确定是否需进行地基处理 4 根据处理方法的选用原则, 拟定典型路段的各适用处理方案 ( 包括两种或两种以上处理措施的组合 ), 对各适用的处理方案, 进行计算分析, 从技术和经济上作综合比较分析, 确定最终处理方案 处理方法选用的一般原则 1 一般路段 1) 软土层深度小于 3m 时, 选用垫层法或换填法, 或直接进行预压 ; 当填土高度较大, 稳定不能满足时, 可结合加筋处理 ; 10

11 2) 软土层深度大于 3-5m 时, 选用浅层处理或排水固结法 ; 当软土厚度大于 10m 时, 宜结合等载预压或超载预压 ; 当预压高度较大, 稳定不能满足时, 可结合加筋处理 ; 3) 在填土高 工期紧的情况下, 可选用真空联合堆载预压或桩承式路堤 轻质填料等方案 2 桥头 通道 涵洞相邻路段 1) 当填土高度较低, 并具备预压条件时, 应首先采用排水固结结合超载的处理方法 ; 2) 当填土高度较高时, 宜选用预应力管桩和塑料套管混凝土桩等桩承式加筋路堤 水泥搅拌桩复合地基等方案 ; 3) 当填土高度超过 3 倍的极限填筑高度时, 宜选用管桩和塑料套管混凝土桩等桩承式加筋路堤 ; 可选用 EPS EPS 颗粒轻质土 粉煤灰等轻质填料, 并宜结合排水固结 复合地基等处理方案 3 不同处理方法相邻路段采用不同处理方法的各相邻路段之间往往会存在一定的差异沉降, 设计时应对其作专门的过渡处理设计, 可采用改变桩长和桩间距以及超载 轻质填料过渡等措施, 实现差异沉降的过渡, 其工后差异沉降渐变率应小于 0.5% 两构造物相邻路段之间, 当一般路段长度小于 50m 时, 宜采用与构造物相邻路段相同的处理方式 4 特殊地形地貌路段 1) 傍山路段, 软土分布纵横向变化较大, 当软土埋深浅 厚度薄时, 宜采用换填法 ; 当软土深厚时, 宜采用能适应地质条件变化的塑料套管混凝土桩 沉管灌注桩等处理方法 2) 近河塘路段, 根据软土地层条件和稳定验算结果, 宜选用桩承式加筋路堤 轻质路堤等处理方法 3) 施工净空受限的杆线下方, 宜采用钻孔灌注桩 注浆碎石桩 高压旋喷桩等对设备高度要求低的处理方法 4) 临近有特别重要构筑物路段, 宜采用钻孔灌注桩 注浆碎石桩 水泥搅拌桩等对构筑物影响小的处理方法 ; 不宜采用真空预压 排水固结等易产生地基沉降不良影响的处理方法和振动成型施工工艺 5 改扩建路段 1) 路基拼接时, 软基处理设计控制标准 : 原有路基与拓宽路基的路拱横坡度的工后增大值不应大于 0.5%; 拓宽路基桥头路段工后沉降不大于 5cm, 一般路段工后沉降不大于 15cm, 桥头路段总沉降不大于 15cm 11

12 2) 原有路基已基本完成地基沉降的路段, 路基拓宽范围的软土地基处理宜采用桩承式路堤或复合地基, 不宜采用排水固结法的处理措施 3) 原有路基尚未完成地基沉降的路段, 路基拓宽范围的软土地基处理可采用排水固结法, 或原处理方式相同的处理方法, 当采用超载预压时应做好路面横向排水措施 沉降与稳定计算设计应进行详尽的计算分析工作, 必要时应采用有限元等数值分析方法进行验算 沉降计算和稳定验算应考虑路堤在施工期与预压期由于地基沉降而多填筑的填料增重的影响 1 沉降计算 1) 总沉降总沉降 S 宜采用沉降系数 m s 与主固结沉降 S c 计算 : S = mssc ( ) 沉降系数 m s 为综合经验修正系数, 与地基条件, 荷载强度, 加荷速率等因素有关, 其范围一般为 1.1~1.7 总沉降还可以由瞬时沉降 S d, 主固结沉降 S c 及次固结沉降 S s 之和计算, 即 S = Sd + Sc + Ss ( ) 2) 工后沉降 软土地基工后沉降 S 可按下式计算 : p S p = Stp Std ( ) 式中 : S p 路面设计年限内的残余沉降 ; S td 路面竣工时的地基沉降量 ; S tp 路面设计使用年限末的地基沉降量 ; 2 稳定验算软土地基路堤的稳定验算一般采用有效固结应力法 改进总强度法, 有条件时也可采用简化 Bishop 法, 对于非圆弧滑动验算, 宜采用 Janbu 普通条分法 验算时按施工期和营运期的荷载分别计算安全系数 施工期的荷载只考虑路堤自重, 营运期的荷载包括路堤自重 路面的增重及行车荷载 高速公路 一级公路应采用动态设计方法和施工动态控制技术, 二级及以下公路宜采用动态设计方法和施工动态控制技术 ; 12

13 3.6 施工要求 施工组织设计应满足设计要求的预压期和沉降稳定时间, 特别是采用排水固结和预压处理的路段, 应尽早实施, 有条件时延长预压期 设计应严格按照软基特点和不同的处理方式, 提出施工动态控制技术要求 控制的内容主要有地表沉降 分层沉降 深层沉降 侧向位移 基底压力 孔隙水压力 地下水位等 预压时间应根据实测的沉降情况重新调整 ; 二次开挖和可修筑路面时间均必须以实测沉降来确定, 即以实测沉降计算沉降速率和推算工后沉降, 在两者小于容许值时方可进行, 开挖后应尽早回填施工 为确保地基处理的加固效果, 在大面积施工前, 应根据设计要求先进行现场试桩测试或现场试验, 以确定合理的施工技术参数 现场施工阶段, 若实际地质情况与施工图出入较大时, 在验证地质情况后, 调整设计参数, 并对原处理方案提出修正 3.7 设计文件的编制 设计文件编制按 公路工程基本建设项目设计文件编制办法 执行, 其中设计图表应包含以下内容 : 初步设计文件常用的图表 1 软土地基处理方案比选表 2 软土地基处理方案典型设计图 3 不同处理方法之间过渡处理设计图 4 软土地基处理设计表 5 软土地基处理工程数量表 6 软土地基路堤动态监测设计图 7 软土地基路堤动态监测工程数量表 施工图设计文件常用的图表 1 软土地基处理方法典型设计图 13

14 2 软土地基处理设计表 3 软土地基处理工程数量表 4 不同处理方法之间过渡处理设计图 5 软土地基处理沿线纵断面布置图 6 预压路段增宽及坡率设计图 7 软土地基路堤动态监测设计图 8 软土地基路堤动态监测设计及工程数量表 9 复杂路段软土地基处理平面布置图 14

15 4 浙江省软土的工程特性及勘察要点 4.1 浙江省软土的分布 浙江省软土主要分布在浙北 浙东平原区 (Ⅰ), 中低山丘陵及浙中盆地区 (Ⅱ) 低凹处零星分布 浙江省软土分区表见表 4.1, 浙江省软土分布图见附录 A 浙江省软土以淤泥 淤泥质土为主, 典型软土物理力学性质指标见附录 C 表 4.1 浙江省软土分区表区亚区杭 ( 州 ) 嘉 ( 兴 ) 湖 ( 州 ) 平原软土分布区 (Ⅰ1) 萧 ( 山 ) 绍 ( 兴 ) 姚 ( 余姚 ) 平原软土分布区 (Ⅰ2) 浙北 浙东平原区 (Ⅰ) 中低山丘陵及浙中盆地区 (Ⅱ) 宁 ( 波 ) 奉 ( 化 ) 平原软土分布区 (Ⅰ3) 温 ( 岭 ) 黄 ( 岩 ) 平原软土分布区 (Ⅰ4) 温 ( 州 ) 瑞 ( 安 ) 平 ( 阳 ) 平原软土分布区 (Ⅰ5) 三门湾及岛屿软土分布区 (Ⅰ6) 杭 ( 州 ) 嘉 ( 兴 ) 湖 ( 州 ) 平原软土分布区 (Ⅰ 1 ) 分布于钱塘江 - 杭州湾北岸的杭州 嘉兴和湖州平原地区, 浅部全新统地层岩性以海相灰 灰黑色淤泥质土 淤泥为主, 间夹薄层冲海相粉土 粉砂, 表部常有有机质粘土和泥炭层薄夹层 上更新地层顶部为冲湖相灰绿色 灰黄色硬可塑状粉质粘土 粘土, 其下为海相灰色淤泥质土, 多发育双层或三层软土 萧 ( 山 ) 绍 ( 兴 ) 姚 ( 余姚 ) 平原软土分布区 (Ⅰ 2 ) 分布于钱塘江 - 杭州湾南岸的萧山 绍兴和余姚地区, 表层多为冲湖相 湖沼相的灰黄色可塑状粉质粘土, 其下为海相灰 灰黑色淤泥质土, 上部常分布有机质粘土和泥炭层 靠近钱塘江河口地段上部分布厚层冲海积粉土 粉砂, 中部分布海相软土 宁 ( 波 ) 奉 ( 化 ) 平原软土分布区 (Ⅰ 3 ) 分布于宁波 大碶和奉化等平原区, 地表以灰黄色 暗绿色湖沼积地层为主, 15

16 其下分布海相淤泥 淤泥质土层, 常有泥炭层成片分布 温 ( 岭 ) 黄 ( 岩 ) 平原软土分布区 (Ⅰ 4 ) 分布于温岭 椒江 黄岩 路桥等平原区, 地表为冲海相 海相可塑状粉质粘土, 下部软土为海积淤泥 淤泥质土, 分布广, 厚度大, 含水量较大 厚度由山前向海边逐渐增厚 温 ( 州 ) 瑞 ( 安 ) 平 ( 阳 ) 平原软土分布区 (Ⅰ 5 ) 分布于乐清 温州 瑞安 平阳等平原区, 地表为冲海相 海相可塑状粉质粘土, 下部软土为海积淤泥 淤泥质土, 分布广, 厚度大, 含水量大 厚度由山前向海边逐渐增厚 三门湾及岛屿软土分布区 (Ⅰ 6 ) 分布于三门湾及沿海诸岛海岸线边缘及小型盆地区, 分布范围零星, 表部硬壳层厚度薄或缺失, 软土以海积淤泥 淤泥质土为主, 厚度大, 含水量高, 由山前向海边厚度逐渐增大 中低山丘陵及浙中盆地区 (Ⅱ) 零星分布于中低山丘陵及浙中盆地内排水不畅的低洼地带, 多属湖沼相沉积, 厚度一般较薄, 局部有机质含量高 4.2 浙江省软土的分类与特点 软土分类 1 按成因类型分类 表 软土按成因分类 成因类型 海相 湖沼相 分布范围及主要特征分布于杭 ( 州 ) 嘉 ( 兴 ) 湖 ( 州 ) 平原 萧 ( 山 ) 绍 ( 兴 ) 姚 ( 余姚 ) 平原 宁 ( 波 ) 奉 ( 化 ) 平原 温 ( 岭 ) 黄 ( 岩 ) 平原 温 ( 州 ) 瑞 ( 安 ) 平 ( 阳 ) 平原, 分布范围广, 表层有较薄的硬壳层, 其下为较厚的淤泥及淤泥质土层, 在其边缘常有泥炭堆积 软土层厚度由山前向海边逐渐增大, 由平原向山前逐渐变薄 主要分布于中低山丘陵及浙中盆地区排水不畅的低洼地带, 分布不均, 范围较小, 局部有机质含量高 16

17 2 按特性指标分类根据物理力学 化学特性指标进行划分, 见表 按埋藏分布条件分类 1) 按软土厚度分类表 软土按厚度分类 分类名称薄层软土中厚层软土厚层软土巨厚层软土 软土层厚度厚度 (3~5)m (3~5m)< 厚度 15m 15m< 厚度 30m 厚度 >30m 2) 按埋藏条件分类 表 软土按埋藏条件分类 分类名称分布及特征典型剖面 无覆盖层软土 分布在池塘 河流 海洋等处, 软土层直接分布于水面之下, 固结较差, 有的为流泥或浮泥 软土 硬土 主要分布于海积 冲湖积平原区, 表部一般为软 ~ 硬塑状粘土 粉质粘土, 俗称 硬壳层, 厚度 硬壳层软土 浅埋软土 一般小于 3m, 其下为软土层 多分布在杭 ( 州 ) 嘉 ( 兴 ) 湖 ( 州 ) 平原 萧 ( 山 ) 绍 ( 兴 ) 姚 ( 余 卵石 硬土 姚 ) 平原及宁 ( 波 ) 奉 ( 化 ) 平原等处 深埋软土 主要分布于钱塘江两岸冲海积平原区, 表部一般为粉土 粉砂层, 厚度一般大于 10m, 其下为软土层 当只考虑多层软土的下层软土时, 也属此类 粉土 粉砂 软土 硬土 多层软土 主要分布于杭 ( 州 ) 嘉 ( 兴 ) 湖 ( 州 ) 平原 萧 ( 山 ) 绍 ( 兴 ) 姚 ( 余姚 ) 平原及宁 ( 波 ) 奉 ( 化 ) 平原等处, 其余平原区也有分布 软土分二至三层, 软土间为硬土层或相对硬层, 局部硬土层缺失处, 两层软土层直接接触 第三软土层埋深较大, 对路基影响一般较小 硬壳层第一软土层硬土第二软土层硬土 17

18 主要分布于海积 冲海积平原傍山段, 表部一般 山前软土 为软 ~ 硬塑状粘土 粉质粘土, 下部软土层厚度自山体向平原区倾斜, 随岩体起伏纵 横向厚度变化大 基岩 硬壳层软土 碎石土 软土的工程特性软土具有高含水量 大孔隙比 弱透水性 高压缩性与固结速度缓慢 低抗剪强度 触变性 流变性等工程特性, 见表 表 软土工程特性 软土特点高含水量弱透水性固结速度缓慢大孔隙比高压缩性低抗剪强度触变性流变性有机质含量低分布广 厚度大 工程性质浙江省软土天然含水量较大, 多在 40%~70% 之间, 饱和度在 90~100%, 容重一般在 14.0~19.0kN/m 3 软土渗透系数一般较低, 一般为 10-6 ~10-8 cm/s, 对地基排水固结不利, 路堤填筑后沉降延续时间长, 尤其是高液限软土, 大部分具结构性 ( 蜂窝结构和絮凝结构 ) 部分海相软土间夹粉土或粉砂薄层, 至使其水平渗透系数比垂直渗透系数大很多 软土孔隙比大于 1.0, 压缩系数 a 1-2 一般大于 0.5MPa -1, 最大可达 10MPa -1 以上 软土在外力的作用下, 最初外力全部由孔隙水承担, 随着水分的排出, 外力逐渐传递到土骨架上, 孔隙水压力减少, 有效应力增加 软土的这一特点易引起构筑物的地基失稳和沉降 软土的十字板剪切强度 <35kPa 对排水条件较差, 加荷速率较快的路堤, 稳定计算时宜采用快剪强度指标 对排水条件较好, 地基能达到一定程度固结时, 可采用固结快剪强度指标 软土在天然状态下有一定的结构强度, 但一经扰动或振动, 结构便被破坏, 强度显著降低, 甚至呈流动状态 浙江省灵敏度一般为 2~6, 大者大于 10 在荷载作用下, 软土承受剪应力的作用产生缓慢而长期的剪切变形, 并导致抗剪强度的衰减, 在主固结沉降完成之后还可能继续产生较大的次固结沉降 浙江省软土有机质含量一般小于 10%, 多为 2~5% 萧( 山 ) 绍 ( 兴 ) 姚 ( 余姚 ) 平原 宁 ( 波 ) 奉 ( 化 ) 平原分部硬壳层下部厚 0.2~0.5m 厚泥炭层, 性质差, 成分主要为纤维素和腐殖质 浙北 浙东平原区大面积分布, 厚度一般 3~30m, 温州沿海一带厚度可达 50m 以上 4.3 软土勘察要点 在资料收集的基础上, 根据场地条件, 选用适宜的勘察方法, 查明场地的工 18

19 程地质条件, 为设计提供必要的地质参数 勘察方法选择软土地基勘察方法应根据道路等级 工程规模和场地条件不同进行选择, 并有所侧重 一般宜按以下顺序进行 : 收集资料 工程地质调查测绘 钻探与原位测试 室内试验 编制报告 软土地基勘察方法应采用钻探和原位测试相结合的综合勘察方法 钻探能直接鉴别岩芯并能取得原状土样进行室试验, 是目前软土地区较常用的勘察手段之一 应根据软土地层结构 成因类型 成层条件 地层厚度并结合构筑物的类型 规模与基础类型等综合确定钻孔间距 深度 对软土埋藏浅 厚度小的地段或山区薄层软土段, 可采用探坑或轻便螺纹钻 原位测试应根据岩土条件 设计对参数的要求 地区经验和测试方法的适用性等因素选用 原位测试成果应与室内试验成果相互验证, 保证其成果的准确性 资料收集在工程地质调查和测绘前应认真收集资料, 包括工程概况 设计要求 ; 地形地貌 区域地质 遥感影像等资料 ; 前期勘察和试验成果资料 ; 地震动峰值加速度等资料以及区内类似土建工程的成功经验和教训等 工程地质调查和测绘一般内容包括场地的微地貌类型和不良地质作用并进行工程地质分区 ; 场地的第四纪地层特征 成因类型 分布范围 埋藏条件 应力历史等情况 地下水的埋藏条件 水位变化幅度与地表径流及潮汐的水力联系 补给来源和地下水质类型等 即有堤防 涵洞 桥梁 道路 房屋 地下洞室等构筑物修建时间 地基处理措施 施工方法 处理效果等 勘探 1 勘探点间距 1) 纵向勘探点间距纵向勘探点布置按表 控制 对于傍山软土路段及其他软土厚度变化较大的路段, 勘探孔应加密布置, 以查明软土层的厚度和性质在纵向上的变化, 满 19

20 足设计要求 ; 对于改扩建工程, 应根据工程特点 原公路软基处理方式 固结时间等综合确定勘探点间距 2) 横向勘探点间距简单场地纵向间距 500~1000m 布置 1 个路基横向断面, 场地条件复杂 软土层性质或厚度变化较大处, 应适当加密, 可按 250~500m 考虑 每个横断面上勘探点不宜少于 3 个, 可按路基中心线及两侧坡脚进行布置, 工程地质条件复杂 路基宽度较大处应加密布孔 扩建工程扩建侧横断面钻孔应从原路基坡脚向外布置, 勘探孔数量不宜少于 3 个 表 纵向勘探点控制间距钻探点间距 (m) 静力触探点间距 (m) 环境类别公路等级施工图设计阶施工图设计阶初步设计阶段初步设计阶段段段高速公路 一级公路 600~ ~ ~ ~250 简单场地二级公路 800~ ~ ~ ~300 二级以下公路 1000~ ~ ~500 高速公路 一级公路 400~ ~ ~ ~200 复杂场地二级公路 600~ ~ ~ ~250 二级以下公路 700~ ~ ~300 注 :1 设计填土高度大于极限高度或桥头路段采用低限 ; 2 有桥钻孔或构造物钻孔作为路桥两用钻孔利用时, 可适当酌减 ; 3 施工图设计阶段, 宜在傍山路段等复杂场地增布纵横向勘探孔, 以查明软土层厚度在纵横方向的变化 ; 4 对于改扩建工程, 尚应自公路中心向两侧加密布设横向勘探孔, 单侧至少应布置 3 个孔, 包括钻孔或静力触探孔 3) 勘探孔定位初步设计阶段勘探孔位置应在 1:2000 路线平面上标注或在现场布设 孔点位置用坐标控制, 允许移动范围 : 对路基孔沿中线前后不超过 30m, 垂直中线左右不超过 15m; 构造物孔沿中线前后不超过 10m, 垂直中线左右不超过 5m 孔口高程不超过 10cm 施工图设计阶段勘探孔位置应在 1:1000~1:2000 路线平面上标注, 并充分利用初步设计阶段勘探孔成果 孔点位置用坐标控制, 允许移动范围 : 对路基孔沿中线前后不超过 20m, 垂直线左右不超过 10m; 构造物孔沿中线前后不超过 5m, 垂直中线左右不超过 5m 孔口高程不超过 10cm 2 勘探点深度 1) 勘探点深度主要根据软土埋藏分布条件及填土高度而确定, 要求能够满足工程地质评价和设计的需要 20

21 2) 对于厚层及巨厚层软土, 钻孔深度应达到预估的地基附加应力与地基土自重应力比为 0.10~0.15 时所对应的深度 ( 地下水位以下采用浮容重 ) 或不小于地基压缩层的计算深度 若难以预估附加应力的大小, 或处于高路堤位置时, 钻孔深度宜穿透软土层 3) 对于薄层软土或傍山路段, 钻孔深度应达到下卧碍层内 2~5m 4) 对于多层软土, 应根据软土特点 填土高度 处理方式等, 按受影响的最下层软土控制 3 钻探取样控制性钻孔必须按规定深度在软土层中准确采用原状土样 一般性钻孔应按控制性钻孔规定深度鉴别土层, 必要时在重要层位取样或进行原位测试 取样间距 : 对非均质土, 在地面以下 10m 以内, 每 1.0m 取样一组 ; 在地面下 10~20m, 每 1.5m 取样一组 ;20m 以下可每 2.0m 取样一组 变层处应取样品 对厚层 巨厚层均质软土层, 可对性质相同或相近层次的层顶和层底各取一组样品, 中间取两组以上的样品 如软土指标有变化, 应补取样品 对于硬壳层 软土间夹层 硬土层以及排水砂层, 也应采集样品以取得计算指标, 取样间距 1.5~2.0m 取样质量和数量应满足室内试验的要求 原位测试原位测试应严格按操作规程进行操作, 试验前应将测试仪器 记录设备连同电缆进行率定, 率定合格后方可进行试验 静力触探和十字板头贯入速率 十字板头的扭转速率等应严格控制在规定的范围之内 测试成果应及时进行分析整理 静力触探孔深度应达到软土层的底部, 十字板试验只在软土层中进行 其他勘探方法宜结合设计需要选定 1 载荷试验用于测定承压板下应力主要影响范围内软土的承载力及变形特性 可根据需要选用浅层平板载荷试验 深层平板载荷试验或螺旋板载荷试验 根据载荷试验资料, 可确定比例界限压力 极限压力 地基土承载力 土的变形模量 基准基床系数等 2 静力触探试验根据需要采用双桥探头或带孔隙水压力量测的双桥探头, 测定锥尖阻力 (q c ) 侧壁摩阻力(f s ) 和贯入时的孔隙水压力 (u) 21

22 根据静力触探资料, 可进行力学分层, 估算土的强度 地基承载力 沉桩阻力等 根据孔压消散曲线可估算土的固结系数和渗透系数 3 十字板剪切试验用于测定饱和软粘性土 (φ 0) 的不排水抗剪强度和灵敏度 根据十字板剪切试验资料, 可计算各试验点的不排水抗剪峰值强度 残余强度 重塑土强度和灵敏度, 确定地基承载力 单桩承载力, 计算边坡稳定, 判定软粘性土的固结历史 4 扁铲侧胀试验根据试验资料, 可计算土的侧胀模量 侧胀水平应力指数 侧胀土性指数, 根据地区经验, 可判别土类, 确定粘性土的状态 静止侧压力系数 水平基床系数等 5 旁压试验可采用预钻式或自钻式旁压试验 根据旁压试验资料, 可计算土体的旁压模量, 评定地基承载力和变形参数 根据自钻式旁压试验的旁压曲线, 还可测求土的原位水平应力 静止侧压力系数 不排水抗剪强度等 6 波速测试采用单孔法 跨孔波或面波法测定软土的压缩波 剪切波或瑞利波的波速, 计算软土的动力参数 根据测试资料, 可计算土层小应变的动弹性模量 动剪切模量和动泊松比 室内试验软土试验样品不得因长期存放而改变其物理力学性质, 必要时可在现场进行室内试验 对原状软土样品应在三天内开样试验, 并应做好开样记录 对不能按时开始试验的样品应妥为保存, 合理置放, 夏季应挖坑放置, 并用保持一定湿度的覆盖物防护 ; 冬季应放置于有合适温度的场地, 严禁样品受冻 土样试验及对试验指标的整理与统计, 必须严格遵照部分布 公路土工试验规程 的规定进行 室内试验项目见表 4.3.6, 不同地基处理方法的软土试验项目见附录 B 22

23 表 软土室内试验项目 按性质分类 试验项目 提供参数 备注 含水量试验天然含水量孔隙比密度试验天然湿密度 干密度常规项目饱和度比重试验比重物理性质颗粒分析试验颗粒组成 不均匀系数粉土层做 界限含水量试验 液限 塑限 塑性指数 常规项目 相对密度试验 相对密度 最大干密度 最小干密度粉土选做 压缩系数 压缩模量 常规项目 固结试验 压缩指数 回弹指数 固结系数 前选代表性样品做, 必要时 期固结压力 做次固结系数 直接剪 快剪试验 抗剪强度参数 ( 粘聚力 内摩擦角 ) 常规项目 力学性质 切试验 固结快剪试验 抗剪强度参数 ( 粘聚力 内摩擦角 ) 选代表性样品做 三轴压 不固结不排水试验抗剪强度参数 ( 粘聚力 内摩擦角 ) 选代表性样品做 缩试验 固结不排水试验 选代表性样品做, 必要时抗剪强度参数 ( 粘聚力 内摩擦角 ) 做有效抗剪强度参数 无侧限抗压强度试验 无侧限抗压强度 灵敏度 选代表性样品做 水理性质 渗透试验 渗透系数 选代表性样品做 化学成分试验 酸碱度试验 PH 值必要时选做有机质含量试验有机质含量选代表性样品做 注 :1 常规项目指必做试验项目 ; 选代表性样品做指根据地基处理设计要求所需要的试验项目, 每一 土层均应有指标, 数量应满足数理统计的要求 ; 必要时选做指设计有特殊要求所需要的试验项目, 每一土 层指标数量宜满足数理统计的要求, 应大于 3 组 ; 2 固结系数 压缩指数 前期固结压力 渗透系数等应同时提供垂直和水平向试验指标 ; 高压固 结试验, 试验压力应能满足绘制完整压缩曲线的要求, 最大压力不宜小于 1600kPa 资料整理及工程地质勘察报告编制 1 资料整理对各阶段原始数据及中间成果进行整理分析, 对岩土参数进行数理统计, 做为编制工程地质勘察报告的基础资料 2 工程地质勘察报告的编制 1) 总说明应重点分析软土的工程地质特征及埋藏分布条件及其对路线和构筑物的影响, 作出工程地质评价与预测, 提出路线方案比较及软土处理措施的建议 2) 综合图表部分应根据工程性质提供特殊性岩土地段一览表 物理力学性质性质统计表 全线工程地质平面图 全线工程地质纵断面图 e-p 曲线图 e-lgp 曲线图 勘探孔地质柱状图 原位测试成果图表等 3) 工点资料应提供工程地质说明 工程地质平面图 工程地质纵断面图 23

24 代表性工程地质横断面图等 必要时提供硬壳层底面或硬土层顶面高程等值线图 24

25 5 浅层处理 5.1 一般规定 适用范围 1 地基承载力不足的浅层软土路段 ; 2 低填 浅挖路段, 为满足路面结构及路基对地基的强度要求, 需对浅层软土加以处理 常用形式及选用 1 地基浅层软土深度小于 3.0m 的软土路段, 软土处理方法宜优先采用排水垫层 换填及浅层加固法, 如图 路基填土高度小于 2.0m 及浅挖路段的软土地基, 可采用排水垫层法 浅层加固法处理, 如图 (a) (b) 3 路基填土高度较高, 地基浅层软土深度小于等于 3.0m 的软土路段可采用全部换填的浅层处理, 或必要时采用排水固结法, 如图 当地基位于湖塘 滩地及常年积水的洼地, 表层无硬壳层, 软土呈流塑状 层厚较薄时, 可采用抛石挤淤法 图 软土深度小于 3m 的浅层处理 (a) (b) 图 路基填高小于 2m 的浅层处理方式 25

26 5.2 设计 材料选用材料应根据工程具体情况, 按就地取材的原则选用 排水垫层宜选用透水性能良好的砂砾或碎石 ; 换填 ( 置换垫层 ) 宜采用强度较高的砂砾 碎石 宕渣等 ; 浅层加固采用水泥稳定土 石灰稳定土等 材料要求 1 砂砾砂砾应为级配良好, 质地坚硬的粒料, 其颗粒的不均匀系数不小于 10, 不含植物残株 垃圾等杂质, 一般为 5~40mm 的天然级配, 以中 粗砂为宜 ; 当使用细砂时, 应掺入 25%~30% 的碎石或卵石, 最大粒径不宜大于 50mm 其含泥量不应超过 5% 2 碎石一般采用中 ~ 微风化硬质岩且级配良好的碎石, 最大粒径不宜大于 50mm, 含泥量不应超过 5% 3 宕渣最大粒径不大于 100mm, 含泥量不应超过 15% 4 水泥稳定土颗粒的最大粒径不应超过 50mm, 宜选用塑性指数小于 17 的土 应通过配合比试验确定水泥剂量 ( 水泥剂量 = 水泥质量 / 干土质量 ), 一般不小于 3% 5 石灰稳定土体积配合比宜为 2:8 或 3:7 土料宜用粉质粘性土, 不宜使用块状粘土和砂质粉土, 不得含有松软杂质, 其最大粒径不宜大于 15mm 加固剂可选用新鲜的消石灰, 其最大粒径不宜大于 5mm, 不得夹有半熟化的生石灰块, 其质量通常以 CaO+MgO 含量不低于 55% 控制 6 抛石材料宜采用中 ~ 微风化硬质岩, 小于 300mm 粒径含量不宜大于 20% 浅层处理厚度 1 排水垫层厚度可取 300~800mm, 一般以 500mm 为宜, 铺设范围为路堤坡脚外延伸 500~1000mm; 2 换填厚度不宜大于 3m 3 浅层加固法处理的厚度, 一般为 0.5~2m 26

27 5.2.4 计算 1 浅层处理的设计计算应满足地基承载力 沉降和稳定的要求 2 换填层 加固土层的厚度及宽度应根据该层和下卧层的承载力及变形验算后确定 对于挡墙 箱通 盖板涵底部的垫层, 可采用如下公式验算 : ⑴ 厚度验算 Pz + Pcz f ak ( ) 式中 : P z 垫层底面处的附加应力 (kpa); P cz 垫层底面处土的自重压力 (kpa); f ak 垫层底面处下卧层的地基承载力特征值 (kpa) 挡墙 箱通 盖板涵垫层底面处的附加应力值 P z 可按下式简化计算 : P z ( p p ) b k c = ( ) b + 2z tanθ 式中 : 值 (kpa); P z 垫层底面处的附加应力 (kpa); b----- 矩形基础或条行基础底面的宽度 (m); pk 相应于荷载效应标准组合时, 基础底面处的平均压力设计 pc 基础底面处的自重压力 (kpa); z 基础底面下垫层的厚度 (m); θ 垫层的压力扩散角 b 回填土 Pk d 置换垫层 θ Pcz Pz z b' 图 垫层应力扩散示意图 27

28 表 压力扩散角 θ ( ) z/b 换填材料 中砂 粗砂 砾砂圆砾 角砾 卵石 碎石 黏性土和粉土 (8<I p <14) 石灰稳定土 > ⑵ 宽度验算 b ' b + 2z tanθ ( ) 式中 : P z 垫层底面处的附加应力 (kpa); b ' 垫层底面宽度 (m); θ 垫层的压力扩散角 可按表 用 ; 当 z/b<0.25 时, 仍按表中 z/b=0.25 取值 3 低填 浅挖路基采用浅层加固法后, 应满足 公路路基设计规范 中对路床 CBR 值的要求 以及 公路沥青路面设计规范 对土基回弹模量 E 0 值的要求 ⑴ 路床在加固区内 ⑵ 路床局部在加固区内 ⑶ 路床在加固区以外 图 低填浅挖路基路床与加固区关系示意图 28

29 2z/b 路床 路堤填料 加固层抗压模量值与 CBR 存在以下关系 : 0.64 E d = 17.6CBR 对于路面结构下土基回弹模量可根据加固层抗压模量及下卧层回弹模量采用等效法验算, 或采用路面设计计算程序反算, 或现场采用承载板法测得 4 沉降计算对置换层下存在软弱层的路基, 应进行沉降计算 沉降由置换层自身的变形和下卧层变形两部分组成 S = S s + S u ( ) 式中 : S s 置换层自身的变形值,mm; S u 置换层下压缩层范围内各土层压缩变形之和,mm 1) 置换层自身的变形在满足其底面尺寸规定后仅考虑其自身的压缩变形, 并按下式简化计算 : pk + αpk S s = ( z) / ES ( ) 2 式中 : pk 相应于荷载效应标准组合时, 作用在置换层顶面的平均压力设计值 (kpa); α 平均压力扩散系数, 按表 确定 表 平均压力扩散系数 α L/b 条形 注 :L- 路段长度 (m);b- 路基底宽 ;z- 置换层厚度 20~30MPa z 置换层的厚度 (m); E s 置换层压缩模量, 宜由荷载试验确定 ; 当无资料时, 可选用 2) 下卧层变形可用分层总和法按下式计算 : S u e e = n n 1i 2i Hi = i= 1 1+ e1 i i= 1 Δpi H E si i ( ) 式中 : 29

30 e 1i 根据第 i 分层的自重应力平均值, 从土的压缩曲线上得到的相应的孔隙比 ; e 2i 根据第 i 分层的自重应力平均值与附加应力平均值之和, 从土的压缩曲线上得到的相应的孔隙比 ; H i 第 i 分层土的厚度 (m); E si 第 i 分层土的压缩模量 (MPa) 5 置换层的承载力宜通过现场荷载试验确定, 并应进行下卧层承载力的验算 6 置换层的最小压实度应不小于相同层次的路基填料压实控制标准 5.3 施工要求 排水垫层及换填的施工方法 分层铺填厚度 每层压实遍数等宜通过试验确定, 一般情况下垫层的分层铺填厚度为 200~300mm 排水垫层及换填的施工应根据不同的换填材料选择施工机械 ; 填筑层的施工质量检验必须分层进行, 应在每层的压实度符合设计要求后方可填筑上层土 砂砾 碎石层施工要点 1 砂砾 碎石层施工宜采用机械碾压法 其碾压工艺 分层摊铺厚度应根据现场试验确定 2 砂及砂石料可根据不同的施工方法控制其最佳含水量 当用插入式振捣或水撼法施工时, 宜为饱和砂石垫层 3 地基开挖后应及时回填, 不应暴露过久或浸水 4 砂砾 碎石层的底面宜铺设在同一标高上, 如深度不同, 基底面应挖成台阶或斜坡, 各层搭接位置宜错开 0.5~1.0m 距离 5 砂砾 碎石层的质量检验应分层进行 水泥稳定土 石灰稳定土加固层施工要点 ⑴ 水泥稳定土 1 对于塑性指数大于 12 的粘性土, 可视土质和机械性能确定土是否需要过筛 2 稳定土的碾压厚度和松铺系数应事先通过试验确定 3 对人工摊铺的土层整平后, 用轻型压路机进行碾压, 使其表面平整, 并满 30

31 足压实度要求 4 拌和深度应达稳定层底并宜侵入下承层 5~10mm, 以利上下层粘结 5 洒水及拌和过程中, 应及时检查混合料的含水量 宜较最佳含水量大 1%~2% 6 经过拌和 整形的水泥稳定土, 宜在水泥初凝前并应在试验确定的延迟时间内完成碾压, 并达到要求的密实度, 同时没有明显的轮迹 ⑵ 石灰稳定土 1 石灰稳定土垫层施工, 必须先做好排水设施, 严禁坑内积水, 如发现坑内有局部软弱或孔穴, 应挖除后用石灰稳定土分层填实 2 石灰稳定土垫层应将石灰稳定土拌和均匀, 控制含水量, 当日铺填压实, 如土料水分过多或不足时, 应晾干或洒水湿润 3 分段施工时, 上下两层缝距不得小于 50cm, 接缝处应夯压密实 4 石灰稳定土垫层施工时应分层铺填碾压, 虚铺厚度视压实机具确定, 一般为 30cm 5 在地下水以下的地基坑内施工, 应采取排降水措施 石灰稳定土垫层压实后 3 天内不得受水浸泡, 冬季施工应采取防冻措施 6 石灰稳定土垫层验收合格后, 应及时填筑路基或临时遮盖, 防止日晒雨淋 刚筑完毕或未经压实而遭受雨淋浸泡时, 则应视其影响程度, 确定是否再掺灰拌和重新铺筑 抛石挤淤施工要点 1 当横坡缓于 1:10 时, 应沿路线中线向前成三角抛填, 再渐次向两旁张开, 将淤泥挤向两侧 2 当横坡陡于 1:10 时, 应自高向低张开抛填, 并在低侧边部多抛约有 2m 宽的平台顶面 3 当石料抛出水面后用小石块填塞平整, 用重型压路机碾压, 其上铺设反滤层, 再进行填土 4 不得在施工完抛石挤淤的垫层上直接填筑路基, 应增设一层土工合成材料加筋垫层来改善路基底部的受力 加筋材料可选用复合土工布 土工格室 钢塑土工格栅等, 不得采用玻纤土工格栅 5.4 质量检验 1 浅层处理应在每层的压实度符合设计要求后方可填筑上层土 检测方法按 公路工程质量检验评定标准 (JTG F80/1-2004) 附录 B 进行, 检测频率按 31

32 每 200m 每压实层测 4 处控制 2 加固土强度不小于设计要求 3 浅层处理的宽度和深度应不小于设计要求, 每 200m 每压实层测 4 处 4 弯沉或承载板试验应满足设计要求 32

33 6 土工合成材料加筋 6.1 一般规定 适用范围 主要适用于排水垫层以及结合地下软基处理方式来提高路基稳定 减少不均匀沉降的垫层中 常用形式及选用目前在浙江省交通土建领域使用较广的土工合成材料类型有编织土工布 复合土工布 塑料土工格栅 经编土工格栅 玻纤土工格栅 整体式钢丝土工格栅 钢塑土工格栅 土工格室等, 各种材料的工程特性和适用范围详见表 图 6.1 为常见的土工合成材料加筋布置图 路基宽度 B 回折长度 路堤 回折长度 回折长度 土工合成材料 垫层 回折长度 图 常见加筋布置断面图 表 土工合成材料的工程特性和适用范围 材料名称材料工程特性适用范围 编织 土工布 抗拉强度和顶破强度一般 ; 延伸率较大, 蠕变性较大 ; 反滤性较好, 渗透性好 ; 未经特殊处理, 则抗紫外线能力低, 如不直接暴露, 抗老化及耐久性较好 一般适用于排水固结法处理软基的路段, 起到隔离不同填料 改善排水通道及均衡地基受力的作用 ; 不适用于直接作为加筋材料或复合地基路堤加筋处理 33

34 复合土工布塑料土工格栅经编土工格栅玻纤土工格栅整体式钢丝土工格栅钢塑土工格栅土工格室 抗拉强度和顶破强度较高 ; 延伸率相对较大, 蠕变性较小 ; 渗透性和反滤性好 ; 抗紫外线能力 抗老化及耐久性较好 抗拉强度较高, 延伸率中等 ; 节点采用熔接工艺, 强度较高 ; 与填料结合效果尚可 ; 蠕变性较大, 耐久性一般 抗拉强度高, 延伸率较小 ; 节点采用定向编织网格, 强度较高 ; 抗撕裂强度大, 与填料结合力较强 蠕变性较大, 耐久性较好 抗拉强度高, 但抗折性能差 ; 延伸率小, 蠕变性小 ; 耐磨性强, 抗疲劳开裂和抗低温缩裂性较好 抗拉强度高, 延伸率小 ; 节点采用钢丝焊接工艺, 节点强度高 ; 蠕变性小, 耐久性好 抗拉强度高, 延伸率小 ; 节点采用超声波焊接工艺, 节点强度相对较低 ; 蠕变性小, 抗冻性好, 耐久性一般 抗拉强度高 ; 节点采用强力焊接工艺, 节点强度较高 ; 延伸性较大, 抗化学性能优, 耐久性好, 对施工控制及压实要求较高 一般与排水固结法联合处理软土地基或直接作为加筋和隔离材料使用, 不适用于复合地基路堤 高路堤的加筋处理 一般适用于排水固结法 水泥搅拌桩或桩承式路段对路堤的加筋处理 一般适用于排水固结法 水泥搅拌桩或桩承式路段对路堤的加筋处理 一般应用于路面防开裂处理, 不得用于路堤底部加筋 一般在桩承式地基处理中作为路堤加筋材料 一般桩承式地基处理中作为路堤加筋材料 ; 但施工过程中节点与表面镀塑易受损, 垫层宜采用砂砾 灰土材料 一般适用于加筋垫层, 排水垫层中不宜采用 6.2 设计 材料要求与设计参数 1 软基处理中需要采用土工合成材料对路堤进行加筋, 以提高路堤稳定性 34

35 时, 常用的主要技术指标见表 表 主要技术指标 名称抗拉强度延伸率焊接 ( 缝接 ) 强度界面摩擦系数耐久性 注释根据路堤稳定性需要的拉力确定对应于抗拉强度的每延米伸长比率焊接或接缝处抗剥离强度与土或路堤填料的摩擦系数使用环境下的化学或生物衰减程度 2 一般情况下, 土工合成材料主要用于加筋目的时, 宜选用强度高 变形小且界面粗糙的土工格栅类 ; 用于反滤 隔离 排水同时兼顾加筋目的时, 宜选用渗透性好, 拉伸断裂强度大 界面糙度大的土工布类 浅层处理 : 可选用编织土工布 复合土工布 塑料土工格栅 经编土工格栅 土工格室 排水固结处理 : 可选用复合土工布 塑料土工格栅 经编土工格栅 水泥搅拌桩 : 可选用塑料土工格栅 经编土工格栅 钢塑土工格栅 土工格室 桩承式路堤 : 可选用钢塑土工格栅 整体式钢丝土工格栅 3 用于加筋的土工合成材料, 一般要求延伸率不大于 15%; 加筋土工材料除整体式钢丝土工格栅及土工格室外, 一般宜在端部回折反包上一填筑层, 回折长度不宜小于 2.0m 4 土工合成材料的设计抗拉强度 T gc, 按下式确定 : T gc =T s /λ c ( ) 式中 :T s 土工合成材料的抗拉强度 λ c 材料强度综合修正系数, 对于土工织物取 3.0; 对于土工格栅取 2.0, 土工格室可取 1.5~2.0 5 土工材料的设计抗拉强度还应满足以下条件 : 若根据式 计算得到的 T gc 大于土工合成材料延伸率为 5% 时对应的拉力值, 采用延伸率 5% 时的拉力值作为设计抗拉强度 用于加筋的土工合成材料的设计抗拉强度不宜小于 25kN/m 6 土工织物最低强度要求还应满足下表 : 表 土工织物最低强度要求握持强度刺破强度梯形撕裂强度 CBR 顶破强度 (kn) (kn) (kn) (kn)

36 7 土工合成材料与路堤填料接触的界面摩擦系数 f gs, 一般由下式确定 : 土工织物 :f gs =0.667tgϕ q ( ) 土工格栅 :f gs =0.9tgϕ q ( ) 式中 : ϕ 对无粘性土取土体快剪内摩擦角 ; 对粘性土取考虑粘聚 q 力影响的综合内摩擦角 对重要工程, 当需要进一步校核 f gs 时, 应采用 公路工程土工合成材料试验规程 (JTG E50) 规定的剪切试验方法由试验确定 8 土工合成材料应具有抗腐蚀性 抗老化性及较好的保护层等 设计计算 1 土工合成材料的铺设层数 铺设方式 铺设范围, 应通过对加筋路堤的稳定性计算 平面滑动稳定性等计算确定 2 加筋路堤整体稳定性, 可采用圆弧条分法进行计算, 且在计算时应假设若干个穿越地基土的滑弧, 以求得安全系数最小值和相应的临界滑动面 F B = n ( W cosθ tanϕ + c Δl ) R + i i qi qi i i= 1 j= 1 n ( W sinθ ) R + m i i i= 1 i= 1 n ( T Y i j Q y j Qi + T j tanϕ X ) qi i ( ) 式中 : F B 整体稳定安全系数 ; W i 第 i 土条重 (kn/m) c qi ϕ qi 第 i 土条底土体粘聚力 (kpa) 和内摩擦角 ( ), 由直剪快剪试验确定 ; T j 第 j 层土工合成材料设计抗拉强度 (kn/m); Q i 第 i 土条所受地震水平力 (kn/m), 按 公路工程抗震设计规范 (JTJ004-89) 计算 ; X i 第 i 土条中心距滑弧圆心的水平距离 ; Y j 第 j 层土工合成材料距滑弧圆心的垂直高度 ; y Qi 第 i 土条底部距滑弧圆心的垂直高度 ; R 滑弧半径 ; θ i 第 i 条滑弧的仰角 3 加筋路堤的堤身稳定性, 采用圆弧条分法按式 ( ) 计算, 未考虑地 36

37 震力 ; 在计算时应在堤身范围内假定不同的滑弧, 求得安全系数的最小值和相应的临界滑动面 4 薄层软基可采用水平滑动面法计算 ( 图 6.2.1), 抗滑稳定安全系数可按下式计算 : F P Pp + Pb + T = P + P ag as gc ( ) 加筋垫层 P ag 软土层 T gc Pas P p P b 图 水平滑动稳定验算图示式中 :F p 抗滑稳定安全系数 ; P p 被动土压力 (kn/m); P b 软土层底部抗滑力 (kn/m); T gc 土工合成材料设计抗拉强度 (kn/m); P ag 加筋垫层以上堤体主动土压力 (kn/m); P as 软土层主动土压力 (kn/m) 5 桩承式加筋路堤 水泥搅拌桩复合地基中对土工合成材料的指标要求及路堤稳定性验算, 可详见本设计要点相关章节内容 6.3 施工要求 1 土工合成材料不宜直接设置在地面上, 应进行现场清理, 并在地表铺设 200mm~400mm 砂砾垫层或其它透水性较好的均质土料后, 再铺设土工合成材料 在距土工合成材料层 80 mm 以内的路堤填料, 其最大粒径不得大于 60 mm 2 加筋路堤采用多层土工合成材料时, 层间距不宜小于单层填土最小压实厚度, 且不得大于 600 mm 3 土工合成材料在铺设时, 应将强度高的方向置于垂直路堤轴线方向 用人工或张紧设备拉紧土工合成材料, 使之不出现皱褶, 并紧贴于填料上 铺后用销钉固定土工合成材料, 以防止发生移动或松弛 4 土工合成材料需要搭接的部位, 搭接宽度不得小于 300mm, 采用专用塑料扣或小铁丝等固定 ; 采用缝接时, 缝接宽度不宜小于 100mm, 缝接强度应不低于土工合成材料的抗拉强度 多层土工合成材料的上下层接缝应错开, 错开长 37

38 度应大于 500mm 加筋材料需端部回折时, 最小回折长度不宜小于 2.0m 5 土工格室施工时应进行充分拉展, 使格室的中线与线路中线重合 ; 纵横向的搭接必须紧密拼接固定, 形成一片整体 铺设好后应及时回填填料, 并严格控制填料粒径和级配 ; 距边线 800~1000 mm范围内的回填, 应人工摊铺填实后, 采用轻型压路机碾压, 碾压时宜先从两侧碾压, 然后再碾压中线部位, 以保证格室不倾倒 6 路堤填筑时, 应采用后卸式卡车沿加筋材料两侧边缘倾卸填料, 以形成运土的交通便道, 并将土工合成材料张紧 填料不允许直接卸在土工合成材料上面 ; 卸土堆载高度不大于 1m, 以免造成局部承载能力不足 卸土后应立即摊铺, 以免出现局部下陷 填成施工通道后, 再由两侧向中心平行于路堤中线对称填筑, 宜保持填土施工面呈 U 形 第一层填料宜采用推土机或其他轻型压实机具进行压实 ; 只有当已填筑压实的初始层厚度大于 600mm 后, 才能采用重型压实机械压实 7 施工设备作业方向与路堤中线平行, 为了土工合成材料摊铺的平整性和完整性, 在初始层上不得转弯 随意急刹车等 若车辙深度大于 80mm, 应选用小型设备进行施工 8 土工材料的铺设施工温度应控制在 0~40, 且铺设完毕至填筑覆盖的暴露时间不宜大于 36 小时 6.4 质量检验 对加筋土工合成材料的检验, 需根据设计文件所要求的设计指标, 其检验项目和频率一般按表 6.4 规定执行 表 6.4 加筋土工合成材料检验项目 检验项目 单位面积质量 厚度 孔径 垂直渗透系数 水平渗透系数 条带拉伸 CBR 顶破 刺破 落锥穿透 直接剪切磨擦 拉拔磨擦 检验选择 检验频率 1 次 /10000m 2 1 次 / 批注 :1 为必检项目, 为选检项目 ; 2 试验频率亦可根据工程规模 所用数量, 由设计单位或监理单位确定 ; 3 表列中 批, 如每批大于 5000m 2, 则以 5000m 2 为一批 38

39 7 排水固结法 7.1 一般规定 适用范围排水固结法适用于深度大于 5m 的软土, 但灵敏度大于 5 的软土不宜采用 ; 处理深度一般不超过 30m 排水固结法的预压期应根据路堤设计高度 地质情况等计算确定以满足路堤工后沉降的要求, 其预压期不应小于 8~10 个月 常用形式和选用 1 排水固结法按加载方式的不同, 一般分为堆载预压 真空预压 真空联合堆载预压 ; 按加载与设计荷载的关系, 又分为欠载预压 等载预压 超载预压 为提高路堤的整体稳定性和垫层的排水性能, 可在水平排水垫层中设置土工合成材料 2 构造物相邻路段一般应采用超载预压, 超载的高度一般为填高的 20%~ 40%, 填方较高且填筑工期较紧的路段可采用真空联合堆载预压 7.2 设计 排水固结法设计前应预先查明地基土层的类别 结构性特点 分布和透水层位置, 并通过现场原位测试和室内试验提供设计所需的物理力学指标 竖向排水体的选用 1 竖向排水体一般优先选用塑料排水板 塑料排水板主要考虑软土的工程性质 打设深度 预压期的长短等因素进行选用, 其芯板应采用聚乙烯或聚丙烯新料制成, 不得采用再生塑料 ; 其滤膜应采用高强度和良好渗透性及反滤性的热轧或热熔无纺布 为保证施工质量, 应选用可测深式塑料排水板, 高速公路及一级公路宜选用电子测深式塑料排水板 2 采用真空预压处理时, 宜选用 150mm 宽的大通水量塑料排水板 3 若当地粗砂料源丰富, 可考虑采用袋装砂井和普通砂井 袋装砂井中的砂料应选用粗砂, 其不均匀系数小于 4, 含泥量小于 3%, 渗透系数大于 39

40 cm/s; 砂袋应选用抗拉强度大于 40kN/m 的聚丙烯编织布, 其渗透系数应大于 cm/s, 有效孔径 D 95 <0.08, 砂袋中砂的灌实率应大于 95% 4 塑料排水板应具有足够的抗拉强度和垂直排水能力, 见表 应根据设计要求严格控制塑料排水板的质量 表 普通塑料排水板性能 性能 单位 型号 A B C D E F 备注 断面型式 口琴式口琴式口琴式城墙式城墙式城墙式 口琴式 口琴式 口琴式 结构型式 滤套式 滤套式 滤套式 一体式 一体式 一体式 宽度 mm 厚度 mm >3.5 >4 > 纵向通水量 cm 3 /s 侧压力 350kPa 抗拉强度 kn/10cm 延伸率 10% 时 滤膜干态纵向抗拉强度 N/cm 延伸率 10% 时 滤膜湿态纵向延伸率 15% N/cm 抗拉强度时 滤膜渗透系数 cm/s 水中浸泡 24h 滤膜等效孔径 μm 以 O 95 计 滤膜梯形撕裂强度 ( 纵 / 横 ) N 103/79 119/91 119/91 顶破强度 N 适宜打设深度 m <15 <25 <35 >35 >45 >45 性能 单位 表 可测深排水板性能国产涤纶浸渍滤膜进口纯涤纶纤维热轧滤膜 A B C A B C 条件 宽度 mm 厚度 mm 纵向通水量 cm 3 /s 侧压力 350kPa 抗拉强度 kn/10cm 延伸率 10% 时 滤膜干态纵向抗拉强度 N/cm 延伸率 10% 时 滤膜湿态纵向延伸率 15% N/cm 抗拉强度水中浸泡 24h 滤膜渗透系数 cm/s 水中浸泡 24h 滤膜等效孔径 μm <75 <90 以 O 95 计 滤膜梯形撕裂强度 ( 纵 / 横 ) N 80/70 延伸率 10% 时 40

41 7.2.3 竖向排水体的布置方式 排水体可按正方形或等边三角形两种形式布置, 如图 所示 d d dw d de dw de a) 正方形排列 b) 等边三角形排列 图 排水体的布置形式 在设计计算时, 将排水体近似用直径为 d e ( 有效排水直径 ) 的圆柱体来代替, de 与排水体间距 d 有如下的关系 : 正方形布置 d e =1.128 d ( ) 等边三角形 d e =1.05 d ( ) 塑料排水板的等效直径 d w 按下式计算 : 2( b + δ ) dw = (7.2.4) π 式中 :b,δ 塑料排水板的宽度和厚度 竖向排水体的设计间距 竖向排水体的设计间距应满足工程设计对固结度的要求 可按下式初步确定 : Ch t a s = (7.2.5) ln( s/ dw) ln[ 0.8 /(1 Urz) ] 式中 :s 竖向排水体的布置间距 (cm); C h 地基土的水平向固结系数 (cm 2 /s); t a 工程允许的固结时间 ; U rz 工程要求达到的固结度 ; d w 排水体的直径 试算结果还需结合工程经验选用, 对塑料排水板宜在 1~2m 内选用 41

42 7.2.6 竖向排水体的打设深度打设深度应根据工程允许工后沉降量通过计算确定 当软土层小于 20m 时, 一般宜打穿软土层 ; 当下卧有透水层的情况, 采用真空预压加固时竖向排水体打设到透水层顶部 1m 左右的软土中 竖向排水体的固结度计算排水固结法的总沉降和工后沉降的计算参见 节相关公式 根据竖向排水体固结理论, 其固结度的计算如下 : 1) 瞬时加载条件下竖向和径向共同引起的地基平均固结度可按下式计算 : U rz ( 1 U z )( U r ) 式中 : U z 竖向排水固结度 (%); = 1 1 ( ) U r 径向排水固结度 (%); 当 U rz >30% 时, 可采用下式计算 : 8 β t U rz = 1 e ( ) π 式中 : β 固结指数 ; 2 竖向排水体的固结计算应考虑竖向排水体的井阻作用和涂抹作用对固结的影响, β 可按下式计算 : 2 π CV 8Ch β = + ( ) 2 2 4H ( Fn + J + πg) de 2 2 n 3n 1 式中 : Fn = ln n ; 2 2 dn 1 4n e n =, 井径比, d w 竖向排水体直径 ; dw C h, C V 径向和竖向固结系数 ; J 涂抹因子 ; G 井阻因子 2) 分级加载条件下地基平均固结度的计算 根据路堤的实际填筑情况, 路堤荷载不是瞬时施加, 而是分级施加的 分级加载条件下需要对式 (7.2-7) 计算的地基平均固结度进行修正, 常用的两种修正方法是改进的太沙基法和改进的高木俊介法 竖向排水体未打穿软土层的固结度计算当竖向排水体未打穿整个软土层时, 整个压缩土层的平均固结度可按下式计算 : = + (7.2.8) ( 1 λ) U λu rz U z 42

43 式中 : U rz 竖向排水体部分土层的平均固结度 (%), 按公式 ( ) 计算 ; U z 竖向排水体以下压缩层范围土层的平均固结度 (%); H1 λ=, H 1 竖向排水体部分土层厚度, H 2 竖向排水体以下压 H + H 1 2 缩层范围内土层厚度 路堤稳定性计算对采用排水固结法处理的路堤进行稳定性计算时, 应考虑软土的抗剪强度因固结而增长以及高灵敏度软土因扰动而降低等情况 其计算方法一般采用瑞典圆弧滑动法中的有效固结应力法 改进总强度法, 有条件时也可采用简化毕肖普法 简布普遍条分法 真空联合堆载预压 1 真空联合堆载预压处理公路软基时, 其抽真空时间, 对高速公路 一级公路应 6 个月以上, 联合预压时间不小于 4 个月 ; 二级及以下公路,4 个月以上, 联合预压时间不小于 3 个月 2 真空联合堆载预压下地基的沉降计算时, 可将膜下真空度视为等效荷载, 同时应考虑因抽真空对土体侧向收缩的影响, 沉降综合修正系数 m s =0.9~1.2 3 当填土高度较高时, 应进行地基的稳定验算, 分析时可采用真空力矩增加法, 即在真空加固范围内的土条上增加一真空抗滑力矩, 如下式所示 : M 真空抗滑 = Pvi U i tanϕ R (7.2.10) 式中 : P vi 滑弧对应 i 土条底的真空负压力 ; U i 地基固结度 ; ϕ 地基土的内摩擦角 ; R 滑弧半径 7.3 施工要求 堆载预压 1 铺设排水垫层厚度应均匀, 表面整平 ; 排水垫层应选用中 粗砂或砂砾, 厚度一般不小于 50cm,, 其含泥量不应超过 3%, 渗透系数大于 cm/s 2 在天然地基的极限填筑高度以下, 可快速分层填筑 ; 3 填土高度大于极限填筑高度后, 应结合动态监测, 严格控制填筑速率 真空联合堆载预压 43

44 真空联合堆载预压的施工工艺应符合下列规定 : 1 在砂垫层中沿水平方向埋设滤水管, 在预压过程中滤水管能适应地基变形 ; 2 采用的密封膜应满足施工和当地气候条件要求, 密封膜周边及表面应采取挖沟填埋等处理措施 ; 3 当加固区周边或表层土有透水层或透气层时, 应采用密封墙将其封闭 ; 4 安装抽气设备, 联接抽气管道, 真空泵的设置应根据预压区大小 真空泵的功率以及工程经验确定, 一般可按照 800~1200m2/ 台泵布置 5 先在加固范围内进行抽真空, 当膜内真空度保持在 85kPa 以上 5~10 天后, 进行填筑堆载, 开始真空联合堆载预压 6 膜内真空度应保持在 85kPa 以上, 当固结度大于 70% 后可逐步均匀减少抽真空设备, 但停泵数不得大于总泵数的 1/3 7 密封膜上宜覆盖土工布以保护密封膜 7.4 质量检验 塑料排水板的滤膜表面应喷印生产厂家的企业标志和产品编码, 喷印标识间距不大于 1m, 便于施工 送检 现场检测等过程中的识别和质量管理 同批次生产的塑料排水板, 每 20 万米检测一次 小于 20 万米的按 20 万米计 ; 不同批次生产的塑料排水板应分批次检测, 同批次生产分批运输的也应分批次检测, 塑料排水板的外观质量和性能指标应满足设计要求 塑料排水板打设深度的检测应由施工单位自检 监理单位抽检, 有条件时委托具有相关资质的第三方检测单位抽检 44

45 8 水泥搅拌桩 8.1 一般规定 适用范围 1 水泥搅拌桩一般适用于处理十字板抗剪强度不小于 10kPa 的软土地基, 当有机质含量大于 5% 塑性指数大于 25 或地下水具有腐蚀性时, 必须通过现场试验确定其适用性 2 一般用于路基填土高度不大于 6m 的路段 3 处理软基深度不宜超过 8~10m 4 在靠近城区及村镇等环保要求较高路段时应采取必要的环保措施, 否则应慎重采用 常用形式及选用 1 水泥搅拌桩分为粉体喷射搅拌桩 ( 简称粉喷桩 ) 和浆液喷射搅拌桩 ( 简称浆喷桩 ) 两种 对含水量在 30%~50% 之间的软土处理一般采用浆喷桩, 含水量大于 50 % 时, 多采用粉喷桩 2 常规浆喷桩采用单向搅拌工艺, 为提高搅拌效果, 有条件时宜选用双向搅拌工艺 8.2 设计 材料要求 1 固化剂宜选用强度等级在 32.5 级及以上的普通硅酸盐水泥 2 外加剂种类和掺量应根据不同土质条件和工程要求通过试验确定 外加剂种类主要有木质素磺酸钙 石膏 三乙醇胺等 室内配合比试验为了确定水泥搅拌法对拟加固地基软土的适用性, 给设计和施工提供可靠 合理的参数, 应预先进行水泥土室内配合比试验 针对现场拟处理的具有代表性的软土, 选择合适的固化剂 外掺剂及其掺量, 提供不同龄期 配合比的强度参数 45

46 8.2.3 水泥掺入量设计一般情况下水泥掺入比宜为 10%~20%, 浆喷桩的水泥浆水灰比可选用 0.4~0.5 根据土样天然含水量的不同, 水泥掺入量应相应变化, 表 可供参考 表 水泥掺入量与土样天然含水量对应关系参考值天然含水量 (%) 水泥掺入量 (kg/m) 50 50~70 70 注 : 本表适用于桩径 500mm 的水泥搅拌桩 40~55 50~65 60~ 桩体布置设计水泥搅拌桩直径 深度及间距应经稳定验算确定并满足工后沉降的要求 一般情况下桩的直径不宜小于 0.5m, 采用双向搅拌工艺时不宜小于 0.7m 桩的深度宜穿透软土层到达承载力相对较高的土层 ( 静力触探锥尖阻力不小于 800kPa); 为提高抗滑稳定性而设置的搅拌桩, 其桩长应超过危险滑弧面以下 2m 桩在平面一般按正方形或等边三角形布置, 相邻桩的净距不应大于 4 倍桩径 桩体抗压强度设计桩体抗压强度宜按 90d 龄期无侧限抗压强度进行设计 现场检测可在成桩 28d 后进行, 要求其无侧限抗压强度平均值不小于 0.6Mpa 褥垫层设计水泥搅拌桩复合地基应在基础和桩之间设置褥垫层, 其厚度宜为 300~ 500mm, 其材料可选用灰土 级配砂石 砂砾及含泥量小于 15% 的宕渣, 垫层填料最大粒径不宜大于 150mm 水平加筋体材料的选用水平加筋体材料的指标宜满足以下基本要求 : 延伸率 10%, 抗拉强度 80kN/m 设计计算 1 路堤整体稳定验算 46

47 复合地基内滑动面上的抗剪强度采用复合地基抗剪强度 τ ps, 该强度按下式计算 : τ = mτ + ( 1 m) τ ( ) ps p 2 d e s 2 D m = ( ) 式中 : τ p - 桩体的抗剪强度 (kpa), 可钻取试验路段水泥土 90d 原状试件测无侧限抗压强度, 按其一半计算 ; 也可按设计配合比由室内制备的水泥土试件 ( 直径 5cm 高度 10cm 的圆柱体 ) 测得的无侧限抗压强度乘以 0.3 的折减系数求得 τ s - 地基土的抗剪强度 (kpa); m- 复合地基置换率 ; D - 桩身平均直径 (m); d e - 一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径 (m); 等边三角形布桩 正方形布桩 d e = 1. 05s d e = s 矩形布桩 d e = s1s2 s s 1 s 2 分别为桩间距 纵向间距和横向间距 2 复合地基的沉降计算复合地基的沉降量按复合地基加固区的沉降量 S 1 和加固区下卧层的沉降量 S2 两部分来计算, 即 S=S 1 +S 2 (mm) 加固区的沉降量 S 1 采用复合压缩模量法, 按下式计算 : ( p + pb ) h S1 = ( ) 2E ps p ps E = me + ( 1 m) E ( ) 式中 : p- 复合土层顶面附加应力值 (kpa); pb - 复合土层底面附加应力值 (kpa); E ps - 复合土层压缩模量 (MPa); E p - 桩体压缩模量 (MPa); Es - 桩间土压缩模量 (MPa); h- 复合地基加固区厚度 (m) 下卧层未加固土层的沉降量 S 2 可按国家标准 建筑地基基础设计规范 GB 中相关规定进行, 其中复合土层底面的附加应力可采用等效实体法确定, 将复合地基加固区视为一个等效实体, 作用在下卧层的荷载作用面与作用在 s 47

48 复合地基上相同, 如图 所示, 复合土层底面的附加应力可用下式计算 : BDp ( 2B + 2D) hf p b = ( ) BD 式中 f- 桩侧摩阻力 (kpa), 可取桩土极限摩阻力的一半 ; B D- 分别为荷载作用面宽度和长度 (m); 路基宽度 地面线 p f p b 加固区 f h B 下卧层 图 单桩竖向承载力特征值的计算 等效实体法计算简图 单桩竖向承载力特征值按下列两式计算, 并取其中较小值 : 式中 Ra = U q l + αq A ( ) p si a i cu p p p R = ηf A ( ) f cu - 与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块 ( 直径 5cm 高度 10cm 的圆柱体 ) 在标准养护条件下 90d 龄期的立方体抗压强度平均值 (kpa); η - 桩身强度折减系数, 粉喷桩可取 0.2~0.3, 浆喷桩可取 0.25~ 0.33; A p - 桩的截面积 (m 2 ); U p - 桩的周长 (m); qsi - 桩周第 i 层土的侧摩阻力特征值 (kpa) 对淤泥可取 4~7kPa; 对淤泥质土可取 6~12kPa; 对软塑状态的粘性土可取 10~ 15kPa; 对可塑状态的粘性土可取 12~18kPa; li - 桩长范围内第 i 层土的厚度 (m); q p - 桩端地基土未经修正的承载力特征值 (kpa), 可按现行国家标准 建筑地基基础设计规范 (GB ) 的有关规定确定 ; α 桩端天然地基土的承载力折减系数, 可取 0.4~0.6, 承载力 48

49 高时取低值 4 复合地基承载力特征值的计算 = R β f ( ) a f spk m + ( 1 m) Ap sk 式中 f spk - 复合地基承载力特征值 (kpa); β - 桩间土承载力折减系数 ; 当桩端未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时, 可取 0.1~0.4, 差值大时取低值 ; 当桩端未修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时, 可取 0.5~0.9, 差值大时或设置褥垫层时均取高值 ; f sk - 桩间土承载力特征值 (kpa), 可取天然地基承载力特征值 8.3 施工要求 成桩试验水泥搅拌桩施工前必须进行工艺性成桩试验, 试验桩数不宜小于 5 根, 要求取得以下技术参数 : 1 满足设计掺入量的各种技术参数, 如钻进速度 提升速度 搅拌速度 喷浆压力 单位时间掺入量等 ; 2 根据下钻和提升的阻力情况, 选择合理的技术措施以保证水泥浆液的灌入量 ; 3 检验室内试验所确定的配合比 水灰比是否便于施工, 是否需要添加外加剂等 复搅工序水泥与土的搅拌均匀程度对加固土的强度有较大影响, 为保证搅拌桩的质量, 浆喷桩的施工应严格按照按 四搅两喷 程序进行, 并要求全桩长进行复搅 8.4 质量检验 水泥搅拌桩的质量检验应贯穿在施工全过程, 并应坚持全程的施工监理 施工过程中必须随时检查施工记录和计量记录, 并对照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定 为确保搅拌桩施工质量, 应采用下述方法进行质量检验 1 施工现场常规检查 : 项目包括桩径 桩距 桩长 垂直度及喷粉 ( 喷浆 ) 数量检查, 检查方式采用现场开挖量测及检查施工记录, 检查频率为总桩数的 5 49

50 %, 且每项单点工程不应少于 3 个点 2 钻探取芯 : 在成桩 28 天以后随机取芯, 取芯位置为沿着桩径 2/5 轴线处垂直钻进, 钻孔直径宜采用 108mm, 检查频率为桩总数的 0.5%, 且每项单点工程不应少于 3 个点 3 静载试验 : 在成桩 28 天后进行, 随机测定单桩承载力和复合地基承载力, 检查频率为桩总数的 0.5~1.0%, 重要工程取高值, 且每项单点工程不应少于 3 个点 50

51 9 桩承式加筋路堤 9.1 一般规定 适用范围 1 桥头 通道等结构物与路堤的衔接部位, 以减小差异沉降, 协调变形 2 路堤拓宽路段, 通过对拓宽路堤的沉降控制, 减少对老路堤的影响 3 稳定难以满足要求的高填方路堤 4 设置挡墙软基路段, 以控制挡墙稳定及与路基的变形协调 适用条件 1 一般要求桩端下卧持力层的静力触探锥尖阻力不小于 1000kPa 2 填土高度一般应大于 3m 3 预应力管桩处理深度一般大于 10m, 其他现场灌注桩处理深度一般大于 5m 常用桩型及选用 1 目前国内常用的桩型有 : 预应力混凝土管桩 钢筋混凝土预制方桩 圆形或异形沉管灌注桩 大直径现浇混凝土薄壁筒桩 小直径钻孔灌注桩等 2 应根据路堤高度 桩端持力层土类 施工设备 施工环境 制桩材料供应条件等, 选择经济合理 安全适用的桩型和成桩工艺 宜采用强度较高, 易于保证施工质量的不挤土或少挤土桩型 3 桩的直径 ( 或方桩尺寸 ) 可根据地基土质情况 成桩设备 常规尺寸等因素确定, 小直径桩和低标号砼桩应进行桩身强度验算 9.2 设计 材料要求 1 垫层材料垫层材料一般采用级配良好的砂砾 碎石 中粗砂 含泥量较小 ( 不大于 15%) 的土石混合料 ( 宕渣 ) 等散粒状材料, 也可采用具有一定整体刚度的掺灰土等 2 水平加筋体材料 51

52 1) 水平加筋体一般有求抗拉强度高 延伸率小 耐久性好 抗老化和抗腐蚀 2) 高速公路目前常用的加筋体材料有钢塑土工格栅 整体式钢丝土工格栅 3) 一般要求延伸率 5%( 若加筋体材料的极限延伸率小于 5% 时, 以极限延伸率计 ) 对应的抗拉强度应大于 80kN/m, 抗拉模量大于 1000kN/m 3 桩帽桩帽一般采用圆形或方形, 为增强桩体与桩帽之间的整体性, 宜现场浇筑, 材料宜采用 C30 混凝土 4 预制桩尖材料宜采用 C30 混凝土, 桩尖形状及尺寸根据桩型确定 为便于检测打设深度, 预应力混凝土管桩宜采用闭口桩尖 桩长的确定 1 桩长一般应穿透软土层 ; 对于巨厚软土层 ( 大于 30m), 桩长未穿透软土层时, 应满足达到最危险滑弧面以下 3m 的深度, 并应验算软弱下卧层的承载力 2 桩端进入持力层的深度, 对粘性土 粉土不宜小于 2 倍桩径 ; 砂性土不宜小于 1.5 倍桩径 ; 碎石类土, 不宜小于 1 倍桩径 若持力层以下有软弱土层, 该持力层的最小厚度不得小于 10 倍桩径 3 桩长的具体取值应满足路堤沉降及稳定性要求 桩的平面布置桩的平面布置一般采用正方形或正三角形布置 桩的平面布置中心距, 一般可取 4~8 倍桩径, 路堤高时取低值, 并应满足路堤沉降及稳定性要求 过渡段的处理路基与桥头等结构物衔接部位宜采用间距和打设深度分级过渡处理 通过在交接部位设置不同间距和桩长的路堤桩, 形成沉降渐变段, 避免发生较大的沉降差异 桩帽的平面尺寸桩帽一般采用方体或圆形, 其材料一般为现浇或预制钢筋混凝土 初拟桩帽边长 B( 方形 ) 时, 可按下列公式估算 : B = (0.4~0.5)S a (9.2.5) 52

53 式中 :S a 桩的中心间距 (m); 对圆桩可按面积相等的原则等效为方桩 桩帽边长的具体取值应根据工程条件 荷载大小等因素进一步调整确定 桩帽的厚度确定桩帽的厚度与桩帽的悬臂长度 上部荷载大小及其材料有关, 常用的钢筋混凝土桩帽的厚度 t p 一般取 0.5~0.6 倍的桩帽悬臂边长 ( 宽度 ), 可按下式进行估算 : t p = (0.5~0.6)(B D p ) (9.2.6) 式中 : D p 桩径 (m); 桩帽上部荷载桩与桩间土因刚度差异而在路堤中产生土拱效应, 桩帽上部的等效均布荷载按下式计算 : 2 Q = ηγ ( H + q ) S (9.2.7) u 1 c a 式中 : Q 桩帽上部承担的荷载 (kn); u η 桩体荷载分担比系数, 按附录 D 查表求得 ; q c 路堤顶面超载 (kpa); γ 1 路堤填料容重 (kn/m 3 ); H 路堤填筑高度 (m) 桩帽的强度验算桩帽的平面尺寸和厚度初步确定后, 应根据混凝土设计规范对其进行强度验算及配筋设计 桩帽与桩连接部位的最大弯距值 M max, 可按下式计算 : M max ( ) 2 ξ pb B D p = ( ) 8 式中 : ξ 修正系数, 取值为 2.7~3.8, 当桩帽尺寸较大 (B/D p =4) 时取低值, 桩帽尺寸较小 (B/D p =2) 时取高值, 中间值可采用线性插值计算 p 桩帽上的等效平均应力 (kpa), 按下式计算 : Q u 2 p = ( ) B 53

54 9.2.9 水平加筋垫层厚度的确定加筋垫层的厚度一般为 300mm~800mm, 加筋垫层的初拟厚度 t 可按 (9.2.9) 计算, 若软土指标较差时, 可适当加厚 t =(0.2~0.25)S a (9.2.9) 加筋体抗拉强度的验算 1 桩承式加筋路堤中水平加筋体的拉力 T GC 由二部分组成 :1 由支承部分竖向路堤荷载而引起的拉力 T rp,2 由抵抗路堤边坡向外推力而引起的拉力 T ds, 如下式 : TGC = Trp + T ( ) ds T rp Qs( Sa B) 1 = 1+ ( ) 2B 6ε T = 0.5K γ H ds 2 a 1 1 ( ) 式中 : T rp 竖向路堤荷载而引起的拉力 (kn/m); T ds 由路堤边坡向外推力在水平加筋体内产生的拉力 (kn/m); ε 水平加筋体的应变, 可取 5%; K a 主动土压力系数,K a = tan 2 (45 - φ /2); φ 路堤填料的内摩擦角 ; Q s 桩帽间单位长度土体承担的荷载 (kn/m), 按下式计算 : Q = (1 η)( γ H + q ) S ( ) s 1 c a 桩承式加筋路堤中加筋体的受力 T GC 应满足下式的要求 : 式中 : T T / λ ( ) gc s c T s 土工合成材料的抗拉强度 (kn), 按应变 ε=5% 时确定 ; λ c 考虑实际施工损伤 材料耐久性等情况的折减系数, 可取 2.0~ 预压期满足下列条件的桩基, 一般应保证不小于 3 个月以上的预压期和一定的预压荷载 1 采用预应力混凝土管桩 钢筋混凝土预制方桩 圆形或异形沉管灌注 54

55 桩时 ; 2 桩端持力层为粘性土 粉土或强度较低的土层时 ; 9.3 桩承式加筋路堤的沉降计算 桩承式加筋路堤的变形主要由桩顶沉降控制, 桩顶总沉降 s 由桩身压缩量 s 1 桩端平面以下沉降量 s 2 和桩端刺入量 Δ s 三部分组成 s= s + ψ s +Δ s (9.3-1) 式中 : ψ 1 沉降计算经验系数, 无当地经验时, 可取 1.0 桩承式加筋路堤的变形也可按下式计算 : s= ψ ( s + s ) (9.3-2) 式中 : ψ 2 考虑桩端刺入变形的沉降计算经验系数, 可取 1.1~ 桩身压缩量 s 1 的计算桩身压缩量 s 1 按下式计算 : n Qpi s1 = Δhi (9.3.1) AE i= 1 p p 式中 : Q pi 第 i 段的桩身轴力 ; n 桩身分段总数 ; A p E p 桩身截面积和压缩模量 ; Δh i 桩身第 i 分段的高度 ; 当采用刚性桩时, 因其桩身模量较高, 桩身压缩量一般较小, 通常为 5~15mm 桩端平面以下沉降 s 2 桩端平面以下的沉降 s 2 采用分层总和法计算 : σ Δz m zi, i 2 = ( ) i= 1 Esi, s 式中 : Δz i 桩端平面以下第 i 土层的厚度 (m); E s, i zi, 桩端平面以下第 i 土层在自重应力至自重应力加附加应力作用 段的压缩模量 (MPa); σ 桩端平面以下第 i 土层的竖向附加应力, 按 ( ) 式计算 55

56 σ = σ + σ ( ) zi, pzi, szi, Q σ [ α (1 α ) ] ( ) m u pz, i = 2 ji p, ij + j Is, ij j= 1 l j n σ = α (1 η)( γ H + q ) ( ) sz, i i 1 c i= 1 式中 : σ pz, i 桩端平面以下地基中由基桩引起的附加应力, 按考虑桩径影响的明德林解计算确定 ( 见 JGJ 附录 F) 将沉降计算点水平面影响范围内各基桩对应力计算点产生的附加应力叠加, 按 ( ) 计算 ; l j 第 j 桩桩长 (m); α j 第 j 桩总桩端阻力与桩顶荷载之比 ; I p, ij, I s, ij 分别为第 j 桩的桩端阻力和桩侧阻力对计算轴线第 i 计算土层 1 / 2 厚度处的应力影响系数 ; σ sz, i 桩帽间土体的平均压力在桩端平面以下引起的附加应力, 按布辛奈斯克解 ( 见 JGJ 附录 D) 计算 ; α 计算轴线第 i 计算土层 1 / 2 厚度处的附加应力系数 ; i 最终沉降计算深度 Z n, 可按应力比法确定, 即 Z n 处总的附加应力与土的自重应力 σ c 应符合下式要求 : σ pz, i+ σszi, 0.15σc (9.3.3) 9.4 单桩承载力验算 1 当采用单桩静载荷试验时, 单桩承载力按 ( ) 验算 : R u Q Q u n g F ( ) ub Q = u q l ( ) q n n n g si i n si = c + k tgϕ σ ( ) i i ' i ' i zi i i ' i σ = σ + γ z ( ) 式中 : R u 采用静载荷试验确定的单桩极限承载力 ; F ub 承载力设计安全系数, 取 1.1~1.3, 取值大小与桩的现场质量控制水平等因素有关 ; 56

57 算 : n Q g 桩中性点以上的负摩阻力产生的下拉荷载 ; u 桩的周长 ; n q si 中性点以上第 i 个分层负摩阻力的标准值 ; c ϕ 第 i 个分层粘聚力和有效内摩擦角 ; i ' i k i 第 i 个分层侧压力系数 ; n l i 中性点以上的分层厚度 ; σ σ 第 i 个分层有效应力和附加应力 ; ' i zi ' γ i 第 i 个分层有效容重 ; z i 自地表起算的第 i 个分层中点深度 2 根据土体的物理指标确定单桩承载力时, 单桩承载力按 ( ) 验 R R u 按下式进行估算 : u Fub Q ( ) u 式中 : Ru = Qsk + Qpk = u qskili + qpk( Aj +λpap 1) ( ) l i 中性点以下的分层厚度 ; q ski 桩侧阻力标准值 ; q pk 极限端阻力标准值 ; 2 2 A j 空心桩桩端净面积 : 管桩 : A j = π ( d d1 ) ; 4 2 空心方桩 : A b 2 π 1 4 d j = ; A p1 空心桩敞口面积 : λ p 桩端土塞效应系数 : A p1 π 2 = 1 4 d ; 当 h b / d <5 时, λ = 0.16 d p h b / 当 h b / d 5 时, λ = 0. 8 h b 桩端进入持力层深度 ; d b 管桩外径与空心方桩边长 ; d 1 空心桩内径, 对闭口桩为 0 3 中性点深度 l n 应按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定, 也可参 p 57

58 照表 9.4 确定 表 9.4 中性点深度 l n 持力层性质黏性土 粉土中密以上砂砾石 卵石基岩 中性点深度比 l n / l 0 0.5~ ~ 注 :1 l n l 0 分别为自桩顶算起的中性点深度和桩周软弱土层下限深度 ; 2 当桩周土层计算沉降量小于 20mm 时, l n 应按表列值乘以 0.4~0.8 折减 9.5 稳定性验算 桩承式加筋路堤处理地基的稳定性采用圆弧滑动面法验算, 桩体抗剪强度取 28d 无侧限抗压强度的 1/2 9.6 施工要求 大面积施工前, 应先进行成桩工艺性试验, 各典型路段不得少于 3 根, 预制打入桩 7 天后 现场浇筑桩 28 天后, 采用静载荷试验确定的单桩承载力极限值 施工场地清理整平后, 先铺设一层厚度为桩帽高度的垫层, 再进行桩的打设 ; 桩帽浇筑前先挖除相应面积的垫层, 再进行桩帽的浇筑 ; 第一层水平加筋铺设在桩帽顶面 桩的打设次序 : 横向以路基中心线向两侧的方向推进 ; 纵向以结构物部位向路堤的方向推进 桩端一般应设在持力层中, 打设时应注意持力层顶面高程的变化以及施工场地填土厚度的影响, 及时调整桩长, 以确保承载力设计值 准确定位后应采取可靠的施工工艺, 确保桩体质量 防止因振动 挤土等作用导致桩体倾斜 折断 桩体上浮 向外位移和地面隆起等 9.7 质量检验 桩承式加筋路堤的施工质量检验项目如下 : 58

59 表 9.7 桩承式加筋路堤的施工质量检验项目 项规定值或允许偏检查项目次差 检查方法及頻率 1 桩距 (mm) ±50 抽查桩数 5% 2 竖直度 (%) 1 抽查桩数 5% 3 桩径 (mm) 不小于设计值 抽查桩数 5% 4 桩长 (m) 不小于设计值 成桩数 5% 5 桩帽尺寸 (mm) 不小于设计值 钢尺量测抽查, 成桩数 5% 6 预制桩尖尺寸 (mm) 不小于设计值 钢尺量测抽查, 成桩数 5% 7 单桩 28 天承载力 不小于设计值 静载荷试验, 成桩数 0.2% 8 桩身完整性 无明显缺陷 低应变测试抽查, 成桩数 5% 59

60 10 塑料套管混凝土桩 10.1 一般规定 主要适用范围同桩承式加筋路堤 适用条件 1 一般要求软土地基下部有承载力相对较高的土层作为桩端持力层, 并要求桩端持力层静力触探锥尖阻力不小于 1000kPa 2 采用 16cm 的桩体直径时, 加固深度一般不超过 20m 当桩端土为砾 岩等坚硬土层时, 加固深度一般以长细比不超过 100 进行控制, 其它桩端土体加固深度一般可按长细比不超过 125 控制并满足桩体稳定要求 10.2 选用形式 所示 由预制桩尖 塑料套管 套管内混凝土 顶部桩帽四部分组成, 如图 桩帽插入的钢筋混凝土塑料套管 预制桩尖 图 塑料套管混凝土桩的组成 塑料套管混凝土桩在公路软基处理中应用时, 与垫层 土工合成材料构成桩承式加筋路堤, 如图 所示 60

61 路基垫层土工合成材料 硬壳层 处理深度 软土层 相对硬土层 图 塑料套管桩加筋路堤 10.3 材料要求 塑料套管塑料套管的参数可见国家标准 建筑排水用硬聚氯乙烯管件 (GB/T ) 160mmPVC 螺纹塑料套管质量控制标准为 : 表 mmPVC 螺纹塑料套管质量控制标准特征单壁 内外均是螺纹的塑料套管最大外径不小于 160mm 最小内径不小于 142mm 接头平均内径 160.1mm~160.7mm 之间扁平试验变形 40% 时, 不分层 无破裂标准坠落试验无破裂接头采用标准的 160mm 管材直通接头接头承口最小深度不小于 45~50mm 桩体采用其他尺寸时, 塑料套管的控制标准根据规范 GB/T , 并参照表 进行控制 根据不同的深度对套管壁厚 环刚度进行控制及搭配, 保证塑料套管打设过程中不挤破, 混凝土浇注前不损坏, 混凝土浇注前径向最大相对变形不超过 20mm 混凝土混凝土骨料最大粒径不超过 25mm, 混凝土坍落度 180mm~220mm; 试桩时根据强度和坍落度要求确定施工配合比 预制桩尖 61

62 桩尖采用钢筋混凝土预制, 混凝土宜采用 C30 并预先设置有连接固定塑料套管的塑料接头 桩帽桩帽采用方形或圆形, 材料采用 C25 混凝土 桩帽的制作方式可采用现浇或预制 10.4 设计 作为桩承式加筋路堤中的一类刚性桩, 设计计算可参照桩承式加筋路堤章节内容的要求进行, 若有工程经验时也可采用刚性桩复合地基设计计算方法 可采用 100~250mm 的桩体直径, 目前国内一般采用 160mm 200mm 的桩体直径 桩的平面布置一般采用正三角形或正方形, 桩的平面布置中心距应根据变形 承载力等确定 对直径 160mm 桩体, 宜取 1.1~2.0m 桩帽尺寸根据路堤填高 桩距 土工合成材料指标等确定, 一般取 0.2~0.4 倍桩距, 对直径 160mm 桩体, 宜取 0.4~0.6m 土工合成材料宜采用整体式钢丝土工格栅 双向塑料土工格栅等 桩顶应设置垫层, 垫层厚度宜取 300~800mm, 当桩径大或桩距大时垫层厚度取高值, 垫层材料控制标准参照桩承式加筋路堤章节 桩端应进入设计硬土层或持力层, 并适应地质条件的变化, 桩长的具体确定参照桩承式加筋路堤章节 的有关规定 单桩竖向承载力特征值 R u 的计算 1 有条件时应按 90 天的现场承载力试验确定 2 理论估算可根据土体的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力特征值 : R = + 1 u q l q A ( ) u sik i pk p 62

63 式中 q sik 桩侧第 i 层土的极限侧阻力特征值, 如无当地经验时, 可按 建筑桩基技术规范 (JGJ ) 表 中预制桩的有关建议参数取值, 并适当修正, 修正系数可取 0.5~0.9, 取值大小与承载力计算时间 土体的性质等有关,28 天或时间较短时取低值,90 天或时间较长时取高值 ; q pk 极限端阻力特征值, 如无当地经验时, 可按 建筑桩基技术规范 (JGJ ) 表 中混凝土预制桩取值 ; l i 第 i 个分层厚度 ; u 桩体截面周长 ; A p 预制桩尖截面面积 3 塑料套管混凝土桩为小直径刚性桩, 长细比较大, 需要对单桩的稳定性进行验算 根据桩的压曲临界荷载计算单桩极限承载力特征值 R u2, 计算方法参照 建筑桩基技术规范 (JGJ ) 中 5.8 节中的内容 塑料套管混凝土桩正截面受压承载力 : N =ψ f A ( ) c c p 式中 N 桩顶轴向压力设计值 ; ψ c 基桩成桩工艺系数 ; 无地区经验时可取 0.85 f c 混凝土轴心抗压强度设计值, 若有充分试验数据时, 可考虑塑料套管的存在对混凝土抗压强度提高的影响 塑料套管混凝土桩压曲临界荷载 : 式中 Ru2 = ϕn ( ) ϕ 稳定系数 按照 建筑桩基技术规范 (JGJ ) 表 取值 塑料套管混凝土桩单桩竖向承载力特征值 R = min( R 1, R 2) ( ) u u u 桩中插筋长度不小于 3.0m 塑料套管混凝土桩单桩沉降计算及桩承式加筋路堤沉降和预压时间计算, 可参照桩承式加筋路堤 9.3 章节中沉降计算的相应内容 塑料套管混凝土桩处理路堤的稳定性采用圆弧滑动面法验算 63

64 10.5 施工要求 施工机械的选择根据设计要求和试桩资料选取施工机械 ; 施工机械选定后应核实场地地基承载力是否满足要求, 如不满足应采取相应工程措施, 可采用静压设备或静压辅助振动沉管桩机 塑料套管混凝土桩施工工艺 塑料套管混凝土桩施工工艺示意图 (1) 接管及安装预制桩尖 沉管 (2) 吊装 PVC 塑料管 吊绳 (3) 沉管静压下沉 (4) 沉管振动下沉 (5) 上提拔管 (6) 安装塑料盖板模 集中浇注混凝土 (7) 施工完毕 PVC 塑料管 预制桩尖 PVC 塑料管接头 静压下沉 遇硬层振动下沉 上提拔管 塑料盖板模 浇注混凝土并采用插入式振捣棒进行振捣 地面 硬土层 设计桩底标高 图 塑料套管混凝土桩施工工艺流程 1) 塑料套管混凝土桩打设前, 先平整场地, 铺设一层厚度为桩帽高度的垫层, 塑料套管准备, 放线布置桩位 2) 制作桩尖, 桩尖采用钢筋混凝土制作, 并设置有固定塑料套管的装置 3) 桩机就位, 合理布置施打顺序 4) 根据桩长的要求, 将塑料套管切割或连接成合适长度, 与桩尖连接后从沉管底部送入, 桩尖与桩位对准, 再打设至加固深度, 并注水对塑料套管进行保护 5) 将沉管拔出, 移机至下一个桩位, 6) 重复 [4]-[5] 工序 待场地内塑料套管打设完成后, 对塑料套管深度和破损情况进行检查 7) 将塑料套管内的水抽干, 将多余的塑料套管进行截管和整理后, 对塑料套管进行深度检查, 并随时保护塑料套管内的清洁, 尽量不让杂物进入 8) 桩帽浇筑前先挖除相应面积的垫层, 在塑料套管顶部放置一定长度的钢 64

65 筋笼, 然后放置桩帽底层 顶层配筋, 并与连接钢筋绑扎连接 9) 场地内集中浇注混凝土完成桩和盖板的施工, 混凝土浇注过程中采用小型加长振捣棒振捣 10) 待混凝土强度到一定要求后, 可对成桩进行检测 11) 桩 盖板浇注完毕达到一定强度后, 铺设土工格栅, 再根据垫层设计厚度铺设剩余垫层 塑料套管混凝土桩施工要点 1) 桩的打设次序 : 横向以路基中心线向两侧的方向推进 ; 纵向以结构物部位向路堤的方向推进 2) 桩端一般应设在持力层中, 打设时应注意设计持力层顶面高程的变化, 发现与设计不符时应在现场及时调整桩长, 以确保承载力设计值 3) 应采用单壁 内外均是螺纹的塑料套管, 其强度应保证混凝土浇注前后不损坏, 最大外径满足设计桩体直径要求 4) 打设塑料套管和浇筑混凝土应间隔进行, 避免挤土效应影响混凝土的浇筑质量, 混凝土浇注场地距塑料套管打设场地的距离不得小于 20m 不宜采用边打设塑料套管边在塑料套管内浇注混凝土的施工方法 5) 应将塑料套管与桩尖事先连接, 从沉管底部送入后再进行打设, 不得采用先沉管后放入塑料套管的做法 6) 桩体应采用细石混凝土浇筑, 并控制混凝土的坍落度, 保障其流动性 浇注过程中采用小型加长振捣棒进行振捣, 确保其均匀 密实 施工浇注期间应同时将混凝土留样并制作试块, 对其进行抗压强度试验 10.6 质量检验 塑料套管混凝土桩的施工质量检验项目见下表 : 表 塑料套管混凝土桩的检验项目 项规定值或允许偏检查项目次差 检查方法及頻率 1 桩距 (mm) ±100 抽查桩数 2% 2 竖直度 (%) 1 抽查桩数 5% 3 桩径 (mm) 不小于设计值 抽查桩数 5% 4 桩长 (m) 不小于设计值测绳量测抽查, 或贯入度控制值成桩数 5% 或全部 5 桩帽尺寸 (mm) 不小于设计值 钢尺量测抽查, 成桩数 5% 6 预制桩尖尺寸 (mm) 不小于设计值 钢尺量测抽查, 成桩数 5% 65

66 7 混凝土 28 天强度 不小于设计值 浇注混凝土过程中试块留样, 每段落不少于 3 组 8 单桩 28 天承载力 不小于设计值 静载荷试验, 成桩数 0.2%, 同时不小于 3 根 9 桩身完整性 无明显缺陷 低应变测试抽查, 成桩数 5% 66

67 11 轻质路堤 11.1 一般规定 适用范围 1 软土地基桥头或箱涵连接部位路堤 ; 2 滑动后的修复路堤 ; 3 软土指标较差的拓宽高路堤 常用形式及选用 1 按轻质材料的不同分为 EPS 块体轻质路堤 EPS 颗粒混合土轻质路堤 粉煤灰轻质路堤等 2 应根据工程设计要求, 以及因地制宜 就地取材的原则, 进行轻质材料的选择 1)EPS 块体轻质路堤适用于快速修复 工后沉降要求高 软土指标差的修复路堤 桥头或箱涵接部位路堤和拓宽高路堤 2)EPS 颗粒混合土轻质路堤适用于软土地基桥头或箱涵连接部位路堤 软土指标差的拓宽高路堤 3) 粉煤灰轻质路堤因环保等问题, 应用范围仅限于局部的软土地基桥头和拓宽高路堤或其他特殊路段 11.2 EPS 块体轻质路堤 设计 1 EPS 块体材料要求 1)EPS 块体材料的密度, 一般宜在 0.02~0.03 g/cm 3 内选用, 其抗压强度应不小于 100 kn/m 2 2) 如果遇到如下情况时, 应采用阻燃型的 EPS 块体 : 1 在有防火要求的建筑物附近 ; 2 填方量大于 1500~2000 m 3 时 ; 3 暴露堆放时间过长 3)EPS 标准块件常用尺寸 ( 高 宽 长, 单位 m) 可选用 :

68 设计计算 1) 初步设计时应论证选用 EPS 块体作为软土地基上路堤填筑材料的必要性 2) 根据路堤的稳定性和容许工后沉降要求, 确定 EPS 块体的断面布置和用量 3) 进行 EPS 块体轻质路堤的横断面和纵断面设计 EPS 典型横断面见图 : 1:1.5 1:1.5 图 EPS 典型横断面示意图 4) EPS 路堤的整体稳定性的计算方法按本设计要点第 条进行 5) 路基总沉降量和工后沉降量的计算方法按本设计要点第 条进行 6) 应验算作用于 EPS 块体的竖向应力值, 是否满足材料抗压强度的要求 竖向应力值计算时, 主要考虑上覆路基路面荷载和交通荷载 作用于 EPS 结构 块体上的竖向应力 σ 可按式 ( ) 和式 ( ) 计算 ( 见图 ): z σ z = σ z + γ ihi ( ) 式中 : P(1 + ξ ) σ z = ( ) ( B + 2Ztgθ )( L + 2Ztgθ ) σ z 作用于 EPS 块体表面的竖向压应力 (kpa); σ z 由活载 ( 轮压荷载 ) 作用在 EPS 块体上的压应力 (kpa); P 轮压荷载 ( 汽车后轴重 )(kn); ξ 冲击系数, 一般为 0.3; Z 路面及钢筋混凝土板的厚度 (m); B L 后轮着地宽度和长度 (m); θ 荷载扩散角 ( 对混凝土路面 θ=45, 对沥青混凝土路面 θ=40 ) 68

69 γ i h i 路面基层及混凝土保护层的容重 (kn/m 3 ) 及厚度 (m) 验算结果应满足下式的要求 : σ σ ] ( ) z [ a 式中 : [ σ a ] EPS 块体容许抗压强度 (kpa),[ σ a ] =σ/fs; σ 抗压强度 (kpa), 可由室内无侧限压缩试验确定 ; Fs 安全系数, 不小于 2.0 B(L) 厚度 Z 路面 θ σ' z EPS 图 竖向应力计算示意图 7) 当 EPS 块体铺设在地下水位以下或受洪水淹没时, 应进行抗浮验算 : W 1.2F 浮 ( ) 式中 :W 为 EPS 路堤的总重量 (kn); F 浮为作用在 EPS 路堤上的浮力 (kn) 8) EPS 路堤上路面的设计与计算, 可参照现行公路水泥路面或沥青路面设计规范进行 3 EPS 路堤构造设计 1) EPS 块体与路面之间应设置现浇钢筋混凝土板, 其厚度宜为 100~ 150mm, 并按构造要求配置钢筋 为避免现浇钢筋混凝土板被施工机械压碎, 可增设碎石垫层, 其厚度宜为 300~500mm 2) 在 EPS 多层块体之间, 每隔 2~3m 或 4~6 层应设一层现浇钢筋混凝土薄板, 其厚度宜为 100mm, 并按构造要求配置钢筋 3) EPS 路堤两侧护坡应覆土, 坡面覆土最小垂直厚度不小于 500mm 4) EPS 块体底部应设置垫层, 以保证施工基面的平整 5) EPS 路堤构造的设计, 还应包括 EPS 块体结构设计 钢筋混凝土板保护层的设计 护坡设计 施工基面和排水设计等内容 69

70 施工要求 1 EPS 块体材料必须满足设计要求的抗压强度 密度及阻燃性 2 EPS 块体基底应整平压实, 平整度和压实度应满足设计要求 3 EPS 块体采用 搭积木 方式, 分层纵横交错铺设, 块体间的缝隙宽应小于 20mm, 块体间高低差应小于 5mm 当曲线段块体间缝隙大于容许误差时, 应采用砂 无收缩水泥砂浆等填塞, 块体间高低差可采用无收缩水泥砂浆调平 4 为使 EPS 块体间相互固定, 设置有金属联结件,EPS 块各层间采用双面爪型联结件 底层 EPS 块用 L 型销钉固定于施工基面, 边铺设边联结 5 现浇钢筋混凝土板, 混凝土可用泵送或手推车运送, 浇筑后用平板振动器捣实并抹平 混凝土横缝间隔为 10m, 其缝宽为 10mm, 可采用沥青浸渍杉木条嵌缝 6 EPS 路堤两侧护坡需要覆土, 覆土应采用细粒料进行填筑, 并充分夯实 7 EPS 块体铺设时, 应禁止拖拉机及其他重型机械直接在 EPS 块体上行驶 路面底基层 基层施工时, 应避免采用强振幅的压路机进行碾压, 以防对现浇混凝土板的损伤 8 EPS 块体施工现场应注意防火 防晒, 防止与有机溶剂或石油等接触 9 EPS 块体路堤施工中应注意排水, 避免地下水上升到 EPS 铺砌层 10 严格控制 EPS 块体材料质量, 并采取相应的质量管理措施 质量检验 1 EPS 块体施工时, 应对 EPS 块体的尺寸 密度 抗压强度和阻燃性等指标进行检验, 进行抽样检查的最少块体数量见如下表 : 表 抽样检查频率表 填方量 (m 3 ) 最少块体数量 ( 个 ) < ~ >1000 每 250 m 3 1 块 2 EPS 块体的尺寸检验 1) 长 宽 高尺寸最大偏差 ±1%; 2) 块体平面平整度小于 5mm; 3) EPS 块体各边长应不小于 0.5m 3 EPS 块体的密度和抗压强度应满足设计文件的要求 4 采用阻燃性型 EPS 块体时应进行燃烧性试验 70

71 11.3 EPS 颗粒混合土轻质路堤 设计 1 材料要求 (1) EPS: 聚苯乙烯球状小珠, 经发泡工艺由工厂生产, 为白色圆形颗粒状, 粒径 3mm~5mm, 密度 15kg/m 3 ~20 kg/m 3, 要求采用阻燃型 ; (2) 固化剂 : 普通 42.5 号硅酸盐水泥, 要求尽可能采用缓凝水泥, 终凝时间大于 6 小时 水泥掺量一般可在 4%~10% 之间选用 ; (3) 原料土 : 应按就地取材的原则, 选用粘土 粉土 中细砂 粉煤灰 石屑及淤泥等一种或几种混合土为原料土 2 工程特性按工程需要制备的 EPS 颗粒混合土密度可在 0.7~1.3 g/cm 3 范围根据配合比的不同调整, 其 CBR(%) 值可达到 8~25,28 天无侧限抗压强度可达到 80~ 700kPa 3 混合料的设计施工前应现场取土进行室内试验确定目标配合比, 试验时 EPS 掺入比 (EPS 颗粒与原料土的体积比 ) 可初选 0.5~1.5, 水泥掺量 ( 水泥与混合料的质量比 ) 可初选 4%~10%, 要求室内试验确定的混合轻质土拌和均匀, 容重小于 11KN/m 3,7 天无侧限抗压强度大于 0.2Mpa,28 天无侧限抗压强度大于 0.3Mpa,7 天 CBR 大于 10 施工时应按照目标配合比, 生产配合比及生产配合比验证三个阶段进行生产质量控制 施工流程 EPS 颗粒混合土路堤的施工流程如图 所示 轻质土制备 土 泡沫珠 水 水泥等输入拌和 轻质土运输 自卸汽车快速运入 现场轻质土摊铺 碾压 推土机 平地机 铲车摊铺后碾压机械压实 轻质土边坡覆土 养生 轻质土进行覆布和覆土养生不少于 7 天 完工 71

72 图 EPS 颗粒混合土路堤施工流程 施工要求 1) 施工前进行场地清理, 去除表面松散土和残枝败叶, 以防在原地基和 轻质土之间产生薄弱面 ; 2) 原材料添加与拌和时, 为防止泡沫珠飞散或上浮, 宜对泡沫珠进行预湿 处理, 并应根据现场气候 原料土的天然含水量等不同情况调整拌和时的加水量 ; 3) EPS 颗粒混合轻质土经拌和均匀后, 应采用自卸汽车快速运至工地, 进 行铺摊碾压, 避免运输时间过长, 发生摊铺压实困难 ; 4) 现场摊铺可采用推土机 平地机等, 按规定的厚度进行施工, 摊铺厚度 一般为 30cm, 松铺厚度根据现场试铺确定 ; 5) 铺设砂层或碎石层时, 应从路基横面两侧向中间摊铺, 厚度应均匀一致, 表面平担, 并满足设计要求 ; 砂垫层及碎石垫层的宽度应宽出路基边脚 0.5~ 1.0m, 两侧端以片石护砌或采用其他方式防护, 以免砂料流失 质量检验 EPS 颗粒混合土的施工质量检验项目如下 : 表 EPS 颗粒混合土施工质量检验检查项目规定值或允许偏差检查方法 泡沫珠密度 ±1kg/m 3 随机抽查 泡沫珠粒径 ±0.5mm 随机抽查 水泥掺量 ±0.1% 随机抽查 7 天人造轻质土密度 ±1kN/m 3 取芯, 每 3 层抽查数 3 个 28 天无侧限抗压强度 不小于设计值 取芯, 每 3 层抽查数 3 个 7 天 CBR 不小于设计值现场, 每 3 层抽查数 5 个 压实度不小于设计值现场, 每层抽查数目 5 个 11.4 粉煤灰轻质路堤 设计 72

73 1 材料要求及特性电厂排放的硅铝型低钙粉煤灰, 都可作为路堤填料使用 用于高速公路 一级公路路堤的粉煤灰烧失量宜小于 20%, 烧失量超过标准的粉煤灰应作对比试验, 分析论证后采用 粉煤灰可掺入其它固化材料 ( 石灰 水泥等 ), 具体掺入比例根据试验确定 2 路堤横断面设计 1) 纯灰路堤的边坡和路肩应采取土质护坡保护措施 护坡土料宜采用塑性指数不低于 10 的粘质土, 护坡水平方向厚度应不小于 1m, 并碾压密实 2) 在土质护坡上宜间隔一定距离设置排水盲沟 排水盲沟一般设置于路堤中下部, 可设置 1~2 排, 盲沟竖向间距 2m 左右, 水平间距间隔 10~15m 3) 粉煤灰路堤上路床应采用土质填筑, 也可与路面结构层相结合, 采用石灰土 二灰土 水泥土等路面底基层材料作封顶层 4) 粉煤灰路堤底部应离开地下水位或地表长期积水位 500mm 以上, 否则应设置隔离层 隔离层宜采用稳定性好材料, 其厚度不宜小于 300mm, 横坡不宜小于 3% 5) 粉煤灰路堤边坡率应视路堤高度而定 5m 以下的路堤, 边坡率应为 1:1.5, 5m 以上的路堤, 上部边坡率应为 1:1.5, 下部边坡率应为 1: c ϕ 取值粉煤灰的粘结强度 c 和内摩擦角 ϕ 应用饱水后测得的 c ϕ 值为准, 地基土各层的 c ϕ 值应按选用的计算方法取用相应的计算参数 4 回弹模量值的确定宜通过承载板法等实测手段确定粉煤灰路堤的回弹模量值 在初步设计中如无实测资料时, 可根据公路等级选用重型击实标准相应的回弹模量, 一般为 30~40MPa 5 稳定验算及沉降计算对于 5m 以上的路堤, 必须验算路堤自身的稳定性, 稳定分析与土质路堤的验算方法相同, 采用圆弧滑动法验算路堤的抗滑稳定性, 具体计算方法见第 3 章相应内容 对软土地基上的粉煤灰路堤应进行最终沉降量计算, 具体计算方法见第 3 章相应内容 施工要求 1 粉煤灰路堤采用水平分层填筑法施工 当分成不同作业段填筑时, 先填地 73

74 段应分层留台阶, 台阶宽度应大于 1.5m, 以保证相邻作业段接头范围内的压实度 2 土质护坡应与粉煤灰填筑同步进行 土质护坡摊铺宽度应保证削坡后的净宽满足设计要求, 同时应按设计要求作好土质护坡的排水盲沟 3 粉煤灰的含水量宜在灰场调节后再运到工地直接摊铺碾压, 以达到提高工效之目的 已摊铺的粉煤灰因故造成过湿或过干, 应晾晒或喷洒水分调整含水量, 以达到 1.0~1.1 倍含水量为度 4 摊铺后的粉煤灰必须及时碾压, 做到当天摊铺, 当天碾压完毕, 以防止水分蒸发而影响压实效果 碾压时, 应使粉煤灰处于最佳含水量范围内 5 当粉煤灰路堤因故较长时间不能继续施工时, 应进行表层覆土封闭并碾压密实, 作好路拱横坡, 以利表面排水 应保持路基排水设施的完好, 加强日常养护工作 6 施工中要采取必要措施确保符合环保要求 补充施工环保 运输 临时防雨等措施 质量检验粉煤灰压实度检验方式以环刀法为准, 取样位置应在压实层中部 用灌砂法 核密仪等方法检测时应与环刀法建立相关关系 74

75 12 动态监测与分析 12.1 一般规定 动态监测与分析是公路软土地基处理中的重要组成部分 本章适用于高速公路项目, 其他等级公路可参照本章要求, 酌情选用 动态监测与分析的主要目的是验证处理效果 根据实际工程的进度和地基变形实测数据及时调整设计参数, 有效控制填筑速率, 确定实际超载高度 二次开挖和修建路面时间, 分析计算各阶段合理预抛高和预留宽度 确定沉降土方等重要参数 监测设计应包含以下内容 : 1 沉降及稳定的监测设计 : 沉降板 位移桩 测斜管等布置设计及工程数量 典型断面的设置和监测内容 2 根据工程要求, 提出填筑期 预压期 路面施工期等沉降速率控制指标和侧向位移的控制指标 3 根据监测分析结果, 及时优化设计参数 动态监测与分析工作应包含以下内容 : 1 路堤填筑前, 应根据设计文件的要求, 及时埋设观测标志及观测仪器, 并对沉降和侧向位移进行定期观测 2 对观测数据进行整理和分析 根据沉降速率和侧向位移速率的分析结果, 提出填筑控制建议 ; 根据沉降和固结分析结果, 评价处理效果, 提出是否需要调整预压期和超载厚度等设计调整建议, 提出预留沉降建议值 3 根据沉降观测结果, 提供路基沉降土方量, 校验路基填筑标高 动态监测工作宜由有资质的第三方承担 12.2 沉降观测 沉降板的布置 1 在不处理及预压处理的一般软基路段, 纵向设置间距为 200m 左右, 当软 75

76 土深度或填土厚度变化较大时, 需根据实际情况加密 2 对于桥头路段, 第一个观测断面设置于桥台桩位向路基方向 5~10m 处, 第二个观测断面设在过渡段, 第三个观测断面设在桥头路段与一般路段交界段 3 对于沿河 ( 塘 ) 软土地基路段, 沉降板纵向设置间距要求不大于 50m 4 沉降板观测断面一般安装在路中线和两侧路肩边缘线上 (1) 路中沉降板的设置应防止与通信管道或防撞护栏位置冲突, 高速公路埋设位置宜设在路中偏右 0.5~0.6m (2) 互通匝道观测断面, 对于无中间分隔带的单车道匝道等按距右侧路肩 0.25m 设置, 超高路段设置于超高侧路肩 对于有中间分隔带的双车道匝道按布置表所定桩号埋设在路中线处 (3) 桥涵结构物相邻路段, 埋设时应顺沿桥台 通道 涵洞以及河渠的伸展方向埋设 沉降观测精度沉降观测一般应满足二等水准测量精度要求 沉降观测频率路基填筑观测频率 : 施工期间, 每填筑一层后立即观测一次 ; 填筑间歇期间, 重点路段 ( 如极限填筑高度以上的高路堤等 ) 每 3 天观测一次 ; 若填筑间隔时间较长, 一般每 7 天观测一次 ; 路堤填筑完全进入预压期后, 第 1 个月每 7 天观测一次, 第 2 个月每 15 天观测一次, 第 3 个月每 30 天观测一次, 直至预压期结束, 多余的填料卸除为止 路面结构层观测频率 : 每层加载至少观测一次 若间隔时间较长, 第 1 个月每 15 天观测一次, 第 2 个月起每 30 天观测一次 12.3 侧向位移观测 侧向位移观测常用有两种方法 : 位移边桩观测和测斜管观测 对于沿河 沿塘临空面处极限填筑高度以上且路基高度 3m 以上路段, 设计路基高度在 4.0m 以上的高路堤 ( 刚性桩处理路段可放宽至 5.0m) 应选择典型断面埋设测斜管观测 位移边桩制作位移边桩用钢筋混凝土制作, 规格 :0.12m 0.12m 1.5m, 采用 C30 混凝土, 桩顶中心处插一根 φ10mm 埋深 10cm 的钢筋, 钢筋顶端露出砼顶面 2~3mm, 事前 76