公路软土路基路面设计工程师 关于软土路基设计的分析

来源:电脑基础 发布时间:2019-05-15 04:01:04 点击:

  摘要:在公路工程的勘测和设计工作中,在软土地区修筑路基的情况经常出现,笔者从实用角度出发,针对这一情况,对软土地区公路路基的勘测与设计方法进行了简要的介绍。   关键词:软土地区;路基设计;公路施工
  中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:
  孔隙比大,强度低、压缩性高和天然含水率高是软土所具备的特点,在公路修建过程中经常发生很多问题,诸如沉降过大、路堤失稳等现象,公路因此遭到损坏,甚至不能正常使用。所以,对设计人员来说,在软土地区进行公路工程的勘测与设计时,要予以足够的关注。
  1设计软土路基的原则与要点
  1.1软土地区公路工程的选线原则
  在软土地区进行公路工程施工要考虑诸多因素。在选线时,尽可能地避开软土分布范围较广,土层较厚的地区,尽量取道软土分布窄而薄的区域,设计路线应尽量避开河、沟、渠、封闭和半封闭的洼地等,路线应尽量贴近山丘、取土条件相对较好或地势比较高的区域,基地横向坡度较大的区域为设计路线大忌。在纵断设计作业过程中,要对地下水位和软土地基进行全盘考虑,综合分析,同时对路堤极限高度也要引起重视,对于过低或者过高的路堤要尽量避免。
  1.2设计软土地区路基的要点
  路基的沉降容易造成挡土墙和涵洞等构造物发生变形,进而遭到损坏。为避免这种情况的发生,可以考虑提前进行路基填筑,待其沉降充分后,再行修筑各部分构造物;若需要同时施工而无法提前作业时,则应在持力层构设构造物基础,以防止路基发生过度位移和沉降;对于施工后发生沉降或用于控制沉降的方案不具备合理经济效益的情况,可考虑进行分期修建;在经过涵洞或桥梁等此类构造物时,应在连接处铺筑临时用路面,或者设置搭板,以此防止工后变形损伤情况的发生。
  
  2软土路基临界高度与其稳定性的分析
  2.1路基临界高度
  临界高度是指在未经过特殊处理的天然地基上能够填筑的路基最大高度。在实际需要的情况下,设计高度有时会高于这个极限高度。在这种状况下,地基或路堤也就必须进行相应的加固处理,以保证其正常的工作状态。通常情况下在软土地区,路堤的极限高度一般为3m~5m左右。
  2.1.1路堤临界高度在均质薄层软土地基情况下的计算:
  He=Ns(Ck/γ)
  在式中,He为极限高度值(m)
  Ck 为软土的快剪粘聚力(kPa)
   γ为填土的容重量(kN/m3)
   Ns为稳定因数,与深度因数nd(nd=(H+d)/H,其中d为软土的厚度,H则为填土高度)和边坡角β有关。
  2.1.2均质厚层软土地基上路基的极限高度
  He=5.52(Ck /γ)
  在本式中,符号意义同前。
  2.1.3软土路基有硬壳层状态下路基的极限高度。在硬壳层厚度>1.5m时,应对应力扩散,地基沉降效果减少的效应进行考虑,此时
  He = Ns ( Ck/γ ) + 0. 5 H
  在式中,H为硬壳层的厚度(m)。
  2.2路堤稳定性分析
  对路堤在软土地基上稳定性的分析应关注多个要素,其中由于高灵敏度的软土扰动、软土固结导致的增长等因素造成软土抗剪强度降低等情况,是设计人员在路堤施工过程当中需要着重考虑的。通常,设计人员采用圆弧滑动面法对路堤稳定性进行分析,即在假设路堤和软土地基在同一圆弧方向崩碎而滑动,对作用在此圆弧上的总滑动力矩和总抗滑力矩进行计算。
  2.2.1条分法
  条分法对软土地基的摩擦力和粘聚力同时进行了考虑。在计算过程中所采用的内摩擦角μ值和抗剪强度指标粘聚力c,对路堤的填土部分应采用快剪试验的数值。在进行路堤的快速填筑作业中,若地基土为软土固结不及时的时候,也应采用快剪试验的数值;在地基排水条件良好和路堤填筑速度十分缓慢的状况下,采用固结快剪的数值较为合适;当路基的填土速度适中时,地基土仅有部分固结,这样的强度处于固结快剪和快剪两者数值之间,应参照地基土固结程度来进行计算并确定数值。
  2.2.2固结有效应力法
  在路堤填土过程中,固结有效应力法对软土路基的固结作用作了充分考虑。如下图1所示:
  
  图1固结有效应力法示意图
   ①滑动力矩
  
   在本式中,ω1和ω2分别为在地基部分和填土部分的土条重量
   ai为土条地面中心和水平面的交角
   ②抗滑力矩。在地基内,圆弧AB段上剪阻力所产生的力矩与路堤部分圆弧BC段上剪阻力所产生的力矩,两者数值相和所得值为抗滑力矩。
   抗滑力矩在路堤部分圆弧BC段的数值:
  
   在本式中,ηm为路堤部分抗滑力矩的折减系数,可采用0.6~0.8
   η为强度指标的折减系数,其值可采用0.5;
   c2和2是路堤抗剪强度的指标,这是通过固结不排水剪试验测定所得。
   抗滑力矩在地基部分圆弧AB段的数值:
  
   在本式中:cuu为通过地基土不排水剪求得的强度指标
  eu为通过地基土固结不排水剪求得的内摩擦角
  为在验算时地基土的平均固结度
  在方括号内,前两项之和是天然地基的抗剪力数值,地基固结由于路堤荷载影响而产生的抗剪力增量则对应为第三项数值。
  2.3抗滑稳定性系数的计算
  
  从式中可以看出,稳定性系数,也就是安全系数,同时与路堤填筑重量W、T和地基固结度有直关。
  2.3.1滑动圆弧圆心的位置所在。如下图2所示,在软土路堤中,四边形CDEF范围内是最为危险的滑动圆弧圆心位置的大致所在。在图2中,通过边坡中点M和坡角A的垂线为CD和EF。在四边形中,若通过试算所得到的最危险圆弧的圆心位于其边缘时,则在边线外同时还需要补找几点,以求得稳定系数真正的最小值。当路堤高度大于或接近软土层深度时,对最危险滑动圆弧来说,其下限通常与软土层底部相切;在软土层深度较大的时候,滑动圆弧的深度通常局限在约为路堤高度1.0~1.5倍的深度内。
  
   图2 最危险滑动圆弧圆心位置示意图
  2.3.2稳定性系数。在对路堤稳定性的计算过程中,计算参数和计算方法决定了稳定性系数的取值。当可靠性较高时其值一般取为R=1.2~1.25;可靠性较低时,这个数值应适当增大。
  3软土地基处理方法分类和选择
  3.1处理方法的分类
  3.1.1以处理目的为依据进行的分类
  以处理目的为标准,软土地基的处理方法可以分为稳定处理和沉降处理两种。稳定处理包括阻止强度降低、对剪切变形进行有效控制、增加强度、增强抗滑阻力。
  3.1.2以处理方法为依据进行的分类
  以处理方法为标准,对软土地基的处理方式可以分为换填法、表层处理法、凝固法、排水固结法、构造物法和反压护道法。
  3.2处理方法的选择
  在选择处理方法的过程当中,要考虑到多方面的要素。
  3.2.1地基条件
  要想科学合理地选择处理方法,应充分考虑软土的物理力学性质,并以地基的构成情况为依据做出谨慎选择。例如,对浅而薄的软土层来说,其固结沉降量相对较小,且沉降现象能在短时间内停止,所以其发生滑动所产生的破坏没有太大的危险性,此种情况下,应采用较为简单的表层处理法为宜;当可供排水的砂层位于较薄的软土层之间时,往往不需要采用挤实砂桩法或竖向排水法,通常使用表层处理法即可;在地基中,若出现下部为软土,顶部为4m以上砂层的情况,其稳定性较为可靠,此时竖直排水法应为首选;当路基的基地处于倾斜状态时,在软土层中,较厚的一边沉降量较大,在此方向上的滑动危险性也相对较大,不均匀沉降在这种地基上也会促进滑动。因此,设计人员通常使用石灰桩法和挤实砂桩法来尽可能地减少沉降量。具体表现为在软土层较厚的一侧,桩间距设置较为密集,薄的一侧则相反,以达到沉降均匀的效果。
  3.2.2道路条件
  ①溜坡桥台。提前进行压重路基或填筑护坡的工程作业,等路基稳定以后,在路基之上修筑桥台。
  ②预压法。首先使用路基压重法以提高地基强度,之后挖去路基,再进行桥台修筑作业。
  ③减少路基荷载。使用波纹管和箱形涵洞,或选用轻质路基来降低台背路基的荷载,从而使桥台的位移相对减少,并使路基的沉降量同时得到降低。
  ④桥头搭板。设计人员通常在路面铺砌层下设置搭板,使路基和构造物之间的错台得以消除。在沉降量较大的情况下,搭板设置的位置应更深。
  ⑤板桩法。在台背上使用板承法,将板设置在摩擦桩或支承板上,进而在板上进行路基修筑。
  ⑥修筑路面。在出现了错台的情况下,可以通过路面修补作业来纠正高差。
  3.2.3环境
  周围环境在施工过程中可能出现的改变,例如振动、噪音和地基发生的变化,地下水位的变化、泥水的排出、工程施工过程中使用的化学药剂对水环境的污染等。
  4结语:
  在公路建设中,作为一种极为常见的不良地质现象,软土地基是影响造价、工期和营运水平的重要因素。所以,设计人员要不断自我促进,自我完善,积极纳新,提升自身的专业水平,从实际出发,结合现场情况进行相关设计和制订相应的处理方案,对工程质量做出有力保障。
  
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