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东莞镇区联网公路软基路堤设计
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摘 要：对东莞镇区联网公路软土地基路堤的设计过程做了简要论述，并结合工程实际情况介绍了塑料排水板、粉喷桩等软土地基路堤的计算方法。（参考《建筑中文网》）
关键词：软土地基 公路 路堤设计 软基计算
东莞镇区联网公路总长207.7km，公路等级一级，设计车速60km/h，双向四车道或双向六车道。包含老路改造加铺沥青路面、老路拓宽、新建道路三部分。按区域划分为5个标段。本文就一标段软土地基路堤设计进行重点论述。
一、水文地质概况
东莞地处珠三角平原区，地势低平，降雨充沛，河网纵横，地下水位受河水及潮水水位的影响。一标段内主要地表水系为东江及其支流水网，纵横交错。地下水主要为孔隙潜水及基岩裂隙水，局部具微承压性。地下水位8月期间稳定水位标高介于0.33～2.43m，随潮汐波动，但年变化幅度不超过2m。
原始地貌单元为海陆混合沉积地貌。建设范围内普遍分布有软土，主要特征是：天然含水量高，孔隙比大，压缩性高，强度低，渗透系数小。软土工程性质差。
二、特殊路基处理方法
本项目主要采用了以下几种特殊路基处理方法：
1.垫层法（清淤换填）
本方法用于浅层较软弱地基，即软土深度不超过3米。其基本原理是挖除浅层软土或不良土，换填砂砾，并分层碾压夯实。该方法可以提高持力层的承载力，减少沉降量。但是如果换填厚度超过3m，从经济上来说不可取。
2.塑料排水板
本方法用于深厚软弱地基，且填土高度小于2m的路段。其基本原理是在软基表面施加大于或等于设计使用荷载，经施工期预压后，使被加固土体中的孔隙水排出，软基完成大部分或绝大部分的沉降，预压完成后卸去预压荷载，地基有些回弹，交付使用后地基承受使用荷载再次沉降，但沉降量很小（仅为卸载时的回弹量加剩余沉降量）。达到减少路基工后沉降、孔隙水排出同时，有效应力增加，土中孔隙体积减小，密实度加大，土体强度提高，地基承载力也得到提高。
本项目中采用等载预压。堆载分级施加，荷载施加按设计加载曲线进行。每200～300m设置一个检测断面，每个检测断面设置沉降板三组及边桩二组。当每天地基沉降量小于0.02mm时，可停止预压。
3.粉喷桩
本方法用于深厚软弱地基，且填土高度大于2m的路段以及桥头、涵洞等承载力要求较高的路段。其基本原理是通过施工设备将水泥与原状土的地基土充分搅拌而形成水泥土，通过水泥的水化反应及土颗粒与水泥水化物的凝硬作用、离子交换作用改变软土的性质，与桩间土形成复合地基，可以大大提高承载力，减少沉降。
三、设计计算
1.塑料排水板
本项目各层土的物理力学指标见表3-1：
各层土的物理力学指标 表3-1
注：该路段地下水埋深0.79m，填土高度2m。
（1）设计
井径及间距经多次固结试算确定为：等效井径5cm，井距1m，三角形排列。本段软土层较厚，底层没有透水层，排水板的长度为穿透持力层0.5m。平均长度为13.0m。路基底部设置50cm砂垫层。并设置3%～4%的预拱度，保证砂垫层的使用质量。
（2）计算
①沉降计算
总沉降包括瞬时沉降Sd、固结沉降Sc和次固结沉降Ss三部分。瞬时沉降是在加荷初始，地基土的孔隙水压力来不及消散，土的孔隙来不及调整，由地基侧向引起的。这种沉降一般不大，不宜精确计算。固结沉降是在上覆土压力作用下，地基中的孔隙水逐渐排出，体积发生变化引起的，是地基的主要沉降。次固结沉降是指孔隙水压力消散后，在一定有效应力的作用下，土骨架由于蠕动变形引起的，这种沉降很小，持续时间很长。
本工程采用压缩模量（Es）计算主固结沉降Sc：
式中：—压缩模量；
—地基中各分层中点的附加应力增量；
—分层厚度；
由上式计算得本段软土地基的主固结沉降为Sc=0.311m，总沉降S=mSc=0.421m。
再根据，
分别计算出竣工时及基准期结束时固结度Ut1、Ut2，则基准期（15年）内残余沉降St=（Ut2- Ut1）S=0.163m<容许工后沉降0.30m.
②稳定计算
采用有效固结应力法对打排水板前后的路基滑动面进行稳定验算，比较其安全系数。
路基滑动安全系数采用下式计算：
式中：—地基土内抗剪力，，；
—路堤内抗剪力；
—当第j图条的滑裂面在路基填料内时，若该土条滑裂面与设置的屠工织物相交，则P为该层土工织物每延米宽（顺路线方向）的设计拉力；
—各土条在滑弧切线方向的下滑力的总和，；
经过计算，打排水板前后该段路基的滑动破坏最危险滑裂面安全系数分别为1.071，1.278，说明打排水板后路基才稳定。
2.粉喷桩
本项目各层土的物理力学指标见表3-2：
各层土的物理力学指标 表3-2
注：该段地下水埋深1.05m，填土高度6m，为桥头路段。
（1）设计
桩径500mm；多次试算确定桩距1.2m，正方形排列；桩长须穿透持力层0.5m。桩喷粉量50kg/m（32.5R普通硅酸盐水泥），掺入比约15%。90d龄期无侧限极限抗压强度为1200Kpa。单桩容许承载力为110KN，复合地基承载力为150Kpa。
（2）计算
①单桩承载力及复合地基承载力计算
单桩承载力计算公式：；
式中：—强度折减系数，可取0.35~0.50；
—桩的截面积；
复合地基承载力计算公式：；
式中：—面积置换率；
—桩间土天然承载力标准值；
—桩间土承载力折减系数，当桩端为软土时，可取0.5~1.0；当桩端为硬土时，可取0.1~0.4；当不考虑桩间软土作用时，可取0。
根据地质资料，计算得单桩承载力，复合地基承载力。
②沉降计算
桩土复合层压缩变形按下式进行计算：
式中：—桩土复合层顶面的平均压力
—桩土复合层地面的附加应力，其值为，其中为桩土复合体的平均容重。
—桩长；
—桩土复合体的变形模量，其值为，分别为桩身灰土和桩间土的变形模量。可取（100～200）。
复合体底面以下未加固土体的压缩变形，采用分层综合法进行。
总沉降。
四、结语
软土地基在选择处理措施时，应考虑地基条件、公路条件及施工条件，尤其要考虑处理措施的特点、对地基的适用性和效果，以确定符合处理目的的处理措施。
参考文献
[1] JTJ017-96.公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S] .
[2] 刘玉卓主编.公路工程软基处理[Z].北京：人民交通出版社.2003.
[3] 刘家豪主编.塑料排水板排水法加固软基工程实例集[Z].北京：人民交通出版社.1999. 来源: 《建筑中文网》.
关键词：软土地基 公路 路堤设计 软基计算
东莞镇区联网公路总长207.7km，公路等级一级，设计车速60km/h，双向四车道或双向六车道。包含老路改造加铺沥青路面、老路拓宽、新建道路三部分。按区域划分为5个标段。本文就一标段软土地基路堤设计进行重点论述。
一、水文地质概况
东莞地处珠三角平原区，地势低平，降雨充沛，河网纵横，地下水位受河水及潮水水位的影响。一标段内主要地表水系为东江及其支流水网，纵横交错。地下水主要为孔隙潜水及基岩裂隙水，局部具微承压性。地下水位8月期间稳定水位标高介于0.33～2.43m，随潮汐波动，但年变化幅度不超过2m。
原始地貌单元为海陆混合沉积地貌。建设范围内普遍分布有软土，主要特征是：天然含水量高，孔隙比大，压缩性高，强度低，渗透系数小。软土工程性质差。
二、特殊路基处理方法
本项目主要采用了以下几种特殊路基处理方法：
1.垫层法（清淤换填）
本方法用于浅层较软弱地基，即软土深度不超过3米。其基本原理是挖除浅层软土或不良土，换填砂砾，并分层碾压夯实。该方法可以提高持力层的承载力，减少沉降量。但是如果换填厚度超过3m，从经济上来说不可取。
2.塑料排水板
本方法用于深厚软弱地基，且填土高度小于2m的路段。其基本原理是在软基表面施加大于或等于设计使用荷载，经施工期预压后，使被加固土体中的孔隙水排出，软基完成大部分或绝大部分的沉降，预压完成后卸去预压荷载，地基有些回弹，交付使用后地基承受使用荷载再次沉降，但沉降量很小（仅为卸载时的回弹量加剩余沉降量）。达到减少路基工后沉降、孔隙水排出同时，有效应力增加，土中孔隙体积减小，密实度加大，土体强度提高，地基承载力也得到提高。
本项目中采用等载预压。堆载分级施加，荷载施加按设计加载曲线进行。每200～300m设置一个检测断面，每个检测断面设置沉降板三组及边桩二组。当每天地基沉降量小于0.02mm时，可停止预压。
3.粉喷桩
本方法用于深厚软弱地基，且填土高度大于2m的路段以及桥头、涵洞等承载力要求较高的路段。其基本原理是通过施工设备将水泥与原状土的地基土充分搅拌而形成水泥土，通过水泥的水化反应及土颗粒与水泥水化物的凝硬作用、离子交换作用改变软土的性质，与桩间土形成复合地基，可以大大提高承载力，减少沉降。
三、设计计算
1.塑料排水板
本项目各层土的物理力学指标见表3-1：
各层土的物理力学指标 表3-1
注：该路段地下水埋深0.79m，填土高度2m。
（1）设计
井径及间距经多次固结试算确定为：等效井径5cm，井距1m，三角形排列。本段软土层较厚，底层没有透水层，排水板的长度为穿透持力层0.5m。平均长度为13.0m。路基底部设置50cm砂垫层。并设置3%～4%的预拱度，保证砂垫层的使用质量。
（2）计算
①沉降计算
总沉降包括瞬时沉降Sd、固结沉降Sc和次固结沉降Ss三部分。瞬时沉降是在加荷初始，地基土的孔隙水压力来不及消散，土的孔隙来不及调整，由地基侧向引起的。这种沉降一般不大，不宜精确计算。固结沉降是在上覆土压力作用下，地基中的孔隙水逐渐排出，体积发生变化引起的，是地基的主要沉降。次固结沉降是指孔隙水压力消散后，在一定有效应力的作用下，土骨架由于蠕动变形引起的，这种沉降很小，持续时间很长。
本工程采用压缩模量（Es）计算主固结沉降Sc：
式中：—压缩模量；
—地基中各分层中点的附加应力增量；
—分层厚度；
由上式计算得本段软土地基的主固结沉降为Sc=0.311m，总沉降S=mSc=0.421m。
再根据，
分别计算出竣工时及基准期结束时固结度Ut1、Ut2，则基准期（15年）内残余沉降St=（Ut2- Ut1）S=0.163m<容许工后沉降0.30m.
②稳定计算
采用有效固结应力法对打排水板前后的路基滑动面进行稳定验算，比较其安全系数。
路基滑动安全系数采用下式计算：
式中：—地基土内抗剪力，，；
—路堤内抗剪力；
—当第j图条的滑裂面在路基填料内时，若该土条滑裂面与设置的屠工织物相交，则P为该层土工织物每延米宽（顺路线方向）的设计拉力；
—各土条在滑弧切线方向的下滑力的总和，；
经过计算，打排水板前后该段路基的滑动破坏最危险滑裂面安全系数分别为1.071，1.278，说明打排水板后路基才稳定。
2.粉喷桩
本项目各层土的物理力学指标见表3-2：
各层土的物理力学指标 表3-2
注：该段地下水埋深1.05m，填土高度6m，为桥头路段。
（1）设计
桩径500mm；多次试算确定桩距1.2m，正方形排列；桩长须穿透持力层0.5m。桩喷粉量50kg/m（32.5R普通硅酸盐水泥），掺入比约15%。90d龄期无侧限极限抗压强度为1200Kpa。单桩容许承载力为110KN，复合地基承载力为150Kpa。
（2）计算
①单桩承载力及复合地基承载力计算
单桩承载力计算公式：；
式中：—强度折减系数，可取0.35~0.50；
—桩的截面积；
复合地基承载力计算公式：；
式中：—面积置换率；
—桩间土天然承载力标准值；
—桩间土承载力折减系数，当桩端为软土时，可取0.5~1.0；当桩端为硬土时，可取0.1~0.4；当不考虑桩间软土作用时，可取0。
根据地质资料，计算得单桩承载力，复合地基承载力。
②沉降计算
桩土复合层压缩变形按下式进行计算：
式中：—桩土复合层顶面的平均压力
—桩土复合层地面的附加应力，其值为，其中为桩土复合体的平均容重。
—桩长；
—桩土复合体的变形模量，其值为，分别为桩身灰土和桩间土的变形模量。可取（100～200）。
复合体底面以下未加固土体的压缩变形，采用分层综合法进行。
总沉降。
四、结语
软土地基在选择处理措施时，应考虑地基条件、公路条件及施工条件，尤其要考虑处理措施的特点、对地基的适用性和效果，以确定符合处理目的的处理措施。
参考文献
[1] JTJ017-96.公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S] .
[2] 刘玉卓主编.公路工程软基处理[Z].北京：人民交通出版社.2003.
[3] 刘家豪主编.塑料排水板排水法加固软基工程实例集[Z].北京：人民交通出版社.1999. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200610/6328.htm
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