（地质工程专业论文）川南红层地区公路软基处理技术及应用研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 软土路基在外荷载作用下，其沉降大，且持续时间长。在软土地基上修建 高等级公路，潜在的工后沉降会对交通运输造成很大的危害，因此软弱地基应 该采取合理有效的加固处理措旋。软土地基处理的方式有很多，各有优缺点及 局限性，如何选择合理的地基处理方式直接关系到工程质量，工程进度及工程 投资。 本文首先对软土的定义、课题的研究内容及意义进行了说明；总结了近年 来软土地基处理技术及其国内外的发展现状；介绍t n 南红层地区软土地基的 特点及其工程性质；分析了软基处理方法的优缺点及适用范围。在论文中引入 模糊数学和层次分析法建立层次分析综合模糊评价模型，引用专家咨询法综合 分析软基处理方法的技术可行性、工程实施的经济合理性及对环境的影响，给 出了各考查因素的影响程度及评价结果，然后利用模糊数学的方法对各方案进 行系统、全面的客观评价，把难以辨别的复杂系统中的不确定因素转变为统一 的数学关系，进而方便地确定出使川南红层地区公路软基处理达到综合最优的 地基处理方案。 通过对川南红层地区软土地基处理工程实例的具体计算，证明层次分析综 合模糊评判模型可以为软基处理方案提供技术可靠、经济合理的决策。通过分 析计算得出堆载预压法、真空联合堆载预压法、粉喷桩三种方法是适合处理川 南红层地区公路软基的良好方法。 关键词：软土地基处理川南红层层次分析法模糊数学综合模糊评判 西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 a b s t r a c t u n d e rt h ee x t e r n a ll o a d s ，t h es o f tg r o u n ds u b s i d e n c ei st o ol 缸鼯a n dt h e d u r a t i o ni st o ol o n g c o n s t r u c t i n gt h eh i g h w a yi nt h es o f ts o i lg r o u n d , t h el a t e n t s u b s i d e n c ea f t e rc o n s t r u c t i o nw o u l dc a u s eg r e a th a r mt ot h et r a f f i c s ot h es o f ts o i l g r o u n ds h o u l db er e i n f o r c e du s i n g r e a s o n a b l ea n de f f e c t i v ei i l f a s u r e s t h e r ea r ea g r e a tm a n yt e c h n i q u e st od e a lw i t ht h es o f ts o i lg r o u n d b u tt h et e c h n i q u eh a si t s a d v a n t a g ea n dl o c a l i z a t i o n s e l e c t i n gar a t i o n a lt e c h n i q u e ，w h i c hw o u l da f f e c tt h e q u a l i t y , t h ep r o g r e s sa n dt h ei n v e s t m e n to ft h ew h o l ep r o j e c t t h i sp a p e rn a r r a t e st h ed e f i n i t i o no ft h es o f ts o i lt h es t u d yc o n t e n t sa n d s i g n i f i c a n c e 髓ep a p e rs u m m a r i z e st h es o f tg r o 吼dt r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sa n dt h e d e v e l o p m e n ts i t u a t i o n t h ep a p e ri n t r o d u c e st h es o f tg r o u n dt r a i ti ns o u t h e m s i c h u a nr e dr o c ks u b g r a d ea n di t se n g i n e e r i n gc h a r a c t e r 。1 1 l cp a p e ra n a l y s e st h e a d v a n t a g e a n dl o c a l i z a t i o no fs o f t g r o u n d t r e a t m e n t t e c h n o l o g i e s f u z z y m a t h e m a t i c sa n da h pt h f i e sa r ei n 删u c e d w h i c hb u i l dt h ef u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm e t h o d a p p l y i n gt h ee x p e r tc o n s u l tm e t h o dt oa n a l y z et h et e c h n i q u e p o s s i b i l i t yo fs o f tg r o u n dt r e a t m e n ta n de c o n o m i ca n de n v k o n m e n ti n f l u e n c e ，t h e n g a i nt h ei n f l u e n c eo fa l lf a c t o r sa n da p p r a i s a lr e s u l t u s ef u z z ym a t h e m a t i c st om a k e t h es y s t e m i ca n da l l a r o u n de v a l u a t i o n t r a n s f o r mt h ec o m p l e xa n dd u b i o u sf a c t o r s i n t oam a t h e m a t i c a lr e l a t i o n , s ow ec a na s c e r t a i nt h eg r o 吼dt r e a t m e n tm e t h o d , w h i c hw o u l db et h em o s te x c e l l e n tm e t h o dt ot h es o f tg r o u n di ns o u t h e r ns i c h u a n r e dr o c ks u b g r a d e t h ce x a m p l e so ft h es o f tg r o u n da r ec a l c u l a t e d w h i c hi ns o u t h e r ns i c h u a nr e d r o c ks u b g r a d e t b i sm o d e lc a np r o v i d e dt h er e a s o n a b l ed e c i s i o nf o rt h es o f tg r o u n d p r o j e c ta n dt h e t h r e e m e t h o d s ( p r e l o a d i n gm e t h o d a n dp r e c o m p r e s s i o no f c o m b i n i n gv a c u u mt os t a c kl o a d i n gm e t h o da n dj e tp o w e rp i l e ) h a v ec e r t a i n s c i e n c er a t i o n a l i t yt ot h es o f tg r o u n di ns o u t h e r ns i c h u a nr e dr o c ks u b g r a d e k e yw o r d s ： s o f tg r o u n dt r e a t m e n t ， t h es o u t h e r ns i c h n a nr e dr o c ks u b g r a d e ， 、f u z z ym a t h e m a t i c s , a h pt h e o r y ， t h ef u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d 西南交通大学硕士研究生学位论文第，页 第1 章绪论 1 1 引言 自2 0 世纪3 0 年代美国及德国开始兴建，至6 0 年代世界各国大力发展高速 公路以来，目前，在全世界6 0 多个国家共修建高速公路1 5 万公里，我国在8 0 年代确立了发展高等级公路的方针，1 9 8 4 年开工建设了第一条高速公路沪嘉 高速公路，从此公路建设进入了一个新的发展时期。 在高等级公路上行车，既要满足高速的要求，同时也需要满足行车的舒适 性和安全性。如果路面坎坷不平，特别是桥头跳车，不仅严重影响行车的安全、 速度、舒适和人们对高等级公路的总体评价，同时也影响了行车的使用寿命， 甚至导致交通事故的发生，而且会加速桥台台背、桥头伸缩缝以及接缝路面的 破坏，养护修复的费用支出也是比较大的，若不及时养护还会在桥台与台背部 分出现更为严重的问题。我国四川南部红层地区的软土地基，压缩性高，沉降 量大，排水固结稳定性差，而且易崩解、易风化、遇水易软化，在这类地基上 修建高等级公路，若不经过处理或处理不当，就会引起道路质量的降低甚至破 坏。而且路面低凹处或桥头高差引起跳车而产生的冲击力，会使路面不平整进 一步加剧，构成恶性循环。 随着我国公路建设的迅速发展，在建设过程中出现了一系列亟待解决的问 题，其中软基加固处理问题就是工程界所关心的难题之一，我国的软土分布广 泛且具有区域性。改革开放以来，随着公路建设的快速发展，全国各地结合软 土路基工程的设计与施工越来越广泛，通过大量的试验研究与理论分析，已取 得较丰富的实践经验。软土地基处理的方式多种多样，各有各的优缺点及其局 限性，近几年来，地基处理方面发展十分迅速，j b 方法得到改进，新方法不断 出现，地基处理工程的实践和新工程问题的出现，人们在改造土的工程性质的 同时，不断丰富了对土的特性研究和认识，从而又进一步推动了地基处理技术 和方法的更新。高等级公路对路基沉降的要求很高，路基失稳或过量沉降等现 象经常发生，如何选择正确的地基处理方式直接关系到工程质量、投资和进度。 不同的软土地基可采用不同的处理方法，依据各种软基处理法的原理，并根据 土质类型、地基条件、道路条件、旋工条件和建设费用等合理选择恰当方法， 获得最佳的处理效果。因此，对该问题进行应用研究具有重要的社会意义和实 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 践意义。 公路软土地基处理的特点和意义 公路软土地基的问题概括起来有以下几个方面： 1 、强度及稳定性问题。当地基的抗剪强度不足以承受路堤及路面外荷载时， 地基可能会产生局部或整体剪切破坏，造成路堤塌方、失稳，桥台破坏； 2 、沉降变形问题。当地基在上部荷载及外荷载作用下产生过大的沉降变形 时，会影响道路的正常使用。特别是产生过大的不均匀沉降时，路面会开裂破 坏，构造物与路堤衔接处差异沉降，引起桥头跳车；涵身、通道凹陷、沉降缝 拉宽而漏水；路面横坡交缓、积水等； 3 、地震、车辆震动等动力荷载可能引起地基土特别是饱和无粘性土的液化、 失稳及震陷等。另外，由于外界水循环变化、温度变化等引起的管涌、冻融等 也可能引起地基强度和变形的显著变化，从而影响道路的正常使用。 当道路工程特别是高等级公路工程中遇到上列问题之一时，必须采取地基 处理措旄，否则会引起质量问题。如日本常磐高速公路神田桥从1 9 8 6 年9 月 2 0 日通车后，1 9 个月中平均每月修补一次错台，严重影响了路面质量和通行能 力；我国沪嘉高速公路通车4 5 月后桥头错台大者达7 8 c m ，使行车速度大 为下降；江苏宁连一级公路，由于软基沉降等问题，使路面开裂、桥头错台， 通车几年来一直小修不断。 一 公路工程与一般工业与民用建筑工程不一样：主要有以下几个特点： 1 高速公路为大型线形工程，地基处理长度往往达几十公里，工程量大， 地基处理设计参数的每一点变化都会引起较大的经济影响，常规方法如强夯法 中的动力置换、塑料排水板等往往不合适。因此必须对地基处理方法进行优化； 2 高速公路沿线基础类型较多，如扩大基础、桩基础。一般路段堤高变化 大，对地基处理要求不一样，特别是一般路段和一般构造物常以变形作为设计 控制标准，因此处理原则与方法应有针对性； 3 高速公路往往穿越多种地貌单元，上层条件多变。同一种地基处理方法， 也应根据土层变化进行调整。同时，沿线施工环境变化大，在施工顺序和施工 方法上应重视对邻近己建和在建构筑物的影响。 高速公路地基处理质量检验方法应根据面广量大的特点，采用快速、经济、 有效的方法，而常规的载荷试验、标准贯入试验等受到一定的限制。 公路软土地基处理的目的是利用夯实、置换、排水固结、加筋和热力学等 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 方法对地基土进行加固，以改善地基土的剪切性、压缩性、振动性和特殊地基 的特性，使之满足道路工程的要求。显然，对于交通量大、养护时间难的高等 级公路，地基处理的恰当与否直接关系到工程质量、投资和进度因此，地基 处理对节约基本建设投资，保证公路正常运营具有重要意义 1 2 软土的定义 ， 软土是自然历史的产物，是随着古地理、气候、沉积环境的变化而形成的。 一般是指主要在滨海、湖泊、谷地、河滩上沉积的孔隙比大，天然含水量高、 压缩性高、抗剪强度低、承载能力低和具有灵敏结构的细粒土，一般呈软塑到 流塑状态，包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土以及其他高压缩性饱和粘性 土、粉士等。t e r z a g h i 和p e o k0 9 5 0 ) 将无侧限抗压强度吼小于2 5k p a 的粘 土作为“很较的一，将吼在2 5 5 0k p a 问的粘土作为“软土0b r o m s ，b ( 1 9 8 1 ) 则把软粘土定义为不排水抗剪强度c 小于2 5 k p a 的粘土 从广义上说，软土是指强度低、压缩性高的软弱土层，可将其分为软粘性 土、淤泥质土，淤泥、泥炭质土和泥炭5 种类型我国地域辽阔，各地软土形 成环境、年代等条件千差万别，其分布、厚度、性质各不相同，水平方向有差 异性、垂直方向也具不均匀性，所表现出的抗剪强度、压缩性、透水性等特性 也不一样。软土在我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围及山洞谷地均有广 泛分布，其主要工程特性为：天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、 灵敏度高、抗剪强度低、流变性显著。因而软土地基的工程设计与施工技术一 直为工程界所关注。 国内外对软土没有统一的分类判别标准，国内各部门之间的标准也不尽相 同鼢： 建筑地基基础设计规范( g b j 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) 中定义软弱地基是指主要由 淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。 我国 1 3 5 与液限、天然孔隙比 i 0 、十字板剪切强度小于3 5 k p a ( 所对应的静力触探总贯入阻力约为7 5 0 k p a ) 交通部行业标准港口工程地质勘察规范( j t j 2 4 0 - 9 7 ) 规定软系指滨海 相、三角洲相、河湖相沉积形成的淤泥质土、淤泥，流泥和浮泥，也包括由其 他成因形成的具有高压缩性、低强度、灵敏度大的粘性土，淤泥质土是指在静 水或缓慢的流水环境中沉积，天然含水率大于液限、天然孔隙比大于1 0 的粘 性士 铁道部行业标准铁路工程岩土分类标准( t b1 0 0 7 7 - 2 0 0 1 ) 采用多种指标 综合判定，规定天然孔隙比大于或等于1 0 、天然含水率大于或等于液限、压 缩系数大于或等于0 5 m p a - 1 ，不排水抗剪强度小于3 0 k p a 的粘性土，应判定为 软土。力学指标中静力触探比贯入阻力小于8 0 0 k p a ，标准贯入试验锤击数小于 4 。软土的判定应以天然孔隙比、天然含水率及原位测试方法为主要判定指标， 当天然含水率接近液限、天然孔隙比接近1 时，应参考其他指标综合确定。 德国地基基础规范( d i n 4 0 8 4 ) 中的软土是指缀容易捏的，相当于软塑 状态的土将液塑状的土称为浆糊状土，是指用拳头握紧它时，会从指缝中挤 出。 。第九届亚洲地区土力学基础工程会议上，m k a m a n 在地基总报告中把高速 公路路基软士定义为：标准贯入击数小于4 、无侧限抗压强度小于5 0 k p a 、含水 量丈于5 0 的粘性土和标准贯入击数小于l o 、含水量大于3 嘶的砂性土统穆为 软土 软土都具有以下几方面共同的工程特性： 颜色以深色为主，粒度成分以细粒为主，有机质含量高。 天然含水量高，容重小，天然含水量大于液限，超过3 0 ；相对含水量 大于1 o ；软土的饱和度达到1 0 0 ，甚至更大，天然容重为1 5 1 9 k n m 3 天然孔隙比大，一般大于1 o 。 渗透系数小，一般小于1 0 6c m s 数量级，沉降速度慢，固结完成所需时 间较长。 粘粒含量较高，塑性指数大。 。 高压缩性，压缩系数大，基础沉降量大，一般压缩系数大于0 5 m p a 一。 西南交通大学硕士取究生学位论文第5 页 强度指标小，软土的快剪凝聚力小于l o k p a ，快剪内摩擦角小于5 9 ；固 结快剪强度指标略高，凝聚力小于1 5 k p a ，摩擦角小于1 0 9 软土的灵敏度高，灵敏度一般在2 l o 之间，有时大于1 0 ，具有显著的 流变特性。 在荷载作用下一般会产生较大的沉降变形或失稳。 综上所述，软土是与土质、工程性质相关的高孔隙比、高含水量、低强度、 高压缩性及低渗透性且有触变性的以近代沉积的细颗粒粘性土为主的软弱土层 的统称。 1 3 课题背景及研究意义 软土地基处理是基础工程中经常遇到的一个重要问题，由淤泥质粘土、淤 泥土这类土形成的软土层含水量大、孔隙比大、灵敏度高、地基承载力低，这 种天然地基往往不能直接作为建筑物的基础，需要进行地基处理。 路基沉降变形主要包括列车行驶中路基面产生的弹性变形、运营阶段长期 行用引起的基床累积下沉( 塑性交形) 、路基本体填土及地基的压缩下沉。一般 高速铁路路基基床表层采用级配碎石，压实标准较高，弹性模量可达2 0 0 m p a 以上，弹性变形能控制在3 5 4 o m 以内。根据大型模型重复加载试验，运营 阶段行车引起的路基累积下沉( 塑性变形) ，当基床表层1 9 0 m p a m 、基床底 层b l l o 即a m 时，其塑性变形为1 2 m m 。根据试验段施工的观测，当填筑 密实度达到要求压实标准时，路基填土的压实下沉量为其高度的0 2 0 4 ， 而且在一年左右完成。所以，只要满足基床及路基本体填筑材质、压实标准， 列车行驶中路基面产生的弹性交形、运营阶段行车引起的路基累积下沉( 塑性变 形) 及路基本体填土压实下沉值都是有限的，也可得到控制。这样，控制路基沉 降变形特别是工后沉降的关键，就是控制支承路基的地基沉降 地基沉降是在列车与路基荷载长期作用下，地基发生的不可恢复的变形。 要控制地基沉降，就必须先查清路基基底地质条件，结合工程与环境条件，对 不符合要求的软弱地基采取有效的加固处理措施，使工后沉降满足工程需要。 在软土地基上修建道路时，若对地基处理不当，有可能因地基沉降或差异 沉降过大而影响道路的正常使用功能。本课题所涉及的川南红层地区山间软土 就是软基处理的一个典型实例。所以，如何选择恰当的地基处理方案，就成为 本课题工程建设决策中至关重要的一步。选择得好，可以节省大量的建设资金， 缩短建设工期，提高建设质量；选择得不当，不仅大量浪费资金，延误工期， 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 甚至会威胁到道路工程的正常使用。鉴于川南红层地区软基工程性质的特殊性， 所以选择恰当的软基处理方法，快速实施取得预期的经济和社会效益，就具有 重大的实际意义。 1 4 本课题的国内外研究现状 近4 0 年来，国内外在地基处理技术方面发展十分迅速。在2 0 世纪6 0 年代 中期，从如何提高土的抗拉强度出发，发展了土的加筋法；从如何有利于土的 排水和排水固结这一基本观点出发，发展了土工聚合物、砂井预压和塑料排水 带；从如何进行深层密实处理的方法考虑，采用加大击实功的措施，发展了强 夯法和振动水冲法等。另外，现代工业的发展，也为地基工程提供了强大的生 产手段，如能制造重达几十吨的强夯起重机械；发明制造了潜水电机，带来了 振动水冲法中振冲器等施工机械的出现；真空泵的问世，发展了真空预压法： 生产了大于2 0 0 0 0 k p a 气压的空气压缩机，从而产生了高压喷射注浆法等。 1 4 1 国内现状分析 随着我国国民经济的飞速发展，在软土地基上修建高等级公路的数量越来 越多。对软土地基迸行处理，已引起设计、施工和管理人员的高度重视，近年 来工程实践已经积累了大量的第一手资料。地基处理技术在解放后，尤其最近 十余年来取得了迅速的发展，回顾四十余年来我国地基处理技术的发展历程， 大体可划分为五、六十年代及七十年代末至现在这两个阶段。 第一个阶段开始时，由于新中国刚刚诞生，万物百废待兴，为了满足新中 国建设的需要，大量地基技术从前苏联引进国门。随着当时工业建设和城市建 设的发展需要，出现了一个地基处理技术引用和开发的应用高潮。这个时期， 砂石垫层法、砂桩挤密法、石灰法、化学灌浆法、重锤夯实法、堆载预压法、 挤密土桩和灰土桩、预浸水法以及井点降水等地基处理技术先后被引进或开发 利用。但是，受当时对地基加固机理的研究、认识水平和地基处理实践经验的 限制，在地基处理中主要是参照前苏联的规范和实践经验，仍有一定的盲目性。 这个时期最为广泛使用的是垫层等浅层处理法。 地基处理技术发展的第二个阶段，也是我国地基处理技术发展的最主要阶 段。从7 0 年代末开始，由于改革开放，大批国外先进的地基处理技术被引入我 国，从而大大促进了我国地基处理技术的应用和研究。改革开放以后，我国土 木工程建设得到飞速发展，地基处理技术也相应得到飞速发展。为了适应工程 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 建设发展的需要，从国外引进和发展了高压喷射注浆法、振冲法、强夯法、深 层搅拌法、土工合成材料、强夯置换法、e p s 超轻质填料法等许多地基处理技 术近十余年来，石灰桩、碎石桩、动力固结法、高压喷射注浆法、深层搅拌 法、真空预压法、砂井法和塑料排水板法都得到了广泛的研究和应用发展土 工织物在工业与民用建筑中特别是在堤坝和道路修筑中也逐渐得到重视和使 用可以说，近十余年来，软土地基的处理方法已经从过去仅有的几种常用方 法的圈子中走出来了，不妨从以下几方面来认识其发展的状况： 1 地基处理水平和能力的提高。因地制宜发展起来的多种处理措施推动了 设计计算方法的研究工作，施工工具和工艺也在工程实践中不断得到改善，因 而处理效果明显，投资节约和工期缩短。 2 进一步认识各种方法的可用性和禁忌，并注意利用工业废渣和废料。近 年来，不仅注意到方法的合理选择，而且选择手段本身也走向诸如多因素分析 优选等新途径。工业废料的利用程度，是衡量环保水平，甚至衡量一个国家工 业发展状态的标志之一，如粉煤灰、钢渣等，今年已大量用于结构填筑和地基 处理，正是地基处理工作的一大进步 3 复合地基理论的相应发展。较广泛的采用复合地基以来，理论明显她落 后于实践，因而迫切要求对复合地基的变形、承载力计算有比较可靠的方法 4 及时、认真的总结教训和经验，为制定规范创造条件。已召开过七届 力学及地基工程学术讨论会，专门的地基处理学术讨论会也召开过三次：1 9 8 9 年在南京召开全国地基基础新技术会议，1 9 9 0 年在承德召开了复合地基学术会 议，1 9 9 2 年在南京召开了地基处理与桩基础国际学术会议。此外，地基处理 手册、地基处理杂志及与地基处理有关的其它杂志和专著不少于十种。相 对于有些地区因地制宜编制的有关规范陆续面世，对地基处理工作起到了指导 作用。 我国地基处理水平不断得到提高、总体上正在接近世界先进水平 1 4 2 国外现状分析 近三十年来，国外在地基处理技术方面发展十分迅速，老方法得到改进， 新方法不断涌现。在6 0 年代中期，从如何提高土的抗拉强度这一思路中，发展 了土的“加筋法”；从如何有剥于土的排水和加速固结这一基本观点出发发展 了土工聚合物、砂井预压和塑料排水板；从如何进行深层密实处理的方法考虑， 采用加大击实功的措施，发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。另外，现代 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 工业的发展，为地基工程提供了强大的生产手段：如能锱造重达几十吨的专用 地基加固施工机械( 使用强夯法时的起重机械) ；潜水电机的出现，带来了振动 水冲法的振冲器的施工机械；真空泵的问世，推动了真空预压法的发展；能产 生大于2 0 0 个大气压的压缩空气机的生产，使“高压喷射注浆法”得实现。近 二十几年在工程实践中还发展了许多新的地基处理技术，如真空预压法、锚杆 静压桩法、孔内夯扩碎石桩法、低强度桩复合地基法、刚性桩复合地基法等。 地基处理已成为土木工程建设中的熟点之一，它得到土木工程界勘察j 设计、 施工、监理、教学、科研和管理部门的关心和重视。地基处理技术的进步带来 了巨大的经济效益和社会效益。 1 日本国土约7 0 是山区丘陵，平原仅占3 0 ，大城市大多在平原上， 而城市周围河流多，软土地基处理多。由于日本建设速度快，建设规模大，在 建设中碰到各种不同的地基处理问题，因此其地基处理方法的研究、开发、鉴 定、制定标准也发展很快 日本地基处理：众所周知日本为一岛国，其陆地资源十分有限，而日本的 填海造陆工程也为其地基处理的发展提供了广阔的空间。日本的常见地基处理 方法有深层搅拌法、轻型填土法、化学灌浆法、加筋土法、地基锚杆法等。 日本地基处理方法的开拓发展方向主要包括以下几方面： ( 1 ) 深水位下的地基处理； ( 2 ) 开发大型纸板排水法； ( 3 ) 承压带水层上的粘土处理方法； ( 4 ) 防止液化的方法； ( 5 ) 废物埋入土中_ 白勺地基处理方法； ( 6 ) 地基处理方法的电脑化、自动化与无公害化。 2 美国地基处理 美国地基处理的方法很多，地基处理方法可分为：浅基础处理法、深基础 处理法、土稳定性处理法、粒状土的现场加密法、粘性土的现场加密法、灌浆 法、土工织物法以及废料处理的回填与护面方法等。 1 ，5 本文研究的主要内容 1 5 1 课题的研究目标 建筑物对天然地基的要求主要包括以下三个方面： 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 ( 1 ) 地基承载力或稳定性问题； ( 2 ) 沉降、水平位移及不均匀沉降问题； ( 3 ) 渗透和远期固结问题。 当天然地基不能满足上述三个要求时，需要对天然地基进行地基处理，以 满足建筑物对地基的要求，保证其安全正常使用。 软土地基加固就是将低承载能力和大压缩性的原状土加固到足以承担地基 所需的强度和施工后沉降要求，有时也为了减小地基的渗透性为了达到上述 目的，通常有二类方法：一类是对天然地基土体进行土质改良；另一类是在天 然地基中插入( 也包括置换) 材性较好的材料，如砂石、土工合成材料、混凝土、 钢管等。土质改良的方法又可分为下述几类：预压使软粘土产生排水固结；振 密、挤密松散土体；灌入固化物使之与天然地基土体形成复合土体，如水泥土； 冻结或烧结天然地基土体以改善其物理力学性质。 红层是一种外观以红色为主色调的陆相碎屑岩沉积地层四川红层主要是 侏罗系和白垩系地层，有少量第三系地层由于红层具有独特的工程性质，在 红层地区地质灾害频繁、灾害严重。长期以来红层地区公路建设和运营过程中 发生了大量地质灾害，对公路正常建设和安全运营带来了极大的危害结合红 层地区的山间软土，以查清其基本地质情况为基础，选择适当的地基处理方案， 对软土地基加以处理，以达到地基承载力，保证行车运营安全。 1 5 2 研究内容 软土作为地基，其变形稳定的时间长在自然界可以保持潜液态，一经扰 动很容易破坏其结构而流动，在干燥时体积收缩很大。由于软土具有一系列不 利的工程性质，因此选择合适的地基处理方案是保证地基沉降和稳定性的关键。 本课题结合红层地区山间软土的性质，系统地分析目前国内外软基处理技 术的研究和应用现状。应用模糊数学和层次分析理论分析提出处理红层地区公 路软基合理的处理方案。将川南红层地区软土地基处理作为研究对象，所做的 主要工作如下： ( 1 ) 对川南红层地区软土地基处理方法进行系统地调查研究，结合软基处理 技术的发展，分析研究各处理方法的适用范围和优缺点 ( 2 ) 在软土地基处理方案选型中引入模糊数学和层次分析法的理论，综合考 虑水文地质条件、施工条件、经济合理性、环境等因素的影响，建立选择软基 处理方案的层次分析综合模糊评价模型。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ( 3 ) 结合软土地基处理方法的现状调查，引用专家咨询法系统地分析影响软 基处理效果的因素，并进行总结得出其权重值 ( 4 ) 通过对川南红层地区公路软基处理工程实例的具体计算，证明了上述模 型可以对软基处理方案提供科学合理的决策。 1 5 3 关键问题 解决的关键问题：分析川南红层地区软基的工程性质，通过讨论对比各种 软基处理方案的优缺点，把理论与实践相结合，并应用模糊数学和层次分析理 论分析提出处理川南红层地区公路软基的合理方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 第2 章软基处理方法研究现状 2 1 软土地基处理常用方法 一般情况，软土地基处理的对象是指软粘土、冲填土、有机质土、腐殖质 土、可液化土、湿陷性黄土、膨胀土、泥炭土、盐渍土、多年冻土及可能引起 震陷的土等。承载力和变形不能满足设计要求时，为提高地基强度必须对软土 地基进行处理。地基加固要结合路基桥涵对地基的要求而定，这就需要根据土 体的特点及路堤桥涵等结构物的要求对地基土进行鉴定地基处理的软土对象 分为嘲： 1 软土，是对软弱土，是指该土层在加荷载后，其承载力或变形不能满足 规范规定要求的土层，既包括淤泥及淤泥质土，也包括土质相对较好，但当上部 加载后不能满足要求的土。 2 淤泥及淤泥质土，它是在静水或缓慢流水环境下沉积，经生物化学作用 形成，富含有机质，其天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1 0 的粘性土。 当天然孔隙比大于或等于1 0 而小于1 5 时称为淤泥质土；当天然孔隙比大于 或等于1 5 时称为淤泥。这类土的特征是天然含水量高，天然孔隙比大，渗透 系数小，抗剪强度低，地基变形和不均匀变形大，且沉降缓慢。 3 冲填土，即新近沉积土，其成分比较复杂。这里主要指强度较低和压缩 性较高的固结粘性冲填土。 4 较软弱土，主要指土质相对较好，但由于其上部加载后，不能满足工程 要求的地基土。对这类土进行地基处理设计时，应充分考虑其加固后的复合地 基强度、稳定性和最终变形指标是否满足要求。 5 动力失稳土，主要包括由于地震影响可能引起液化的砂性土、粉土及可 能引起湿陷的震陷土。 一般意义上地基处理技术大致如图2 一l 所示： 常用软土地基处理方法如图2 2 所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 地基处理技术 复合地基 榭劬删料菡徽栅等 警体材料桩臣茎蓑 灰土桩 钢渣桩 石灰桩 柔性材料桩j 旋喷桩 搅拌桩 c f g 桩 低强度水泥砂石桩 刚性桩瘩嚣蓑凝土疏桩 f 强夯 l 换土回填 其他 妻毳耋础 l 化学注浆 i 排水固结法等 图2 - - i 地基处理技术 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 常用软土地基处理方法 排水固结法 注浆加固法 加筋土 f 堆载预压法 l 超载预压法 j 真空预压法 l 降水预压法 l 电渗排水法 r 深层搅拌桩 l 高压喷射注浆法 l 渗入性灌浆法 l 压密灌浆法 l 劈裂灌浆法 i 电化学灌浆法 加筋土 土工织物 树根桩 锚固法 置换法、挤密法及挤密置换法 图2 2 常用软土地基处理方法 振冲置换碎石桩 c f g 桩 钢渣桩 石灰桩 二灰桩 强夯置换 换土回填 低强度水泥砂石桩 砂桩 夯坑基础 强夯法 振冲法 挤密碎石桩等 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 1 1 排水固结法 排水固结法的原理是软粘土地基在荷载作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔 隙比减小，地基发生固结变形，同时，随着超静水压力逐渐消散，土的有效应 力增大，地基土的强度逐步增长排水固结法常用于解决软粘土地基的沉降和 稳定f 可题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成。同时可增 加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性排水固结法是由排水 系统和加压系统两部分组合而成的。排水系统可在天然地基中设置竖向排水体 ( 如普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等) ，以及利用天然地基土层本身的透水 性。 根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为下述几种方法 ( 1 ) 堆载预压法：通过在软土上预先堆置相当于建筑物重量的荷载，以达到 预先完成或大部分完成地基沉降，并通过地基土的固结以提高地基承载力。适 用于淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘土及杂填士，对于厚的泥炭层应慎重对 待。为缩短固结时间，常设置砂井或塑料排水板；对粘土层较薄或于层土，也 可单独采用堆载，该法需要较长的时间。最大加固深度为2 0 米，具有竖向排水 通道。 ( 2 ) 超载预压法：通过在软土上预先堆置超过建筑物永久重量的荷载，以预 先完成软土次固结沉降的大部分适用于淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘土 及杂填土，对于厚的泥炭层应慎重对待。为缩短固结时间，常设置砂井或塑料 排水板；对粘土层较薄或千层土，也可单独采用堆载，该法需要较长的时间。 最大加固深度为2 0 米，具有竖向排水通道。能使软土的次固结得到有效的消除。 ( 3 ) 真空预压法：通过在软土地基上铺设砂垫层，并设置竖向排水通道( 砂 井、塑料排水板) ，再在其上覆盖不透气的薄膜形成一密封层然后用真空泵抽 气，使排水通道保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，孔 隙水逐渐被吸出，从而使土体达到固结。适用于软粘土、冲填土地基。般能 形成7 8 9 2 k p a 的等效荷载，与堆载预压法联合使用，可产生1 3 0 k p a 的等效荷 载。加固深度一般不超过2 0 米。 ( 4 ) 电渗排水法：通过向土中插入的金属电流通以直流电，使土中水流由正 极区域流向负极区域，使正极区域土体由于水流排出而固结。使用于饱和低粘 性土、砂土。在碳酸钙组成的土、某些工业废料及石灰中，水流可能出现由正 极向负极流动。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 + ( 5 ) 降水预压法：通过从与透水层联接的排水井中抽水，降低地下水位以增 加土的自重应力，从而达到预压的目的适用于渗透系数至少大于1 0 4 m s 的 砂性土或千层土及下卧层有透水层的软土。由于使土体孔隙水压力降低而圆结， 土体不会产生剪切破坏，是一种临时性加固措施。 2 1 2 注浆加固法 所谓注浆就是用压送设备将具有冲填和胶结性能的浆液材料注入地层中土 颗粒的间隙、土层的界面或岩层的裂隙内，使其扩散、胶凝或固化，以增强地 层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行托换技术的地基处理技术。 注浆法适用于岩基、砂土、淤泥、淤泥质粘土、粉土和一般人工填土层等 地质情况，适用范围广、加固效果显著，但其成本较高。 ( 1 ) 深层搅拌法：利用水泥浆等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机在 地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结而提高地基承载力。适用 于淤泥、淤泥质土、含水量较高地基承载力不大于1 2 0 k p a 的粘性土、粉土等软 土地基。在有较厚土层的软土地基上，宜通过试验确定其适用性；并可适量添 加磷石膏以提高搅拌桩桩身强度。当地下水中含有大量硫酸盐时，宜采用抗硫 酸盐水泥，防止硫酸盐的侵蚀。冬季施工应注意负温对处理效果的影响 ( 2 ) 高压喷射注浆法：利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至预定深度的土层， 将浆液以高压冲切土体，使土体与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量 重新排列，在土中形成一个固化体。适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、 黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基对于湿陷性黄土以及土中含有较多的 大粒径块石、坚硬粘性土、大量植物根茎或过多有机质时，应根据现场试验结 果确定其适用程度。对地下水流速过大和涌水工程以及对水泥有严重侵蚀的地 基，应慎重使用。 ( 3 ) 渗入性灌浆：在不使地层结构受到扰动和破坏的压力作用下，使浆液渗 入到土层孔隙和裂隙中，凝固、硬化、从而加强地基土强度。用普通水泥配制 的灌浆材料适用于渗透系数k 1 0 4 m s 的土。用超细水泥( d ，。- - - - 3 4 i l m ) 配 制的灌浆材料适用于k - 1 0 。1 l o - 2 m s 的土。粘土水泥灌浆适用于渗透系数 k ，l o 。m s 的土。化学灌浆适用于渗透系数k 1 0 。6 m s 的土层。 ( 4 ) 压密灌浆法：通过钻孔，将压浆管放入到预定深度的土层，向土中压入 用高粘滞性土、水泥和水调成的浆液，在压浆点周围形成灯泡形空间。因浆液 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 的挤压作用产生上抬力，从而引起地层局部隆起，以此纠正建筑物的倾斜适 用于软弱性土，具有大孔隙或孔穴的地基土、中砂、湿陷性黄土常用于调整 既有建筑物的不均匀沉降 ( 5 ) 劈裂灌浆法：在较高的灌浆压力作用下，使浓浆克服土体的初始应力和 抗拉强度，在土体内产生水力劈裂和置换作用，形成交叉的结石网格，形成较 高强度的空问性刚性骨架。在水力劈裂过程中，土体中自由水和毛细水被捧走， 表面水被吸收，土体发生固化和化学硬化作用，使土体再次得以加固。适用于 牯土、软粘土，处理效果难以预测 ( 6 ) 电化学灌浆法：通过电化学作用，促使在通电区域内含水量降低，形成 渗浆“通道0 并同时向土中灌注浆液，使之在通道上与土粒胶结成具有一定力 学强度的加固体。适用于饱和粘土、粉质粘土。若灌浆材料为胶体时，仅适于 渗透系数_ | ，1 0 4 m s 的净砂不适于电导性土。处理效果难以预测。 2 1 3 加筋土 加筋法是指在地基土体中设置水平向筋体，通过土体与筋体间的摩擦作用， 使筋体承受拉力，而筋问土体则承受压力及剪应力，进而使加筋土中筋体和土 体都能较好发挥自己的潜能，达到提高地基稳定性、减小沉降目的的一种软基 处理方法 加筋法使用的材料可分为典型不可伸长材料( 如金属、塑料条、格栅等) 和 典型可伸长材料( 如天然或合成纤维、土工织物布等) 二类，从处理方法上来又 可分为加筋士、土锚、锚定板、土工合成材料、树根桩等。 ( 1 ) 加筋土：通过带状拉筋与填土的摩擦力来平衡、减小作用于挡土墙的土 压力。适用于人工填土、砂土的路堤、挡墙、桥台、水坝等。 ( 2 ) 土工织物：利用土工织物的强度、韧性等力学特性。以扩散土中应力， 增大士体的刚度和抗拉强度，与土体构成各种复合土工结构。适用于砂土、粘 性土和软土加固，或用于反滤、排水和隔离材料。 ( 3 ) 树根桩：利用就地灌注的小直径灌注桩( 直径在7 5 2 5 0 m m ) ，使之与 土体构成复合地基，提高地基承载力，增加地基的稳定性和减少沉降。适用于 各类土，主要用于既有建筑物加固及稳定土坡、支挡结构物。 ( 4 ) 锚固法：通过锚固在边坡或地基岩层或土中受拉杆件的锚固力，承受由 于土压力、水压力或风力所施加在结构的推力，维持结构的稳定性。适用于可 靠锚固的土层或岩层。对软弱粘土宜通过重复高压灌浆或采用多段扩体或端头 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 扩体以提高锚固段锚固压力对液限大于5 0 的粘性土，相对密度小于0 3 的 松散砂土以及有机质含量较高的土层，均不得作为永久性锚固地层。 2 1 4 置换法、挤密法及挤密置换法 ( 1 ) 粉喷桩：利用生石灰或水泥等粉体材料作为固化剂，通过特制的深层搅 拌机在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，利用固化剂和软土产生的一系 、列物理一化学反应，形成坚硬的拌和土体，以置换部分软弱土体，形成复合地 基。适用于淤泥，淤泥质土、含水量较高地基承载力不大于1 2 0 k p a 的粘性土、 粉土等软土地基。在有较厚土层的软土地基上，宜通过试验确定其适用性；并 可适量添加磷石膏以提高搅拌桩桩身强度。当地下水中含有大量硫酸盐时，宜 采用抗硫酸盐水泥，防止硫酸盐的侵蚀。冬季施工应注意负温对处理效果的影 响。但对于含水量较小的粘性土处理效果欠佳。与深层搅拌法相比，在固化过 程中，粉体材料能吸收土体周围更多的水份，使土体固结。 ( 2 ) 振冲置换碎石桩：利用振冲器或沉桩机，在软弱粘土地基中成孔，再在 孔内分批填入碎石等坚硬材料，制成桩体，与原地基土构成复合地基，从而提 高地基承载力。适用于不排水剪切强度2 0 k p a c 。5 0 k p a 的饱和软粘土、饱 和黄土和冲填土对不排水剪切强度c 。t2 0k p a 的地基，应慎重对待。能使 天然地基承载力提高2 0 6 0 左右。 ( 3 ) c f g 桩：利用振动打桩机击沉毒3 0 0 0 4 0 0 m m 的桩管，在管内边振动填入 碎石、粉煤灰、水泥和水按一定比例配合的材料，形成半刚性的桩体，与原地 基形成复合地基，从而提高地基承载力，也可用其他方法成孔。适用于淤泥、 淤泥质土、杂填土、饱和及非饱和的粘性土、粉土能使天然地基承载力提高 7 0 以上。 ( 4 ) 钢渣桩：用振动打桩成孔灌注工艺将废钢渣分批投入并振密直至成桩， 与原地基土一起形成复合地基，以提高地基承载力。适用于淤泥、淤泥质土、 饱和及非饱和的粘性土、粉土。 ( 5 ) 石灰桩；利用打桩机