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宁夏冲湖积软弱土路基沉降规律及处治措施研究

马洪林  
【摘要】:由于沿黄冲湖积平原地区地质条件的特殊性,在高速公路沿线路基下,经常存在不同厚度的软弱土层,极大地影响了道路的长期稳定性和安全使用。因此,冲湖积平原软弱地基的处治及沉降问题的研究对沿黄地区道路的建设意义重大。 本文在对银川绕城高速公路沿线软弱地基进行地质、水文调查和室内土工试验的基础上,总结了冲湖积平原软弱土的结构性状及工程特性。该区软土是由于第四系以来区内黄河河道不断由西向东迁移,迁移过程中形成许多牛轭湖,使二级阶地上部湖沼发育,形成了流塑~软塑的淤泥、淤泥质土。软土粘粒和粉粒含量较高,砂粒含量非常低。淤泥质软土中含有大量腐殖质及植物根系,土性略偏碱性。与南方沿海地区软土相比,该区软土的物理指标很不典型,含水率平均28.33%,孔隙比平均0.81,但在力学指标上呈现出中高压缩性和低承载力,给工程建设带来了很大的危害,是必须处理的软弱土层。 采用土工离心模型试验方法,对采用换填砂砾垫层、袋装砂井、挤密砾石桩等三种加固软弱土地基方法的效果进行了研究,模拟了路堤分期填筑的过程和工后软弱土地基的逐步固结过程,得出了路堤沉降随时间的变化曲线,并对最终沉降和工后沉降做出了初步预测。结果表明,三种软基处治方法的沉降主要发生在路堤的分期填筑过程中,沉降和时间呈现良好的线性关系,工期沉降量占工后总沉降量的70%左右,竣工后,沉降速度大大减缓,其增加速度以对数曲线形式上升;换填砂砾垫层的工后沉降和最终沉降最小,挤密砾石桩次之,袋装砂井最大;换填砂砾垫层地基的垫层是否能形成骨架结构是影响换填砂砾垫层沉降量大小的关键因素;在相同井径和井深的条件下,袋装砂井复合地基的沉降随砂井间距的增大而增大,但当砂井间距减小到一定程度后,地基固结度增长幅度并不明显。砂井地基在排水固结过程中可能导致地基不均匀沉降;在断面在桩径和桩间距不变的条件下,如果挤密砾石桩复合地基的桩长从中间向两边适当减小,整个断面的沉降均匀,路堤整体稳定,同时还可降低工程造价。 在软土地基路堤稳定性影响因素研究的基础上,利用大型土工数值分析软件Geostudio,对软弱土地基之上路基内部结构受力特征及边坡稳定性进行了数值计算,选取K39+900和K40+160两个断面进行建模分析,数值计算结果表明了软土地基路堤有较好的稳定性。通过对天然软弱土和换填砂砾垫层地基两种离心试验模型的数值计算,表明换填砂砾垫层地基的安全系数基本增大一倍,抗剪切强度参数也有很大提高。 结合工程实际,对换填砂砾垫层、袋装砂井、挤密砾石桩三种处治措施的加固机理、适用范围、设计方法以及施工工艺进行了深入的分析和研究,确定了软弱地基路堤施工沉降监测的方案,通过对监测结果的分析,总结了三种处治措施地基在填土施工过程中的沉降规律。结果表明,断面最大沉降点并不在路堤中心线上,而是随着观测断面所处路段地质情况的不同而不同;经三种技术处治后地基的水平位移相对于竖直沉降特别小,所以在填土施工时应以垂直方向的沉降变形为主要控制指标;处治地基在填土施工过程中始终处于非常稳定的状态,处治效果良好。通过施工后现场监测的沉降、地基土体水平位移、孔隙水压力等资料,对银川绕城高速公路软弱地基的处治效果进行了经济性分析。 研究结果表明:采用换填砂砾垫层、袋装砂井、挤密砾石桩等三种地基处治技术,能够有效地加固冲湖积平原的软弱地基,减小沉降量,是合理有效的地基处理措施。本文对冲湖积平原软弱地基处治的研究成果和建议,为今后该地区的高速公路建设积累了经验。


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