广州高速公路会议报告

岩土加固与测试技术研究室叶观宝同济大学地下建筑与工程系高速公路软基处理优化设计叶观宝教授2005年12月6日主要内容一、高速公路面临的岩土工程问题二、高速公路软基处理方法三、高速公路软基处理的技术分析方法四、高速公路软基处理方案的综合分析方法五、综合分析评价六、长板—短桩（D-M）工法处理深厚软基的理论与设计一、高速公路面临的岩土工程问题根据高速公路的特点和我国的实际情况，在软基上修建高速公路所面临的岩土工程问题可以归纳为三类：①软土地基的勘察评价；②软土地基处理；③软土地基设计理论与控制方法。一、高速公路面临的岩土工程问题如果这些土工问题解决不好，常降低道路质量，甚至破坏道路，引起下列问题：①路堤整体滑动，桥台破坏；②构筑物与路堤衔接处差异沉降，引起桥头跳车及路面破坏；③涵身、通道凹陷，沉降缝拉宽而漏水；④路面横坡变缓，造成积水等。二、高速公路软基处理方法为了解决高速公路的沉降问题，使修建好的高速公路达到行车要求，一般有以下几种方法：①桥梁跨越②减轻路堤荷载③地基处理④工后修补⑤综合处理三、高速公路软基处理的技术分析方法1.承载力及稳定性分析2.地基沉降计算3.工后沉降控制三、高速公路软基处理的技术分析方法1.承载力及稳定性分析（1）软土地基承载力（2）复合地基承载力（3）路堤稳定性三、高速公路软基处理的技术分析方法2.地基沉降计算（1）总沉降计算（2）地基平均固结度计算sdcSSSS++=cmSS=)1(1(1zrrzUUU---=）三、高速公路软基处理的技术分析方法3.工后沉降控制工后沉降控制是高速公路按变形控制设计理论的核心内容，是指在路面设计年限（一般为15年）内的残余沉降或剩余沉降。公路等级桥台与路堤相邻处涵洞或箱型通道处一般路段高速公路、一级公路≤0.10m≤0.20m≤0.30m二级公路（采用高级路面）≤0.20m≤0.30m≤0.50m四、高速公路软基处理方案的综合分析方法1.技术经济综合分析评价法2.模糊综合评价方法3.优化选择与设计的程序四、高速公路软基处理方案的综合分析方法1.技术经济综合分析评价法（1）影响因子评判集确定（2）权重值的确定（3）计算评分值①专家判断法②智暴法③德尔斐法①专家经验估计法②序列综合法③隶属函数法①加法②乘法③加乘混合法④除法⑤最小二乘法四、高速公路软基处理方案的综合分析方法2.模糊综合评价方法（1）评价三要素的确定①因素集：②评价集--对评价对象作出的评语所组成的集合：③单因素评判--对单位因素Ui进行评判，得到V上的模糊集：{}muuuUL,,21={}mvvvVL21,==nmnnmmRgggggggggLLLLLLL212222111211四、高速公路软基处理方案的综合分析方法2.模糊综合评价方法（2）模糊综合评价数学模型由于各个单因素在总评价因素中的重要程度不同，所以需对各因素进行加权运算，用模糊向量表示各因素的权重分配。按模糊变换原理，则有：),,(21naaaAL=RAB==),,(21naaaBLnmnnmmgggggggggLLLLLLL212222111211),,(21mbbbL=B称为模糊综合评价模型。四、高速公路软基处理方案的综合分析方法3.模糊综合评价方法（3）给出模糊综合评价结论得到模糊综合评判指标之后，为进行多对象之间的比较，确定评价结果，可采用以下方法实现。①评价集V赋于相应的量化值。②B作归一化处理，令b*=b1+b2+…+bm，作：jv=**2*1*,,,bbbbbbBmL③计算综合得分，给出评价结论。P=V×B*T在做多方案比较时，将综合得分按大小排序，择优选定。四、高速公路软基处理方案的综合分析方法3.优化选择与设计的程序输入设计条件选择地基处理方案直接堆载塑料排水板粉喷桩···真空堆载联合预压桥方案稳定验算满足沉降验算方案A方案B方案N···技术经济比较综合分析优化方案否满足否载荷条件地质条件施工约束工期要求沉降控制路段类别稳定条件五、综合分析评价在各种软基处理方案的基础上，进行技术经济评价，主要包括两方面：(1)采用总费用分析法（TCA，TotalCostAnalysis）评价软基处理方案建设费用；(2)引入环境影响，技术可靠性，质量控制，施工工期等因素,进行软基处理方案综合分析评价。最终提出在不同工况和约束条件下的高速公路软基处理优化方案。五、综合分析评价综合分析遵循的原则(1)坚持国家有关标准的原则(2)可比性原则(3)节约稀有资源的原则(4)定量分析与定性分析相结合的原则(5)综合评价的原则五、综合分析评价各种软基处理方法一般性能的比较表处理方法施工工期难易程度机械化程度质量与安全环境影响超载预压长方便高可靠噪音小、污染少砂井法较短方便高可靠现场清洁塑料排水板较短方便高可靠现场清洁粉(湿)喷桩短较方便高较可靠有少量噪音及污染五、综合分析评价不同填土高度下粉喷桩设计间距与置换率优化结果填土高度（m）4.05.06.07.08.0粉喷桩间距（m）1.4×1.41.3×1.31.2×1.21.1×1.11.0×1.0置换率0.100.120.140.160.20五、综合分析评价一般路段砂井排水预压法优化结果填土高度(m)软土层厚度(m)5.010.015.020.025.030.02.05555783.055689104.05681011125.05710121416五、综合分析评价填土高度(m)软土层厚度(m)5.010.015.020.025.030.05.0510131517186.0510141618207.0510151719208.051015171921水泥土搅拌桩处理优化结果五、综合分析评价填土高度(m)软土层厚度(m)15.020.025.030.0粉喷桩砂井粉喷桩砂井粉喷桩砂井粉喷桩砂井5.01212121312156.01212121412167.012121213121512168.01212121312161217水泥土搅拌桩与砂井联合处理优化结果填土高度（m）软土厚度（m）5.010.015.020.025.030.02.0方法直接堆载直接堆载砂井5砂井5砂井7砂井8造价28.228.231.9531.9533.4534.23.0方法直接堆载砂井5砂井6砂井8砂井9砂井10造价28.231.9532.734.234.9535.74.0方法砂井5砂井6砂井8砂井10砂井11砂井12造价31.9532.734.235.736.4537.25.0方法砂井5砂井7砂井10砂井12砂井14砂井16造价31.9533.4535.737.238.740.26.0方法粉喷桩5粉喷桩10粉喷桩14粉喷桩12+砂井12粉喷桩12+砂井14粉喷桩12+砂井16造价70.5121.5162.3155.9158.3160.67.0方法粉喷桩5粉喷桩10粉喷桩12+砂井12粉喷桩12+砂井13粉喷桩12+砂井15粉喷桩12+砂井16造价80.2140.9181.9183.3186.0187.48.0方法粉喷桩5粉喷桩10粉喷桩12+砂井12粉喷桩12+砂井13粉喷桩12+砂井16粉喷桩12+砂井17造价92.9166.4216.0217.7222.7224.4一般路段地基处理最优化方案汇总表桥头路段地基处理最优化方案汇总表填土高度（m）软土厚度（m）5.010.015.020.025.030.02.0方法砂井5砂井8砂井10砂井11砂井13砂井14造价31.9534.235.736.4537.9538.73.0方法砂井5砂井10砂井11砂井12砂井14砂井15造价31.9535.736.4537.238.739.454.0方法砂井5砂井10砂井12砂井14砂井15砂井16造价31.9535.737.238.739.4540.25.0方法砂井5砂井10砂井13砂井15砂井16砂井18造价31.9535.737.9539.4540.241.76.0方法粉喷桩5+超载0.6粉喷桩10+超载0.6粉喷桩12+砂井14粉喷桩12+砂井15粉喷桩12+砂井17粉喷桩12+砂井17造价77.5128.6158.3159.4161.8161.87.0方法粉喷桩5+超载0.7粉喷桩10+超载0.7粉喷桩12+砂井15粉喷桩12+砂井16粉喷桩12+砂井17粉喷桩12+砂井19造价88.4149.2186.0187.4188.8191.68.0方法粉喷桩5+超载0.8粉喷桩10+超载0.8粉喷桩12+砂井16粉喷桩12+砂井16粉喷桩12+砂井17粉喷桩12+砂井20造价102.4175.9222.722.7224.4229.4综上所述：（1）砂井或塑料排水板较其它处理方案有明显的技术经济优势，单位造价只有水泥土搅拌桩的20%~30%，应作为高速公路软基处理的首选方案。（2）水泥土搅拌桩对于增强地基稳定性和减少地基总沉降作用明显，因此在路堤填土高度大于5.0m的路段可以考虑采用水泥土搅拌桩处理。如果软土层较厚，水泥土搅拌桩无法打穿软土层，则水泥土搅拌桩减少工后沉降的作用已不大，应与其它方法联合处理。岩土加固与测试技术研究室叶观宝同济大学地下建筑与工程系六、长板—短桩（D-M）工法处理深厚软基的理论与设计主要内容1.引言2.D-M工法的复合地基的概念模型3.D-M工法处理软基的机理4.D-M工法的设计方法简介5.结语1.引言高速公路中厚层软基处理水泥土搅拌桩(M)预压排水固结(D)施工期、预压期长造价偏高深部的施工质量不易保证长板短桩工法(D-M)“短桩”可以有效提高地基的稳定性，加快路堤施工速率，缩短建设周期“长板”能加快深部软土的固结沉降，控制工后沉降。通过桩和板的间距、长度以及预压方式的调整使不同段落之间沉降速率的协调成为可能。1.引言长板-短桩工法由长的竖向排水体(砂井、袋装砂井、塑料排水板)、短的水泥土搅拌桩(浆喷桩、粉喷桩)和垫层组成。垫层材料由中砂、粗砂、级配砂石或碎石等组成，在可能的情况下，应尽可能选择刚度较大的垫层材料。可选择砂垫层＋碎石垫层，或加筋垫层。该垫层是长板-短桩工法的关键，一方面起水平向排水垫层作用，与长的竖向排水体共同组成排水体系；另一方面起褥垫层作用，可以调整复合层的桩土应力分担。1.引言长板－短桩工法的提出是为了发挥预压排水固结法和水泥土搅拌桩法的自身优点，克服其在处理深厚软基的不足。其特点为：a.将高速公路填土施工和预压的过程作为路基处理的过程，充分利用填土荷载加速路基沉降，以达到减小工后沉降的目的；b.短桩增加了复合层的承载力，解决了高填方路堤下地基的稳定性问题；c.竖向排水体为固结层提供了排水通道，同时也加快了深部未加固层的排水固结，有利于固结层和未加固层在填土期和预压期的排水固结；1.引言d.竖向排水体的存在有利于复合层桩间土的排水固结，可以提高复合层桩间土的强度；e.桩顶与填土之间的垫层可以充分发挥桩间土的作用；f.特别适用于深厚软土路基的处理，长板和短桩的施工质量容易得到保证；g.可以协调桥头段、过渡段和一般路段相邻之间的工后沉降速率和坡度；h.具有可观的经济效益。1.引言•长板－短桩工法适用于填方路堤下软土层厚度大于10m的深厚淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土的地基处理。特别适用于地表存在薄层硬壳层和深部软土存在连续薄砂层的地基。•长板与短桩在平面上可以等间距布置，也可以不等间距布置；在深度上，长板穿过短桩复合层插入深部软土，可以穿透软土层（较薄时），也可以不穿透软土层（较厚时），具体可按照地基压缩层厚度确定。1.引言水泥土搅拌桩塑料排水板复合层固结层未加固层非软土层软土层塑料排水板水泥土搅拌桩2.D-M工法复合地基的概念模型D-M工法中，根据长板与短桩的作用机理与特点，在地基剖面上可划分为：（1）水泥土搅拌桩复合地基层（简称复合层，Compositezone）；（2）预压排水固结层（简称固结层，Consolidatedzone）；（3）未加固处理的原状软土层（简称未加固层，Unimprovedzone）水泥