排水固结法加固软土地基合理填土速度的确定

本帖最后由 心香 于 2014-9-9 09:30 编辑

排水固结法加固软土路基合理填土速率的确定
中铁四局集团五公司 陈忠求 叶曲成
摘 要 铁路路基通过软土地区,采用排水固结法处理后的路堤填筑速率直接影响加固的效果。以袋装砂井
处理的软基为例,在渗透固结分析的基础上,建立等强度方程,通过比选接近度曲线,选定合理的填筑速率,从而达
到更好的加固效果。
关键词 铁路路基 软土固结 合理填土速率 确定
软土地基的处理方法很多,20世纪90年代以来,排水固结
法在软土地区铁路中得到了比较广泛的应用,占有较大的比
重,其中袋装砂井法是软基处理的一大进步,由于新型材料砂
袋的出现,使得砂桩直径可以很小(目前已使用直径7 cm的袋
装砂井)却能保证成桩质量,成桩快,用料省,具有快速、经济的
明显优点,特别是铁路可以利用路堤本身作为预压荷载,因而
省去了绝大部分的堆载和卸载工作量,节省大量投资。可以预
测袋装砂井必将在铁路建设中得到更加广泛的应用。尽管如
此,但如果预压控制不好,软基处理的效果便大打折扣,国内外
都有由于预压不当而使工程失败的例子。
目前铁路软基路堤施工,主要以观测沉降和水平位移来控
制填土速度,如只有观测到沉降速率在15 mm/d以内,水平位
移每d不超出20 mm时才可填土,同时限制每d的填筑高度。
实践表明,这种以观测到的沉降为依据控制填土速率的施工方
法取得了满意的效果。但是,饱和软粘土因渗透固结而产生的
沉降并不随时间简单变化,某一量值的平均沉降速率,并不能
说明固结的程度,也不能说明在附加压力作用下沉降趋于稳定
或者强度增加了多少,因而开始填筑路基时,确定填筑计划存
在较大困难。值得注意的是,随着铁路建设向速度快、质量要
求高、工后沉降限制严的方向发展,按现在的沉降观测条件来
控制填土速率,其结果未必能达到设计要求。在渗透固结分析
的基础上,结合工程实际,便可以对软基固结沉降和强度增长
有个全面充分的了解,并在此基础上选择最佳加载进度,优化
填筑计划,从而提高软基处理的施工技术水平,适应高速铁路
发展的需要。
1 理论分析
软土在我国分布较广,各地的软土力学性质不尽相同,一
般都具有含水量大(趋于饱和)、孔隙比大、渗透系数小、强度低
的特点。通过在软土体内设置排水体砂井(袋装砂井),大大改
善了软土的排水性能,在预压荷载的作用下,孔隙水得以逐渐
排出,有效压力增大,土体强度增加,从而达到地基处理加强的
目的。根据有效应力理论软土因渗透固结增加的强度与附加
总应力增量和固结度的乘积成正比(假定固结过程中土的内摩
擦角为一不变的常数),前者取决于预压荷载的大小,而后者,
因土层的复杂性,土并不是简单的弹性本构关系,固结度随时
间的变化非常复杂,很难精确计算。不同的工程对软基处理有
不同的要求,具体表现在:强度、稳定性、沉降、工期等。由于过
早或过度地加载容易造成软基局部或整体破坏,因此控制加载
量和速率是必须的。通常可以这样认为:在保证软基土层不破
坏和稳定的前提下,使软基强度增长得最快或者固结沉降完成
得最快的预压加载是最合理的。定量分析可利用软土承载力
公式,由软土固结增加后的强度与总应力保持相等这一关系
(这里不讨论稳定问题)可以建立如下等强度方程: