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随着我国基本建设的发展,在软土地区兴建高速公路、机场跑道等高等级道路日益增加。若对软土特性认识不足,地基处理方法不当,技术控制不严,就会在公路建设中出现地基因失稳滑动而受到破坏,并且后期产生较大的沉降和差异沉降,造成路面开裂破坏,桥头跳车,影响公路正常使用和行车安全。堆载预压法技术成熟、处理效果好,克服了其它许多工法的不足,譬如搅拌桩复合地基法造价高、真空预压法工艺复杂,对加固地基有特殊要求等缺点。因此,堆载预压法在我国一些分布了软弱土层地区得到了较为广泛的应用,但仍然存在很多问题。理论研究远远落后于工程实践,不少理论问题至今仍未能得到解决,其加固机理仍有诸多地方需要研究解释。现阶段的工程实践主要还是依据经验进行设计、施工,造成该法的设计施工缺乏量化标准。因此,对堆载预压法的作用机理研究具有重要意义。此外,尽管目前对堆载预压法加固地基的计算理论有了较系统的研究成果,但由于软土性质极为复杂,特别是其流变特性对工程质量起着很大的决定作用,影响建(构)筑物工后沉降的控制,使得其计算结果仍与实际有较大差异。现有设计理论中的基于单向固结理论的计算方法已无法满足工程要求。因此,有必要对最终沉降量的计算及其预测方法等方面进行较深入的研究。
本文首先从堆载预压的加固机理入手,分析了在静力荷载作用下软土的渗透与固结变形机理,阐述了考虑渗流条件下软土的蠕变固结特性,分析了软土的两种蠕变—固结模型的各自适应性:陈宗基蠕变—固结模型和Merchant蠕变-固结模型。并在此基础上分析了袋装砂井堆载预压法机理,指出砂井法存在的普遍性问题,分析了袋装砂井的应用合理性。此外,还建立了砂井地基三维排水情况下的固结微分方程,阐述了影响砂井固结效应的主要因素:砂井的间距和直径的影响;固结系数的影响;涂塞效应及砂井阻力的影响。对比分析了堆载预压和真空预压各自的异同点。
在软土路基预压法处理方法中,经常采用超载预压。在超载加载过程中,路基的稳定性是一个需要慎重考虑的问题,必须采取有效措施保证其稳定性,并严格控制工后沉降。介绍了加载过程中稳定性动态控制方法及具体的控制步骤。以实际工程为例,分析了超载预压卸载控制各种方法的适应性。同时,在加载过程中路基会出现侧向位移,这对路基的稳定性也是一个不利因素,通过具体的监测数据分析得出结论:围堰对软土路基的侧向变形有约束作用,从而减小了竖向沉降,改变了路基变形性状,侧向变形所引起的竖向附加沉降占总沉降量相当大的部分,侧向变形及由此而导致的竖向沉降变形在施工及预压期间一直在发展,加载期间发展快,停止加载后渐趋缓慢;通过实测资料分析了最大侧移量与路中及路肩总沉降的相关关系,证明了Tavenas的观点的正确性。在工程中应进一步积累这方面的相关经验,以达到对路基沉降控制更正确的认识。
由于软土具有很高的灵敏性,难以取得原状土进行室内实验。本文基于堆载预压法加固的特点,通过对实测沉降资料的分析,引入沉降预测模型。根据堆载预压法的沉降规律,引进了Asaoaka法、双曲线法、推理曲线法和残差灰色预测模型,并编制了相关计算程序,利用现场实测数据对软土地基沉降进行预测。着重研究了残差灰色预测模型与常规曲线拟合模型的预测精度,并做出比较分析评价了各种预测模型的合理性。
固结系数是排水固结软基处理中关键的土工参数之一,本文还从工程实际应用的角度出发,基于实测沉降~时间关系曲线和孔隙压力~时间曲线关系曲线反算淤泥的固结系数,并对比分析了两种反算结果的差异原因,以达到更为准确的掌握软土的固结特性,修正设计误差,正确判断工程效果的目的。在软土路基处理监测工程中,针对实测的大量监测数据,以双曲线法预测模型为例,通过建立一元线性回归分析模型,合理优化实测到的监测数据,回归求得计算模型中的计算参数α,β,利用反演所得的参数可进一步对软粘土地基后期沉降做出更为精确的预测,以指导设计和控制施工。