大广高速公路K83+800～K93+000段软基工后沉降计算

韩 伟

（福建林业职业技术学院 工程系， 福建 南平 353000）

国内已有高速公路的实测沉降变形资料分析，已总结提出了高速公路荷载作用下:天然软土地基(或砂垫层处理)、排水预压法(塑料板排水)加固软土地基、粉体搅拌桩加固软土地基、强夯法加固地基等的沉降变形规律。并通过理论分析，提出了实用的高速公路沉降预测估算方法。根据软土地基不同填土高度、不同设计参数的符合地基与沉降变形规律与沉降变形的定量关系，特别是针对高速公路分级施工的特点，建立了分级施工的路堤沉降预测方法。在软土的工程地质方面，尽管各地区软土有其共性，但不可否认的是，由于其成因和沉积环境的不同，各地区的软土工程建设中仍然体现出各自的特性。利用工程建设时的地质和地基变形资料对各地软土工程地质特性进行宏观分析、对比和总结，为该区今后的工程建设提供经验依据，依然是一件很有意义的工作。

1复合地基沉降计算

1.1 加固区层压缩量S1的计算方法

（1）复合模量法。将复合地基加固区中桩体和土体两部分视为一复合土体，采用复合压缩模量来评价复合土体的压缩性，并采用分层总和法计算加固区土层压缩量。在复合模量法中，将加固区土层分成n层，每层复合土体的复合压缩模量为，加固区土层压缩量表达式为

式中△Pi为第i层复合土上附加应力增量；

Hi为第i层复合土层的厚度。

竖向增强体复合地基复合土压缩模量通常采用面积加权平均法计算，即

或

式中,Eps为桩体压缩模量；Ess为桩间土压缩模量；m为复合地基置换率。

复合模量法是等应变条件下的推导结果，对于基础和下卧层均为刚性的复合地基有一定的合理性。然而，在道路土程中，除了下卧层具有一定的压缩性外，在复合地基与路基之间还常设置一定厚度的垫层，导致桩体向下卧层和垫层有一定的刺入量，也就不再符合等应变条件。若在这种情况下仍采用复合模量法，即要求桩体变形和桩间土变形一致，实际由桩间土承担的荷载被假设转移到了桩体上，就会高估桩体的承载能力而低估桩间土的抗压缩能力，致使计算结果偏小，给工程安全造成隐患。

然而，下卧层具有一定的压缩性，在复合地基与基础之间常设置具有压缩性的垫层，导致桩体向下卧层和垫层有一定的刺入量，等应变条件失效。若在等应变条件失效的情况下仍采用复合模量法，即要求桩体变形和桩间土变形一致，实际由桩间土承担的荷载被人为地转移到了桩体上，因而夸大了桩体的作用。对于柔性基础下和路堤下的复合地基，这种夸大作用更为明显。但复合模量法采用平均基底压力计算沉降，计算时采用的桩间土荷载大于桩间土实际承担的荷载，一定程度上弥补了夸大桩体作用的缺陷，但其力学概念不明确。吴慧明通过有限元分析证实，在刚性基础下复合模量法具有较强的适用性，但在柔性基础下其计算结果明显偏小。

(2)应力修正法。在竖向增强体复合地基中，增强体的存在使作用在桩间土上的荷载密度比作用在复合地基上的平均荷载密度要小。在采用应力修正法计算压缩量时，根据桩间土分担的荷载，按照桩间土的压缩模量，采用分层总和法计算加固区土层的压缩量。在计算分析中忽略增强体的存在。

应力修正法虽然形式简单，但在设计计算中应力修正系数是较难合理确定的。复合地基置换率m值是可由设计人员确定的，应该说是明确的，但桩土应力比n值的影响因素较多，很难选用合理值，特别是当桩土相对刚度较大时。另外在设计计算中忽略增强体的存在将使计算值大于实际压缩量。采用该法计算压缩量往往偏大。

(3)桩身压缩量法。在荷载作用下复合地基加固区的压缩量也可通过计算桩身压缩量来得到。设桩底端刺入下卧层的沉降变形量为△，则相应加固土层的压缩量S1的计算式为

式中，Sp为桩身压缩量。

在桩身压缩量法中根据作用在桩体上的荷载和桩体变形模量计算桩身压缩量。桩身压缩量法需要计算桩身的应力，但是桩身应力计算牵涉到摩阻力的分布、端承力的大小以及桩顶应力等极难获得的量值，即使在最为简单的情况下，如假设摩阻力均匀分布和端承力为零的情况，也要牵涉到计算桩土应力比n值，n值也不易获得。特别是对于碎石桩复合地基，以上计算将更加复杂，因此，该法不适合于碎石桩复合地基。

在以上三种复合地基加固区压缩量的算法中，相比较而言复合模量法使用比较方便，也是目前碎石桩复合地基沉降计算时通常选用的方法。

但上述方法实际上是假设了土体和桩体只产生垂直方向的单向压缩，且压缩应变相等。对刚性荷载和刚性桩，这些假定是可取的，但对象路堤填土这样的柔性荷载及碎石桩这样的散体材料桩，桩与土的压缩应变是不相等的，而且有明显的径向变形。若简单套用上述方法，理论上明显不合理，将产生较大误差。

高新技术供应链信息共享作为供应链能力提升的重要环节，对供应链间各成员企业的发展具有及其重要的作用。在以往的信息共享评价指标体系中，较多为定性的指标，因此拟用问卷调查法获取实验数据，运用DEA方法具体从规模效率、规模收益、综合效率、纯技术效率、投入冗余和产出不足等方面进行分析评价。DEA方法一方面可以对DMU的相对效率给出评价和测算，另一方面还可以表明DMU不是有效性的原因以及改进空间。该方法运用的是帕累托最优原理，通过投入、产出判断标准进行衡量，只有两种判断标准都被拒绝时，该决策单元才是完全有效的。

2.2 下卧层土层压缩量S2的计算方法：

下卧层土层压缩量S2的计算常采用分层总和法计算，即

式中，e1i为根据第i分层的自重应力平均值(即)P1i从的压缩曲线上得到的相应的孔隙比；σci，σc（i-1）分别为第i分层土层底面处和顶面处的自重应力；

e2i根据第i分层的自重应力平均值((即)P1i与附加应力平均值(即)P2i从的压缩曲线上得到的相应的孔隙比；

σci，σc（i-1）分别为第i分层土层底面处和顶面处的附加应力；Hi为第i分层土的厚度；ai为第i分层土的压缩系数；Ei为第i分层土的压缩模量；

欲确定上式中复合地基下卧层的附加应力增量□Pi，需要知道传递到下卧层顶面的荷载。目前在工程实践中，常采用以下方法计算下卧层顶面的荷载。

（1）压力扩散法。如图1所示，若复合地基上作用荷载为p，复合地基加固区压力扩散角为β，则作用在下卧土层上的荷载Pt，可用下式计算

式中，B为复合地基上荷载作用的宽度；D为复合地基上荷载作用的长度；H为复合地基加固区厚度；β 为复合地基加固区应力扩散角

图1 压力扩散法简图

实践中可以查表1确定压力扩散角β：

表1 压力扩散角

对于复合地基中下卧层的沉降计算通常采用压力扩散法。但公式中压力扩散角的合理选用是计算中的主要问题。

（2）等效实体法。将复合地基加固区视为一等效实体，作用在下卧层上的荷载面与作用在复合地基上的相同。在等效实体四周作用有侧摩阻力，设其密度为f，则复合地基加固区下卧土层上荷载密度Pt，可用下式计算：

图4 等效实体法简化图形

对于平面应变情况，上式可改写为：

应用等效实体法计算复合地基下卧层顶面荷载的关键是周围土体对等效实体摩阻力的确定，目前还没有一个被普遍接受的确定方法。

3 结语

本章通过对地基沉降理论，软土路基沉降及变形的机理的回顾，研究了软土地基最终沉降量计算的理论依据，探讨了软土地基固结与沉降的相互关系，并在此基础上对复合地基的沉降理论进行了简要介绍。主要包括：

（1）简要介绍了天然地基土的沉降计算理论，并在此基础上比较了各理论的适用范围；

（2）分析了各种固结理论的特性，提出了适用于高速公路沉降的固结理论；

（3）简要介绍了复合地基最终沉降量的弹性理论计算方法，并结合已有的理论进行了分析，提出了不同计算方法的适用性；

（4）从力学原理出发，分析了公路软土路基的变形及沉降机理；

（5）对复合地基的桩土共同作用原理进行了简要说明。

[1]邢启军,朱学文,刘金年.浅谈工后容许不均匀沉降指标及其在高等级公路的研究[J].黑龙江交通科技,2003，（3）.

[2]宫晓飞,刘佑荣.高速公路工后不均匀沉降造成的病害及危害特点[J].西部探矿工程,2004，（9）.

[3]刘增贤,汤连生.路堤荷载下软土侧向挤出沉降分析[J].工程勘察,2003，（2）.

[4]马时冬.路堤下软粘土地基的侧向位移.华桥大学学报(自然科学版),1995，（5）.