濕陷性黃土地區(qū)公路涵洞復(fù)合地基沉降特性研究.pdf

1、在西部大開發(fā)和“一帶一路”國家戰(zhàn)略中，公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)處在先導(dǎo)的地位。涵洞作為公路工程中的重要組成部分，無論是在工程數(shù)量上還是工程造價(jià)上，都占有很大的比重。早期在濕陷性黃土地區(qū)修建的涵洞，由于所處地形地貌、地質(zhì)條件復(fù)雜，濕陷性黃土物理力學(xué)性質(zhì)特殊，如地基處理不當(dāng)，浸水后地基產(chǎn)生顯著沉降及不均勻沉降，將導(dǎo)致涵洞出現(xiàn)不同程度的病害，嚴(yán)重影響公路正常運(yùn)營。因此，選用合適的方法進(jìn)行濕陷性黃土地基處理顯得尤為關(guān)鍵。
　　對(duì)于濕陷性黃土地

2、區(qū)涵洞地基處理，《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JDGD63-2007)要求的處理深度不大于3.0m。對(duì)于強(qiáng)濕陷性隴西黃土，工程實(shí)踐表明這種地基處理方式強(qiáng)度偏弱，建議根據(jù)黃土場(chǎng)地濕陷性特征來確定。
　　本文以新建青海東部民和至小峽一級(jí)公路Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重）自重濕陷性黃土地區(qū)的兩座公路涵洞為實(shí)際工程背景，采用室內(nèi)土工試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)、復(fù)合地基沉降監(jiān)測(cè)和有限元數(shù)值模擬等方法，探討了濕陷性黃土地區(qū)公路涵洞復(fù)合地基的沉降特性。在上述研究的

3、基礎(chǔ)上，提出涵洞復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)闡述濕陷性黃土地區(qū)涵洞地基沉降特征，總結(jié)了公路涵洞發(fā)生病害的原因。歸納濕陷性黃土地基處理常用方法，分析了灰土換填法和灰土擠密樁法的加固機(jī)理和適用條件。
　　(2)在試驗(yàn)基礎(chǔ)上定量分析了涵洞試驗(yàn)工點(diǎn)場(chǎng)地濕陷性黃土的壓縮性、濕陷性和滲透性:①通過室內(nèi)土工試驗(yàn)得到兩座公路涵洞試驗(yàn)工點(diǎn)場(chǎng)地不同深度處原狀黃土的壓縮系數(shù)，判定兩座涵洞試驗(yàn)工點(diǎn)場(chǎng)地土均呈中等壓縮性。

4、②現(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)采用直徑為20.0m，深度為50cm的試坑，并在試坑底部鋪設(shè)15cm厚的卵礫石?，F(xiàn)場(chǎng)試坑浸水試驗(yàn)停止注水后，測(cè)得試坑的自重濕陷性黃土層厚度為15.0m，試坑地表發(fā)生明顯濕陷并呈漏斗形，且不同位置沉降變形量大小不一。③通過在試坑不同位置和深度埋設(shè)TDR水分探頭，分析水分在試坑豎直方向和水平方向的入滲過程。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地黃土在豎直方向的滲透速率處于1.7～5.9×10-4cm/s之間，在水平方向的滲透速率處于1.2～4.6×

5、10-4 cm/s之間。
　　(3)涵洞場(chǎng)地地基處理及處理效果試驗(yàn)研究:①分別采用地基處理深度為3.0m的灰土換填法和地基處理深度為6.0m的灰土擠密樁法對(duì)涵洞地基進(jìn)行處理。②現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)復(fù)合地基的沉降變形，對(duì)比分析濕陷性黃土地區(qū)涵洞地基處理效果。③采用雙曲線法、三點(diǎn)法和Asaoka法預(yù)測(cè)兩座涵洞復(fù)合地基最終沉降。
　　(4)涵洞場(chǎng)地復(fù)合地基數(shù)值模擬對(duì)比研究:①采用MIDAS/GTS軟件對(duì)灰土換填復(fù)合地基和灰土擠密樁復(fù)合地基進(jìn)行

6、數(shù)值模擬。②對(duì)比分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得到的復(fù)合地基沉降結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果，驗(yàn)證數(shù)值模擬的合理性與有效性。③選擇灰土擠密樁復(fù)合地基有限元模型，分別考慮樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距對(duì)灰土擠密樁復(fù)合地基沉降的影響。
　　(5)基于兩座涵洞復(fù)合地基的沉降特性和現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范要求提出濕陷性黃土地區(qū)涵洞復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計(jì)方案:在濕陷性黃土地區(qū)修筑涵洞工程時(shí)，建議在相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上加大地基處理深度，建議處理深度在5.0m及以上，同時(shí)要求提高涵洞排水功能和涵洞