CN213804676U

CN213804676U - 软土地基结构

Info

Publication number: CN213804676U
Application number: CN202022423990.3U
Authority: CN
Inventors: 金建鸿; 杨仲轩; 王金昌
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2020-10-27
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-07-27
Anticipated expiration: 2030-10-27

Abstract

本申请公开了一种软土地基结构，包括软土地基、泡沫混凝土基础以及路基，所述软土地基设有沟槽，所述泡沫混凝土基础设于所述沟槽内，所述路基覆盖于所述泡沫混凝土基础的上表面，所述路基的重量、所述路基承载的重量以及所述泡沫混凝土基础的重量之和与所述软土地基的沟槽部分被挖出的软土重量相等。本实用新型提供的软土地基结构，可以消除路基对软土地基的附加应力，使得路基不产生竖向沉降。

Description

软土地基结构

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种软土地基结构。

背景技术

我国沿海地区分布着广阔的软土，软土具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低等特点。请参考图1所示，对于天然软土地基101，因其表面102没有荷载作用，软土地基101的自重应力分布曲线103分布合理，软土地基101在自重应力作用下不会产生竖向沉降。在软土地区修建道路路基时，请参考图2所示，在软土地基201的表面202填筑一定高度的路基203，软土的自重应力分布曲线204分布如图，由于软土具有高压缩性，在路基203荷载的作用下，软土地基201中会产生附加应力，附加应力曲线205分布如图，软土地基201会产生竖向沉降，过大的竖向沉降会对道路产生诸多不利影响。因此，在设计阶段需对软土地基进行处理，使处理后的路基沉降控制在规范允许范围内。

目前，软土路基处理的方法主要有三大类：排水固结法、复合地基法和轻质路堤法。排水固结法是软土地基在道路路基自身重量的作用下，通过布置竖向排水井(砂井或塑料排水袋等)，使土中的孔隙水被慢慢排出，软土地基逐渐固结，软土地基发生沉降；随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土体有有效应力逐渐增加，地基抗剪强度逐渐增加，并使沉降提前或提高沉降速率，以达到路基在使用阶段减少路基沉降的目的，但是此方法的预压期长，施工工期长，且由于土体固结是一个非常漫长的过程，需要几十年或者更长，道路在运营过程中，路基还会产生一定的沉降。复合地基法是天然地基在地基处理过程中，部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋体，由天然地基土体和增强体两部分组成共同承担上部荷载的人工地基，道路工程中常采用水泥搅拌桩、高压旋喷桩、预应力管桩等对软土地基进行处理，以达到减少路基沉降的目的；轻质路堤法是利用泡沫混凝土、EPS等轻质材料作为路基填料，以减少路基自重，从而达到减少沉降的目的。复合地基法、轻质路堤法能够在一定程度上减少路基沉降，但不能从根本上消除路基沉降，尤其对于深厚软土地基(软土埋深20m～40m的地基)，路基沉降较大。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题，提出了一种软土地基结构，可以消除路基对软土地基的附加应力，使得路基不产生竖向沉降。

本实用新型采取的技术方案如下：本实用新型提供一种软土地基结构，包括软土地基、泡沫混凝土基础以及路基，所述软土地基设有沟槽，所述泡沫混凝土基础设于所述沟槽内，所述路基覆盖于所述泡沫混凝土基础的上表面，所述路基的重量、所述路基承载的重量以及所述泡沫混凝土基础的重量之和与所述软土地基的沟槽部分被挖出的软土重量相等。

于本实用新型一实例中，所述路基包括泡沫混凝土路基以及石灰土路基，所述泡沫混凝土路基和所述石灰土路基自下而上依次覆盖于所述泡沫混凝土基础上。

于本实用新型一实例中，所述泡沫混凝土路基的容重不低于6KN/m³。

于本实用新型一实例中，所述泡沫混凝土基础的容重不低于5KN/m³。

于本实用新型一实例中，所述石灰土路基的高度不少于1.0m。

于本实用新型一实例中，所述泡沫混凝土基础的表面包覆有防水层。

于本实用新型一实例中，所述路基的边坡坡率为1:1.5。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的软土地基结构，在软土地基中挖出部分软土形成沟槽，在沟槽内浇筑泡沫混凝土基础，以代替被挖出的软土，由于泡沫混凝土基础为轻质材料，使得当体积相同时，泡沫混凝土基础的重量要小于被挖出的软土的重量，再在泡沫混凝土基础上铺设路基，使得泡沫混凝土基础的重量、路基的重量以及路基承载的重量之和等于沟槽部分被挖出的软土的重量，使得软土地基没有增加额外重量，此时泡沫混凝土基础底面所受到的应力与软土地基中同一水平的自重应力相等，泡沫混凝土基础底部以下软土地基的受力状态没有改变，软土地基不会发生沉降，进而路基也不会产生竖向沉降。

附图说明

图1是现有的软土地基的结构示意图；

图2是现有的铺设路基后软土地基的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的软土地基结构的示意图。

图中各附图标记为：1、软土地基；2、泡沫混凝土基础；3、路基；31、泡沫混凝土路基；32、石灰土路基；P₀为软土地基的自重应力；P为泡沫混凝土基础底面所受到的应力；H₁为石灰土路基的高度；H₂为泡沫混凝土路基的高度；H₃为泡沫混凝土基础的高度；

101、软土地基；102、软土地基表面；103、软土的自重应力分布曲线；201、软土地基；202、软土地基表面；203、路基；204、软土的自重应力分布曲线；205、附加应力曲线。

具体实施方式

下面结合各附图，通过具体实施例，对本实用新型进行详细、完整的描述。

请参考图3所示，本实用新型提供一种软土地基1结构，包括软土地基1、泡沫混凝土基础2以及路基3，软土地基1设有沟槽，泡沫混凝土基础2设于沟槽内，路基3覆盖于泡沫混凝土基础2的上表面，路基3的重量、路基3承载的重量以及泡沫混凝土基础2的重量之和与软土地基1的沟槽部分被挖出的软土重量相等。在软土地基1中挖出部分软土形成沟槽，在沟槽内浇筑泡沫混凝土基础2，以代替被挖出的软土，由于泡沫混凝土基础2为轻质材料，使得当体积相同时，泡沫混凝土基础2的重量要小于被挖出的软土的重量，再在泡沫混凝土基础2上铺设路基3，使得软土地基1没有增加额外重量，此时泡沫混凝土基础2底面所受到的应力与软土地基1中同一水平的自重应力相等，泡沫混凝土基础2底部以下软土地基1的受力状态没有改变，软土地基1不会发生沉降，进而路基3也不会产生竖向沉降。

泡沫混凝土基础2为轻质填料，具有良好的抗压强度，能够用于重载的交通，且稳定性好，整体的强度随着时间的延长，不会存在“老化”现象，经久耐用，使用寿命长。此外，由于泡沫混凝土含有大量相对独立的封闭气泡及良好的整体性，具有较低的吸水率，使其具有一定的耐水性能，软土地基1中的水分不容易进入到泡沫混凝土基础2内。

路基3包括泡沫混凝土路基31以及石灰土路基32，泡沫混凝土路基31和石灰土路基32自下而上依次覆盖于泡沫混凝土基础2上。为了尽量减少路基3填料自重，在软土地基1表面填筑一定高度的泡沫混凝土路基31后，再在泡沫混凝土路基31上铺设石灰土路基32，使得泡沫混凝土基础2的重量、泡沫混凝土路基31、石灰土路基32的重量以及路基3承载的重量之和等于沟槽部分被挖出的软土的重量。泡沫混凝土路基31相对于土石混合料路基填料来说，其自重轻、整体性好、抗老化，可大大延长路面的使用寿命。石灰土路基32的材料为石灰土，石灰土制成的路基相对于土石混合料路基填料来说，其强度高、整体性好，可大大延长路面的使用寿命，且造价低，经济性好。

泡沫混凝土路基31的容重不低于6KN/m³。泡沫混凝土路基31主要承受上部路基荷载和汽车荷载，需要具有一定强度。

泡沫混凝土基础2的容重不低于5KN/m³。泡沫混凝土是一种轻质填料，泡沫混凝土基础2作为软土的换填材料，要充分发挥其轻质的特点，尽量选用相对较低的干容重，以降低填料自身重量，从而达到减少地基附加应力的目的。泡沫混凝土基础2和泡沫混凝土路基31的容重均为干容重，且泡沫混凝土基础2和泡沫混凝土路基31的抗压强度均不小于0.6MPa。

石灰土路基32的高度不少于1.0m，可以保证路基3的整体结构强度。石灰土路基32的高度可以根据项目的实际情况可以作相应的调整。其中，石灰土路基32的容重为18-20KN/m³。

泡沫混凝土基础2的表面包覆有防水层(图中未画出)，通过防水层可以进一步阻止软土中的水进入到泡沫混凝土基础2内。防水层可以是高分子材料如聚四氟乙烯，或改性沥青等，防水层的指标满足相关规范规定即可，本实用新型的实施例对此不作具体限定。

路基3的边坡坡率为1:1.5。路基3整体的横断面为梯形；泡沫混凝土基础2的横断面为矩形，设计合理，结构具有稳定性。路基3的边坡坡率为1:1.5，能够较好地保护和支撑泡沫混凝土路基31以及石灰土路基32。

上述软土地基结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一：施工准备，根据软土地基1设计泡沫混凝土基础2的结构；

步骤二：在软土地基1中挖出部分软土形成用于浇筑泡沫混凝土基础2的沟槽；

步骤三：在沟槽内浇筑泡沫混凝土基础2，使得泡沫混凝土基础2的外壁与软土地基1贴合；

步骤四：制备泡沫混凝土路基31的填料，在泡沫混凝土基础2的上表面浇筑泡沫混凝土形成泡沫混凝土路基31；

步骤五：制备石灰土路基32的填料，在泡沫混凝土路基31的上表面铺设石灰土填料形成石灰土路基32，并对石灰土路基32进行压实处理。

步骤五中的石灰土路基32的填料可采用石灰与步骤二中挖出的软土混合制成的石灰土。将挖出的软土作为原材料，可以达到废土综合利用目的，既环保，又降低工程造价；同时还可以避免因石灰土路基32的填料采购而开挖山体，节约矿产资源。石灰土路基32也可采用灰土，或者常用的宕渣等地方材料进行填筑，本实用新型的实施例对此不作具体限定。

其中，当步骤三中的泡沫混凝土基础2和步骤四种的泡沫混凝土路基31中所用的泡沫混凝土填料相同时，可以采用一体成型式结构。当需要在泡沫混凝土基础2的表面包覆防水层时，可以先在软土地基1的沟槽内先涂覆形成防水层，再在涂覆有防水层的沟槽内浇筑泡沫混凝土基础2。

一实施例中，泡沫混凝土基础3的结构设计如下：

现选取某高速公路某路段进行软土地基1结构设计。该设计适用于双向六车道高速公路，设计速度为100km/h，路基宽33.5m，该路段路基的填高3.96m～4.31m不等，平均填高约为4.0m，路基两侧的边坡均为1：1.5，路基横坡为2％，设计荷载为公路-Ⅰ级。

(1)检测工程地质情况

本段地基位于海积平原区，地势开阔平坦。钻孔揭示地基下方表层黏土，灰黄色，可塑，厚度0～1.6m；下层为淤泥，灰色，流塑，高压缩性，厚度约14m；下伏淤泥、砾砂、黏土，具体参数如下表1所示：

表1本段地基地质断面与各层地质基础参数

(2)泡沫混凝土基础平面尺寸拟定

请参考图3所示，路基3的填高为H(H＝H₁+H₂)，其中石灰土路基32填高为H₁，采用石灰土填筑；泡沫混凝土路基31填高为H₂，采用泡沫混凝土填筑；泡沫混凝土基础2深度为H₃。路基顶宽为W_T，泡沫混凝土基础2宽度为W_B，泡沫混凝土基础2长度与路基长度相同。

(3)基底应力计算

3.1车辆荷载引起的基底应力P₁

根据《公路桥涵设计通用规范》，设计为双向六车道，石灰土路基32的顶宽为33.5m，路基3的填高H取4m，车辆荷载横向布设按八辆重车考虑，车辆荷载作用下对泡沫混凝土基础2基底应力：

P₁＝∑G/A＝8×550/[(33.5+3×H))×(13+2×H)×TAN(30°))]

＝8×550/[(33.5+3×4)×(13+2×(4×TAN(30°))]

＝5.49KN/m²

3.2路基荷载引起的基底应力P₂

泡沫混凝土路基31顶宽33.5m，泡沫混凝土路基31边坡坡率为1：1.5，石灰土路基32填高H₁＝1.0m，泡沫混凝土路基31填高H₂＝3.0m，泡沫混凝土路基31底宽为3(H₁+H₂)。石灰土路基32填料为石灰土，其容重γ₁为18KN/m³；泡沫混凝土路基31填料采用为泡沫混凝土，其容重γ₂为6KN/m³。

∑G＝(33.5+(33.5+3H₁))×(H₁/2)×γ₁+((33.5+3H₁)+(33.5+3(H₁+H2))×(H₂/2)×γ₂

＝(33.5+(33.5+3×1)×(1/2)*18+((33.5+3×1)+(33.5+3×(1+3)))×(3/2)×6＝630+738＝1368KN

P₂＝∑G/A＝∑G/[33.5+3×(H₁+H₂)]＝1368/(33.5+3×(1+3))＝30KN/m²

3.3泡沫混凝土基础荷载引起的基底应力P₃

泡沫混凝土基础2横向宽度为33.5m+3×(H₁+H₂)，计算基底应力时纵向按1m计。泡沫混凝土基础2的高度为H₃，其密度γ₃为6KN/m³。

P₃＝G/A＝γ₃H₃＝6H₃

3.4软土地基1自重应力P₀

泡沫混凝土基础2所处的软土地基1有两层，第一层土为黏土，土层厚度为1.6m，天然湿密度为19.7KN/m³，第二层为淤泥，土层厚度为13.8m，天然湿密度为16.5KN/m³。

P₀＝γh＝1.6×19.7+(H₃-1.6)×16.5＝16.5H₃+5.12

(4)泡沫混凝土基础高度计算

为了使泡沫混凝土基础2基底不产生附加应力，即软土地基1自重应力与其上部荷载产生的基底应力相等，其中泡沫混凝土基础2底面所受到的应力P＝P₁+P₂+P₃，即

P₀＝P₁+P₂+P₃

16.5H₃+5.12＝5.49+30+6H₃

H₃＝2.89m

(5)不同路基填筑高度对应泡沫混凝土基础高度

经计算分析，泡沫混凝土基础2基底不产生附加应力时，泡沫混凝土路基31宽度、淤泥天然湿密度对泡沫混凝土基础2的埋深影响较小，泡沫混凝土基础2的埋深主要受泡沫混凝土路基31、石灰土路基32的填高影响，现根据不同的路基填高按上述方法计算确定相应的泡沫混凝土基础2参数表，详见表2。

表2路基填高与泡沫混凝土基础的关系

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此即限制本实用新型的专利保护范围，凡是运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种软土地基结构，其特征在于，包括软土地基、泡沫混凝土基础以及路基，所述软土地基设有沟槽，所述泡沫混凝土基础设于所述沟槽内，所述路基覆盖于所述泡沫混凝土基础的上表面，所述路基的重量、所述路基承载的重量以及所述泡沫混凝土基础的重量之和与所述软土地基的沟槽部分被挖出的软土重量相等。

2.如权利要求1所述的软土地基结构，其特征在于，所述路基包括泡沫混凝土路基以及石灰土路基，所述泡沫混凝土路基和所述石灰土路基自下而上依次覆盖于所述泡沫混凝土基础上。

3.如权利要求2所述的软土地基结构，其特征在于，所述泡沫混凝土路基的容重不低于6KN/m³。

4.如权利要求1所述的软土地基结构，其特征在于，所述泡沫混凝土基础的容重不低于5KN/m³。

5.如权利要求2所述的软土地基结构，其特征在于，所述石灰土路基的高度不少于1.0m。

6.如权利要求1所述的软土地基结构，其特征在于，所述泡沫混凝土基础的表面包覆有防水层。

7.如权利要求1所述的软土地基结构，其特征在于，所述路基的边坡坡率为1:1.5。