软土路基沉降与软土层厚度及填土高度的关系分析_王良民

第24卷增刊 2003年10月

文章编号：1000－7598－(2003)增2－0431－04

岩 土 力 学 Vol.24 Supp.

Rock and Soil Mechanics Oct. 2003

软土路基沉降与软土层厚度及填土高度的关系分析

王良民 , 朱长歧 , 阎 钶

(中国科学院武汉岩土力学研究所， 湖北 武汉 430071)

摘 要： 本文就路基沉降观测资料进行深入分析，总结出路基沉降与软土层厚度及填土高度的关系和规律，并分析了原因，推导出计算路基沉降的公式，提出了判断填土速率快慢和填土高度变化大小的新方法。

关 键 词： 淤泥厚度； 填土高度； 沉降系数； 后期固结沉降系数； 沉降系数临界点； 压缩速率； 瞬时沉降； 固结沉降； 系数法

中图分类号： U 213.1+ 4 文献标识码： A

Analysis for settlement of embankment connected with soft soil thickness and

fill depth on soft soil road bed

WANG Liang-min , ZHU Chang-qi , YAN ke

(Institute of Rock and Soil Mechanics, the Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China)

Abstract: On the base of analysis of observed data of Settlement on embankment, the relation between the settlement of embankment and the depth of subsurface soft soil and the depth of fill is investigated, the authors also derivated a new formula for calculation of settlement of embankment, and put forward a new method to control the rate and depth of fill construction.

Key words: depth of mucky soil; depth of fill; coefficient of settlement; Critical coefficient of settlement; rate of compressibility; Immediate settlement; coefficient of consolidation; method of coefficient

1 概 述

海沧大道全长5.85 km，道路红线宽度63 m。路基软土层为海相淤泥和淤泥质土，均为流塑状，具有高压缩、低强度、低渗透性及高灵敏度等特征，且埋深较浅。软土层之下为硬塑的粉质粘土或残积粘性土，强度较高，工程性能较好。设计中采用粉喷桩和袋装砂井预压加固，在袋装砂井预压加固地段共布设了40多个观测断面对路基进行实时观测。实测路基沉降结果与理论计算结果悬殊较大。本次就路基沉降与软土层厚度(下称淤泥层) 及填土高度的关系进行分析。

的增高而增大，在此先假设如下关系式：

s t =k t H t h (1) s c =k c Hh (2)

式中 s t 为某一时刻填土高度下，沉降速率大于　3 mm/d对应的总沉降量(cm)；s c 为路堤填筑完毕

2 路基沉降与淤泥层厚度及填土高

度的关系

路基的沉降随淤泥层厚度的增大及填土高度

收稿日期：2003-06-30

作者简介：王良民，男，1972年生，本科，现主要从事岩土力学研究与岩土工程加固工作。

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后，沉降速率在3 mm/d～0.3 mm/d时的沉降量(cm)；k t 为沉降系数；k c 为后期固结沉降系数；H t 为某一时刻的填土高度(m)；H 为路堤填土总高度(m)；h 为淤泥层厚度(m)。

在此将淤泥层厚度划分为≤7.5 m和＞7.5 m两个区域进行分析。

2.1 淤泥厚度h ≤7.5 m时

2.1.1 沉降系数k t 与淤泥厚度h 的关系

为了便于分析，将填土厚度平分为9层，每层厚度为0.5 m。

由图1可知：当填土厚度一定时，沉降系数(k t ) ～淤泥厚度h 曲线趋于一条水平直线，说明沉降系数趋于一常数，即沉降系数不随淤泥厚度的变化而变化。现对各个填土厚度的观测数据进行统计，沉降系数k t 及后期固结沉降系数k c 见表1。

从表1中可以看出，变异系数介于0.06～0.13之间，其变异性低～很低。说明可以作以上统计计算，即假设的公式s t =k t H t h 成立。

2.1.2 沉降系数k t 与填土厚度H 的关系

由图2可知：沉降系数k t 随填土的增高而缓慢增大，当填土高度＞4.0 m左右时，沉降系数开始逐渐减小。对此作如下分析：

s to =k to h (3)

s t 1=k t 1H 1h (4)

表1 沉降系数k t 和后期固结沉降系数k t

Table 1 Coefficients of settlement (k t ) and crifical Settlemtnt (k c )

剖面号 K 2+000 K 2+100 K 2+200 K 2+280 K 2+520 K 2+600 K 2+700 K 2+800

平均值 f m 标准差óf 变异系数ä

注：

修正系数 ãs

标准值(f k ) k t

K 1+920 K 4+500

K 5+350 K 5+250 K 0+420

8.4 8.8 9.2 14.50 20.6 淤泥 厚度 / m 5.9 6.5 5.7 3.5 6.4 6.3 3.8 5.8

沉降系数k t

1.0～1.5 0.924 1.22 1.007 1.274 1.026 1.091 0.922 1.073

1.067 0.128 0.119 0.919~ 1.081 0.981~ 1.153 0.862 0.860 0.532 0.525 0.591 0.550

1.5～2.0 1.201 1.234 1.525 1.332 1.337 1.387 1.029 1.258 1.310 0.110 0.084 0.943~ 1.057 1.236~ 1.384 1.143 0.960 0.834 0.636 0.607 0.692

2.0～2.5 1.421 1.246 1.680 1.531 1.453 1.564 1.178 1.682 1.469 0.185 0.126 0.915~ 1.086 1.344~ 1.594 1.482 1.001 0.848 0.766 0.786 0.800

2.5～3.0 1.499 1.279 1.722 1.550 1.648 1.669 1.422 1.668 1.557 0.151 0.096 0.935~ 1.065 1.456~ 1.659 1.549 1.296 0.855 0.808 0.954 0.872

3.0～3.5 1.646 1.448 1.884 1.549 1.828 1.801 1.574 1.761 1.686 0.155 0.092 0.938~ 1.062 1.581~ 1.791 1.823 1.420 0.888 0.900 0.879 0.889

3.5～4.0 1.937 1.731 2.072 1.617 2.035 1.985 1.650 1.963 1.874 0.180 0.096 0.935~ 1.065 1.752~ 1.996 1.911 1.671 1.125 1.070

4.0～4.5 1.971 1.681 1.905 1.663 1.822 1.985 1.856 1.790 1.834 0.121 0.066 0.956~ 1.044 1.752~ 1.916 1.910 1.658 1.409 1.124

4.5～5.0 2.107 1.786 1.734 1.612 1.877 1.814 1.765 0.100 0.057 0.962~ 1.054 1.697~ 1.860 1.700 1.365

后期固结沉降系数

>5.0 k c 1.947 1.478 1.642 1.521 1.557 1.633 0.186 0.114 0.923~ 1.108 1.507~ 1.810 1.578

0.515 0.556 0.525 0.456 0.586 0.534 0.452 0.532

平均值(三组)

增刊 王良民等：软土路基沉降与软土层厚度及填土高度的关系分析

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s t 1=s t 0+∆s 1 (5) H 1=H 0+∆H 1 (6)

当填土厚度H ≤4.0 m：

k t 1＞k t 0 (7)

联立(3)，(4)，(5)，(6)，(7)式得：(∆s 1/∆H 1) ＞s t 0/H 0

由此类推得：

(∆s n /∆H n ) ＞(∆s n −1/∆H n −1) (8) 假设每次填土厚度相同即：∆H n =∆H n −1则　∆s n ＞∆s n −1当填土＞4.0 m左右时，有△s n ＜△s n -1。由以上推算结果可知：当填土高度H ≤4.0 m 左右时，沉降速率随填土增长较快；当填土高度H >4.0 m时，沉降速率随填土减小较快。即在填土高度H ≤4.0 m时，随着填土的增高，可能出现如下情况：(a) 淤泥层中由于填土引起的孔隙水压力消散速率增大；(b) 很短时间内，由于剪应变引起淤泥层侧向挤压加大；(c) 每次填土后，沉降速率衰减缓慢，从而引起的沉降量较大。当填土高度＞4.0 m时，(a) 沉降速率衰减较快；(b) 软土层上部已达到一定程度的固结，地基强度增长，沉降速率开始减小，引起沉降系数减小。淤泥层的排水、压缩程度及侧向位移速率可以从现场埋设的孔隙水压力计、分层沉降仪和测斜仪的观测数据表现出来。由沉降观测数据可知填土速率大，分层填土厚度大时，沉降系数k t 增长较快，在沉降系数‐填土高度关系曲线图上反映沉降系数k t 上升较快，这是由于填土速率大或分次填土较厚时，由于剪应变引起的淤泥层侧向变形较大，造成瞬时沉降量较大。因此可用沉降系数的变化情况来判断填土速率和分次填土高度的大小。

由图3可以看出，沉降系数的变化与填土厚度成线性关系，在填土高度为4 m左右时出现临界点。两个线性关系式为：

k t =0. 314H t +0. 732 　(H t ≤4.0 m) (9) k t =−0. 123H t +2. 479 　(H t ＞4.0 m) (10) 由图3可以看出，沉降系数的变化与填土厚度成线性关系，在填土高度为4 m左右时出现临界点。两个线性关系式为：

k t =0. 314H t +0. 732　 (H t ≤4.0 m) (11)

k t =−0. 123H t +2. 479 　(H t ＞4.0 m) (12) 2.1.3 后期固结沉降系数k c 与淤泥厚度h 的关系

当淤泥厚度h ≤7.5 m左右时，从图4中可以看出后期固结沉降系数随淤泥厚度缓慢增大，且沉降 系数值较小，k c =0.5～0.6，这是由于路堤填筑完后，后期固结沉降量较小，且其随淤泥厚度的变化量较小。由以上分析可知假设的公式s c =k c Hh 成立。 2.1.4 最终沉降量计算(系数法)

最终沉降量(s ∞) 计算包括二个方面；即路堤填筑完后的总沉降量(s t ) 和后期固结沉降量(s c ) 。公式如下：

s ∞=(k t +k c ) 其中：s t =k t H t h (此时H t =H ) s c =k c Hh ，即：

s ∞=(k t +k c ) Hh (13)

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k t 取表1中的上限值或取公式(10)、(11)计算的沉降系数k t ，当淤泥厚度h ≤5 m时k c 取0.5，当淤泥厚度＞5 m时k c 取0.6。经用实测数据验算，系数法计算结果与实测结果吻合较好。

2.2 淤泥厚度h ＞7.5 m时

2.2.1 沉降系数k t 与淤泥厚度h 的关系

从图5中可以看出，填土高度一定时，沉降系数k t 随淤泥厚度的增大而减小，淤泥厚度在8～9 m左右时沉降系数k t 减小速度较快，淤泥厚度h ＞9 m时，沉降系数～淤泥厚度关系曲线趋于一水平直线，即k t 趋于一常数，计算平均值见表1。 2.2.2 沉降系数k t 与填土高度H 的关系

从图6中及表1中可以看出，填土高度H ≤4.5 m左右时，沉降系数随填土的增高而增大，H ＞4.5 m时，沉降系数减小，淤泥厚度＞15 m时，有待继续观测。

3 结 论

⑴ 沉降系数k t 随填土高度H 的增大而缓慢增 大，填土高度增至一定高度时(4.0～4.5 m左右) ， 沉降系数缓慢减小；填土高度一定时，当淤泥厚度h ≤7.5 m左右，沉降系数k t 趋于一常数；淤泥厚度在8～9 m左右时，沉降系数k t 衰减较快，淤泥厚 度h ＞9 m时，沉降系数k t 趋于一常数。

(2) 用沉降系数的变化情况可判断填土速率和分层填土厚度的大小。

(3) 计算最终沉降量时，路堤填筑完毕前运用公式(1)计算沉降量的条件为：(a) 填土高度≥1.0 m；(b) 沉降速率＞3 mm/d。运用公式(2)计算后结沉降量的条件为：沉降速率＜0.3 mm/d。沉降期固量计算值与实测值较吻合。尤其在填土速率较小(0.724～0.827 kPa/d)且填土时间间隔较为均匀时，两者更接近。

参 考 文 献

[1] 储岳虎，赖永松. 厦门海沧大道岩土工程勘察报告[R].

福建省地质工程勘察院，2000.

[2] 国家技术监督局，中华人民共和国建设部. 岩土工程勘

察规范[S]. 1994.

[3] 高大钊. 土力学与基础工程[M]. 同济大学: 中国建筑

工业出版社，1998.

[4] 《地基处理手册》编写委员会. 地基处理手册[M]. 北

京：中国建筑工业出版社. 1988.