CN104677735A - 石灰土处理软土路基后土基回弹模量换算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软土路基经石灰处理设计领域，为针对现行规范中土基回弹模量换算公式的缺陷，提供一种基于等效弯沉原则的石灰处理软土路基后土基回弹模量换算新方法。为此，本发明采取的技术方案是，石灰土处理软土路基后土基回弹模量换算方法，包括如下步骤：一、确定各结构层参数二、土基回弹模量换算新方法的确定步骤1：计算弯沉步骤2：计算经石灰处理后的土基回弹模量步骤3：拟合当量回弹模量换算公式三、经石灰处理后的土基回弹模量。本发明主要应用于软土路基经石灰处理设计。

Description

石灰土处理软土路基后土基回弹模量换算方法

技术领域

本发明涉及一种软土路基经石灰处理后的土基回弹模量换算的新方法。

技术背景

土基回弹模量是路面结构设计的重要参数，较高的土基模量也是路面结构承载力的重要保证。根据现行的《城市道路路基设计规范》(CJJ 194-2013)的规定，快速路、主干路土基回弹模量值应大于30MPa，次干路、支路土基回弹模量值应大于20MPa。软土中多含大量腐殖质，土基承载力极低，土基回弹模量往往难以达到规定的要求，对路面结构的承载能力和整体稳定性带来不良影响。利用石灰处理软土路基以提高土基回弹模量是工程中经常采用的技术措施，同时也取得了不错的效果。

但是现行规范中的土基回弹模量换算公具有一定缺陷，该式在Ex/E₀≥8时精度较高。但是如果Ex/E₀＜8时，随着模量比降低，误差越来越大。软土经过石灰处理加固后，回弹模量值虽有一定程度上的提高，但程度有限，大概在30～120MPa之间。因此，有必要针对这一特性重新发明一种适合低模量比的石灰处理软土路基后土基回弹模量换算的新方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，针对现行规范中土基回弹模量换算公式的缺陷，提供一种基于等效弯沉原则的石灰处理软土路基后土基回弹模量换算新方法。为此，本发明采取的技术方案是，石灰土处理软土路基后土基回弹模量换算方法，包括如下步骤：

一、确定各结构层参数

该换算方法所需要的材料参数指标主要有：原状软土路基回弹模量E₀、石灰土层回弹模量E₁、石灰土层处理深度h_x；

材料参数指标的采集方法：原状软土路基的回弹模量通过贝克曼梁法或承载板法测量；石灰土层回弹模量通过顶面法或承载板法测量；石灰土层处理深度为设计值；

二、土基回弹模量换算新方法的确定

步骤1：计算弯沉 

采用Kenpave程序计算弯沉，计算荷载为直径31.5cm，压强700Kpa的圆形均布荷载，直接作用于石灰处理后的土基土表面；

步骤2：计算经石灰处理后的土基回弹模量

选取步骤1中的参数，以弯沉等效为原则，采用弹性层状体系理论计算出各种结构参数经石灰处理后的土基回弹模量E_t：

$\frac{E_t}{E_0}=\frac{l_0}{l_t}$

式中：l₀、l_t为均质半无限空间体模量为E₀，E_t所对应的弯沉值；

步骤3：拟合当量回弹模量换算公式

经石灰处理后的土基回弹模量E_t是原状软土路基回弹模量E₀以及上层石灰稳定土模量E₁与厚度h_x及泊松比的函数。泊松比对计算结果的影响非常小，忽略不计，因而，原状软土路基回弹模量E₀和经石灰处理后的土基回弹模量E_t之间可以建立起这样的函数关系：

E_t＝f(E₀,E₁,h_x)

应用Minitab统计分析软件对不同参数E₀、E₁和h_x组合下的一系列数据进行回归分析，从而得到相应的因变量与自变量之间的换算回归公式。参考规范中计算公式的形式，设

$E_t={{\mathrm{ab}}_x}^b{E}_0{\left(\frac{E_1}{E_0}\right)}^c$

其中，a、b、c为回归系数，其中a为综合系数，b是与h_x相关的系数，c与石灰土模量和原状软土路基回弹模量的比值有关；根据弹性层状体系理论的计算结果进行回归分析得到：

$E_t=1.274{h_x}^{0.432}{E}_0{\left(\frac{E_1}{E_0}\right)}^{0.667}$

三、经石灰处理后的土基回弹模量

将室外现场试验得到的原状软土回弹模量值、室内试验得到的石灰土回弹模量值以及拟采用的石灰土处理深度值分别代入中，就能够得到经石灰处理后的土基回弹模量，以此来检验该值是否能达到规范要求值。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

采用弹性层状体系理论，分别计算了标准荷载作用下原状土基的弯沉以及经石灰处理后的土基回弹模量弯沉。然后以弯沉等效的原则，对不同参数E₀、E₁和h_x组合下的一系列数据进行了回归分析，最后拟合了经石灰处理后的土基回弹模量。因而本发明应用精度较高，适合低模量比的经石灰处理后的土基回弹模量换算。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

具体实施方式

针对现行规范中当量回弹模量换算公式的缺陷，本发明提供了一种基于等效弯沉原则的经石灰处理后的土基回弹模量换算新方法。

为了解决上述问题，发明了一种经石灰处理后的土基回弹模量确定新方法。技术方案是：采用弹性层状体系理论，分别计算了原状土基的弯沉以及石灰土和原状土基的当量弯沉，然后以弯沉等效的原则，通过计算不同参数E₀、E₁和h_x组合下弯沉值，最后据此拟合了一个石灰处理软土路基顶面当量回弹模量换算公式。主要包含以下步骤：

一、确定各结构层参数

该换算方法所需要的材料参数指标主要有：原状软土路基回弹模量E₀、石灰土回弹模量E₁、 石灰土处理软土路基深度h_x。

材料参数指标的采集方法：原状软土路基的回弹模量通过贝克曼梁法或承载板法测量；石灰土层回弹模量可以通过顶面法或承载板法测量；石灰土层处理深度为设计值。本发明原则上推荐上述方法，但不排除采用其它科学、快速、行之有效的专业化测量方法。

二、经石灰处理后的土基回弹模量换算方法的确定

步骤1：计算弯沉 

本发明采用Kenpave程序计算弯沉，计算荷载为直径31.5cm，压强700Kpa的圆形均布荷载，双层体系结构计算参数如下图1。

由此计算的弯沉结果见下表1。

表1 弯沉计算结果l_t(0.01mm)

软土均质土基的弯沉计算结果见下表2。

表2 土基弯沉l₀(0.01mm)

回弹模量/Mpa	10	15	20
				弯沉	1843	1229	921

步骤二：计算经石灰处理后的土基回弹模量

选取图1中的路面结构参数，采用弹性层状体系理论以弯沉等效为原则计算出各种参数 下组合下经石灰处理后的土基回弹模量E_t。

$\frac{E_t}{E_0}=\frac{l_0}{l_t}$

式中：l₀、l_t为均质半无限空间体模量为E₀，E_t所对应的弯沉值。

由此计算的路基顶当量回弹模量结果见表3。

表3 经石灰处理后的土基回弹模量计算结果

步骤三：拟合经石灰处理后的土基回弹模量换算公式

假设经石灰处理后的土基回弹模量是E₀以及E₁与厚度h_x及泊松比的函数。泊松比对计算结果的影响非常小，可以忽略不计。因而，在土基回弹模量E₀和经石灰处理后的土基回弹模量E_t之间可以建立起这样的函数关系：

E_t＝f(E₀,E₁,h_x)

式中：E_t＝路基顶当量回弹模量(MPa)；

E₀＝土基回弹模量(MPa)；

E₁＝石灰稳定土回弹模量(MPa)；

h_x＝石灰稳定土厚度(m)。

应用Minitab统计分析软件对各种结构组合下的一系列数据进行回归分析，从而得到相应 的因变量与自变量之间的换算回归公式。参考规范中计算公式的形式，设

$E_t={{\mathrm{ab}}_x}^b{E}_0{\left(\frac{E_1}{E_0}\right)}^c$

式中：a、b、c为回归系数，其中a为综合系数，b是与h_x相关的系数，c与石灰土模量和原状软土路基回弹模量的比值有关。

根据层状体系地基的计算结果进行回归分析可以得到：

$E_t=1.274{h_x}^{0.432}{E}_0{\left(\frac{E_1}{E_0}\right)}^{0.667}$

式中：E_t＝路基顶当量回弹模量(MPa)；

E₀＝土基回弹模量(MPa)；

E₁＝石灰稳定土回弹模量(MPa)；

h_x＝石灰稳定土厚度(m)。

该回归公式的R²＝0.976，说明该公式回归相关性非常好。

三、确定石灰土层路基顶面当量回弹模量

将室外现场试验得到的原状软土回弹模量值、室内试验得到的石灰土回弹模量值以及拟采用的石灰土处理深度值分别代入中，就可以得到经石灰处理后的土基回弹模量，以此来检验该值是否能达到规范要求值。

计算实例

2013年天津某城市道路测得的原状软土路基回弹模量平均值为10MPa，室内试验测得该软土在掺加10％石灰后，压实度为94％时的回弹模量值为52MPa，设计处理深度为60cm。通过该换算方法可以得到经石灰处理后路基顶面的当量回弹模量值为30.68MP 。

Claims (1)

1.一种石灰土处理软土路基后土基回弹模量换算方法，其特征是，包括如下步骤：

一、确定各结构层参数

该换算方法所需要的材料参数指标主要有：原状软土路基回弹模量E₀、石灰土层回弹模量E₁、石灰土层处理深度h_x；

材料参数指标的采集方法：原状软土路基的回弹模量通过贝克曼梁法或承载板法测量；石灰土层回弹模量通过顶面法或承载板法测量；石灰土层处理深度为设计值；

二、土基回弹模量换算新方法的确定

步骤1：计算弯沉

采用Kenpave程序计算弯沉，计算荷载为直径31.5cm，压强700Kpa的圆形均布荷载，直接作用于石灰处理后的土基土表面；

步骤2：计算经石灰处理后的土基回弹模量

选取步骤1中的参数，以弯沉等效为原则，采用弹性层状体系理论计算出各种结构参数经石灰处理后的土基回弹模量E_t：

$\frac{E_t}{E_0}=\frac{l_0}{l_t}$

式中：l₀、l_t为均质半无限空间体模量为E₀，E_t所对应的弯沉值；

步骤3：拟合当量回弹模量换算公式

经石灰处理后的土基回弹模量E_t是原状软土路基回弹模量E₀以及上层石灰稳定土模量E₁与厚度h_x及泊松比的函数。泊松比对计算结果的影响非常小，忽略不计，因而，原状软土路基回弹模量E₀和经石灰处理后的土基回弹模量E_t之间可以建立起这样的函数关系：

E_t＝f(E₀,E₁,h_x)

应用Minitab统计分析软件对不同参数E₀、E₁和h_x组合下的一系列数据进行回归分析，从而得到相应的因变量与自变量之间的换算回归公式。参考规范中计算公式的形式，设

$E_t={{\mathrm{ah}}_x}^b{E}_0{\left(\frac{E_1}{E_0}\right)}^c$

其中，a、b、c为回归系数，其中a为综合系数，b是与h_x相关的系数，c与石灰土模量和原状软土路基回弹模量的比值有关；根据弹性层状体系理论的计算结果进行回归分析得到：

$E_t={{1.274h}_x}^{0.432}{E}_0{\left(\frac{E_1}{E_0}\right)}^{0.667}$

三、经石灰处理后的土基回弹模量

将室外现场试验得到的原状软土回弹模量值、室内试验得到的石灰土回弹模量值以及拟采用的石灰土处理深度值分别代入中，就能够得到经石灰处理后的土基回弹模量，以此来检验该值是否能达到规范要求值。