CN108875267B - 一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，包括以下步骤：通过现场试验或室内试验确定所有材料的岩土物理力学参数，根据安全等级确定填方边坡稳定安全系数FOS；初步确定粒料桩的布置方式和布置间距，根据布置间距取最大粒料桩排数M，根据强夯设备确定夯后桩径；根据填方边坡剖面图、夯后桩径、粒料桩布置方式和排数、边坡宽度d建立三维有限元模型，并输入所有材料的岩土物理力学参数；采用强度折减法分别计算出不同布置排数m对应的安全系数FOS m ，选定出大于等于FOS的最小FOS m 值，对应的布置排数m即为最佳粒料桩排数。本方法有利于节省粒料桩材料和施工工期，且可以使填方边坡安全系数计算结果的可靠度大大提高。

Description

一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法
技术领域
本发明属于填方边坡地基处理设计方法，尤其涉及一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法。
背景技术
填方边坡一般坡度较缓，边坡本身稳定性较好，但是当地基有较厚的软弱土层时填方边坡的安全系数可能会无法满足规范要求，需要对地基进行处理。孔内深层强夯粒料桩由于其施工简易、造价低廉、处理效果好等优点，在处理填方边坡地基时较为常用。传统计算方法在计算时无法分别独立考虑粒料桩的岩土物理力学参数和周围土体的岩土物理力学参数，由于无法分别独立考虑两种材料的岩土物理力学参数，所以就将粒料桩和周围土体按照一种混合材料来看待，通过规范上的公式将两种材料的岩土物理力学参数转化成一种材料的岩土物理力学参数，且传统方法计算的二维剖面无法考虑粒料桩的空间效应，导致计算结果往往不可靠，而有限元方法可以精确的建立每一根粒料桩的模型并赋予其材料属性，不需要确定混合材料的岩土物理力学参数，同时三维有限元模型可以考虑空间效应，计算结果的可靠度大大提高。
发明内容
本发明要解决的问题是：提供一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，以解决粒料桩与周围的土体通常按照一种混合材料进行填方边坡安全系数计算，而混合材料的岩土物理力学参数难以确定，且传统方法计算的二维剖面无法考虑粒料桩的空间效应，导致计算结果往往不可靠的问题。
本发明采用的技术案为：一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，包括以下步骤：
步骤一：通过现场试验或室内试验确定所有材料的岩土物理力学参数，所述岩土物理力学参数包括容重γ、内聚力c、内摩擦角φ和弹性模量E，所有材料是指粒料桩、填方边坡和填方边坡地基的各地层，根据安全等级确定填方边坡稳定安全系数FOS；
步骤二：初步确定粒料桩的布置方式和布置间距，根据布置间距取最大粒料桩排数M，M≤5，根据强夯设备确定夯后桩径；
步骤三：根据填方边坡剖面图、夯后桩径、粒料桩的布置方式和布置间距以及排数、边坡宽度d建立三维有限元模型，将步骤一中所有材料的岩土物理力学参数输入该三维有限元模型的材料参数中，所有材料采用摩尔库伦本构；
步骤四：将粒料桩布置排数m逐排减少采用强度折减法分别计算出不同布置排数m对应的填方边坡稳定安全系数FOS m ，选定出大于等于填方边坡稳定安全系数FOS的最小FOS m 值，即得出粒料桩最佳布置排数，1≤m≤M。
所述粒料桩为碎石料，碎石料就地取材方便。
步骤二中粒料桩的布置方式为正方形或正三角形。
步骤二中粒料桩的布置间距根据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则（JTG/TD31-02）》取值。
步骤二中夯后桩径的确定方式为在现场打出粒料桩孔后，边夯边向粒料桩孔中添加粒料桩材料，添满后测出夯后桩径。
步骤三中的边坡宽度d取值为边坡高度的1-2倍。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本方法通过现场试验或室内试验确定所有材料的岩土物理力学参数，精确的建立每一根粒料桩的模型并赋予其材料属性，不需要将粒料桩和周围土层按照混合材料来考虑，使填方边坡安全系数计算结果的可靠度大大提高；
2、本方法通过三维有限元模型计算不同粒料桩的布置方式和布置排数确定最佳的布置方式和布置排数，有利于节省粒料桩材料和施工工期；
3、本方法应用三维有限元模型，相对于传统二维剖面分析可以考虑粒料桩的三维空间效应，使计算结果的可靠度大大提高。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明具体实施方式的填方边坡剖面图。
具体实施方式
一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，包括以下步骤：
步骤一：通过现场试验或室内试验确定所有材料的岩土物理力学参数，所述岩土物理力学参数包括容重γ、内聚力c、内摩擦角φ和弹性模量E，所有材料是指粒料桩、填方边坡和填方边坡地基的各地层，根据安全等级确定填方边坡稳定安全系数FOS；
某填方边坡，地层从上到下依次为硬塑红粘土、可塑红粘土、软塑红粘土和中风化白云岩，边坡剖面图如图2所示，边坡安全等级为一级，填方边坡稳定安全系数FOS＝1.35，边坡宽度取30m，所有材料采用摩尔库伦本构，通过现场试验确定所有材料的岩土物理力学参数如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
步骤二：初步确定粒料桩的布置方式和布置间距，根据布置间距取最大粒料桩排数M，M≤5，根据强夯设备确定夯后桩径；
粒料桩的布置方式为正方形或正三角形。
粒料桩的布置间距根据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则（JTG/T D31-02）》取值。步骤二中夯后桩径的确定方式为在现场打出粒料桩孔后，边夯边向粒料桩孔中添加粒料桩材料，添满后测出夯后桩径。本实施例夯锤的直径是1米，布置间距取2米，布置排数m选用5排，夯后桩径为1.5米。
步骤三：根据填方边坡剖面图、夯后桩径、粒料桩的布置方式和布置间距以及排数、边坡宽度d建立三维有限元模型，将步骤一中所有材料的岩土物理力学参数输入该三维有限元模型的材料参数中，所有材料采用摩尔库伦本构；边坡宽度d取值为边坡高度的1-2倍，本实施例边坡高度为16米，故将边坡宽度d取值为30米；
步骤四：将粒料桩布置排数m逐排减少采用强度折减法分别计算出不同布置排数m对应的填方边坡稳定安全系数FOS m ，选定出大于等于填方边坡稳定安全系数FOS的最小FOS m 值，即得出粒料桩最佳布置排数，1≤m≤M。首先将粒料桩按照正方形布置，填方边坡安全系数就算结果：FOS5=1.42969、FOS4=1.40039、FOS3=1.37188、FOS2=1.33281，选定出大于等于填方边坡稳定安全系数FOS=1.35的最小FOS m 值为FOS3=1.37188，即得出粒料桩最佳布置排数为3排。将粒料桩按照正三角形布置，填方边坡安全系数计算结果：FOS5=1.42813、FOS 4=1.38437、FOS3=1.35039、FOS2=1.31953，选定出大于等于填方边坡稳定安全系数FOS=1.35的最小FOS m 值为FOS3=1.35039。两种布置方式的填方边坡安全系数计算结果均为3排时满足要求，这里选择填方边坡安全系数更高且放孔更加简单的正方形布置作为粒料桩布置方案。

Claims (6)

1.一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过现场试验或室内试验确定所有材料的岩土物理力学参数，所述岩土物理力学参数包括容重γ、内聚力c、内摩擦角φ和弹性模量E，所有材料是指粒料桩、填方边坡和填方边坡地基的各地层，根据安全等级确定填方边坡稳定安全系数FOS；
步骤二：初步确定粒料桩的布置方式和布置间距，根据布置间距取最大粒料桩排数M，M≤5，根据强夯设备确定夯后桩径；
步骤三：根据填方边坡剖面图、夯后桩径、粒料桩的布置方式和布置间距以及排数、边坡宽度d建立三维有限元模型，将步骤一中所有材料的岩土物理力学参数输入该三维有限元模型的材料参数中，所有材料采用摩尔库伦本构；
步骤四：将粒料桩布置排数m逐排减少采用强度折减法分别计算出不同布置排数m对应的填方边坡稳定安全系数FOS m ，选定出大于等于填方边坡稳定安全系数FOS的最小FOS m 值，即得出粒料桩最佳布置排数，1≤m≤M。
2.根据权利要求1所述的一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，其特征在于，所述粒料桩为碎石料。
3.根据权利要求1所述的一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，其特征在于，步骤二中粒料桩的布置方式为正方形或正三角形。
4.根据权利要求1所述的一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，其特征在于，步骤二中粒料桩的布置间距根据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则（JTG/T D31-02）》取值。
5.根据权利要求1所述的一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，其特征在于，步骤二中夯后桩径的确定方式为在现场打出粒料桩孔后，边夯边向粒料桩孔中添加粒料桩材料，添满后测出夯后桩径。
6.根据权利要求1所述的一种填方边坡孔内强夯粒料桩地基处理设计方法，其特征在于，步骤三中的边坡宽度d取值为边坡高度的1-2倍。
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