CN109033622A - 一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法 - Google Patents

一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法 Download PDF

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Abstract

一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，以科学合理地确定路堑基床底部盐渍土经桩基加固后的隆起量，能够适应实际工程需要。包括以下步骤：确定盐渍土中桩基的中性点深度l0、路堑基床顶面以下大气降温影响深度l，计算确定路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度h0；确定冬季降温前第i层土的温度Ti1等参数；对盐渍土土样开展盐胀试验、压缩试验、含水率试验、土粒比重试验及重度试验，确定第i层土的盐胀指数Csi等参数；通过以下公式确定盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量se：

Description

一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法。
技术背景
目前，盐渍土地基的盐胀量(即隆起量)多采用《盐渍土地区建筑规范》(SY/T0317—2012)确定，即盐胀量按以下公式确定：
Sη0＝η·H
式中，Sη0为盐渍土地基的总盐胀量，单位mm；η为盐胀系数；H为有效盐胀区厚度，单位mm。
盐渍土地基在冬季降温条件下产生隆起变形，极易引发高速铁路无砟轨道板开裂，造成重大的无砟轨道病害，甚至危及高速列车的行车安全。桩基加固可有效控制盐渍土地基的隆起变形，但对桩基加固后地基隆起量的确定，目前尚无可行的方法，若采用上述计算公式予以确定，其存在的技术不足在于无法考虑桩基置换、桩基锚固、盐渍土自身重力影响，特别针对路堑基床底部盐渍土桩基加固，更不能考虑路堑开挖卸荷及基床荷载影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，以科学合理地确定路堑基床底部盐渍土经桩基加固后的隆起量，能够适应实际工程需要。
本发明解决上述技术所采用的技术方案如下：
本发明的一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，包括以下步骤：
(1)通过现场调查或资料查询，确定盐渍土中桩基的中性点深度l0，单位m；确定路堑基床顶面以下大气降温影响深度l，单位m；通过以下公式确定路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度h0：
式中，h0为路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度，单位m；l为路堑基床顶面以下大气降温影响深度，单位m；ha为基床表层厚度，单位m；hd为基床底层厚度，单位m；
(2)通过现场调查或资料查询或现场原位测试，确定冬季降温前第i层土的温度Ti1，单位℃，确定冬季降温期间第i层土出现的最低温度Ti2，单位℃；确定中性点位置以上温度Ti1降至Ti2后第i层土在桩基侧表产生的向上切向力fi，单位kPa；确定中性点位置以下温度Ti1降至Ti2后第i层土对桩基侧表产生的向下切向力fi'，单位kPa；
(3)通过现场采集盐渍土土样并在室内开展盐胀试验、压缩试验、含水率试验、土粒比重试验及重度试验，确定第i层土的盐胀指数Csi，确定温度Ti1降至Ti2后第i层天然盐渍土的盐胀力σTi，单位kPa；确定原位应力状态下第i层土的初始孔隙比e0i；确定第i层土的卸荷回弹指数Cei；确定路堑开挖产生的有效应力变化Δσ-，单位kPa；确定第i层土的有效自重应力σy0i，单位kPa；
(4)通过以下公式确定盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量se：
式中，se为盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量，单位mm；n为路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度范围内划分的土层数；Δsei为第i层土的隆起量，单位mm；Csi为第i层土的盐胀指数；Δzi为第i层土的分层厚度，单位mm；e0i为原位应力状态下第i层土的初始孔隙比，；Cei为第i层土的卸荷回弹指数；Δσ-为路堑开挖产生的有效应力变化，单位kPa；σy0i为第i层土的有效自重应力，单位kPa；Δσyi为路堑基床荷载作用下第i层土产生的有效应力变化，单位kPa；σui为桩基赋予第i层土的锚固力，单位kPa；σbi为温度Ti1降至Ti2后桩基第i层土的盐胀力，单位kPa。
本发明的有益效果是，在考虑桩基置换、桩基锚固、盐渍土自身重力、路堑开挖卸荷及基床荷载影响的基础上，结合地基不同土层的降温区别及盐胀差异性特征，建立了一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，不仅弥补了《盐渍土地区建筑规范》(SY/T 0317—2012)存在的技术不足，还可为基于隆起变形控制的路堑基床底部盐渍土桩基加固设计提供参考，该方法实施便捷，所需计算参数少，流程清晰，能够满足实际工程需要。
附图说明
图1是盐渍土路堑基床底部桩基加固横断面示意图。
图中示出构件和对应的标记：基床表层1，基床底层2，桩基3，盐渍土D，基床表层厚度ha，基床底层厚度hd，桩基桩径d，桩基桩间距s，路堑基床顶面以下大气降温影响深度l。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。
参照图1，本发明的一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，包括以下步骤：
(1)通过现场调查或资料查询，确定盐渍土D中桩基3的中性点深度l0，单位m；确定路堑基床顶面以下大气降温影响深度l，单位m；通过以下公式确定路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度h0：
式中，h0为路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度，单位m；l为路堑基床顶面以下大气降温影响深度，单位m；ha为基床表层1厚度，单位m；hd为基床底层2厚度，单位m；
(2)通过现场调查或资料查询或现场原位测试，确定冬季降温前第i层土的温度Ti1，单位℃，确定冬季降温期间第i层土出现的最低温度Ti2，单位℃；确定中性点位置以上温度Ti1降至Ti2后第i层土在桩基3侧表产生的向上切向力fi，单位kPa；确定中性点位置以下温度Ti1降至Ti2后第i层土对桩基3侧表产生的向下切向力fi'，单位kPa；
(3)通过现场采集盐渍土D土样并在室内开展盐胀试验、压缩试验、含水率试验、土粒比重试验及重度试验，确定第i层土的盐胀指数Csi，确定温度Ti1降至Ti2后第i层天然盐渍土D的盐胀力σTi，单位kPa；确定原位应力状态下第i层土的初始孔隙比e0i；确定第i层土的卸荷回弹指数Cei；确定路堑开挖产生的有效应力变化Δσ-，单位kPa；确定第i层土的有效自重应力σy0i，单位kPa；
(4)通过以下公式确定盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量se：
式中，se为盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量，单位mm；n为路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度范围内划分的土层数；Δsei为第i层土的隆起量，单位mm；Csi为第i层土的盐胀指数；Δzi为第i层土的分层厚度，单位mm；e0i为原位应力状态下第i层土的初始孔隙比，；Cei为第i层土的卸荷回弹指数；Δσ-为路堑开挖产生的有效应力变化，单位kPa；σy0i为第i层土的有效自重应力，单位kPa；Δσyi为路堑基床荷载作用下第i层土产生的有效应力变化，单位kPa；σui为桩基3赋予第i层土的锚固力，单位kPa；σbi为温度Ti1降至Ti2后桩基3第i层土的盐胀力，单位kPa。
所述桩基3的中性点为地基隆起后桩周向上切向力与向下切向力的分界点。
所述步骤(4)中，桩基赋予第i层土的锚固力σui通过以下公式确定：
式中σui为桩基赋予第i层土的锚固力，单位kPa；d为桩基桩径，单位m；fi'为中性点位置以下温度Ti1降至Ti2后第i层土对桩基侧表产生的向下切向力，单位kPa；Δzi为第i层土的分层厚度，单位mm；s为桩基桩间距，单位m；l0为路堑基床底部桩基的中性点深度，单位m；fi为中性点位置以上温度Ti1降至Ti2后第i层土在桩基侧表产生的向上切向力，单位kPa。
所述步骤(4)中，温度Ti1降至Ti2后桩基第i层土的盐胀力σbi通过以下公式确定：
式中σbi为温度Ti1降至Ti2后桩基第i层土的盐胀力，单位kPa；σTi为温度Ti1降至Ti2后第i层天然盐渍土的盐胀力，单位kPa；m为桩土面积置换率，m＝πd2/4s2；d为桩基桩径，单位m；s为桩基桩间距，单位m；L为桩基桩长，单位m；h0为路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度，单位m；h为路堑基床底部的地基深度，单位m。
所述步骤(1)～(4)中，桩基3按正方形等间距布桩。
所述步骤(1)～(4)中，第i层土位于路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度范围内。
所述步骤(3)中，温度Ti1降至Ti2后第i层天然盐渍土的盐胀力σTi为温度Ti1降至Ti2土体盐胀曲线中初始孔隙比对应的压力；所述盐胀曲线的横坐标为压力，纵坐标为孔隙比。
所述步骤(3)中，第i层土的盐胀指数Csi为温度Ti1降至Ti2某一压力范围内土体盐胀e-logp曲线的平均斜率，按以下公式确定：
式中ej为在第j级压力下土体压缩稳定后温度Ti1降至Ti2产生的孔隙比；pj为第j级压力；ej+1为第j+1级压力下土体压缩稳定后温度Ti1降至Ti2产生的孔隙比；pj+1为第j+1级压力。
所述步骤(3)～(4)中，第i层土的有效自重应力σy0i可按分层总和法确定。
所述步骤(3)～(4)中，路堑基床荷载作用下第i层土产生的有效应力变化Δσyi可采用Boussinesq理论确定。
所述步骤(3)中，路堑开挖产生的有效应力变化Δσ-为地表开挖至基床底部产生的有效应力变化。
实施例：
参照图1，某一盐渍土D地区修建高速无砟轨道路堑基床，路堑挖深6.8m(路基中心处地表至基床底面的深度)，基床表层1厚度为0.4m，基床底层2厚度为1.5m，顶面宽度为13.4m，路堑边坡比为1:1.75。路堑基床底部盐渍土D在冬季降温过程易发生隆起变形，为了减弱或消除盐渍土D隆起变形，拟采用桩基3进行地基加固，桩基3桩长5m，桩径0.5m，桩基3按正方形等间距布桩，桩间距1.4m。
下面采用本发明方法确定路堑基床底部盐渍土D桩基3加固后隆起量(位置为路基中心)，具体步骤如下：
(1)通过现场调查或资料查询，确定盐渍土D桩基3的中性点深度l0为3.0m；确定路堑基床顶面以下大气降温影响深度l为3.9m；通过以下公式确定路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度h0：
因l＝3.9m>ha+hd＝1.9m，故路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度h0＝l-ha-hd＝3.9-1.9＝2.0(m)。
(2)通过现场调查或资料查询或现场原位测试，确定冬季降温前第i层土的温度Ti1，单位℃，确定冬季降温期间第i层土出现的最低温度Ti2，单位℃；确定中性点位置以上温度Ti1降至Ti2后第i层土在桩基3侧表产生的向上切向力fi，单位kPa；确定中性点位置以下温度Ti1降至Ti2后第i层土对桩基3侧表产生的向下切向力fi'，单位kPa；fi和fi'的确定结果见表1，Ti1和Ti2的确定结果见表2。
表1 σui的确定过程及结果
i Δzi d fi fi' s σui
1 200 0.5 51 / 1.4 40.9
2 200 0.5 51 / 1.4 40.9
3 200 0.5 51 / 1.4 40.9
4 200 0.5 42 / 1.4 33.7
5 200 0.5 42 / 1.4 33.7
6 200 0.5 42 / 1.4 33.7
7 200 0.5 40 / 1.4 32.1
8 200 0.5 40 / 1.4 32.1
9 200 0.5 40 / 1.4 32.1
10 200 0.5 40 / 1.4 32.1
11 200 0.5 40 / 1.4 32.1
12 200 0.5 40 / 1.4 32.1
13 200 0.5 40 / 1.4 32.1
14 400 0.5 40 / 1.4 32.1
15 300 0.5 / 32 1.4 0
16 400 0.5 / 32 1.4 0
17 400 0.5 / 48 1.4 0
18 400 0.5 / 48 1.4 0
(3)通过现场采集盐渍土D土样并在室内开展盐胀试验、压缩试验、含水率试验、土粒比重试验及重度试验，确定第i层土的盐胀指数Csi，确定温度Ti1降至Ti2后第i层天然盐渍土D的盐胀力σTi，单位kPa；确定原位应力状态下第i层土的初始孔隙比e0i；确定第i层土的卸荷回弹指数Cei；确定路堑开挖产生的有效应力变化Δσ-，单位kPa；确定第i层土的有效自重应力σy0i，单位kPa；Csi、σTi、e0i、Cei、Δσ-、σy0i的确定结果见表2。
(4)通过以下公式确定盐渍土D路堑基床底部桩基3加固后隆起量se：
路堑基床(路基中心)底部第i层土隆起量Δsei的详细计算过程见表2，在表2计算过程中，若Δsei＜0，则Δsei取0。
那么，路堑基床(路基中心)底部盐渍土D桩基3加固后的隆起量se：
因此，可得路堑基床(路基中心)底部盐渍土D桩基3加固后的隆起量为0.65mm。
表2第i层土隆起量的计算过程
i Δzi Ti1 Ti2 Csi σTi e0i Cei γi σy0i Δσ- σbi σui Δσyi Δsei
1 200 4.8 -17.3 0.035 123.5 0.71 0.011 19.8 130.5 128.5 111.1 40.9 48.8 0.37
2 200 4.4 -15.9 0.035 115.1 0.71 0.011 19.8 134.4 128.5 103.5 40.9 48.8 0.24
3 200 4.1 -14.7 0.035 102.1 0.71 0.011 19.8 138.4 128.5 91.8 40.9 48.8 0.04
4 200 3.8 -13.6 0.035 87.8 0.71 0.011 19.8 142.4 128.5 79.0 33.7 48.7 0.00
5 200 3.5 -12.5 0.035 74.8 0.71 0.011 19.8 146.3 128.5 67.3 33.7 48.5 0.00
6 200 3.2 -11.5 0.035 61.1 0.71 0.011 19.8 150.3 128.5 55.0 33.7 48.3 0.00
7 200 3 -10.7 0.035 45.5 0.71 0.011 19.8 154.2 128.5 40.9 32.1 48.1 0.00
8 200 2.7 -9.8 0.035 32.5 0.71 0.011 19.8 158.2 128.5 29.2 32.1 47.8 0.00
9 200 2.5 -9.1 0.034 26.0 0.706 0.011 19.8 162.2 128.5 23.4 32.1 47.5 0.00
10 200 2.3 -8.4 0.033 21.5 0.702 0.011 19.8 166.1 128.5 19.3 32.1 47.1 0.00
与现有方法相比较，本发明的优点是提供了一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，科学合理，实施简便，能满足实际工程的需要，具有广阔的推广应用前景。
以上所述只是采用图解说明本发明一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体方法和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (8)

1.一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，包括以下步骤：
(1)通过现场调查或资料查询，确定盐渍土(D)中桩基(3)的中性点深度l0，单位m；确定路堑基床顶面以下大气降温影响深度l，单位m；通过以下公式确定路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度h0：
式中，h0为路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度，单位m；l为路堑基床顶面以下大气降温影响深度，单位m；ha为基床表层(1)厚度，单位m；hd为基床底层(2)厚度，单位m；
(2)通过现场调查或资料查询或现场原位测试，确定冬季降温前第i层土的温度Ti1，单位℃，确定冬季降温期间第i层土出现的最低温度Ti2，单位℃；确定中性点位置以上温度Ti1降至Ti2后第i层土在桩基(3)侧表产生的向上切向力fi，单位kPa；确定中性点位置以下温度Ti1降至Ti2后第i层土对桩基(3)侧表产生的向下切向力fi'，单位kPa；
(3)通过现场采集盐渍土(D)土样并在室内开展盐胀试验、压缩试验、含水率试验、土粒比重试验及重度试验，确定第i层土的盐胀指数Csi，确定温度Ti1降至Ti2后第i层天然盐渍土(D)的盐胀力σTi，单位kPa；确定原位应力状态下第i层土的初始孔隙比e0i；确定第i层土的卸荷回弹指数Cei；确定路堑开挖产生的有效应力变化Δσ-，单位kPa；确定第i层土的有效自重应力σy0i，单位kPa；
(4)通过以下公式确定盐渍土路堑基床底部桩基(3)加固后隆起量se：
式中，se为盐渍土路堑基床底部桩基(3)加固后隆起量，单位mm；n为路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度范围内划分的土层数；Δsei为第i层土的隆起量，单位mm；Csi为第i层土的盐胀指数；Δzi为第i层土的分层厚度，单位mm；e0i为原位应力状态下第i层土的初始孔隙比，；Cei为第i层土的卸荷回弹指数；Δσ-为路堑开挖产生的有效应力变化，单位kPa；σy0i为第i层土的有效自重应力，单位kPa；Δσyi为路堑基床荷载作用下第i层土产生的有效应力变化，单位kPa；σui为桩基(3)赋予第i层土的锚固力，单位kPa；σbi为温度Ti1降至Ti2后桩基(3)第i层土的盐胀力，单位kPa。
2.如权利要求1所述的一种盐渍土(D)路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，其特征是：所述桩基(3)的中性点为地基隆起后桩周向上切向力与向下切向力的分界点。
3.如权利要求1所述的一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，其特征是：所述步骤(4)中，桩基(3)赋予第i层土的锚固力σui通过以下公式确定：
式中σui为桩基(3)赋予第i层土的锚固力，单位kPa；d为桩基(3)桩径，单位m；fi'为中性点位置以下温度Ti1降至Ti2后第i层土对桩基(3)侧表产生的向下切向力，单位kPa；Δzi为第i层土的分层厚度，单位mm；s为桩基(3)桩间距，单位m；l0为路堑基床底部桩基(3)的中性点深度，单位m；fi为中性点位置以上温度Ti1降至Ti2后第i层土在桩基(3)侧表产生的向上切向力，单位kPa。
4.根据权利要求1所述的一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，其特征在于：所述步骤(4)中，温度Ti1降至Ti2后桩基(3)第i层土的盐胀力σbi通过以下公式确定：
式中σbi为温度Ti1降至Ti2后桩基(3)第i层土的盐胀力，单位kPa；σTi为温度Ti1降至Ti2后第i层天然盐渍土(D)的盐胀力，单位kPa；m为桩土面积置换率，m＝πd2/4s2；d为桩基(3)桩径，单位m；s为桩基(3)桩间距，单位m；L为桩基(3)桩长，单位m；h0为路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度，单位m；h为路堑基床底部的地基深度，单位m。
5.根据权利要求1所述的一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，其特征在于：所述步骤(1)～(4)中，桩基(3)按正方形等间距布桩。
6.根据权利要求1所述的一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，其特征在于：所述步骤(1)～(4)中，第i层土位于路堑基床底部桩基隆起变形计算厚度范围内。
7.根据权利要求1所述的一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，其特征在于：所述步骤(3)中，温度Ti1降至Ti2后第i层天然盐渍土(D)的盐胀力σTi为温度Ti1降至Ti2土体盐胀曲线中初始孔隙比对应的压力；所述盐胀曲线的横坐标为压力，纵坐标为孔隙比。
8.根据权利要求1所述的一种盐渍土路堑基床底部桩基加固后隆起量的确定方法，其特征在于：所述步骤(3)中，第i层土的盐胀指数Csi为温度Ti1降至Ti2某一压力范围内土体盐胀e-logp曲线的平均斜率，按以下公式确定：
式中ej为在第j级压力下土体压缩稳定后温度Ti1降至Ti2产生的孔隙比；pj为第j级压力；ej+1为第j+1级压力下土体压缩稳定后温度Ti1降至Ti2产生的孔隙比；pj+1为第j+1级压力。
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