多种软基处理方式下高速公路湖相软土地基沉降规律研究

1　工程概况

河北省地处渤海湾区域，属海河流域，在历史上属于多湖泊、积洼地地区，后随人类活动和历史发展变迁大片湿地、湖泊等水系逐渐褪化为用地。受多年水系沉积作用，河北地区存在多处的软土区域，其特征属于典型的湖相型软土地区。河北省“五纵六横七条线"高速公路网主骨架是河北省高速公路网的重要组成部分。多条高速线路需要穿越这些湖相软土地区，解决好相关地区的路基沉降、变形、失稳等多种病害问题非常重要。

本次研究通过室内有限元数值模拟和现场多种软基处理方式沉降监测结合的方式进行研究。对包括堆载预压、长短复合桩、地基强夯、水泥搅拌桩复合地基等多种软基处理方式从施工到运营后一年半时间内路基沉降规律进行了分析与研究，并对其运营进行追踪观测。

2　软基处理作用机理

在天然软基不能满足设计的承载力和变形的要求时，或者在地震荷载作用下的抗液化、抗震陷以及稳定性不能满足要求时，就需要人工加固处理地基再修建路堤。所谓的地基处理即是此种巩固加强地基的方法。本研究采用的四种软基处理方式其相应的作用机理为：

(1)堆载预压的作用机理是先在预压荷载作用下结合插打排水沙桩或排水带、铺设排水层的方式使软土地基排水固结，地基产生变形，地基强度得以提高，卸去预压荷载后再建造路基，不仅地基承载力提高，而且施工后沉降小。

(2)长短桩复合地基采用刚、柔性长短桩按某一固定组合形式共同设置，结合褥垫层、桩间土与地基土体相互作用、传递荷载，形成复合地基，以达到提高地基承载力、减小沉降量的目的。

(3)强夯法加固软土地基的机理非常复杂，现有理论有动力固结理论、振动波理论、固体微观结构理论等，对于强夯法加固软土地基的机理在国内外还没有一个统一的认识。其基本机理可理解为对软基施加附加应力，使土中超静压孔隙水在短时间内排出，加速土体固结，提高土体的承载力，减少变形，从而达到降低路基沉降量的目的。

(4)水泥搅拌桩复合地基作用机理为水泥加固土理论，即少量的水泥加软土混合利用搅拌机搅拌均匀，水泥与具有一定活性的土经过一段时间的化学反应形成具有较高强度的硬凝物，从而提高地基土的抗剪强度，改善软土地基的承载力，从而达到降低高速公路路基沉降的目的。

媒介学认为，思想的活力不能脱离有形的痕迹。中华饮食文化在海外，是通过中餐馆这一载体确保其流通、扩散而存在的。就像知识的建构与其社会扩散无法分开，文化的形构与其传递手段亦无法剥离。“先给我一个身体，灵魂随后就来。”海外中餐馆正是以饮食为代表的中华文化，得以在异域国度中，非建制化地持续缓慢扩散的“身体”。

3　湖相软土地基沉降的数值模拟

3.1　数值模拟的本构数据

根据地勘资料，该地区的湖相软土分布情况大致类似，从上到下软土分层状况及相关本构参数如下表1所示。

表1　软土地基土体相关参数

土层编号厚度(m)模量/MPa泊松比c/kPaφ(°)γ(kN·m-3)183．100．302226．119．0244．750．251916．118．03126．050．282816．320．2

通过对数据进行分析得出以下结论：

3.2　有限元软件ABAQUS分析模形

利用有限元软件对湖相软基分别数值模拟无软基处理、堆载预压、长短桩复合地基、强夯法、水泥搅拌桩复合地基共四种软基处理方式，边坡1∶1.5，路基顶宽45m,路基填筑高度4.5m和5.5m。

3.3　数值模拟结果

通过对数据进行分析得出以下结论：路基底部沉降值由路基中心向外逐步减小；路基填筑高度为4.5m与5.5m时，不做软基处理的路基底部最大沉降分别为25.173cm和29.835cm,满足总沉降不大于30cm的要求，但5.5m填筑高度已经接近于限值，当路基填筑高度再增加时，地基沉降量将超限，建议做相应的软基处理。同时从数值模拟数据可以看到，经过四种软基处理方式后湖相软基的沉降都有明显的缓解，其中4.5m和5.5m填筑高度路基经水泥搅拌桩处理后基底中心的最大沉降值降到7.315cm和8.527cm，效果最好。堆载预压的作用效果略低于强夯法和长短复合桩处理。

图1　4.5m填筑路基沉降值

图2　5.5m填筑路基沉降值

四种软基处理的有限元模型分别选取相应的土体相关参数，并设置土体的边界条件：路基与地基侧向节点均施加横向约束，允许发生竖向位移，模型底部节点横向竖向均施加固定约束，分层界面设定自由界面。分别按路基填筑高度为4.5m和5.5m数值模拟。四种地基处理方式路基底部的总沉降曲线如图1和图2所示。

4　现场监测结果分析

由理论经验及数值分析可知地基的最大沉降发生在路基中间，所以地基沉降的现场监测点均布置在所选相应处理试验段断面的路基中间位置。根据不同填筑高度和软基处理方式选取断面情况如表2。无处理路段为矮路基段，未进行相关监测。

表2　观测断面一览表

断面里程路基填筑高度/m地基处理方式ZX1+4405．8水泥搅拌桩8∗1．5ZK9+4245．0水泥搅拌桩8∗1．5ZK2+4855．1水泥搅拌桩8∗1．4ZK4+0826．3水泥搅拌桩8∗1．4MRK11+4505．6强夯法ZK12+5734．6强夯法ZK2+2184．4长短桩复合地基8∗1．4ZK2+3775．2长短桩复合地基8∗1．4MRK10+3575．7堆载预压ZK13+0685．3堆载预压

4.1　监测方式

现场监测采用沉降板，地表沉降板为600mm×600mm×9mm的铁板，并在上铆接了一个一寸的铁管，埋设在中央隔离带内，随路基填方而接高，铁管外加水泥护管，用水准仪进行测量，对测量精准度的要求是需要符合国家的二级水准。沉降板形式如图3所示。

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图3　沉降观测装置图

4.2　基底中心最终沉降

地基沉降监测数据均为地基处理结束后至工程竣工前的路基填筑期、冬歇期、路面施工期三个阶段，期最终沉降值如表3所示。

表3　沉降观测值

断面里程路基填筑高度/m最大沉降量/cm地基处理方式ZX1+4405．810．85水泥搅拌桩8∗1．5ZK9+4245．010．02水泥搅拌桩8∗1．5ZK2+4855．18．18水泥搅拌桩8∗1．4ZK4+0826．38．76水泥搅拌桩8∗1．4MRK11+4505．611．46强夯法ZK12+5734．69．46强夯法ZK2+2184．48．26长短桩复合地基8∗1．4ZK2+3775．29．23长短桩复合地基8∗1．4MRK10+3575．711．57堆载预压ZK13+0685．311．38堆载预压

现场试验点分布于线路多个湖相软基路段，其各路段路基的填筑高多集中在4.2m-5.7m之间，有限元数据模拟结合实际情况分别计算路基填筑高度在4.5m和5.5m两种情况下路基的总沉降值和路基沉降随填筑高度变化值。现场数据采取沉降板观测的方式采集。

(1)通过对不同填筑高度相同软基处理方式的最终地基沉降量比较，地基的沉降跟路基的填筑高度密切相关，随着填筑高度的增加，地基的总沉降量相应增加。

(1)从现场观测数据可以看出四种软基处理方式，其地基沉降在填筑前期随路基填筑高度变化经堆载预压法处理的地基沉降速率低，填筑高速从0到1.8m之间基本成线性分布；分析原因是软土地基已经经历了加载和卸载，地基形成了一部分塑性压缩，随填筑高度增加产生的沉降为卸载弹性变形量。长短复合桩基础在前期沉降速率最大，分析原因是桩和土随填筑过程中相互传递荷载，通过变形形成桩土复合效应，形成桩、土、褥垫层等共同作用的复合地基。水泥搅拌桩沉降值开始变化较小，说明桩基本身有一定的承载力。强夯法处理的地基，通过能量波增加了土体的弹性模量，增加了期抗变形能力。

首先，高校应当不断完善激励性制度，注重学生的多元化发展，调动学生的主观能动性，促进学生的全面发展。其次，高校应当不断创新传统管理体制，构建以学生为主体的高校管理体制，充分发挥学生在高校学生管理工作中的积极作用。最后，高校还应当不断改革封闭的管理体制，并建立开放的高校管理体制，以满足学生的实际需求。

(3)其中水泥搅拌桩对软基处理效果与桩间距关系较大，在一定范围内，桩间距的减小能有效降低地基沉降量。

(4)从现场观测数据比较，长短复合桩地基和水泥搅拌桩处理的地基总沉降量略小于强夯法和堆载预压法。

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4.3　基底沉降变化规律

沉降监测在施工期为每层监测一次，冬歇期为15d/次。面层施工期15d/次。选取分层填筑，每层填筑高度相同的几个断面进行对比，从0至4.5m填筑高度其沉降值随高度变化如图4所示。通过对数据进行分析得出以下结论：

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图4　地基沉降随路基填筑高度变化监测值

(2)多种软基处理方式都能有效控制地基的沉降量，各监测断面的最大沉降量在8.18-11.57之间。观测数据与数值分析计算数据基本接近；其存在差别的原因有多种，比如边界条件的设置，现场施工的质量控制，本构模型数据的选取，地质条件的差别等。

本文从传统柯布道格拉斯生产模型入手，构建含技术进步指标的分析模型。考虑到发达国家与发展中国家技术进步的途径并不完全相同，笔者引入了虚拟变量以区分两者区别。另外，本文构建了ISU指标作为模型中的被解释变量，衡量产业结构升级的效果，并以世界银行等国际组织公开数据对该模型进行实证检验。结果不仅验证了前文假设，同时发现金融发展水平对技术进步的影响并不显著。另外，通过虚拟变量的相关系数测算，本文发现发达国家与发展中国家间的技术转移是显著存在的，且金融发展水平对发展中国家通过技术提升产业结构的作用显著。

(2)四种处理方式都存在快速沉降阶段，通过与实际填筑过程与填筑时间结合分析，在填筑到相应高度后都有2至3个月的停歇期，其沉降增加量应该与地基土的固结压缩有关，随时间增加在荷载作用下土体颗粒重新排列形成承载力。桩和土体之间也通过变形增加相互摩擦作用，提高地基承载力。到填筑后期，沉降变化速率都有所下降，说明地基的沉降量是有限的，符合地基的压缩沉降规律，采用地基处理的方法主要目的是减少地基的总沉降和加速施工沉降，降低地基的工后沉降。

(3)通过现场观测数据看，在相同填筑高度下，水泥搅拌桩的沉降量相对较小，与数值模拟计算结果类似但不绝对；堆载预压的沉降值较大，沉降完成缓慢。四种软基处理的方式均能有效控制地基的总沉降量。

通过数值模拟和现场监测数据结果分析，堆载预压、长短桩复合地基、强夯法、水泥搅拌桩复合地基四种软基处理方式，均能有效降低湖相软土地基的沉降量。水泥搅拌桩处理软体地基的效果较好，结合施工成本、工期、市场技术成熟程度，对于湖相软土基底的处理，在工程中采用较多。强夯法需要分层夯实，施工过程需要先开挖再分层回填，虽然工序相对复杂，但优于换填，节省对优质材料的需求。数值模拟和现场观测数据对施工工艺的选取和施工质量控制有一定的帮助。

5　结　语

在中小河流治理工作中，陕西省通过抓投资、促配套，抓规范、严建管，抓落实、明责任，抓验收、重管护，中小河流治理工作始终走在全国前列。

模拟数据中和实际监测数据存在一定的差距，原因可能是所采用的土体本构模型和实际情况有偏差，需要对换算方法做出改进。本文的数据分析中缺少对路基填筑速率、填筑结构层厚度等多种影响地基沉降因素的分析，也没有过多考虑降雨量、排水等因素的影响，对软基处理方式的沉降规律需要进一步研究。

虽然脂肪酸较为稳定，但脂肪酸中的羧基或脂肪酸盐可在隔绝空气的情况下加热失去二氧化碳发生脱羧反应[16,17]，其中饱和的脂肪酸生成烷烃，不饱和脂肪酸则裂解为烯烃，反应是如下：

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电气自动化涉及到电工、电子、计算机工程等多门学科，属于基础性技术[1]。电子自动化被广泛的应用于国民经济的各个领域，其在整个科技链条中的地位是举足轻重的，因此，有必要对电气自动化的发展现状与趋势进行研究。

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