一种地基压缩层厚度计算方法与流程

本发明涉及路基工程施工技术领域，具体地指一种地基压缩层厚度计算方法。

背景技术：

高速铁路、公路等线状工程常穿越不同的地貌单元，不可避免遇到深厚软土地层。由于路堤高、荷载大，这就需要合理的确定压缩层厚度，进而进行科学的沉降量计算，选择合适的地基处理方法，方可满足规范对地基工后沉降和纵向沉降差的严格要求。

对于地基压缩层厚度的确定方法，主要有两大类，一类为应变控制法，如国家标准《建筑地基基础设计规范》；另一类为应力控制法，如交通部行业标准《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》及铁道部行业标准《铁路工程特殊岩土勘察规程》、《铁路工程地基处理技术规程》等。

但是，在实际软土地基路堤沉降计算中，应变控制法和应力控制法计算得到的压缩层厚度常常互相不一致，并且，按照目前规范设计确定的压缩层厚度与实测成果差异较大。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术中提到的现有地基压缩层厚度计算方法存在不准确的问题，提供一种地基压缩层厚度计算方法。

本发明的技术方案为：一种地基压缩层厚度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：1)、根据路基填筑高度和地基条件，确定计算区域；

2)、沿路基的纵向和横向间隔选择多个呈网格状分布的计算点；

3)、针对每一个计算点建立地基压缩层厚度力学计算模型；

4)、根据每一个计算点的地基压缩层厚度计算模型分别采用应变控制法和应力控制法确定地基压缩层厚度a和b；

5)、以路基横向中心线为x轴、路基纵向中心线为y轴、地基压缩层厚度为z轴建立坐标系，分别绘制计算点压缩层厚度a和b的曲面a和曲面b，获得曲面a和曲面b的交线l；

6)、对于交线l在xy平面上的投影与y轴之间的区域以内的计算点，采用应变控制法计算的地基压缩层厚度作为最终计算结果；对于交线l在xy平面上的投影与y轴之间的区域以外的计算点，采用应力控制法计算的地基压缩层厚度作为最终计算结果。

进一步的所述的步骤2)中沿路基的纵向和横向间隔选择多个呈网格状分布的计算点的方法为：沿路基的纵向方向选取若干个监测断面，相邻监测断面之间间隔10～30m，每个监测断面上沿路基横向方向布置若干个计算点。

进一步的所述的每个监测断面上沿路基横向方向以路基中心对称布置5～11个计算点。

进一步的所述的路基面荷载的为路基面上的列车荷载；对于单线线路和双线线路，列车荷载取单线荷载；对于站场，列车荷载取双线荷载；对于场坪，列车荷载取分布荷载。

进一步的所述的路基基底压力计算方法为：对于路基填土，采用比例荷载法或虚拟三角形法进行地基压力计算；对于轨道列车荷载，采用换算土柱法或应力扩散法进行地基压力计算。

进一步的所述的通过应变控制法计算压缩层厚度的方法为：按照以下公式计算压缩层厚度：

其中：δsn——应变控制法计算的压缩层厚度；

σzi——地基计算深度z内第i层土的地基垂直附加应力；

ei——地基计算深度z内第i层土的压缩模量；

hi——地基计算深度z内第i层土的厚度。

进一步的所述的通过应力控制法计算压缩层厚度的方法为：按照以下公式计算压缩层厚度：

其中：σz——应力控制法计算的压缩层厚度；

γi——地基计算深度z内第i层土的重度；

hi——地基计算深度z内第i层土的厚度。

本发明的地基压缩层厚度计算方法可以合理确定设计的压缩层厚度，提高沉降计算的准确性，优化地基处理设计，节约建设成本，较好的控制软基不均匀沉降问题。

附图说明

图1：计算区域内计算点布置结构示意图；

图2：5#断面计算点布置结构示意图；

图3：表1对应的曲线图；

图4：表2对应的曲线图。

具体实施方式

某准高速铁路，穿越珠三角第四系松软地层，软土路堤长达50.3km。沿路堤纵向方向布置5个监测断面，相邻监测断面之间间隔20m，如图1所示，监测断面沿竖直方向剖切出路堤的观察面。每个监测断面基底处沿路堤横向方向布置5个沉降观测点，以5#监测断面为例，如图2所示的a5、b5、c5、d5和e5，其中a5为路堤5#监测断面的横向中心点。

针对于a5、b5、c5、d5和e5五个监测计算点，建立地基压缩层厚度力学计算模型。首先确定路基面荷载和路基基地压力计算方法；然后根据勘察成果，确定地基地层的物理力学指标。计算区域为双线线路，列车荷载取单线荷载，采用换算土柱法和虚拟三角形法进行地基压力计算。

然后根据上述计算结果代入到压缩层厚度应变控制法计算公式中：

其中：δsn——应变控制法计算的压缩层厚度；

σzi——地基计算深度z内第i层土的地基垂直附加应力；

ei——地基计算深度z内第i层土的压缩模量；

hi——地基计算深度z内第i层土的厚度。

然后根据上述计算结果代入到压缩层厚度应力控制法计算公式中：

其中：σz——应力控制法计算的压缩层厚度；

γi——地基计算深度z内第i层土的重度；

hi——地基计算深度z内第i层土的厚度。

为了对比两种方法计算的地基压缩层厚度，本实施例对五个监测计算点进行实地测量，确认实际情况下地基压缩层厚度，具体结果如下表：

表1：针对5#断面五个监测计算点应变控制法、应力控制法地基压缩层厚度与实际监测地基沉降值

以相对中心点(即a5监测点)的间距为横坐标，以压缩层厚度为纵坐标绘图，如图3所示，应变控制法计算的压缩层厚度曲线与应力控制法计算的压缩层厚度曲线有一交点e1，通过表1和附图3可知，对于交点e1与中心点a5之间以内的监测计算点采用采用应变控制法计算地基压缩层厚度的偏差较小，与实际监测值接近；对于交点e1与中心点a5之间以外的监测计算点采用采用应力控制法计算地基压缩层厚度的偏差较小，与实际监测值接近。

对于路堤的纵向方向，选取5个监测断面的中心点，如图1所示，分别为a3、a4、a5、a6和a7，其中相邻两个监测点之间的间距相等，为20m，a5为五个监测计算点的中心点，分别按照应变控制法和应力控制法计算五个监测点计算点的压缩层厚度，然后实地监测五个监测点的压缩层厚度，计算结果如下表：

表2：针对五个断面中心点的应变控制法、应力控制法和实际监测地基压缩层厚度

以相对中心点(即a5监测点)的间距为横坐标，以压缩层厚度为纵坐标绘图，如图4所示，应变控制法计算的压缩层厚度曲线与应力控制法计算的压缩层厚度曲线基本上呈现出平行的状态，通过表2和附图4可知，本实施例选取的以路基纵向中心线上的点为监测点，采用应变控制法计算地基压缩层厚度的偏差较小，与实际监测值接近。当采用远离纵向中心线的点作为监测点，例如b、d、c或e线路上的点作为监测点，当距离纵向中心线的距离逐渐增大，会发现应变控制法计算的压缩层厚度曲线与应力控制法计算的压缩层厚度曲线之间的间距逐渐缩小，直至基本上重合，然后随着距离纵向中心线的距离增大，应变控制法计算的压缩层厚度曲线与应力控制法计算的压缩层厚度曲线之间的间距逐渐增大。当应变控制法计算的压缩层厚度曲线与应力控制法计算的压缩层厚度曲线重合的时候，这个时候的计算点线路就是沿路基纵向穿过e1的线路，该线路有两条，以纵向中心线为中心对称布置，即处于两条线路内的点使用应变控制法计算的地基压缩层厚度比较接近实际值，处于两条线路外的点使用应力控制法计算的地基压缩层厚度比较接近实际值。

本实施例通过分别选取横向监测计算点和纵向监测计算点对线路进行分析，实际上可以对线路上的点分别进行应变控制法和应力控制发计算地基压缩层厚度a和b，然后以横向中心线为x轴，纵向中心线为y轴，地基压缩层厚度为z轴，建立三维坐标系，分别绘制a和b的曲面a和曲面b，获得曲面a和曲面b的交线l，对于交线l在xy平面上的投影与y轴之间的区域以内的计算点，采用应变控制法计算的地基压缩层厚度作为最终计算结果；对于交线l在xy平面上的投影与y轴之间的区域以外的计算点，采用应力控制法计算的地基压缩层厚度作为最终计算结果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。