天津滨海新区软基路堤设计方案评价分析.doc
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1、河北工业大学毕业设计说明书作 者: 封君海 学 号: 086836 系: 土木工程 专业: 土木工程(道桥方向) 题 目: 天津滨海新区软基路堤设计方案评价分析 指导者: 李艳春 教授 评阅者: 2012年 6 月 6 日毕业设计中文摘要天津滨海新区软基路堤设计方案评价分析摘要: 本文依托滨海新区的主要的气候条件、交通状况以及滨海新区的地质概况研究分析适合滨海新区软土路基的施工方案,在文中通过了解滨海新区软土路基的形成原因以及软土路基的工程特性,然后依据此土的工程特性依托土力学的知识计算地基承载力,分析软土路基的边坡稳定性,并计算软土路基的瞬时沉降以及固结沉降。之后再对滨海新区典型道路方案进行
2、软土路基的施工验算,通过方案对比,选出最适合滨海新区软土路基的设计施工方案。关键词: 软土路基 沉降 边坡稳定性 方案比对毕业设计外文摘要Title:Appraisaland Analysis of Design Chart for Embankment in Tianjin New Area BinHai Abstract:This paper based on the binhai new area of main climate condition, the traffic situation and the binhai new area of geological survey re
3、search analysis for the binhai new area of soft soil subgrade construction plan, by understanding the binhai new area in the soft soil foundation formation reasons and soft soil subgrade engineering characteristic, then based on the engineering characteristics of soil on the soil mechanics knowledge
4、 foundation bearing capacity calculation, analysis of soft soil subgrade slope stability, and calculation of soft soil subgrade instantaneous settlement and consolidation settlement. Then the binhai new area of typical road schemes of soft soil subgrade construction check, through the scheme contras
5、t, choose the most suitable for the binhai new area of soft soil subgrade construction scheme design.Keywords: subgrade subside slope stability measurement Comparisons schemes目 次第一章:绪论1第二章:滨海新区气候条件以及地质概况22.1滨海新区气候条件22.2滨海新区交通情况22.3滨海新区地质概况3第三章:软土工程特性43.1地质分层情况43.2软土的概念与成因43.3软土的工程特性53.4软土地基评价5第四章:软土
6、地基相关计算74.1软土地基承载力计算74.2总沉降计算114.3瞬时沉降计算114.4固结沉降计算124.5次固结沉降计算134.6实用沉降计算方法14第五章:软土地区边坡稳定性155.1边坡稳定性分析155.2瑞典圆弧滑动法155.3瑞典条分法165.4边坡防护175.5盐渍土地区边坡防护18第六章:软土地基处理方法196.1.常见的地基处理方法196.2软基处理方案的选择196.3.常用软基处理方法的介绍21第七章:天津滨海新区方案验算267.1天津中新生态城验算267.2天津空港加工区道路验算297.3天津港集装箱物流中心道路软基处理验算307.4天津临港工业区道路软基处理验算32结
7、论34参考文献:35致 谢1第一章:绪论随着滨海新区发展规模日益扩大,高速公路在滨海新区的发展也是迅猛之极,如此迅速的发展对公路设计提出了更加严格的要求,尤其是对软土地基处理方式提出了更高的要求。而软土路基的代表地区就包括天津滨海新区。天津滨海新区是典型的软土地基,压缩性大,含水量大,流动性大等等特点。为了更好地响应滨海新区高速迅猛的发展状态,我们就必须更好地认识、掌握软土路基的工程特性,进行典型道路处理方式的方案比对,以便在公路设计软土地基处理上做到省时省力,经济,安全等方针,为天津滨海新区软土路基处理设计翻开新的篇章。为了刚好的设计软土路基处理方式,首先我们得了解什么是软土,软土有哪些工程
8、特性,有哪些分类这些对工程建设都有着重要的意义。首先在滨海、湖泊、河滩上沉积的天然含水量高、压缩性强、流动性高、空隙比大的细粒土叫做软土。软土的工程特性为:含水量大、流动性大、空隙比大压缩性大等。其主要分为谷底沉积、河滩沉积、滨海沉积、湖泊沉积和藻泽沉积等五大类。本文主要依托滨海新区的气候条件、交通状况以及滨海新区地质概况等数据,对滨海地区软土路基进行计算分析,然后通过对滨海新区典型道路软土路基施工方案进行验算分析比对,最终选出最为适合滨海新区的设计施工方案。第二章:滨海新区气候条件以及地质概况2.1滨海新区气候条件天津位于中纬度欧亚大陆东岸,主要受季风环流的支配,是东亚季风较多的地区,属大陆
9、性气候。气候特征主要是,四季分明,夏季炎热,雨水比较集中;秋季天高气爽,冷暖适中;春季多风干旱;冬季寒冷,干燥雪少。天津季风比较盛行,春、冬季风速比较大,夏、秋季风速比较小。年平均风速为24米/秒,多为西南风。天津年平均气温在11.412.9C,平均市区气温最高为12.9C。7月最热,平均气温在2627C;1月最冷,平均气温在-3-5C。天津无霜期平均为196246天,无霜期最短为171天,无霜期最长为267天。在四季中,最长为冬季,有156167天;夏季次之,有87103天;最短的秋季仅为5056天;春季5661天。天津降水大概天数为6370天,降水量年平均为520660mm。在地区分布上,
10、平原少于山地,内地少于沿海。在季节分布上,六、七、八三个月降水量占全年的75%左右。2.2滨海新区交通情况 滨海新区近几年响应政府号召实行改革开放,发展十分迅猛,随着这种迅速发展局面的开展,反观道路交通已经开始呈现疲态,开始慢慢不能满足新区经济快速发展的需求,因此加快高速公路建设改造是当下当务之急的事情,必须进一步增强滨海新区向外辐射范围,只有这样才能和其他城市更好地互通有无,以便满足滨海新区高、迅、猛的发展要求。 滨海新区由三个行政区和三个功能区组成。其中行政区包括:大港区、塘沽区、汉沽区;工程区包括:天津港、开发区、保税区。这些网络区域路网建设特点是,各自区域内部沟通良好,但是彼此之间的联
11、通却不尽如人意,彼此之间的联通较少,即使有公路等级也比较低,可以说交通非常不方便,通行能力不高,这就给严重影响滨海新区进一步的发展策略,而造成如此这般的原因主要是软土路基施工比较复杂,这就给我们公路设计人员提出了新的课题,让我们进一步重视滨海新区软土路基施工设计,已达到滨海新区开发开展的要求。 2.3滨海新区地质概况天津滨海新区地处渤海湾,地貌以滨海沉积相为主。天津滨海新区起初大部分地区为海滩盐田,后来经过人工填土整平为建筑场地,地质环境条件特别复杂。天津滨海新区地面以下24 m多为杂填土和吹填土;地面以下10 m左右基本是淤泥质土层,有50%左右的含水量,孔隙比在1.6左右,这类土层承载力低
12、,渗透性很低, 压缩性高,竖向渗透系数为1.210-77.310-8 cm/s;地面以下10 m到18 m左右大多为粘土和亚粘土,含水量逐渐减小,空隙比同样逐渐减小,夹薄层粉砂;18 m以下为亚粘土,此类土层为桩基的良好持力层。由于天津滨海新区属典型的软土地基,因此要在此类地基上兴建港口建筑物,就必须对软土或超软土地基进行科学改良处理。 图21天津滨海分布图第三章:软土工程特性3.1地质分层情况 滨海新区地质根据其成因,其主要可分为以下几层如表3-1地质分层:分层名称厚度m主要成分岩性组成压缩性人工填土层1-2素填土第一陆相层4河流冲积相粘土、亚粘土中等-高等第一海相层2-15浅海相沉积亚粘土
13、、粘土淤泥质土、亚砂土中等-高等第二陆相层5冲击-湖积沉积亚粘土高等第三陆相层9河流冲积相亚粘土、粉砂、粘土第二海相层滨海-潮汐带沉积相粘土、亚粘土第四陆相层河床-河漫滩沉积相粘土、亚粘土、细砂3.2软土的概念与成因3.2.1软土的概念软土地区工程地质勘察规范规定软土的判别应符合下列要求:(1)外观以灰色为主的细粒土;(2)天然含水量大于或等于液限;(3)天然孔隙比大于或等于1.0。3.2.2软土的成因所谓软土,比规范中的定义广泛,其中就包括包括强度无法达到设计要求的湿粘土。路基干湿状态与路基强度及稳定性密切相关。土中含水量的高低决定路基干湿状态,而决定土中含水量的高低的是各种湿源的作用和延续
14、时间。由于路面较宽、路基相对较低、排水设施又不够完善,使得各种生活污水以及降水向路基内渗透、地下水位不断升高,使得路基长期处于潮湿状态,再加上土的水稳定性差等原因,致使路基软化。3.3软土的工程特性表3-2软土的工程特性含水量空隙比渗透性压缩性流动性结构性强度较高大很小较高明显明显渗透系数压缩系数0.5错误!未找到引用源。压缩指数0.35-0.75备注35%-80%1-2很可能在主固结沉降之后继续产生次固结沉降一般为絮状结构3.4软土地基评价3.4.1稳定性评价遇下列情况时应评价地基的稳定性。当“建物”离河岸、池塘、海岸等边坡较近时,应评价软土侧向挤出或滑移的可能性。当地基受力范围内有顶面倾斜
15、的基岩或硬土层,应评价软土沿该面产生滑移的可能性。当场地位于强震区,应分析场地和地基的地震效应:饱和砂土、粉土液化判别、场地稳定性和震陷的可能性评定 。水文地质条件变化较大时,分析其对地基和稳定性的影响。浅层含沼气的地基,分析沼气逸出时对地基稳定性和变形的影响。3.4.2地基承载力软土地区浅基础的地基承载力受变形控制,因此要综合考虑地基土、基础和上部结构的相互作用,理论与地区经验相结合。软土地区(上海、天津、福建、浙江等)规范推荐的计算公式。双层土地基的承载力公式。原位测试确定静载、静探、旁压、十字板等3.4.3软土地基强度和变形评价注意事项(1)不宜用单一方法计算确定,应采取原位测试、理论计
16、算及地区经验相结合的综合方法确定。(2)评价时应考虑下列因素:软土的物理力学性质及取样技术、试验方法等;软土的形成条件,成层特点、均匀性、应力历史、地下水及其变化。上部结构类型、刚度,对不均匀的敏感性,荷载性质、大小及分布特征;基础的类型、尺寸、埋深和刚度等;施工方法、工序及加荷速率对软土性质的影响。3.4.4软土土体稳定性分析在软土地基上填筑土堤或房屋建筑最危险的阶段是施工刚结束;在软土地基上挖方工程最危险的不是施工刚结束,而是开挖后相当长时间。由于卸荷产生的负超孔压逐渐消散,土的抗剪强度逐渐降低; 天然软土边坡(蠕变)-土坡稳定受软土长期强度控制第四章:软土地基相关计算4.1软土地基承载力
17、计算 如今工程勘察和设计人员在做任何项目时都必须面对的一个指标“地基承载力”, 并在实际工作中我们只有明确这些概念的详细含义像地基承载力特征值、设计值、容许承载力、极限承载力等相关概念。我们才能对影响地基承载力的因素做出准确分析,在工程实践中才能娴熟的应用。而软土地基,由于其自身工程特性的复杂程度, 为地基承载力的影响因素分析大大的提高了难度。本文沿海地区为例,分析了软土地基承载力的影响因素, 并分析和评价了不同软土地基承载力的计算公式适用性。4.1.1软土的承载力应按下列方法之一或多种方法,结合建筑物等级和场地复杂程度已变形控制的原则,作出综合评价。(1) 根据软土的现场鉴别和物理力学试验的
18、统计指标,对沿海地区淤泥或淤泥土评价时,可参考下表4-1承载力参数值。 表 4-1沿海地区淤泥或淤泥土基本承载力参考值天然含水量(%)36404550556575100908070605040(2)利用软弱土的c、值的统计指标,按建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)的临塑荷载理论公式计算确定地基承载力。当采用直剪骨节快剪法确定的c、值时,宜对抗剪强度峰值以七折进行修正,或根据当地经验采用不充分固结快剪的c、值。当荷载偏心距e小于或等于1/30基底宽度时,地基承载力特征值的临塑载荷理论公式表达如下:41 式中:由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值(kPa) 基础埋深(m) 基础底
19、面以上土的加权平均重度,地下水位一下取浮重度 基底一下图的黏聚力标准值(kPa) 承载力系数,根据基底一下土的内摩擦角标准值由下表4-2取值。表4-2 承载力系数00.00 1.00 3.14 220.61 3.44 6.04 20.03 1.12 3.32 240.80 3.87 6.45 40.06 1.25 3.51 261.10 4.37 6.90 60.10 1.39 3.71 281.40 4.93 7.40 80.14 1.55 3.93 301.90 5.59 7.95 100.18 1.73 4.17 322.60 6.35 8.55 120.23 1.34 4.42 343
20、.40 7.21 9.22 140.29 2.17 4.69 364.20 8.25 9.97 160.36 2.43 5.00 385.00 9.44 10.80 180.43 2.72 5.31 406.00 10.84 11.73 200.51 3.06 5.66 土的内摩擦角标准值和黏聚力标准值可按下列规定确定:根据室内n组三轴剪切(或直剪)试验的结果,按下列公式计算土的抗剪强度指标和c的变异系数、试验平均值和标准差:4-2444333 式中:分别为土性指标或c的变异系数、试验平均值、标准差。按下列公式计算内摩擦角和黏聚力的统计修正系数:4645 式中:分别为内摩擦角和黏聚力的统计修正
21、系数; 分别为内摩擦角和黏聚力的变异系数。土的内摩擦角标准值和黏聚力标准值为:4748式中:-分别为内摩擦角和黏聚力的试验平均值。按公式确定地基承载力时,只保证地基强度有足够的安全度,不能满足变形要求,故还应进行地基变形验算。(3) 计算地基极限承载力 建筑地基基础设计规范 ( GB50007- 2002) 中给出了容许塑性区最大深度为基地宽度的1/4 时的临界荷载计算公式,实质属于容许承载力的范畴。 计算地基极限承载力的公式有太沙基( Terzaghi K) 公式、汉森(Hanson) 公式、斯肯普顿( skenpton) 公式等。表4-3 各方法计算公式公式太沙基公式汉森公式容许承载力计算
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