兰州交通大学毕业设计（论文）
饱和软粘土上条形基础的极限承载力pu(kPa)按普朗特尔—雷斯诺(Prandtl—Reissner)极限荷载公式(参见土力学教材)由?＝0，q??2h确定为
pu?5.14Cu??2h 式（1.1）
式中：Cu—软土不排水抗剪强度，可用三轴仪、十字板剪切仪测定，也可取室内无侧限抗压强度qu之半计算；
?2—基底以上土的重度(kN／m3)，地下水位以下为浮重度； h—基础埋置深度(m)。当受水流冲刷时，由一般冲刷线算起。
据此，考虑矩形基础的形状修正系数及水平荷载作用时的影响系数，并考虑必要的安全系数，《公桥基规》提出软土地基容许承载力???(kPa)为
????5.14kpCu??2h 式（1.2）
m式中：m—安全系数1.5～2.5，软土灵敏度高且基础长宽比小者用高值；
kp—基础形状及倾斜荷载的修正系数，属半经验性质的系数，当矩形基础上作用有倾斜荷载时
b??0.4Q?1? kp??1?0.2???l??blCu?b—基础宽度(m)；
??? 式（1.3） ?l—垂直于b边的基础长度(m)，当有偏心荷载时， b与l，b'?b?2eb,l'?l?2eL eb、el分别为荷载在b方向、l方向的偏心矩；
Q—为荷载的水平分力(kN)。 2．根据土的物理性质指标确定
软土大多是饱和的，天然含水量?基本反映了土的孔隙比的大小，当饱和度Sr=l
?G??G(G为土颗粒比重)，e为1时，相应天然含水量w约36％；e为1.5时，e?Sr时，相应w约55％，所以一般情况，地基承载力是与其天然含水量密切相关的，根据统计资料w与软土的容许承载力??0?关系如表1-3所示。
表1-3 软土的容许承载力??0? 天然含水量（%） 36 100 40 90 45 80 50 70 55 60 65 50 75 40 ??0?(kPa) 在基础埋置深度为h(m)的软土地基修正后的容许承载力???可按下式计算： ??????0???2?h?3? 式（1.4） 各符号意义同前，当h<3m时，取h=3m计。
当按式(1.3)或式(1.4)计算软土修正后的容许承载力???时，必须进行地基沉降验算，保证满足基础沉降的要求。
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3．按临塑荷载估算
软土地基承载力，考虑变形因素可按临塑荷载pcr公式估算，以控制沉降在一般建筑物容许范围。条形基础临塑荷载pcr (kPa)计算式为
pcr?NqrD?NcC
饱和软土?u?0,C?Cu时，Nq=1，Nc=?则
pcr?3.14Cu?rD?3.14Cu?r2h 式（1.5） 此式用于矩形基础（空间问题）可认为较用于条形基础（平面问题）偏于安全。我国有些地区和部门，根据该地区软土情况，采用略高于临塑荷载的临界荷载p1／4，即允许基础边缘出现塑性区范围深度不超过基础底宽的1／4。p1／4的计算详见与土力学教材。 4．用原位测试方法确定
由室内试验测定土的物理力学指标(如cu等)常受土被扰动影响使结果不正确；而一般土的承载力理论公式用于软土也会有偏差，因此采用现场原位测试的方法往往能克服以上缺点。软土地基常用的原位测试方法有：根据载荷试验、旁压试验确定地基承载力，以十字板剪切试验测定软粘土不排水抗剪强度换算地基承载力值，按标准贯入试验和静力触探结果用经验公式计算地基承载力等。
对较重要或规模较大的工程，确定软土地基承载力宜综合以上方法，结合当地软土沉积年代，成层情况，下卧层性质等考虑，并注意满足结构物对沉降和稳定的要求。
二、软土地基的沉降计算
软土地基在荷载下沉降变形的主要部分为固结沉降Sc，此外还包括瞬时沉降Sd与次固结沉降Ss，如图1.1所示。软土地基的总沉降量S为Sd、Sc、Ss之和。 1．固结沉降Sc
在荷载作用下，软土地基缓慢地排水固结发生的沉降称为（主）固结沉降，常用的计算
方法如下。
（1）采用e—p曲线计算
ne?eSc??0i1i?hi 式（1.6）
i?11?e0i式中：e0i—未受基础荷载前，软土地基第I 图1.1 软土地基沉降的组成 层土分层中点自重应力作用下稳定时的孔隙比；
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e1i—受基础荷载后，软土地基第i层土分层中点自重应力与附加应力作用下稳定时的稳 定孔隙比；
?hi——土分层厚度，宜为0.5m～1.0m；
（2）采用压缩模量计算
n?p Sc??i?hi 式（1.7）
i?1Esi?pi—第i层土中点的附加应力;
Esi—压缩摸量,应取第i层土分层中点自重应力至自重应力与附加应力之和的压缩
段计算。
(3)采用e—logp曲线计算
软土根据先期固结压力Pc，与上覆土自重应力P0关系，天然土层的固结状态可区分为正常固结状态、超固结状态、欠固结状态。我国海滨平原，内陆平原软土大多属正常固结状态；少数上覆土层经地质剥蚀的软土及软土上的“硬壳”则属超固结状态；江、河入海口处及滨海相沉积(以及部分冲填土)则属欠固结土的。对于欠固结软土，在计算其固结沉降Sc时，必须包括在自重应力作用下继续固结所引起的那一部分沉降，若仍按正常固结的土层计算，所得结果将远小于实际沉降。下面简要介绍考虑先期固结压力的计算公式：
①正常固结、欠固结条件下
n?poi??pi???hi???Sc??C?lg?ci??? 式（1.8） 1?epi?10i?ci???式中：Cci—第i层土中的压缩指数，应取分层中点自重应力至自重应力与附加应力之和的压缩段计算；
pi—第i层土分层中点的自重应力；
pci—先期固结压力，正常固结时pci=poi，欠固结时pci a.对于应力增量?p?pc?po时， n?pci??poi??pi?hi????C?lg?C?lg Sc???si?ci??pcii?11?eoi??poi??b. 对于应力增量?p?pc?po时， n?poi??pi???hi?? Sc???Csi?lg???? 1?epi?1oi?oi???式中：Csi—第i层土中的回弹指数 2．瞬时沉降Sd ????? 式（1.9） ?? 式（1.10） 13 兰州交通大学毕业设计（论文） 瞬时沉降包括土的两种沉降，一种由地基土弹性变形引起；另一部分是由于软土渗透系数低，加荷后初期不能排水固结，因而土体产生剪切变形，此时沉降是由软土侧向剪切变形引起。前一部分可用弹性理论公式计算 (1??2)Sd??bp 式（1.11） Ed式中：p—基础底面平均压力； b—矩形基础的宽度； ?—软土的泊松比，此处?＝0.5 Ed—软土的弹性模量，可用三轴仪不排水试验求； ?—沉降影响系数，与基础形状、计算点位置有关，可自土力学教材中查用。 由于工程设计中地基承载力的采用都限制塑性区的开展，因而由土体初期侧向剪切位移引起的沉降，在总的瞬时沉降中所占比例不大，目前一般不计或略作估算。 对于土体的一维变形情况，瞬时沉降是很小的，特别是当土体饱和时，由于土中水及土颗粒本身的变形可忽略不计，瞬时沉降接近于零。但是，对于土体的二维或三维变形情况，瞬时沉降在地基总沉降量中占有相当大的比例，并且与加荷方式和加荷速率有很大的关系，比如采用一次瞬时加载时产生的瞬时沉降就比采用慢速均匀加载时大得多。 有时也用Sd＝(0.2～0.3)Sc对瞬时沉降进行估算。 3．次固结沉降Ss 长期现场观测表明，在理论计算的固结过程结束后，软土地基因土骨架的蠕动而继续发生长期(长达数年以上)的、缓慢的压缩，称为次固结沉降如图6-2所示。当软土较厚，含高塑性矿物等较多时，对沉降要求严格的建筑物不宜忽视次固结沉降Ss。 Ss可按下式计算： ?t3?Cai?lg?hi （式1.12） ??i?11?e2i?t2?式中：Cai—第i层土的次固结系数，可由在固结压力下试验的e-lgt曲线如图6-2 Ss??n示求取。其值与粒径、矿物成分有关，一般Cai=0.005～0.03； e2i—第i层软土在固结压力下完成排水固结时的孔隙比； t2、t3—完成固结(固结度为100％)时间和计算次固结沉降的时间，t3>t2。 由于对软土的次固结性状仍了解不够，无论对于它的机理、变化规律、影响因素、计算方法和试验测定等都有待进一步深入探讨。 14 兰州交通大学毕业设计（论文） 土地基沉降量S还可以利用观察到的建筑物的若干随时间(t1、t2等)变化的沉降值Stl、St2、St一t关系等，推算该建筑物的后期沉降St及最终沉降S?。常用的推算方法是将实测的沉降一时间(St一t)曲线拟合为指数曲线、双曲线等而用数学方法推算St或 S?。具体详见土力学教材。 综上所述，软土地基的沉降应为 图1.2 次固结沉降 上述三种沉降之和，即S?Sd?Sc?Ss，但是由于瞬时沉降和次固结沉降的计算方法和理论还处于初步阶段，故工程上也常用将一维固结沉降计算的结果乘以一个沉降计算经验的修正系数ms计算 S?msSc （6-12） 在《公桥基规》规定：当软土压缩模量Es＝1.0～4.0MPa时，ms＝1.8~1.1，以提高其计算精度。由于软土地基沉降的复杂性，ms的取值尚待补充完善。 第二章 软土地区铁路路基病害的类型及原因 第一节 路基病害类型 铁路路基病害按表现形式可分为翻浆冒泥、路基下沉、挤出变形、边坡坍方、边坡冲刷、陷穴、滑坡、水侵路基等。 一、翻浆冒泥 路基强度因含水过多而急剧下降，在行车作用下发生裂缝、鼓包、冒泥等现象，称之为翻浆。翻浆冒泥一般易发生于基床土质不符合要求的部位，特别是以细粒土作路基 15