优势硬层理论在地基处理中的应用与研究

      优势硬层理论是我院道桥二分院在长期特殊地基处理设计中，不断摸索、探讨、总结出来的一套理论，它既继承了传统的地基处理的方法，又对传统的地基处理方法在机理、理论上进行了创新。我们提出的优势硬层理论认为，地基处理要抓住优势硬层这一关键因素，针对不同的上部荷载、地质条件、构造物形式，分析影响情况及对地基土的影响深度，采取相应的地基处理措施。
      硬层的作用主要在两个方面。一方面硬层能够将其上部的荷载扩散到较大的面积上去，即起到应力扩散作用，使得其下面的软土层所受的附加应力减小，因此，硬层的厚薄及本身的强度对整个地基的承载力和沉降量是有影响的；另一方面，较好的硬层对流动性较大的软土层还有一个封闭作用，限制了下卧软土向四周挤出及周围软土向旁边鼓起变形的可能性，限制其发生剪切变形，从而提高了下卧软土层的承载能力。
      优势硬层就是在原有路基硬壳层的基础上对其进行强化，强化硬壳层在路基沉降中的作用。根据优势硬层理论，附加应力对于不同的土体其应力扩散是不一样的。在不同的上部荷载作用下，其附加应力不同，同时附加应力影响的深度也不同。图1所示均布荷载中心线下竖向应力分布的比较，图中曲线1(虚线)为均质地基中的附加应力分布图，曲线2为岩层上可压缩土层中的附加应力分布图，而曲线3则表示上层坚硬下层软弱的双层地基中的附加应力分布图。
      应用土力学理论和叠加原理推导了考虑硬层作用下的软土地基临塑荷载计算公式。将硬层视为无限均布荷载 作用与应力扩散后的路堤条形荷载 一起作为外荷载加在软土层上。
      本理论通过有限元法分析了硬层对其下卧软土中竖向附加应力的影响；应用土力学理论和叠加原理推导了考虑硬层作用的软土地基临塑荷载计算公式。根据该理论，延伸发展了一些地基的处理方案，如长短桩的设计、加厚硬壳层、砼芯水泥搅拌桩以及采用钉型桩等，其目的是强化硬壳层的处理，满足地基处理中对承载力、沉降、稳定等的要求。这些方法已成功运用于江苏省的高速公路地基处理设计中，效果显著，效益明显；当然该理论尚需进一步完善，对硬层的应力历史、应力路径要进一步分析，对强化后的硬层其应力本构模型也需进行试验确定。应力、应变及沉降计算等方面也需不断地完善。