软土地基加固毕业设计

大学毕业设计1第1章绪论11研究软土地基处理的意义随着国民经济的快速发展，高速发展的社会使得人们时间观念愈来愈强烈，这就要求能在较短的时间内到达目的地。因此，大量建设客运专线是必然的趋势。高速行驶的客运列车目标是“高速、舒适、安全”，这也对路基的要求愈来愈严格，不仅要求路堤的稳定，更重要的是对工后沉降有严格的要求和标准。因此，需要我们对工后不均匀沉降量严格控制。从全国范围来看。经济发达的城市主要分布在我国东南沿海、长江三角洲以及平原地区，这些地区大部分分布着含水量高、压缩性大、强度低、透水性差、覆盖层厚、埋深浅的弱土层。在路堤荷载作用下，软土路基很容易发生承载力不足、沉降量大、不均匀沉降大和固结完成时间长等问题。因此，在软土路基上修建高速铁路，需要解决的关键问题是路基的稳定性分析和沉降计算。稳定性分析是路基设计中的重要内容，只有满足路堤稳定条件才能进行路堤的沉降计算。但从以往工程实践来看，路堤稳定条件相对容易满足。因此，如何减小工后沉降，如何及时调整工后沉降，是软土路基建设需要重视的问题。12国内外研究现状121国外研究现状世界上第一条铁路于1825年诞生于英国,至今已有180多年。在那以前地面的交通运输工具主要就是马车。与马车相比,火车运量大,速度快,具有明显优越性,因而得到迅速发展。19世纪末到二十世纪初是铁路大发展的时期。作为一种新兴的运输方式，铁路运输具有集中，大宗，便捷，安全，全天候的优势，对于西方资本主义经济的发展是功不可没的。随着经济的迅速发展，科技的不断提高，传统铁路已不能满足社会发展的需求。20世纪60年代以来，高速铁路在世界发达国家崛起。百年铁路重振雄风，传统铁路再展新姿。铁路发展进入了一个崭新的阶段。高速铁路的蓬勃发展，在世界范围内引发了一场深刻的交通革命。高速铁路因为具有安全性高，能耗少，效益好等一系列技术经济优势而发展迅速，但也有许多问题是不容我们忽视的，地基加固便是其中的一个重要方面。现代大学毕业设计2铁路修筑经验表明，作为支乘路基的地基不允许发生基底破坏，也不允许发生过大的工后沉降和沉降速率。以往的铁路设计标准，只考虑对基底强度作要求，即不允许发生基底破坏，而对其变形的要求没有给予重视。日本东海道新干线建成后，由于软土地基沉降造成轨道状态不良，不能达到设计速度和运量的要求。在吸取了东海道新干线经验教训后，日本对支乘高速铁路路基的地基提出了强度要求。对不符合强度要求的地基要采取加固或减少工后沉降的措施。许多国家对路堤（尤其是低路堤）的基底相应提出了强度和土质的要求。不符合要求者均要采取措施进行加固处理。前联邦德国在地基条件差的地方修建新线路基时，采取了各种加固措施，如振动捣固，混凝土喷浆，化学加固，砂浆或排水管构筑，土层加固，更换土层等。122国内研究现状我国铁路长期以来一直是各种运输方式的骨干。直到20世纪50年代初期，铁路运输还是卖方市场，买票难，乘车难。90年代以来，各地纷纷建设高速公路，几乎所有的高速公路都与铁路平行，民航事业也飞快发展，铁路事业一度陷入低谷。究其原因，铁路速度太慢是原因之一。1995年，铁道部领导决定，在既有线上在不做大的改造的条件下进行普遍提速，并逐步发展建设高速铁路。自从20世纪60年代，世界上第一条高速铁路开通运营以来，世界上已有近10个国家的31万多KM各种类型的高速铁路投入运营。多数国家的高速铁路都取得了良好的社会和经济效益。在铁路运输业，尤其是客运业很不景气的时候，给新兴铁路注入了一剂强心针。我国更是提出了建设京沪高速铁路的计划。京沪高速铁路沿线地区包括北京，上海，天津三个直辖市以及河北，山东，安徽，江苏等省份，沿线地形复杂，地基加固便显得尤其重要。我国铁路路基主要病害是路基下沉。除因填土压实度不足造成外，还有不少是因基底变形所致的。对支乘高速铁路路基的地基来说，除了强度要求外，还有变形条件要求。此外，即使发生地震，也不致发生破坏和下沉。为确保上部轨道结构的平衡性，减少养护维修工作量，高速铁路必须严格控制沉降变形。因此，对地基的要求相应较高。根据日本，法国及德国的经验，满足高速铁路的轨道平顺性，除要严格控制路基的均匀沉降外，不均匀沉降更为关键。路基与桥台及路基与横向结构物过渡段地层变化较大处和不同地基处理措施连接处，是不均匀沉降容易产生的常见部位。故在地基处理和路堤设计中应采取逐渐过渡的方法，减少不均匀沉降，以满足轨道平顺性要求。建国以来，我国在地基工程的建设上取得了难能可贵的成绩，特别是对特殊土大学毕业设计3地基，以及各种复杂地形，地质，气候条件下的地基。无论在科研，工程实践水平，测试技术上都有很大发展和提高，积累了丰富的经验。随着我国高速铁路，重载铁路和大运量铁路的兴建，对铁路地基工程的质量和标准提出了新的要求。虽然过去50年来地基工程取得了很大成绩，但为了适应上述要求，还存在着一些必须重视，急待解决的问题。首先是地基施工必须满足技术标准要求的问题，尤其是基床直接受动荷载和季节循环的影响，并与轨道结构相互作用。没有稳定可靠的基床，轨道强度再高，也不能适应运量增长的要求。所以，在施工时就要严格把关，对基床土质和密度加强检测，健全施工管理制度。地基质量问题已逐渐被人们认识和重视，根据运输发展的紧张趋势，提高客货列车速度和增大运量，已成为提高运输质量的主要目标。因此。只有保证施工质量，才能改变地基在铁路工程结构中历来是最薄弱环节的现状。其次，应继续组织地基科研工作，如抗滑支挡工程中，黏性土抗滑桩中桩上荷载的研究；软土地基加固措施及设计计算方法的研究，运筹管理原则在施工中的应用；养护工作中处理基床病害的新材料，新技术的开发等。13设计的主要内容对客运专线软土路基设计横断面；对软弱土层进行加固地基处理，提出相应的方案，并比较选取合理经济的地基处理方案。本文主要采用水泥搅拌桩处理地基，对处理后地基进行稳定性检算；应用固结理论进行沉降计算，并对工后沉降进行分析。大学毕业设计4第2章软土的性质21软土的概念软土是第四纪后期地表流水所形成的沉积物质，多数分布于海滨、湖滨、河流沿岸等地势比较低洼地带，地表终年潮湿或积水。所以地表往往生长有大量芦苇、塔头草、小叶樟等喜水性植物，由于这些植物的生长和死亡，使软土中含有较多的腐殖质和有机物。我省主要分布于三江平原和松嫩平原腹地。另外在其它地区有零星分布，三江平原软土属泥沼型，而其它地区主要属软土型。软土由于厚度不同，其对工程的影响也不同。软土多分布于沼泽化湿地地带，而泥沼多分布于沼泽地区，软土的形成时间晚于泥沼形成时间。所谓软土,是指强度低，压缩性较高的软弱土层。多数含有一定的有机物质。由于软土强度低，沉隐量大，往往给道路工程带来很大的危害，如处理不当，会给公路的施工和使用造成很大影响。软土根据特征，可划分为软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土及泥炭五种类型。路基中常见的软土，一般是指处于软朔或者流朔状态下的粘性土。其特点是天然含水量大、孔隙比大、压缩系数高、强度低，并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质，工程地质条件较差。选用软土作为路基应用，必须提采取出切实可行的技术措施。22软土的主要特征1含水量高淤泥和淤泥质土的含水量多为5070，液限一般为4060，天然含水量随液限的增大而增加。2孔隙比大天然软土的孔隙比往往要比同一垂直压力下的重塑土的孔隙比高出0204。3渗透性小其渗透系数值一般在11041108CM/S之间。而大部分淤泥和淤泥质土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉砂、细粉、粉土等，故在垂直方向的渗透性比水平方向要小。4压缩性高淤泥和淤泥质土的压缩系数21，一般为0715MPA1，最大达45MPA1，且随着土的液限和天然含水量的增大而增高。5抗剪强度低软土的抗剪强度与加荷速度及排水固结条件密切相关。不排水三轴快剪所得抗剪强度值很小，且与其侧压力大小无关，即其内摩擦角为零，粘聚大学毕业设计5力一般都小于20KPA；直剪快剪内摩擦角一般为25，粘聚力为1015KPA；排水条件下的抗剪强度随固结度的增大而增大，固结快剪的内摩擦角可达812，粘聚力为20KPA左右。6触变性由于软土的结构性在其强度的形成中占据相当重要的地位，所以触变性也是软土的一个突出特点。软土的触变性是指土体强度因受扰动而降低，又因静置而增长的特性。软土中因打桩扰动引起孔隙压力增加，随后因孔隙压力消散而引起地面沉降和负摩擦的问题早就有人研究过。曾有文献报道了打桩后，软土的十字板强度平均降低6KPA。这些现象充分说明保护天然软粘土结构性具有重要意义。23主要软土地基处理方法简介目前，国内外工程中软土地基处理方法主要包括密实法、换土垫层法、复合地基法、加筋法和灌浆法，其中密实法包括堆载预压法、真空预压法、降水法、电渗法、静力碾压法、振动碾压法、重锤夯实法、强夯法；换土垫层法又称置换法，包括粗粒填土垫层、细粒填土垫层；复合地基法包括挤密碎石桩、干振碎石桩、砂桩、渣土桩、石灰桩、水泥土桩、CFG桩、素混凝土桩；加筋法包括土工织物、加筋土；灌浆法包括压力灌浆法等。砂井是利用各种打桩机具击人钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼并灌人中、粗砂形成砂柱。由于这种砂井在饱和软粘土中起排水通道的作用，又称排水砂井。砂井顶面应铺设垫层，以构成完整的地基排水系统。砂井适用于软土层厚度大于5M的软基处理。最大有效处理深度18M。比较常用的是袋装沙井。水泥搅拌桩是一种经济、有效的软土地基处理方法，专用的粉喷射搅拌机，将水泥用压缩空气喷入软弱地基深部，凭借搅拌机的旋转叶片与原状土强制混合，吸收周围水分，粉体与土体经过一系列的物理化学反应形成具有整体性、稳定性及相当强度的加固柱体。并与桩间土共同作用形成复合地基，降低了桩周围土的含水量，提高了强度，从而起到了加固地基的作用。深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，经过一系列物理化学作用生成一种特殊的具有较高强度、较好变形特征和水稳性的混合柱状体，它对提高软土地基承载能力、减少地基的沉降量具有明显的效果。CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）是指用振冲、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后，将水泥、粉煤灰、碎石、石屑（砂）加水拌和形成的混合料灌注压入已成的孔中，形成较大直径的桩体，从而与周围软土形成复合地基，它是近年来新开发的一种地基处理技术。大学毕业设计6第3章天然地基的沉降计算31沉降理论软土路基沉降量是由固结沉降SC和侧向变形引起的瞬时沉降SD组成。固结沉降是指饱和与接近饱和的粘性土在基础荷载作用下，随着超静孔隙水压力的消散，土骨架产生变形所造成的沉降（固结压密）。固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率，因此，本设计不考虑次固结沉降。瞬时沉降是指加载后地基瞬时发生的沉降。因此软土路基总沉降量可表示为CDSSS。其中固结沉降量SC，可按单向压缩分层总和法计算，如式（31）所示（31）式中，0IE地基中各分层的天然孔隙比；1IE受荷载后各分层的稳定孔隙比；IH各分层的厚度32地基土分层根据地基情况，地基以下15M厚的软土，可分为分别为3M厚的五层，砂土层6M，可分为3M厚的两层。33计算土的附加应力路堤高度取58M，边坡坡度1175，路堤顶宽为138M。双线铁路换算土柱时，根据铁路特殊路基设计规范中的双线路基地基沉降计算时，列车荷载可按单线有荷计算和查参考文献5表34，取换算土柱高28M，宽34M。IIIICHEEES0101大学毕业设计70P2BDEOBMH0图31路堤基底面附加应力计算图在计算作用在路堤底面上的路堤荷载和列车与轨道荷载时，是将路堤和作用在路基面上的列车与轨道荷载以一无限长、条形三角棱体和三角形棱体顶点加一竖向的集中荷载来表示，如图31所示。集中荷载0P可由单位延米长路堤上列车与轨道荷载减去路堤顶面待填充的三角形土重得出，如式（32）所示。（32）式中，P列车与轨道荷载（KN）；B路基面宽之半（M）；M路堤边坡坡率；路堤填料容重（KN/M3）。代入数据得201969193428336020175PKN当00P时，则令PP019342818088KN/M即假定计算图形是由有重量的路堤本体和无重量的虚拟三角棱体以及连续集中荷载PP0所组成。按照弹性理论，集中荷载0P传到地基顶面时在路堤中心线处的垂直应力分量表达式为1200MMHPZ（33）MRBPP20大学毕业设计8式中，0H三角形高（M）；0HB/M69/175394M，00HHH974M，ARCTAN175105（RAD）路堤自重在路堤中心线的应力ZRH。因此，地基顶面中心线处的垂直应力为218088195811381759741051751ZZP2KN/M表31中轴线上地基中各点附加应力Z的计算34计算各分层沉降及总沉降量沉降计算时，通过计算出的应力，查文献1图EP曲线可得孔隙比，然后计算沉降量。未作处理的沉降计算如表32所示。分层深度A/ZB/ZI附加应力自重应力Z（M）ZBZIP335232049709941131252561751152047009401069710591170772043408689878157512088058203930786894521015070462036507308307262518058038203250650739731652105003320293058666693705大学毕业设计9表32未处理地基沉降计算表则CISS190853918318437183370CM侧向变形引起的沉降量计算查文献2得E3000KPA，04，Q1138KPA1755869119822ABB15131125ZB查文献2图344得F065D113811250652773CM3000QBSFE总沉降SCD337027736143CMSS工后沉降SCVR1SU145CM深度Z（M）分层厚0H（CM）自重应力IP（KPA）平均自重应力0P（KPA）附加应力Z（KPA）平均附加应力Z（KPA）平均总应力0P（KPA）孔隙比2E孔隙比1E沉降量IS（CM）0300026251138011346139710620731908352511312300787511005188806406753961051069730015375102882566306306418391575987830018375941227787062063184122108945300236258626322510600623715262583073002895785236802060061181831657397大学毕业设计10UC525CH第4章软土地基处理41计算软土路堤的极限高度在天然的软土地基土，采用快速施工方法修筑一般断面的路堤，所能填筑的高度称为软土路堤的极限高度（极限高度）。路堤在此高度内地基可不作加固处理。当设计陆地的填筑高度大于极限高度时，软土路堤的修筑必须作特殊处理。设计临界高度和填筑临界高度的高差由列车和轨道荷载形成，其值约在2M上下，因此，为使计算简便起见，临界高度计算常按填筑临界高度形式进行，而后将计算值减去23M为设计临界高度。根据勘察资料可知该路段软土15M，地基为均质厚层软土地基，所以路堤极限高度为41式中CH路堤极限高度（M）；UC软土的快剪粘聚力（KPA）；填土的容重（KN/M3）；CH552101929M设计临界高度和填筑临界高度的高差由列车和轨道荷载形成，其值约在2M上下，所以设计临界高度约在09M左右。路堤的填筑高度大于极限高度，所以需要进行地基处理。根据本设计中地质勘查资料，软土的特性及高压旋喷桩的优点选用水泥土搅拌桩进行地基加固。42水泥搅拌桩处理软土地基421水泥搅拌桩加固原理水泥搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理和化学反应，使软土硬结成具有整体、水稳性和大学毕业设计11一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥搅拌桩和粉体喷射搅拌两种。水泥搅拌桩是水泥浆与地基土搅拌。422水泥土搅拌法加固软土技术具有以下特点1水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了原土；2搅拌时不会使地基侧向挤出，所以对周围原有建筑物的影响很小；3按照不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活；4施工时无振动、无噪音、无污染，可在市区内和密集建筑群中进行施工；5土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；6与钢筋混凝土桩基相比，可节省大量钢材，从而降低工程造价；7根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式。423水泥搅拌桩的设计计算水泥搅拌桩的设计计算步骤首先根据场地工程地质条件确定单桩竖向承载力，再根据复合地基承载力的要求，确定置换率、桩数，然后布桩，最后进行必要的验算。计算内容为复合地基承载力的验算、下卧层的强度验算、地基的沉降变形验算三个部分。1确定单桩竖向承载力单桩竖向承载力标准值按公式11计算得到，两者取小值。DKCU,KPRFA（42）_DKPPPSRQULAQ（43）式中，DKR搅拌桩单桩竖向承载力设计值（KN）；CU,KF与桩身加固土配合比相同的室内加固土试块（边长为707MM或50MM立方体）的无侧限抗压强度平均值（KPA），在本设计中，水泥掺入量15，90D龄期CU,KF2000KPA；强度折减系数，可取03505；PA桩的截面积（2M），设计中取桩直径05DM；_SQ桩周土的平均摩擦力，对淤泥可取58KPA；对淤泥质土可取812KPA；大学毕业设计12对粘性土可取1215KPA；PU桩的周长；L搅拌桩长度；PQ桩端天然地基土的承载力标准值；桩端天然地基承载力折减系数，可取0406。参数的选取FCU,K2000KPA1，05，_SQ10KPA，PU157M，L15M，05经计算得DKCU,KPRFA0520000196196KN_DKPPPS101571505019618025314RQULAQKN因此，取DKR196KN。2水泥搅拌桩复合地基设计计算地基所需承载力PQ12225KPA所以复合地基承载力标准值取为150KPA3。水泥搅拌桩复合地基承载力标准值可通过式计算。DKSP,KS,KP1MRFMFA（44）式中，SP,KF复合地基承载力标准值（KPA）；M面积置换率；PA桩的截面积（2M）；S,KF桩间天然地基土承载力标准值（KPA）；桩间土承载力折减系数，当桩端为软土时，可取0510；当桩端土为硬土时，可取0104；DKR搅拌桩单桩竖向承载力设计值（KN）。式中，单桩竖向承载力标准值DKR2254KN，复合地基承载力标准值SP,KF150KPA，桩间天然地基土承载力标准值取为S,KF70KPA，同时，考虑到水泥搅拌桩复合地基的变形协调，引起桩间土承载力折减系数，设计中取为05，因此，搅拌桩的面积置换率为SP,KS,KDKSKP012FFMRFA（45）复合地基承载力DKSP,KS,KP1151KPA150KPAMRFMFA大学毕业设计13说明水泥搅拌桩复合地基承载力满足要求。3由于水泥搅拌桩贯穿整个软弱地层，因此，不需对地基下卧层做强度检算，而地基沉降变形在后面设计中将做详细计算，在此不进行验算。4确定桩数并布桩水泥搅拌桩桩数由公式计算确定（46）式中，N为桩数；A为上部结构基础底面积（2M）。经计算得（每100M）布桩数量采用桩间距12M可满足要求。最终施工参数确定为桩径（直径）05M；桩长15M；间距排距13M13M；每排桩数28根。具体布置见附录B1。424施工过程1桩机就位。将搅拌桩机安装完毕后，开机移至搅拌桩桩位，支垫稳钻机机身，使设备保持水平，钻杆及钻杆导向架保持垂直，钻头垂直对准桩位，启动电机。2预搅下沉。启动搅拌桩机电机，待搅拌机钻头转速正常后，使搅拌机钻杆沿导向架边旋转搅拌土层边下沉，直至设计深度。3制备水泥浆液。在启动搅拌机时，开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，并通过筛网过滤残渣，后将水泥浆放人存浆池或罐，并不间断搅拌待压浆备用。4喷浆搅拌提升。开动水泥浆泵将水泥浆液通过搅拌钻机泵入被搅动过的土层中，同时将搅拌桩机按规定速度提升，边提升、边喷浆、边搅拌，使水泥浆与土体充分拌和，直至地面以下05M。5重复上、下搅拌。按照设计及试桩要求，按照6搅4喷或6搅6喷施工工艺，再次将搅拌机钻头边旋转边沉入土层，至设计深度后，再将钻头提升至地面，重复上、下搅拌及喷浆，达到工艺要求的遍数，搅拌桩制成。6桩机移位。搅拌桩机移位后，重复以上步骤，再次进行下一根桩的施工。PAMAN根21772501436351001202N大学毕业设计14第5章路基稳定性检算51概述由于软土地基松软，在软土地区修筑路堤，可能会产生各种破坏现象，如施工期发生路堤开裂、坍滑；施工及运营期间出现长期不断的路堤下沉，或突然大量的下降、滑移等现象。这些现象中最严重的是路堤整体坍滑，滑弧切入地基软弱土层之中，因此，软土地基路堤的稳定分析是设计工作中的一项重要内容。当地基承受荷载后，地基内部将产生应力和变形。土体受力后引起的变形分为体积变形和形状变形。体积变形主要是正应力导致土体体积缩小压实，不会引起土体的破坏。而形状变形将由剪力引起土体侧向变形和隆起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏，变形将不断的发展，最终导致路堤边坡的失稳，造成整个路堤的毁坏。决定软土地基稳定的因素是多方面的，它不仅取决于路堤的断面形式、填土高度、加荷速率、地基土性质，而且与软土成因类型、地层成层情况等有关。软土地基稳定分析的方法较多，由于均质软土路基的滑动多呈弧形滑面，一般当路堤的填料为黏性土或含有30以上的细粒土时多采用圆弧法进行检算。圆弧滑动面法在路堤中应用最多的是条分法和毕肖普法。52条分法原理瑞典条分法是条分法中最简单最古老的一种，该法假定滑动面是一个圆弧面，并认为条块间的作用力对边坡的整体稳定性影响不大，可以忽略，或者说，假定两条块间的作用力大小相等，方向相反且作用于同一直线上。条分法的具体做法是，是把滑动面以上的土体，分为许多竖直条为了保证检算的精度，土体宽度应不大于24M。在分条确定后，便可按各分条的断面面积，以纵向延长为1M求体积，再根据已知路基土的容重求个分条重量QI。做通过重心的垂线和圆弧相交，求焦点且限于水平线的夹角AI，便可计算出土条在该滑弧面的发向分力NI，和切向分力TI以及划弧面段土的计算指标FI和CI，取圆弧面段的长度LI，则抗滑力为TANIIIINCL。将各土条上的抗滑力与下滑力分别乘以对滑动圆心的力臂R，可得表示滑动面上土体稳定的稳定安全系数K大学毕业设计15NINNIIIIRTLRCRNK111TAN（51）消去式中分子和分母内的R，便得NINNIIIITLCNK111TAN（52）当通过圆心的铅垂线把圆弧分为两段时，在圆心垂线外侧部分的滑弧面上，其土条的切向分力和半径R相乘形成的力矩，因切向分力的作用方向于滑动方向相反而成为抗滑力矩。所以在符合上述情况时，式（41）应该写成以下形式（53）式中，NN切向分力为负值的各条分号；IT圆心垂线外侧分条的切向分力。53滑动面圆心辅助线的确定确定滑动面圆心辅助线的常用方法有45H法和36法1。145H法由坡脚A向下引竖线，在竖线上截取高度H（H为路堤高度）得B点；自B点向右引水平线，在水平线上截取45H，得C点；连接边坡坡脚A和顶点D，求得AD的斜率01/IM，根据此值查表得1和2值。由A点作与AD成1角的直线，再与D点作水平线成2角的直线，两线相交得F点；连接C、F即得圆心辅助线。如图（51）所示。236法由荷载换算土柱高顶点做与水平线成36角的线，即得圆心辅助线。本设计中采用45H法作滑动面圆心辅助线。111TANNINNINNIIIITTLCNK大学毕业设计16图5145H法危险圆心轨迹线54滑动面计算点的确定在CO延长线上找若干点，作为滑动圆心，画出坡脚圆，试算K值，找出K值较小的E点，于E点画CO延长线的垂线，再于此垂线上找若干点作为滑动圆心，试算K值，直至找出K值最小的O点，则O点即最危险滑动圆弧的滑动圆心。在CO上找一点进行试算。55稳定系数计算551参数的选取计算段路堤填土高度58M，填土容重19KN/3M，换算土柱容重19KN/3M粘聚力24KPA，摩擦角22，换算土柱宽度34M，高度28M，基床表层和基床底层填土容重在实际工程中是不同的，设计计算中统一按19KN/M3计算。桩间土抗剪强度10KPA，桩体抗剪强度800KPA，复合地基置换率012。552稳定系数计算大学毕业设计17对于软土加固区，复合地基加固区复合土体的抗剪强度C可用下式表示PSC1MM54式中S桩间土抗剪强度；P桩体抗剪强度；M复合地基置换率。上述加固区抗剪力计算中P为加固区内桩体的抗剪强度，以总强度表示，规范中是加固土桩，去试验路段加固土桩的原状试件侧蚀无侧限抗压强度，按其无侧限抗压强度UQ的1/21/3计算。则P2000051000KPAP20001/3667KPAP取800KPA计算PSC1MM1012100128001048KPA表51稳定检算（条分法）数据表分条号分条面积M分条重量IQKN/M倾角函数下滑力TIKN/M抗滑力（KN/M）SINCOSIQSINIQSINTANIQCOSIILCIL1050856448007007159930302582790132930540844266591331003121051703029096351054074115314898364006100893683951490215278320140993013263056169026795206703509493782777271726314163422056083175923102181452710420906707418151802795059537454807107067711268010858163076420090044146761854753248927039736115805其中，抗滑力分为三部分计算大学毕业设计18111TANNIIINNINNIIIITLTLCNK第一部分路11TANNNIIIINCLTAN2271752465218547KN软土非加固区11TANNNIIIINCLTAN2460866371162114898102762962362125212KN软土加固区IL1048251265296172121115805KN代入下列公式得92703973611580531011553248K满足稳定性要求。大学毕业设计19用上述方法计算，需要经过多次试算才能达到目的。目前，已可用电子计算机迅速地找出滑动圆心。以下为软件计算计算最危险滑动面过程图52软件参数界面示意图稳定计算参数加固土桩布置形式等边三角形加固土桩间距2000M加固土桩的长度15000M加固土桩桩土应力比10000加固土桩直径05000M加固土桩的抗剪强度80000KPA加固土桩布置起始坐标1000M加固土桩布置宽度36000M稳定计算方法总应力法瑞典条分法稳定计算目标自动搜索最危险滑裂面条分法的土条宽度2000M搜索时的圆心步长1000M，大学毕业设计20搜索时的半径步长0500M经过计算可得圆心为348，1160，半径为1159时，稳定系数最小，此时的滑动圆弧面为最危险滑弧面。路堤稳定检算（条分法）数据表和最危险滑动圆弧示意图见附录B2。1725373727012519974K本设计中稳定性检算只计算路堤施工期的稳定安全系数，不考虑运营荷载的影响，稳定安全系数F115125。所以水泥土搅拌桩加固后，满足稳定性要求。111TANNINNINNIIIITTLCNK大学毕业设计21第6章复合地基沉降计算在各类实用计算方法中，通常把复合地基沉降量分为两部分复合地基加固区压缩量和下卧层压缩量，由于本设计中水泥搅拌桩贯穿于整个软弱层，桩端与中粗砂层接触，下卧层压缩量不必计算11，即只计算复合地基加固区的压缩量即可。61复合模量法计算理论复合模量法是将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合土体，采用复合压缩模量CSE来评价复合土体的压缩性，并采用分层总和法计算加固区土层压缩量。在复合模量法中，将加固区土层分成N层，每层复合土体的复合压缩模量为CSIE，加固区土层压缩量S2的表达式为（61）式中，IP第I层复合土的平均附加应力；IH第I层复合土层的厚度。竖向增强体复合地基复合土压缩模量CSE采用面积加权平均法8计算，即CSPSSS1EMEME（62）式中，PSE桩体压缩模量；SSE桩间土压缩模量；M复合地基置换率。62加固处理后的沉降计算根据复合模量法计算理论，计算复合地基的沉降量。查文献9，亚粘土SSE25MPA，软土SSE17MPA，粘土的SSE45MPA，PSE100，FCU,K1002000KPA200MPA。水泥搅拌桩加固后的复合地基的有效计算深度和分层与未处理时的一样，而平均附加应力及桩体置换率采用前面的计算结果。INCSIIHEPS1大学毕业设计22表61复合地基沉降计算表深度Z（M）土层厚度IH（CM）平均附加应力IP（KPA）桩体置换率M桩体压缩模量PSIE（MPA）桩间土压缩模量SSIE（MPA）复合地基压缩模量CSIE（MPA）沉降量IS（CM）3300113460122003266412863001100501220032664124930010288012200326641161230094120122003266410615300862601220032664097处理后总沉降S128124116106097571CM63土层压缩沉降计算本设计取VC3310CM/S，H750CM，工期为3VV2231033024360000415750CTTH2V4R281267TUE土层沉降量S1URS152CM。64工后沉降量S工SS1419CM计算结果表明，软土地基经水泥搅拌桩加固处理后，其沉降量大大减少，说明水泥搅拌桩处理软土地基是一种非常有效的方法。65路基工后沉降651工后沉降产生的原因路基工后沉降是指路基在修筑完成后，到开通运营时路基所发生的沉降量。路基的工后沉降应能满足一定的要求，对于高速客运专线来说，工后沉降不大于5CM。路基工后沉降的影响因素主要有荷载因素，包括路堤高度及填土容重，填土大学毕业设计23施工速率；地基承载力因素，包括软土的强度及渗透固结性质，地基处理类型对地基土性质的改变，软土层厚度及位置，硬壳层的应力扩散作用；填土方式及施工时间。6511荷载对工后沉降的影响随着路堤荷载的增加，地基的固结沉降增加，同时地基内产生的剪应力相应增加，这就使瞬时沉降有所增大。而且随着荷载的增加，在软弱层中的塑性变形区有增大的趋势，软土水平向的塑性挤出致使地基总沉降量增大。6512填土施工速率对沉降的影响填土速度较快时，地基土强度来不及增长，所以将产生较大的剪切变形，从这一意义上说，沉降随填土速率的增长而呈增长趋势。6513地基条件对沉降及工后沉降的影响地基条件是指地基的软弱程度，当地基较软时，比如软土地基，其含水量，孔隙率都较高，压缩模量较低，其沉降及工后沉降都较大，而当构筑物建在较硬地层上，比如岩石或硬壳层，其各个指标都比较良好，沉降量就会很小。6514地基处理方法对沉降及工后沉降的影响软土地基处理可以改善软土的工程性质，提高承载能力，所以不同的处理方法对沉降有不同程度的影响，在这里将软基处理方法分成以下三种类型进行分析1水泥搅拌桩处理地基水泥搅拌桩与地基土共同构成复合地基，由于水泥搅拌桩的应力集中作用，分担了地基土承受的荷载，限制了软土的侧向变形。水泥搅拌桩在凝结固化过程中，吸收了周围地基的水分，加速了地基土的固结。因此，水泥搅拌桩处理软土地基其沉降和工后沉降较小。2袋装砂井处理地基袋装砂井处理地基时，在地基中形成良好的排水通道，加速了固结，在填土过程中，地基土抗剪强度增长较快，可以在一定程度上降低瞬时沉降，降低工后沉降。3对地基不作处理不采取地基处理的软土地基，固结速率较慢，在填土过程中，荷载在地基中产生的剪应力致使地基产生较大的瞬时沉降和塑性变形，这种影响在低荷载下尚不明显，填土越高，影响越明显。三者相比，不处理袋装砂井处理水泥搅拌桩处理，其沉降和工后沉降值依次递减。大学毕业设计24652减少工后沉降的措施1超载预压是减少工后沉降的有效方法，这种处理方法是在施工期间在地基上方施加一个比永久荷载大的暂时荷载，是地基在一定时间内产生比永久荷载条件下大的沉降，这样就增加了施工期间的地基沉降量，从而减少了工后沉降。对于天然地基及砂井处理地基，应尽可能采用超载或等载预压形式。2工程实践证明，在施工过程中，增加路基下地基软土的排水路径，增加其固结度，同样可有效增加地基施工期间的固结度，增加施工期间的沉降，从而减少工后沉降。在具体施工中，增加排水路径的具体做法主要有在经济条件允许的条件下，尽量增加砂井或袋装砂井的长度，同时适当减小间距，使路基下部土层在施工期间充分排水；在其它排水措施的基础上设置塑料排水板，加速地基土孔隙水排出。3分级加载即将全部荷载分级加在低级上，这样可以使地基土充分固结，排除孔隙水，压缩土中孔隙，使地基土的工期沉降量增加，进而减少工后沉降。分级加载的分级方法，一般结合具体工程单独确定，有时也根据工程经验确定大学毕业设计25第7章路基施工71概述深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械在地基深部就地将软土和固化剂强制拌和，使软土硬结而提高地基强度。这种方法适用于处理软土，效果显著，处理后可很快投入使用。如何有效地控制深层水泥搅拌桩的成桩质量，确保软基处理的效果是我们在工程实践中需要不断探索和完善的一项重要课题。72施工过程控制721试桩（1）深层搅拌水泥桩适用于处理淤泥、淤泥质土、泥炭土和粉土。当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时，应通过试验确定其适用性。冬季施工时应注意低温对处理效果的影响。（2）深层搅拌桩施工是藉搅拌头将水泥浆和软土强制拌和，搅拌次数越多，拌和越均匀，水泥土的强度也超高。但是搅拌次数越多，施工时间也越长，工效也越低。试桩的目的是为了寻求最佳的搅拌次数、确定水泥浆的水灰比、泵送时间、泵送压力、搅拌机提升速度、下钻速度以及复搅深度等参数，以指导下一步水泥搅拌桩的大规模施工。（3）每个标段的试桩不少于5根，且必须待试桩成功后方可进行水泥搅拌桩的正式施工。试桩检验可采取7D后直接开挖取出，或至少14D后取芯，以检验水泥搅拌桩的搅拌均匀程度和水泥土强度。722施工准备（1）深层搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍物包括大块石、树根和生活垃圾等。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。（2）水泥搅拌桩应采用合格的R325级普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。使用前，应将水泥的样品送中心试验室或现场监理工程师指定的试验室检验。（3）水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水大学毕业设计26泥浆用量及喷浆均匀程度。现场监理工程师每天收集电脑记录一次。（4）水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应由现场监理工程师和施工项目部有关部门组织检查验收合格后方可开钻。723施工工艺流程桩位放样钻机就位检验、调整钻机正循环钻进至设计深度打开高压注浆泵反循环提钻并喷水泥浆至工作基准面以下03M位置重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度反循环提钻至地表成桩结束施工下一根桩。724设计参数及要求（1）水泥掺入比12；（2）室内配合比设计7D无侧限抗压强度QU08MPA，28D无侧限抗压强度QU16MPA，90D无侧限抗压强度QU24MPA；（3）现场质量检测28D取芯强度R2808MPA，90D取芯强度R9012MPA，单桩承载力210KPA，复合地基承载力170KPA。725施工控制（1）项目经理部指派专人负责水泥MPA桩的施工，全过程旁站水泥搅拌桩的施工过程。所有施工机械均应编号，应将现场技术员、钻机长、现场负责人、水泥搅拌桩桩长、桩距等制成标牌悬挂于钻机明显处，确保人员到位，责任到人。（2）水泥搅拌桩开钻之前，应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。（3）为保证水泥搅拌桩桩体垂直度满足规范要求，在主机上悬挂一吊锤，通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。（4）每根成型的搅拌桩质量检查重点是水泥用量、水泥浆拌制的罐数、压浆过程中是否有断浆现象、喷浆搅拌提升时间以及复搅次数。（5）为了确保桩体每米掺合量以及水泥浆用量达到设计要求，每台机械均应大学毕业设计27配备电脑记录仪。同时现场应配备水泥浆比重测定仪，以备监理工程师和项目经理部质检人员随时抽查检验水泥浆水灰比是否满足设计要求。（6）水泥搅拌配合比水灰比045050、水泥掺量12、每米掺灰量4625KG、高效减水剂05。（7）水泥搅拌桩施工采用二喷四搅工艺。第一次下钻时为避免堵管可带浆下钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻。第一次下钻和提钻时一律采用低档操作，复搅时可提高一个档位。每根桩的正常成桩时间应不少于40分钟，喷浆压力不小于04MPA。（8）为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30秒，进行磨桩端，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30秒。（9）施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50KG。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。（10）施工中发现喷浆量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障等原因而喷浆中断时，应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100CM，超过12小时应采取补桩措施。（11）现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括施工桩号、施工日期、天气情况；喷浆深度、停浆标高；灰浆泵压力、管道压力；钻机转速；钻进速度、提升速度；浆液流量；每米喷浆量和外掺剂用量；复搅深度。726质量检验7261桩身质量检验方法（1）水泥搅拌桩成桩7D可采用轻便触探法进行桩身质量检验。检验搅拌均匀性大学毕业设计28用轻便触探器中附带的勺钻，在搅拌桩身中心钻孔，取出桩芯，观察其颜色是否一致，是否存在水泥浆富集的“结核”或未被搅匀的土团。触探试验根据现有的轻便触探击数N10与水泥土强度对比关系来看，当桩身1D龄期的击数N10大于15击时，桩身强度已能满足设计要求；或者7D龄期的击数N10大于30击时，桩身强度也能达到设计要求。轻便触探的深度一般不超过4M。（2）水泥搅拌桩成桩28D后，用钻孔取芯的方法检查其完整性、桩土搅拌均匀程度及桩的施工长度。每根桩取出的芯样由监理工程师现场指定相对均匀部位，送实验室做3个一组28D龄期的无侧限抗压强度试验，留一组试件做三个月龄期的无侧限抗压实验，以测定桩身强度。钻孔取芯频率为115。（3）如果某段或某一桥头水泥搅拌桩取芯检测结果不合格率小于10，则可认为该段水泥搅拌桩整体满足要求；如果不合格率大于10小于20时，则应在该段同等补桩；如果不合格率大于30，则该段水泥搅拌桩为不合格。（4）对搅拌桩取芯后留下的空间应采用同等强度的水泥砂浆回灌密实。（5）在特大桥桥台或软土层深厚的地方，或对施工质量有怀疑时，可在成桩28天后，由监理工程师随机指定抽检单桩或复合地基承载力。随机抽查的桩数不宜少于桩数的02，且不得少于3根。试验用最大载荷量为单桩或复合地基设计荷载的两倍。7262水泥桩外观鉴定（1）桩体圆匀，无缩颈和回陷现象。（2）搅拌均匀，凝体无松散。（3）群桩桩顶整齐，间距。大学毕业设计29第8章软土路堤施工变形监测81软基路堤施工监测的目的（1）以工程监测的结果指导现场施工，确定和优化施工参数，进行信息化施工。（2）根据监测结果，及时发现危险的先兆，分析原因，判断工程的安全性，采取必要的工程措施，防止发生工程事故和环境事故。（3）评价路基工程的技术状况，检验设计参数和设计理论的正确性。（4）为设计、施工、管理和科学研究提供资料。82软基路堤施工监测的原则（1）监测点应设在观测数据容易反馈的部位。（2）无论在路堤的纵向还是横向，测点越多，测得的结果越能反映路堤真实情况。一般路段沿纵向每隔100200M设置1个观测断面，桥头路段应设计23个观测断面。（3）沿河、临河等凌空面大且稳定性差的路段，必要时应进行地基土体内部水平位移的观测。（4）测点的设置不仅要根据设计的要求，同时还应针对施工中掌握的地质、地形等情况增设。（5）在施工期间位移观测应每填筑一层土观测一次；如果两次填筑时间间隔较长，每3D至少观测1次。路路堤填筑完成后，堆载预压期间观测应视地基稳定情况而定，一般每半月或每月观测1次。对于孔隙压力的观测，每填筑一次，应每隔1H观测1次，连续观测23次。（6）当路堤稳定出现异常情况而可能失稳时，应立即停止加载工采取果断措施，待路堤恢复稳定后，方可继续填筑。83软基路堤施工监测应注意的问题为了检验软土地基处理的效果，通常在同一地点分别在处理前后进行测试，以进行对比，并注意下列问题（1）前后两次测试应尽量使用同一仪器、同一标准进行。大学毕业设计30（2）由于各种测试方法都有一定的适用范围，因此必须根据测试目的和现场条件，选择最有效的方法。（3）无论何种方法，都有一定的局限性，故应尽可能采用多种方法，进行综合评价。（4）测试位置应尽量选择有代表性的部位，测试数据按有关规定要求进行。变形监测主要包括地表位移和土体内部位移，位移方向包括竖向位移和水平向位移。水平向位移又包括垂直路堤中心线的横向水平位移和平行路堤中心线的纵向水平位移。沉降及水平位移观测，通常可在地表上安设固定标点，用精密水准仪、经纬仪等仪器，按精密测量方法即可求得。地基及路堤内部沉降通常采用电磁式、深层沉降板。测点沉降时，埋入不同土层深度中的标点发生沉降，计算其与初始位置的差值。即可求得测点某一深度的沉降量。深层土层的沉降，也可用刚性标杆引出地表，用地表测量方法测量。土层内部水平位移，一般用测斜仪来测量。沉降与水平位移观测应配合进行，沉降已基本稳定或已基本掌握其变化规律后，可根据工程重要性适当减少或停止观测。84软基路堤施工监测测量仪具量测仪具的功能和质量极为重要，往往是测试成果优劣的决定性因素。测量仪具按测试原理分为电测式和非电测式两大类。（1）非电测式非电测式量测仪具包括机械式和液压式。它的特点是性能可靠，使用简便，对环境适