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铁路工程软土地基路堤的设计与施工（毕业设计全套）.doc
隧道毕业设计-设计速度350kmh铁路工程软土地基路堤的设计与施工（文字部分83页CAD图3张）
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设计速度350kmh铁路工程软土地基路堤的设计与施工文字部分83页
软土地基设计
软土地基路堤设计与施工
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中中国国 XX 大大学学 xx 学学院院 本本 科科 毕毕 业业 设设计计 题目题目 软土地基上铁路客运专线路 堤的 设计与施工 系系 别别 工程技术系 专专 业业 土木工程 学学生生姓姓名名 xx 学学 号号 xx 指指导导教教师师 xx 职职 称称 讲师 2011 年年 04 月月 15 日日 目录 第第 1 章章 绪论绪论 1 1.1 软土的定义、特点与工程特性1 1.1.1 软土的定义及特点.1 1.1.2 软土的工程特征：.1 1.2 国内外客运专线路基工程处理方法.1 1.3 国内外软土地基主要处理方法1 1.4 我国新建客运专线路基对软土地基的要求2 1.5 课题研究的主要内容2 第第 2 章章 客运专线路基横断面设计客运专线路基横断面设计 3 2.1 路堤横断面设计3 2.1.1 断面设计原始资料.3 2.1.2 路肩宽度设定.3 2.1.3 边坡坡率.3 2.1.4 填料选择.3 2.1.5 线间距.3 2.1.6 路基面宽度确定.4 2.1.7 排水沟设计.4 2.1.8 基床厚度.4 2.2 直线地段路基横断面设计.4 2.3 圆曲线地段路基横断面设计.4 2.4 缓和曲线段路基横断面设计.5 第第 3 章章 客运专线软土地基处理客运专线软土地基处理 6 3.1 软土路基常用的处理方法6 3.2 袋装砂井法.6 3.2.1 袋装砂井的概念.6 3.2.2 袋装砂井的设计优点.7 3.2.3 袋装砂井的设计.7 3.2.4 固结度计算.8 3.2.5 袋装砂井的施工.9 3.2.6 袋装砂井的施工.9 3.3 CFG 桩复合地基法9 3.3.1 概述.9 3.3.2 CFG 桩复合地基工程特性10 3.3.3 CFG 桩复合地基设计计算11 3.3.4 CFG 桩复合地基的施工13 3.3.5 CFG 桩复合地基质量检验15 3.4 两种软基处理方案的技术比较.16 3.4.1 工期方面.16 3.4.2 沉降量方面.16 3.4.3 造价方面.16 3.4.4 比选结论与最终方案选择.16 第第 4 章章 边坡稳定性检算边坡稳定性检算 17 4.1 稳定影响因素.17 4.2 条分法原理.17 4.3 稳定检算.18 4.3.1 计算参数取值.18 4.3.2 确定滑弧圆心位置.18 4.3.3 划分土条.19 4.3.4 稳定性计算.19 4.4 稳定计算的结论.20 第第 5 章章 软土地基沉降量计算软土地基沉降量计算 22 5.1 地基沉降概述.22 5.2 分层总和法简介.22 5.2.1 分层总和法基本原理.22 5.2.2 分层总和法计算步骤.22 5.3 未作处理的软土地基的沉降量计算.23 5.3.1 地基土分层.23 5.3.2 路堤基底附加应力计算.23 5.3.3 未处理的沉降计算.23 5.3.4 活载计算.27 5.4 CFG 复合地基工后沉降计算28 5.5 工后沉降产生的原因.30 5.6 减少工后沉降的可采取的施工措施.30 5.6.1 超载预压.30 5.6.2 路堤填料处理.30 5.6.3 增加排水路径.30 5.6.4 加强基础的刚度和强度.31 5.6.5 其它注意事项.31 第第 6 章章 基床表层加固和路堤边坡防护基床表层加固和路堤边坡防护 32 6.1 基床表层加固.32 6.1.1 基床表层作用.32 6.1.2 基床表层加固措施.32 6.2 边坡防护.32 6.2.1 路基坡面防护.32 第第 7 章章 路堤施工方案路堤施工方案 34 7.1 路堤施工.34 7.2 路堤填料改良方法.34 7.3 路堤的填料.34 7.4 施工方法及工艺.35 7.4.1 施工方法.35 7.4.2 施工工艺.35 7.5 基床以下路堤填料的压实标准.36 7.5.1 压实度的保证措施.36 第第 8 章章 路基变形监测路基变形监测 38 8.1 路基变形监测的意义及目的.38 8. 2 软土路堤施工监测38 8.2.1 软基路堤施工监测的原则.38 8.2.2 软基路堤施工监测应注意的问题.38 8.2.3 软基路堤施工监测测量仪具.39 8.3 软土路堤施工变形监测技术.39 8.3.1 地表沉降观测.40 8.3.2 土体内部沉降观测.40 8.3.3 土体水平位移观测.41 第第 9 章章 总结与展望总结与展望 42 9.1 总结.42 9.2 展望.42 参考文献参考文献43 致谢致谢44 附录附录45 附录 A 外文翻译.45 附录 B 设计图纸.56 摘要 本设计的主要内容是根据软土地基的工程特点，结合客运专线路基设计规 范针对铁路客运专线软土地基上路堤的设计与施工。 首先，提出了两种软土地基加固方案，CFG 桩和袋装砂井，采用条分法和 分层总和法对路基分别进行稳定性检算和沉降计算, 并对它们进行经济技术比 较，最后提出减少工后沉降的措施。其次，对路堤边坡进行了稳定检算，设计 了路基的填筑方案，提出了保证路基基床压实度的措施。最后提出了路基变形 监测方案。 设计成果满足相关客运专线的规范要求,设计方案和施工方法是比较合理的。 关键词：客运专线；软土地基；稳定检算；工后沉降；变形监测 Abstrat The main elements of this design is based on the engineering characteristics of soft soil, combined with subgrade design specifications for railway passenger dedicated soft design and construction of embankment. First, we propose two soft soil reinforcement, CFG pile and Sand Wick, stratified by slice summation method and the stability of the roadbed were checking calculation and settlement, and their technical and economic comparison, the final proposed measures to reduce the settlement after. Secondly, on the embankment slope was stable and calculation of the design of the embankment filling program, proposed to ensure measures of degree of compaction of subgrade bed. Finally, the roadbed deformation monitoring program. Design results to meet regulatory requirements related to passenger line, design and construction is reasonable. Keywords: passenger dedicated line ；soft soil foundation ；stability calculation ；post-construction settlement ；deformation monitoring 中国 XX 大学 xx 学院毕业论文开题报告 学生姓名xx学号xx专业班级土木工程四班 指导教师xx职称讲师单 位中国 XX 大学 xx 学院 课题性质设计 论文课题来源科研 教学 生产 其它 毕业论文题目软土地基上铁路客运专线路堤的设计与施工 一、论文目的一、论文目的 对软土地基基础上的铁路客运专线路堤进行设计，给出不同的设计方案并阐述实施该方案的 理由和依据，以考虑其技术可行性与经济性为出发点，从而得出最合理的、最经济的软土地路堤的 处理方案，达到低经济高效益的目的。 二、论文意义二、论文意义 我国地域辽阔，从沿海到内陆、山地到平原，分布着不同的地基土。这些地基土，大部分为软 土和不良土。其中，软土地基是在工程施工中遇到较多而且必须进行人工处理的不良地基。软土广 泛分布在我国东南沿海环渤海和大部分内陆地域，给铁路工程施工带来了十分大的影响和困难， 若处理不好将会带来极大的资源浪费，因此成为铁路工程必须解决的重要问题之一。所以对软土 的科学研究具有重要的现实意义。 三、国内外现状三、国内外现状 由于软土压缩性大、强度低、含水量大、渗透性低、孔隙比大，在软土地基上修筑铁路客运专 线路堤，是一项艰巨的任务。在软土地基上修筑路堤，不仅沉降量大，而且时间长，还可能会产生 各种破坏失稳现象，如施工期发生路堤开裂、坍塌；施工及运营期间出现长期不断的路堤沉降、滑 移等现象。为解决这些问题，目前国内外对软土地基的处理主要有袋桩砂井法、排水砂井法、水泥 搅拌桩法、土工格栅法、预压法、碎石桩法、液化土稳定法、CFG 桩法等。 四、研究内容四、研究内容 依照客运专线铁路路基设计规范，为满足等级标准要求的软土路基上铁路客运专线路堤设计的 主要内容包括以下几个方面： 1.铁路客运专线路基横断面设计 2.设计软土路基处理方案 3.进行路基稳定性检算 4.工后沉降计算 5.进行基床表层加固防护设计、路堤坡面防护设计 6.提出路堤施工方案 7.设计路基变形监控方案 五、研究方案五、研究方案 1、根据铁路客运专线路基设计规范，针对给定的软土地基资料、线路等级、曲线半径等指标， 分别确定直线段，缓和曲线段，圆曲线段的路基宽度、加宽值、线间距等，并选择合理的边坡坡度、 排水方式、新旧路基的结合措施等，设计软土地基处理措施。 2、分析软土地基的工程特点和铁路客运专线的特殊要求，查阅参考文献，分别进行两种(袋装 砂井、碎石桩和土工格珊)等软土路基施工方案设计，并进行经济技术比较，选出最优方案。 3、对最优方案进行路基稳定性检算，检算方法主要有：直线破裂面法，其主要用于以砂、石 为填料的路堤边坡稳定性检算；圆弧破裂面法，其主要用于路堤的填料为黏性土或含有 30%以上细 粒土时的路堤边坡稳定性检算，圆弧破裂面法在路堤中应用最多的是毕肖普法和条分法。本课题采 用条分法作图进行分析。 4、对不处理的软土路基和处理过的软土路基进行沉降计算(分层总和法)，比较沉降量的大小， 分析影响路基工后沉降的原因，提出为减少路基工后沉降应采取的施工措施，如超前预压，严格控 制施工进度与质量等。 5、基床表层加固防护：基床表层采用优质改良土进行填筑，我国铁路客运专线路基基床表层 填料采用级配砂砾石和级配碎石，另外用土工格栅等加固材料进行加固。路堤坡面防护,主要采用 植物防护，砌石防护，土工合成材料防护等。 6、查阅相关文献，提出能够满足客运专线要求的路堤施工方案，包括路堤填料的改良方案， 路基基床表层的填筑工艺以及压实度的保证措施等。 7、对于软土地基上修筑的路堤，为了掌握其工后沉降和横向变形的发展规律，需要进行长期 的监测。变形监测包括地表位移和土体内部位移，位移方向包括竖向和水平。 六、预期结果六、预期结果 1.设计出的路堤满足铁路客运专线路基设计规范要求； 2.根据软土路基的工程特点，掌握软土路基工程处理措施； 3.能运用路基稳定性检算和沉降计算的原理和方法； 4.认识减少工后沉降应该采取的措施； 5.熟悉路基基床表层加固防护方案和路堤坡面防护方案。 6.通过理论联系实际，巩固和加强已学专业理论知识，加深理解。 7.通过设计使自己的分析实际问题、运算、绘图等基本技能得到提高。 七、进度安排七、进度安排 1 查找相关资料，指导教师下达毕业论文任务书 12 月 10 日12 月 12 日 2 撰写开题报告 12 月 13 日12 月 14 日 3 完成开题报告修改，准备开题 12 月 15 日12 月 16 日 4 毕业论文开题，并完成最终修改 12 月 17 日12 月 20 日 5 进行中期检查，完成文献综述、论文初稿 12 月 21 日 4 月 15 日 6 完成英文翻译，毕业论文修改工作，准备答辩 4 月 16 日 5 月 19 日 7 完成毕业论文答辩和最终修改工作 5 月 20 日 5 月 25 日 八、参考文献：八、参考文献： 1 杨广庆路基工程M北京：中国铁道出版社，2003. 2 陈仲颐，周景星，王洪瑾土力学M北京：清华大学出版社，1994. 3 池淑兰，孔书祥路基工程(第二版) M北京：中国铁道出版社，2007. 4 刘玉卓公路工程软基处理M北京：人民交通出版社，2002. 5 李向国高速铁路技术M北京：中国铁道出版社，008. 6 王晓谋，袁怀宇高等级公路软土地基路堤设计与施工技术M北京：人民交通出版社， 2001. 7 李峻利，姚代禄路基设计原理与计算M北京：人民交通出版社，2001. 8 江正荣建筑地基与基础施工手册(第二版)M北京：中国建筑工业出版社，2005. 9 武广铁路客运专线建设技术汇编(第一缉) M成都：西南交通大学出版社2007 10 龚晓南复合地基设计和施工指南M北京：人民交通出版社，2003. 11 阎明礼，张东刚CFG 桩复合地基技术及工程实践M北京：中国水利水电出版 社2001. 12 范云地基加固技术M石家庄：石家庄铁道学院，1999. 13 杨广庆，刘延吉，杨生伟铁路客运专线路基施工技术M北京：中国铁道出版社， 2006. 14 徐日庆，王景春土工合成材料应用技术M北京：化学工业出版社，2005. 15 叶书麟，叶观宝地基处理M北京：中国建筑工业出版社，2004. 16 中铁一局科技开发部科技通讯(秦沈客运专线施工技术) J陕西：中铁一局科技开 发部，2001. 17 中华人民共和国铁道部客运专线铁路路基工程施工技术指南(TB 100352005)S北 京：中国铁道出版社，2005. 18 中华人民共和国铁道部客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准(TB 10035 2005) S北京：中国铁道出版社，2005. 19 中华人民共和国铁道部京沪高速铁路设计暂行规定(TB 100352005) S北京：中 国铁道出版社，2005. 20 中华人民共和国铁道部铁路特殊路基设计规范(TB 100352006)S2006. 21 中华人民共和国铁道部铁路路基设计规范(TB 100012005) S2005. 指导教师意见：指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见：教研室意见： 审 查 结果： 同 意 不 同 意 教研室主任签名： 年 月 日 中国 XX 大学 xx 学院毕业设计（论文）任务书 学生姓名xx学号xx班 级土木工程四班 指导教师xx职称讲师单 位中国 XX 大学 xx 学院 毕业设计题 目 软土地基上铁路客运专线路堤的设计与施工 1 1、设计内容、设计内容 根据铁路客运专线路基设计规范，充分考虑软土地基的工程特点，设计满足规范要求的软 土地区路基；分析软土地基的特点，提出软土地基的处理措施；设计两种（袋装砂井、水泥搅 拌桩、土工格栅（土工格室） 、CFG 桩等）能够满足客运专线工后沉降要求的处理方案，并进 行经济技术比较；选择其中一种方案进行路基稳定性检算和工后沉降计算；分析路基工后沉降 产生的原因，提出为减少路基工后沉降应该采取的措施；设计基床表层加固防护方案；设计路 堤坡面防护方案；熟悉路堤填料的改良方案和路基基床表层的填筑工艺；设计路基变形监测方 案，包括所用仪器、布点方案、测试频次。 2 2、 设计的要求设计的要求 1）制定设计进度计划，并严格执行，按期独立完成设计任务； 2）设计方法与步骤，可参看设计指导书，对于设计疑难问题，首先应独立思考与查阅有 关参考资料，确实不能解决时，可向指导教师提出答疑； 3）共需完成图纸 8 张，计算机绘图 24 张，手工图图纸用铅笔绘制或墨绘，力求线条均 匀，粗细分明，书写工整，尺寸齐全； 4）翻译英文专题资料不少于 3000 汉字； 5）熟悉客运专线路基设计的特殊要求，了解软土路基工后沉降的控制方法； 6）掌握铁路路基设计的规范和方法； 7）能够结合施工方案进行路基稳定性计算和沉降计算； 8）熟练运用所学知识分析实际工程问题； 9）提出的方案需要说明理由或依据，应该考虑其技术可行性与经济性； 10）提出的方案应该考虑其可行性。 3、毕业设计主要参考资料：、毕业设计主要参考资料： 3.1 线路技术标准 铁路客运专线，设计速度 350km/h，一般情况下最大纵坡为 12，为了适应地形，极端情 况下不得大于 30，最小曲线半径一般地段为 6500m,困难情况下 5500m，电动车组，轨道类 型为重型。 3.2 沿线特征资料 （1）地形地貌概况 K551+460K580+600 范围均为松软地基（自上而下土层参数分别见下表） ，其中需要设 计的三个断面分别位于直线段、缓和曲线段（ZH 点与 HY 点中间）和圆曲线段，圆曲线半径为 950m。 （2）地质条件 根据地基情况，地基以下 2m 厚的亚粘土设为一层，软土层 6.6m，可分为分别为 2.2m 厚 的三层，粘土层 6.4m，可分为 3.2m 和 3.2m。如图 1 所示。 （3）水文条件 沿线地下水发育，地表水丰富，由大气降水补给，水量一般比较充足。 （4）地震基本烈度 K551+460K580+600 范围地震基本烈度六度，路基设计不作防震处埋。 （5）气象情况 本地区年均降水量为 687.9mm。其中 59 月份降水集中，全年最多风向为东南向，极端最 高气温 37C，最低-19.8C,最大冻土深度为 32cm。 3.3 线路平、纵断面图 2m 亚粘土 =45.6%、c=6kPa、=8、=16.6g/cm3 =51.2%、c=8kPa =6、=15.6g/cm3 各 2.2m =49.7%、c=5kPa =10、=16.8g/cm3 =36.3%、c=20kPa 各 3m =35、=17.1g/cm3 6.6m 6.4m 12.0m 图 1 地基土分层情况 4 4、 设计的主要任务设计的主要任务 1）分析路基工后沉降产生的原因，提出为减少路基工后沉降应该采取的措施； 2）路路基设计应该考虑的问题，排水、线间距、路基顶宽以及曲线加宽设计； 3）分析软土地基的特点，提出软土路基工程措施； 4）进行软土地基处理方案的设计，并进行经济技术比较； 5）选择一种方案进行路基稳定性检算和工后沉降计算； 6）进行基床表层加固防护设计； 7）进行路堤坡面防护设计； 8）路基加固技术、设计方案； 9）路堤填料的改良方案； 10）路基基床表层的填筑工艺； 11）路基变形监测方案，所用仪器、布点方案、测试频次； 12）撰写设计说明。 5 5 设计需提交的成果设计需提交的成果 （1）计算分析部分：提交计算依据、方法、模型（物理、数学） 、结果以及结果分析 等，含文字、公式和图表； （2）方案设计部分：提交设计依据、具体方案，含文字和图表等； （3）英语专题翻译部分：提交原文（pdf 格式或复印件，不要 word 格式）和译文； （4）将以上内容整理形成排版，最后按照教务处编印的毕业设计手册要求的次序和格 式装订成册。 毕业设计（论文）进度安排：毕业设计（论文）进度安排： 序号序号毕业设计（论文）各阶段内容毕业设计（论文）各阶段内容时间安排时间安排备注备注 1 查找相关资料，指导教师下达毕业 论文任务书 12 月 10 日12 月 12 日 2撰写开题报告12 月 13 日12 月 14 日 3完成开题报告修改，准备开题12 月 15 日12 月 16 日 4毕业论文开题，并完成最终修改12 月 17 日12 月 20 日 5 进行中期检查，完成文献综述、论 文初稿 12 月 21 日 4 月 15 日 6 完成英文翻译，毕业论文修改工作， 准备答辩 4 月 16 日 5 月 19 日 7完成毕业论文答辩和最终修改工作5 月 20 日 5 月 25 日 课题信息：课题信息： 课题性质： 设计 论文 课题来源： 教学 科研 生产 其它 发出任务书日期： 指导教师签名： 年 月 日 教研室意见：教研室意见： 教研室主任签名： 年 月 日 学生签名： 第 1 章 绪论 1.1 软土的定义、特点与工程特性 1.1.1 软土的定义及特点 软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙 比大、压缩 性高、抗剪强度低的细粒土。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低 的淤泥沉积物及少置腐殖质所组成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、 压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透 水性差、土层层状分布复杂、各层之间物 理力学性质相差较大等特点。 1.1.2 软土的工程特征： (1)颜色以深色为主，颗粒成分以细颗粒为主，有机质含量高； (2)天然含水量高，孔隙比大。含水量在 34%72%之间，孔隙比在 1.01.9 之间，饱和度一般大于 95%，液限一般为 35%60%，塑性指数为 1330，天然容重在 1619kN/m3； (3)压缩系数为，属于高压缩性土； -1 0.52MPa (4)透水性差。大部分软土的渗透系数在；压缩性高； 86 1010 cm/s 到 (5)具有触变性。一旦受到干扰，土的强度明显下降，甚至呈流动状态； (6)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； (7)流变性显著其长期抗剪强度只有一般土质抗剪强度的 40%80% ； 从这些物理、力学特性上可以看出，在软土地区不宜建筑重型建筑物。对 一般建筑物和铁路路基基底应采取相应的处理措施。 1.2 国内外客运专线路基工程处理方法 目前国内主要的处理方法有：1、碾压及夯实。2、换土垫层。3、排水固结。 4、振密挤密。5、置换及拌入。6、土工聚合物。 客运专线对软土地基地段采用复合地基处理方式，如粉喷桩、水泥搅拌桩、 钢渣桩、碎石桩等，以减少地基沉降，提高地基刚度，同时在基床表层填筑级 配碎石并压实。 国外主要的处理方法有：1、真空-堆载联合预压技术。2、轻型填方施工法。 3、加固填方施工法。4、使用土工织物处理软土地基。5、冻结施工法和注入化 学药剂施工法。6、深层搅拌法。 1.3 国内外软土地基主要处理方法 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入钢管，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。 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。 1.4 我国新建客运专线路基对软土地基的要求 为了满足高速铁路设计速度的要求，必须严格控制路基的工后沉降量，按 照时速 300350km 客运专线铁路设计暂行规定 ，有砟轨道路基工后沉降量不 应大于 5cm，沉降速率应小于 2cm/y，无砟轨道地段路基的工后沉降应满足扣减 调整和线路竖曲线圆顺的要求，工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量 15mm。而软土由于本身的大孔隙比和高压缩性，路堤建成后，不仅沉降量大， 而且持续时间长，按照以前的处理标准，工后沉降是基本不满足要求的。所以， 对软土地基的处理要更加严格，关键是要控制沉降和稳定性，满足规范的要求。 1.5 课题研究的主要内容 根据铁路客运专线路基设计规范，充分考虑软土地基的工程特点，设计满 足规范要求的软土地区路基，对软弱土层进行加固地基处理，提出相应的处理 方案，对加固后的地基进行稳定性和工后沉降验算，并在一定程度上对方案进 行经济技术比较。 本文主要采用 CFG 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。 第 2 章 客运专线路基横断面设计 2.1 路堤横断面设计 2.1.1 断面设计原始资料 客运专线，设计速度 350km/h，轨道类型为重型。最小曲线半径为 8000m。 地质条件：K551+460K580+600 段均为松软地基，必须考虑软弱地基处理； 沿线地下水发育，地表水丰富，大气降水补给充足。路基面形状应为三角形， 并设计为由路基面中心向两侧有 4%的横向排水坡。 选择三个断面分别位于直线、缓和曲线、圆曲线进行断面设计。 2.1.2 路肩宽度设定 路肩虽不直接承受列车荷载作用，但它对保证路基受力部分的稳定十分重 要，路肩宽度取决于以下几个因素： (1).路基稳定的需要，特别是浸水以后路堤边坡的稳定性； (2)养护维修的需要； (3)保证行人的安全，符合安全退避的要求； (4)为路堤压密与道床边坡坍落留有余地。我国铁路客运专线路肩宽度确定 为两侧均为 1.4m。 2.1.3 边坡坡率 依据软土路基规范16规定，设计整个路堤上部边坡坡率设为 1:1.5，下 部反压护道坡率设为 1:1.75，反压护道与路堤设计连接处设置反压护道平台， 宽度设为 2m。 2.1.4 填料选择 基床表层填料选用级配碎石。 铁路客运专线路基基床底层填料只能使用 A、B 组填料或改良土，设计中选 用 A 组填料； 基床以下路堤应选用 A、B 组填料和 C 组碎石类、砾石类填料，设计中采用 B 组填料。 2.1.5 线间距 由于高速列车运行时会产生列车风，相邻线路高速列车相向运行所产生的 空气压力冲击波易振碎列车的玻璃，旅客感到不舒服，甚至影响列车运行的平 稳性，因此高速线路的线间距较普通铁路有所增大，确定线间距标准是个灵活 性相当大的问题，线间距窄，会车压力波大，对机车车辆的设计和制造提出了 很高的要求，但可以节省土建工程投资。根据我国铁路客运专线线间距根据所 采用机车车辆类型、运行速度等因素确定为 5.0m。 2.1.6 路基面宽度确定 根据铁路客运专线路基设计规范的要求，双线铁路直线地段路基面宽度为 13.8m，曲线半径为 8000m 时，圆曲线地段路基面外侧加宽值 0.4m，曲线加宽 值应在缓和曲线内渐变。因此，确定圆曲线地段路基面宽度为 14.2m，缓和曲 线地段路基面宽度为 14.0m。 2.1.7 排水沟设计 依据客运专线铁路路基设计规范设计坡脚排水沟。排水沟的平面布置，必 须结合地形等自然条件，因势利导，平面上力求短捷平顺，以直线为宜，必须 转向时，尽量采用较大半径，徐缓改变方向，保证水流舒畅。排水沟一般底宽 为 0.4m，深 0.6m。排水沟至坡脚应该有一定的距离，这一位置称为天然护道， 其宽度一般不小于 2m，设护道是为了使水沟或坑内的水不影响路堤的稳定性。 2.1.8 基床厚度 客运专线一般采取基床厚度表层 0.7m，基床底层厚度 2.3m，本设计路堤厚 度采用 5.8m。 2.2 直线地段路基横断面设计 根据现行有关铁路路基设计规范，直线地段路基面宽度取 13.8m，路堤填 土高度按 6m 设计，边坡坡度取 1:1.5，按照规范基床表层厚度取值 0.7m，应在 路基基床表层增设 510cm 沥青混凝土防排水层，表层总厚度不变，基床底层取 厚度 2.3m，基床表层填筑级配碎石，基床底层填料只能用 A、B 组填料或改良 土。基床以下路堤应优先选用 A、B 组填料和 C 组碎石、砾石类填料，当选用 C 组细粒土填料时，应根据填料性质进行改良后填筑。为有利于自然降水的排出， 基床表层和基床底层应沿线路中心线向两侧设置 4%的排水横坡。直线地段路基 横断面图见附录 B 中 01 图纸。 2.3 圆曲线地段路基横断面设计 在曲线地段，由于曲线轨道的外轨设置超高，外侧道床加厚，道床坡脚外 移，故曲线外侧的路基面应予加宽。其加宽值可按各级铁路的最大允许超高计 算确定。曲线外侧路基面的加宽量应在缓和曲线范围内向直线递减。圆曲线地 段线路路基顶面需要加宽值由参考文献1查得，级铁路、半径 8000m 圆曲线 外侧路基顶面需加宽 0.4m，即圆曲线的路基顶面宽度为 14.2m，其它尺寸与直 线段相同。曲线地段路基顶面加宽计算公式为： 22 AB Wbc (2-1) 式中， A道床顶面宽度； 道床顶面加宽值； b道床边坡在水平面上的投影长度； c路肩设计宽度； B标准路基顶面宽度。 曲线地段横断面图见附录 B 中 01 图纸。 2.4 缓和曲线段路基横断面设计 在铁路线路上，缓和曲线的主要作用：过渡超高、过渡曲率、过渡加宽。 路基面加宽值，从曲线直缓点到缓圆点之间呈线性变化。本设计缓和曲线段的 设计加宽值取为圆曲线地段加宽值的一半（即 0.2m） 。缓和曲线的路基面宽度 为 14.0m，其他尺寸与直线地段相同。缓和曲线地段横断面图见附录 B 中 01 图 纸。 第 3 章 客运专线软土地基处理 软土是淤泥和淤泥质土的总称，它是在静水和非常缓慢的流水环境中沉积， 经生物化学作用形成的土。 在铁路客运专线中，软土路基在列车和轨道荷载在作用下，承载力低、不 均匀变形大，且变形稳定历时较长在比较深厚的软土层上，路基沉降往往持续 数年或更长时间。因此，要保持地基稳定，保证路基具有足够的承载能力，不 致产生过大沉降变形，就必须对软土地基进行加固处理。 3.1 软土路基常用的处理方法 软土地基处理方法有很多种，常用的有换土垫层法、强夯法、复合地基、 排水固结法、化学加固法和土工合成材料等。 排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。排水系统包 括竖向排水体（普通砂井，袋装砂井、塑料排水板带）和水平排水体（砂垫层） 。 加压系统包括堆载法、真空法、降低地下水位法、电渗法、联合法等。 复合地基法又包括散体桩复合地基（碎石桩、渣土桩、砂桩） ，一般粘结强 度桩复合地基（灰土桩、石灰桩、水泥土桩、夯实水泥土桩） ，高粘结强度桩复 合地基（CFG 桩、素混凝土桩、碎石压力灌浆桩） 。 3.2 袋装砂井法 3.2.1 袋装砂井的概念 袋装砂井，就是事先将柔性编织物按地基加固深度做成长袋，在地面上灌 砂后放入孔中，或将空袋放入孔中然后用压缩空气灌砂，其中砂井使用含泥量 小于 3%的砂粘土在地面上搭架灌入砂袋，成孔后放入孔中，砂袋高出地面 30cm，再铺一层 30cm 厚的砂垫层，最后铺土工格栅。其原理是土体的孔隙水通 过袋装砂井竖向排至路基表面，再经设置砂垫层作为横向排水通道将水排至路 基边沟。排水固结法是处理软土地基的有效方法之一，它可以解决沉降与稳定 问题，使地基的沉降在加载预压期间基本完成，减少工后沉降量，提高了路基 质量，现在工程中多采取袋装砂井、砂垫层和土工格栅配合使用来加固软土地 基。袋装砂井是近年来竖向排水井工艺的发展，是砂井排水法的延续。根据固 结理论，砂井的直径越大，间距越密，对某一固结度而言所需的时间越短，或 者某一时间内所达到的固结度越大。在同一井径的情况下，砂井间距减少一半， 固结时间约缩短 3 倍；同一间距条件下，井径增大一倍，固结时间约只减少三 分之一。因此，缩短间距比增大井径对加速固结的效果更好，所以应采用“细 而密”的原则布置砂井。 3.2.2 袋装砂井的设计优点 首先袋装砂井的直径细小，用砂量少，其费用约为普通砂井的 40%，造价 低廉。并且由于编织袋是一个整体，能保证砂井的连续性和密实性，不会因地 基变形而切断，使用效果良好。其次沙井直径细小，施工时对土层扰动小。另 外由于砂井断面小，重量轻，减少施工设备的重量，提高了施工效率。 3.2.3 袋装砂井的设计 3.2.3.1 袋装砂井直径的确定 砂井直径一般为 712cm，本设计中取砂井直径为 7cm。 3.2.3.2 袋装砂井间距的确定 为满足地基排水固结的要求，沉降过程中不易被截断和被周围土淤塞，一 般要求袋装砂井的直径在 710cm。井径比 n 范围 1530 见文献4。根据 “细而密”原则，砂井直径取 7cm。井径比公式为： (3-1) de/dw=n 式中，de有效排水范围内等效圆直径(cm)； dw沙井直径(cm)。 井距是指两砂井中心间的距离，砂井间距为 1.02.0m。井距应保证在给 定的施工期限内达到要求的地基固结度，使路堤安全填筑。因为缩短间距比增 加井径对加速固结的效果更好，本设计砂井间距采用 1.5m。砂井的平面布置有 两种形式：正方形和三角形排列。在设计中采用三角形布置，砂井的有效排水 范围为三角形，在实际计算中，砂井的有效影响范围看作一等体积的等效圆柱 体。 等效直径 de 与砂井间距 S 的关系式： (3-2) 1.05S=de 等效圆直径和砂井间距分别是和。 162.75cm=de 155cm=S 根据式(3-1)得井径比为，满足范围要求。 25.237/75.162n 3.2.3.3 袋装砂井长度的确定 路堤以下的软粘土层厚 15m，假设砂井刚好穿过软粘土层，取定砂井长度 为 15m。 3.2.3.4 袋装砂井的平面布置及砂垫层 砂井的平面布置，采用等边三角形的较多，这种布置比正方形排列更为紧 凑、本设计中也采用三角形布置，其平面布置图如图 3-1 所示。为了保证袋装 砂井内渗出的水能够顺利排出，一般须在砂井的顶部铺设一层砂垫层，本设计 中砂垫层的厚度设为 0.5，砂井的上部外露部分应埋在该层内。 图 3-1 袋装砂井平面布置图 3.2.4 固结度计算 3.2.4.1 竖向固结度计算 因为袋装砂井双面排水，垂直向最大渗径 H=15/2=7.5m=750cm。 可得 026 . 0 750 360024302108 . 2. 2 3 2 H tC T V V 0641 . 0 026 . 0 4 . 4 2 2 2 H tC N V 竖向固结度为： % 9 . 23 8 1 8 1 0641 . 0 22 eeU N V 3.2.4.2 径向固结度计算 砂井的平面布置为等边三角形，所以影响圆直径为： m6275 . 1 55 . 1 05 . 1 05 . 1 sde 井径比为： 25.23 07. 0 6275 . 1 d d n e 6263 . 0 75.162 360024302102 . 3. 2 3 2 e r r d tC T 40 . 2 25.234 125.233 25.23ln 125.23 25.23 4 13 )ln( 1 2 2 2 2 2 2 2 2 )( n n n n n F n 距距155cm 60 所以径向固结度为：% 6 . 8711 4 . 2 6263 . 0 8 . )( . 8 eeU nF T r R 袋装砂井处理该地基的平均固结度为： % 5 . 90)1)(1 (1 rV vrUUU 3.2.4.3 砂井底部以下部分固结度计算 砂井底部以下 12.6m 范围内均为中粗砂，且为双面排水，由于砂排水很快， 两个月后沉降早已完成，这部分的沉降在工后沉降中可不用考虑。 最终施工参数确定为： 袋装砂井直径：7cm；袋装砂井长：15m；间距排距： 1.4m1.3m； 每排袋装砂井数：2425 根；砂垫层厚度：50 cm。 3.2.5 袋装砂井的施工 袋装砂井的施工流程：平整场地初压放样桩机就位振动沉管 投料振动拔管继续投料反插复打，扩桩，挤密成桩。 3.2.6 袋装砂井的施工 (1)应按规定做好砂的质量控制，抽查砂袋的物理力学性质的缝制尺寸。 (2)施工所用钢套管的内径宜略大于砂井直径，以减少施工进程中对地基 土的扰动。 (3)套管上应划出控制标高的刻划线，以保证砂井打入长度符合设计要求； 当拔套管将砂袋带出长度约大于 0.5m 时，必须重新补打。 (4)砂袋应防止扭结、缩颈、断裂和磨损；砂袋灌制要饱满密实。 (5)袋装砂井施工允许偏差按表 3-1 的要求。 表 3-1 袋装砂井施工允许偏差 序号项目允许偏差 1井位（纵横向）50mm 2井深符合设计要求 3井身垂直度1.5% 4砂袋直径5mm 5砂袋埋入砂袋层长度 100 mm 0 3.3 CFG 桩复合地基法 3.3.1 概述 CFG 桩是英文 Cement Fly-ash Grave 的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由 碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。 通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在 C5-C25 之间变化，是介于刚性桩与柔 性桩之间的一种桩型。CFG 桩和桩间土一起，通过褥垫层形成 CFG 桩复合地基 共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。CFG 桩一般不用计算 配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。 CFG 桩的适用范围很广。在砂土、粉土、粘土、淤泥质土、杂填土等地基 均有大量成功的实例。CFG 桩对独立基础、条形基础、筏基都适用。 CFG 桩加固软土路基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成 CFG 桩复合地基。 如图 3-2 所示。其加固软弱地基主要有三种作用：(1)桩体作用；(2)挤密作用； (3)褥垫层作用。 (1)桩体作用 CFG 桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料，在荷载作用下 CFG 桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的 变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的 CFG 桩起到了“桩体 作用” 。 (2)挤密作用 CFG 桩身具有一定的粘结强度，在垂直荷载作用下桩身不会出现压胀变形， 桩承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端力传到深层地基中。CFG 桩采用振动沉 管法施工，对土体产生振动和挤压，使土得到“挤密作用” ，使加固后桩土的力 学性能大为改善，从而使复合地基的承载力显著提高。 (3)褥垫层作用 基础 褥垫层 桩 土层 图 3-2 CFG 桩复合地基示意图 3.3.2 CFG 桩复合地基工程特性 (1)承载力提高幅度大，可调性强 CFG 桩桩长可以从几米到 20 多米，并且可全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担 的荷载占总荷载的百分比可在 40%75%之间变化，使得复合地基承载力提高幅 度大并且具有很大的可调性。当地基承载力较高，荷载又不大时，可将桩长设 计得短一点，荷载大时可设计得长一些。特别是天然地基承载力较低而设计要 求的承载力较高时，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求，CFG 桩复合地 基则比较容易实现。 (2)适应范围广 对于基础形式而言，CFG 桩既适用于条形基础、独立基础，也可用于筏基 和箱形基础。就土性而言，CFG 桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土，既可用 于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土。 当 CFG 桩用于挤密效果好的土时，承载力的提高既有挤密分量，又有置换 分量；当 CFG 桩用于不可挤密土时，承载力的提高只与置换作用有关。 (3)刚性桩的性状明显 对柔性桩，特别是散体桩，如碎石桩，砂石桩，它们主要是通过有限的桩 长（610）d 传递垂直荷载。当桩长大于某一数值后，桩传递荷载的作用已显 著减小。 CFG 桩像刚性桩一样，可全桩长发挥侧阻，桩落在好的土层上时，具 有明显的端承作用。 (4)桩体的排水作用 CFG 桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产 生超孔隙水压力。较好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施工完的 CFG 桩将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到 CFG 桩体 结硬为止。这样的排水过程可延续几个小时。 (5)时间效应 利用振动沉管机施工，将会对周围土产生扰动，特别是对灵敏度高的土， 会使结构破坏、强度降低。施工结束后，随着恢复期的增长，结构强度会有所 恢复。 (6)复合地基变形小 复合地基模量大，沉降量小是 CFG 桩复合地基的重要特点之一。 3.3.3 CFG 桩复合地基设计计算 3.3.3.1 确定桩径 桩径取决于设计时所选用的施工设备，一般设计桩径为 350600mm，设计 中定为 500 mm。 3.3.3.2 确定桩间距 一般桩间距 s=(35) d，桩间距的大小取决于设计要求的复合地基承载力 和变形、土性与施工机具。在桩长、桩径确定后，计算桩间距之前需确定天然 地基承载力标准值、计算单桩承载力和计算复合地基承载力标准值。 k f k R ksp f , 3.3.3.3 确定桩长 从地质条件和土的物理力学指标可以看出，路堤标高 15m 以下为砂粘土， 厚度为 12m，是较理想的桩端持力层，设计时把 CFG 桩端落在这一层上，桩长 l 初步确定为 15m。 3.3.3.4 确定天然地基承载力 由路堤标高可以看出，路堤基底落在亚粘土层层，该层承载力标准值 为 90 kPa。 k f 3.3.3.5 计算单桩承载力 查文献13中的附表 1 确定各土层 CFG 桩的极限侧阻力标准值； 亚粘土：50 kPa 软土：20 kPa 粘土：66 kPa 桩端落在中粗砂层上，极限端阻力标准值取 2000 kPa。 单桩承载力标准值可按式（3-1）计算： KAqhqUR ppkisikpk / )( (3-3) 式
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