毕业设计（论文）-京沪高速铁路松软土地基（DK384+834～DK385+576）路基设计.doc

西 南 交 通 大 学毕 业 设 计(论文)专业（班级）： 土木工程11级 指 导 教 师： xxxxxx 学 生 姓 名： x x 学 号： xxxxxxxxx 设计题目：京沪高速铁路松软土地基（DK384+834DK385+576）路基设计 毕 业 设 计 成 绩 评 议 表学生姓名xxx班 级土木工程11级指导教师姓名xxx职 称副教授审阅人评语 审阅人： 年 月 日答辩委员会综合评语 主席： 年 月 日 论文成绩评语内容包括：（学术）思想、方案选择、设计（论文）达到的水平、设计（论证）有无错误等。毕业设计（论文）任务书 班级：土木工程11级 学生姓名： xxx 指导老师：xxx设计（论文）题目京沪高速铁路松软土地基（DK384+834DK385+576）路基设计主要研究内容本文主要研究U型槽在路基处理中的应用初探和通过对于京沪高速铁路某路段的软土地基CFG桩处理设计，来说明CFG桩在高速铁路软土地基处理中的可行性。通过设计CFG桩，使软土地基总沉降和工后沉降满足规范要求，本文通过计算比较地基处理前后的沉降，证实CFG桩处理地基沉降的神奇效果。关键环节1确定论文题目2搜集、整理资料3编写提纲4撰写初稿5修改初稿6修改、装订计划进度12013.5.56.15 收集、整理相关资料22013.6.166.20 向导师汇报论文的观点、目录32013.6.218.30 根据目录开始撰写论文42013.9.159.30 准备毕业论文答辩参考资料1建筑桩基技术规范JGJ9420082京沪高速铁路设计规范铁建设2004157号3混凝土结构设计原理开 题 报 告班级：土木工程11级 学生姓名：xxx 指导老师：xxx设计(论文)题目京沪高速铁路松软土地基（DK384+834DK385+576）路基设计一、文献综述随着国民经济的蓬勃发展，各类工程建设项目规模日益扩大，在铁路工程建设中，无砟轨道施工的应用是越来越广泛。U型槽在高速铁路路基处理中的运用，对软土地基CFG桩处理设计，为了保证高速铁路上部结构的稳定，来对软土地基进行处理。沉降变形小、刚度大的特点, 且是一种较为经济合理的方法。二、选题的目的及意义在我国软土的分布非常广泛。近年来我国高速铁路迅速发展，在修建过程中也遇到了很多软土地基问题，积累了大量的软基处理经验。通过复习土力学、路基工程的相关知识，学习CFG桩加固软土地基的原理和设计计算方法，编写出结构合理文理通顺的设计说明书。三、重点研究内容本文主要研究U型槽在路基处理中的应用初探和通过对于京沪高速铁路某路段的软土地基CFG桩处理设计，来说明CFG桩在高速铁路软土地基处理中的可行性。 2013年 7 月 5 日四、教师意见指导教师： 年 月 日中 期 报 告班级：土木工程11级 学生姓名：xxx 指导老师：xxx设计(论文)题目京沪高速铁路松软土地基（DK384+834DK385+576）路基设计一、总体设计：根据论文题目中所提供的关键词，运用互联网等工具搜集相关的文献资料。软土地基未进行CFG桩加固时的沉降计算，分析高速铁路采用的地基处理技术，通过比较说明指定方法CFG桩进行地基处置设置的优势，说明其原理，拟定CFG桩、桩加板结构的桩型、布置、桩径、桩长、桩间距，验算是否满足工后沉降要求，若不满足，修改桩某些参数，直到满足要求。利用AutoCAD绘图，绘制桩布置图、桩板配筋图及路基剖面图。二、详细设计：本研究报告分为六个部分。第一部分：概述，高速铁路路基处理技术在国内外发展现状。第二部分：路基结构设计的内力计算及配筋计算。第三部分：概述了软土和铁路软土地基处理方法。第四部分：介绍了天然地基的承载力计算和沉降计算。第四部分：讲解了CFG桩复合地基设计和CFG桩处理软土地基的施工工序三、设计完成情况：对存在的问题还需充实调整。2013年 8 月 8 日四、教师意见：教师姓名： 年 月 日结 题 验 收班级：土木工程11级 学生姓名：xxx 指导老师：xxx设计(论文)题目京沪高速铁路松软土地基（DK384+834DK385+576）路基设计结题验收申请： 根据毕业设计任务书要求：毕业设计(论文)已全部完成，请老师审阅。 2013年 9 月 15 日指导教师评语：指导教师评分(优、良、中、及格、不及格)： 教师姓名： 年 月 日摘 要我国高速铁路建设中，线路经常要穿过软土路段，为了保证上部结构的安全正常使用，对软土路基进行处理就显得尤为重要。目前有许多处理软土地基的方法，如改变路堤的结构形式、人工地基和排水固结法。CFG桩( Cement Flyash Gravel，简称CFG桩) 是近年发展的一种新型地基加固桩体，由水泥、碎石、粉煤灰和适量中粗砂组成，强度相当于C5 C25。CFG桩可用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基；具有沉降变形小、刚度大的特点, 且是一种较为经济合理的方法。如今，在铁路地基处理中，CFG桩已经被越来越广泛地利用。本设计主要论述了软土地基的处理，在处理路堤结构部分，对路堤结构选用了U型槽支护，并依据教材混凝土结构设计原理进行了U型槽设计。本设计结合京沪高速铁路具体工点资料，地基处理部分按控制工后沉降进行设计计算，做了以下工作：（1）收集资料，了解、掌握软土的定义、组成、物理性质和软土地基的处理方法，学会地基处理的沉降计算等方面知识；（2）阅读相关资料，了解CFG桩复合地基理论和设计施工过程，掌握CFG桩复合地基的设计原理、工后沉降计算方法和设计过程。（3）结合达具体工点资料，计算出了满足工后沉降要求的桩间距及桩长，确定经济较为合理的桩间距以及桩长。关键词：CFG桩 U型槽 高速铁路 软土加固 工后沉降AbstractIn our countrys high-speed railway construction, lines often cross soft soil section. For ensuring the safety of superstructure, it is important to improve soft soil roadbed. There are a lot of ways to improve soft-soil roadbed technology presently, such as, changing the structure of the foundation, man-made foundation and consolidation. CFG pile (Cement Flyash Gravel) is a kind of new foundation strengthening pile developed in recent years. Composed of cement, gravel, ash of dust coal and just the right amount of gravel, the strength of the CFG is about C5 C25 according the rate of the cement. CFG pile can used to reinforce the foundations, such as clay soil, floury soil, sand, the artificial fill earth and the sludge soil etc. CFG piles are with the characteristics of small settlement and large stiffness,and it is a relatively economical and reasonable method. Now, in the railway foundation treatment, CFG piles has been more and more extensively used.The design mainly discusses the design of soft soil treatment, in dealing with the structure part of the embankment on the embankment structure selected u-trough support, and using teaching materials based on concrete structural design principle for the u-groove design.The design with the specific information of the Beijing-Shanghai high-speed railway accord to control of the residual settlement doing the design. The following work is carried out: (1) Having collected information and learned the definition, composition, physical nature of soft soil and soft soil treatment. Have a command of the knowledge concerning the settlement calculation of foundation treatment and so on.(2) Read the relevant information, understanding CFG pile composite foundation theory and the design and construction process, mastering CFG pile composite foundation design principle, the method of calculation post construction settlement and design process.(3) Combination of the construction site specific information, having computed contented work to residual settlement and the stability request of the stake be apart from and the length of stake, and having defined the reasonable space and length of stake.Keywords：CFG piles; U-groove;High-speed railway; Soft soil reinforcement; Settlement of post construction.目 录 第1章 绪论1 1.1 高速铁路路基处理技术在国内外发展现状11.1.1 国外研究状况11.1.2 国外相关理论21.1.3 国内研究现状2 1.2 京沪高速铁路概况3 1.3 本文主要的研究内容、目标和方法4第2章 路基结构设计5 2.1 U型槽的内力计算52.1.1 处理后路基结构的形式52.1.2 U型槽上荷载的确定52.1.3 U型槽边墙内力计算62.1.4 U型槽底板内力计算8 2.2 U型槽的配筋计算92.2.1边墙配筋92.2.2底板配筋102.2.3加强钢筋112.2.4 构造配筋112.2.5 受剪承载力验算11第3章 软土和铁路软土地基处理方法143.1 软土的概念143.2 软土的危害143.3 铁路软土地基处理方法14第4章 天然地基的承载力计算和沉降计算17 4.1 设计资料及相关工程指标174.1.1 设计资料174.1.2 相关工程指标17 4.2 地基承载力计算184.2.1 荷载的组成194.2.2 自重应力计算194.2.3 附加应力计算204.2.4 承载力验算23 4.3 沉降计算234.3.1 砂性土的总沉降计算244.3.2 粘性土的总沉降计算244.3.3 固结度计算27第5章 CFG桩复合地基设计31 5.1 设计方案一315.1.1 参数确定315.1.2 承载力计算325.1.3 复合地基加固区压缩量和下卧层压缩量的计算335.1.4 复合地基总沉降及工后沉降计算39 5.2 设计方案二395.2.1 参数确定395.2.2 承载力计算415.2.3 复合地基加固区压缩量和下卧层压缩量的计算425.2.4 复合地基总沉降及工后沉降计算48 5.3 褥垫层的作用及其厚度的确定49第6章 CFG桩处理软土地基的施工工序50 6.1 震动沉管CFG桩施工工艺50 6.2 长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺50 6.3 两种CFG桩施工工艺的简要对照（见表6-1）51 6.4 优缺点分析52结论53致谢54参考文献55西南交通大学毕业设计(论文)第1章 绪 论1.1 高速铁路路基处理技术在国内外发展现状1.1.1 国外研究状况对于国外的高速铁路技术，最先开始研究的有日本的新干线技术、德国的市内快速ICE和法国的TVG。日本东海道新干线1964年开通以来，在高速铁路的土木工程等方面积累了许多值得借鉴的经验，日本在处理软土地基方面的方法主要分为二类：一是地基改良施工方法：如换填、堆载、直角排水、压缩法、夯实法等；二是地基处理如反压护道法、缓速填筑法、表层加固法、填土加固法、采用轻质填料法等。德国铁路规范铁路土工工程836明确指出，铁路路堤的沉降由下列三部分组成：S总=S地基+S路基+S活载 (1)铺设无碴轨道板后路基工程的工后沉降SR必须满足下列要求：SR (mm)轨道最大的调整高度(mm)5(mm)=20-5=15mm；(2)对于均匀沉降段长度 20m的情况：允许的工后沉降值2SR；(3)在特殊情况下，铺设无碴轨道板后路基工程的工后沉降SR最大可以允许达到60mm，但条件必须是：由此沉降区间带来的行车动力及平顺性要求（Ra0.4Ve2）能通过线路高度的调整得到平衡。德铁规范Ril 836给出：应进行线路沉降的计算和观测。方法可以采取：(1)德国国家规范DIN 4107给定的线路沉降关测；(2)德国国家规范DIN 4019给定的分层总和法；(3)德铁规范Modul 836.0700线路沉降预估法，这里主要是对各类下穿工程开挖施工所引起的线路沉降预测。德国铁路规范第M836.0502节规定，当线下结构/地基不满足沉降变形和稳定要求时，必须进行加固或改善。德国铁路规范给出的、通常采取的地基加固措施有：换填土；（通过物理或化学方法进行的）土的固化和改良；振动沉管法；碎石桩、砾石砂土桩、素混凝土桩、粉喷桩、高压旋喷桩等类似的桩；高压灌浆加固。1.1.2 国外相关理论+对于CFG桩桩网结构以及类似软基加固处理结构形式，国外一些工业先进国家有各自的规范或规程。如英国BS8006规程、北欧Nordic规范、日本手册和德国EBGEO的设计理论等。由于上述四个规范规程对荷载的传递与分配进行了不同的理论假设，设计参数和计算结果差异较大。1.1.3 国内研究现状阎明礼等人对CFG桩复合地基的作用机理、设计方法、在水平荷载作用下的承载性状进行了全面的阐述，涵盖了CFG桩复合地基基本理论、工作机理、设计方法、竖直和水平荷载下的承载力性状等做了系统全面的阐述。董必昌、郑俊杰分析了CFG 桩复合地基的变形模式，推导出一种考虑桩土垫层相互作用的沉降计算方法以及桩土应力比公式，该沉降计算方法充分考虑了桩土之间的相互作用即摩擦阻力的作用，在中间过程中还可方便的求出等沉面位置以及桩土应力比等参数，并进一步对其进行了数字仿真，得到的模拟值与计算值较为一致，结果证实了该沉降计算公式的可行性。孙健等人根据CFG桩复合地基的作用机理和特性,通过对复合地基CFG桩负摩阻力大小的计算，基于桩土变形协调条件，求出复合地基CFG桩负摩阻力的作用长度。根据负摩阻力大小和作用长度分析了在CFG桩复合地基中负摩阻力的危害和影响，并提出一些相应的结论和处理措施。张忠坤通过对柔性单桩竖向加荷、大面积荷载作用下复合地基中心单桩轴对称及路堤荷载作用下复合地基的有限元数值分析，探讨了临界桩长问题，得出了桩体临界桩长不仅与桩土模量比有关，而且与荷载分布有关的结论。潘星分析了CFG桩复合地基加固机理及沉降模式，详细讨论了其沉降计算，包括它的计算厚度、影响因素、压缩模量选取及附加压力计算等。提出按变形控制理论进行变形计算有其优点。陈东佐，梁仁旺通过工程实例，对CFG桩复合地基的设计方法进行了简要阐述；并采用有限元ANSYS程序对CFG桩复合地基的应力传递特性进行了分析；对CFG桩体的强度和弹性模量进行了测试，对CFG桩体、CFG桩复合地基进行了静载荷试验，对桩间土进行了标准贯入试验。试验和分析结果表明：CFG桩能够把荷载传递到深层土上；CFG桩复合地基与天然地基的变形比随面积置换率m的增大而减小，且当m10%时，效果显著；经CFG桩处理后的复合地基的承载力高达天然地基承载力的2.5倍以上 。林晖针对不同材料构成的褥垫层(相同厚度)及同一种材料不同垫层厚度情况进行了土压力盒试验，各桩试验结果表明,桩土应力比随着荷载的增大而逐渐增大，随着荷载的增大，桩分担的荷载也逐渐增大。张晶、李斌通过对该工程软弱土层进行复合地基处理后的静荷载试验结果，分析了CFG桩复合地基的承载力性状，并对单桩、桩土复合、桩间土等不同的复合地基试验结果进行了分析对比，这些试验结果和分析结论对指导软弱土地基处理与加固具有一定的参考价值。冯震等人通过室内模型桩试验，分析了竖向荷载对CFG桩的水平位移、桩身弯矩的影响。接着，运用三维有限元的方法，考虑了土体的弹塑性（PrandtlReuss模型)，以及在桩土界面处设置接触单元来考虑桩土的滑移和开裂，对模型桩进行了模拟分析。通过现场原形实验,对分析结果进行验证结果显示轴向荷载的存在对CFG桩产生附加弯矩和水平位移，但在试验荷载范围内影响很小。邢仲星、陈晓平采用有限元分析方法对采用刚性桩、柔性桩、搅拌桩处理后的复合地基的不同情况进行了计算分析,通过对应力场、变形场、应力水平等特性的研究认为CFG桩复合地基的变形主要是由桩间土及桩端土的压缩组成以及CFG桩整个桩群的桩端应力相互影响，出现了应力叠加现象。国内外对于刚性基础下复合地基的工作性状已开展了一些研究工作，通过采用室内实验、理论分析（包括解析方法和数值方法）和现场测试等方法对复合地基的承载力、变形、桩土应力比、荷载传递规律、垫层效应、动力特性以及可靠度等方面进行了研究，取得了丰富的成果。1.2 京沪高速铁路概况京沪高速铁路位于中国东部地区的华北和华东地区，两端连接环渤海和长江三角洲两个经济区域，全线纵贯北京、天津、上海三大直辖市和河北、山东、安徽、江苏四省。所经区域面积占国土面积的6.5%，人口占全国的26.7%，人口100万以上城市11个，国内生产总值占全国的43.3%，是中国经济发展最活跃和最具潜力的地区，也是中国客货运输最繁忙、增长潜力巨大的交通走廊。沿线以平原为主，局部为低山丘陵区，经过海河、黄河、淮河、长江四大水系。北京济南属冀鲁平原，地形平坦开阔，地势为两端高、中间低，团泊洼一带为全线最低处；济南徐州属鲁中南低山丘陵及丘间平原，地形起伏较大，泰安段为全线海拔最高的区段；徐州上海线路主要通过黄淮、长江三角洲平原区，局部（蚌埠丹阳）通过阶地垄岗、低山丘陵。沿线的工程地质条件主要是软土、松软土分布广泛，尤其是武清沧州松软土、丹阳上海软土，埋深变化大，软土层厚、强度低，工程性质差。设计最高运行时速380km。1.3 本文主要的研究内容、目标和方法本文主要研究U型槽在路基处理中的应用初探和通过对于京沪高速铁路某路段的软土地基CFG桩处理设计，来说明CFG桩在高速铁路软土地基处理中的可行性。本文中突出的问题有两个：1、本设计为了节省土地，划定了红线，路基放坡放不下来；2、高速铁路对稳定性及变形控制严格，软土必须要进行处理。关于路基放坡，陡坡要考虑支挡结构。但是路基两边都用普通挡土墙支挡，不容易对称，工后两边挡土墙边墙顶端的挠度不等必然使道床倾斜影响行车安全。所以，将两边连接起来形成整体的U型槽，能完美的避免这种问题！而且将地面以上结构刚化，简化荷载形式，有利于紧接的地基处理中的计算。对于软土的处理，是控制变形的关键！通过增加地基刚度来达到作为高速铁路地基的要求。选用刚性桩来进行软土地基的处理，CFG桩是结合了碎石桩和混凝土桩等的优点，是目前首选的刚性桩。第2章 路基结构设计2.1 U型槽的内力计算 2.1.1 处理后路基结构的形式处理后路基结构的形式见图2-1图 2-1处理后路基结构的形式图2.1.2 U型槽上荷载的确定京沪高速是双线，以下以双线中每条线说明：列车活载：89.81kN;钢轨：60kg/m(合计1.176kN/m);轨枕及扣件：3.46kN/根，使用1920根/公里，合计6.65kN/m;混凝土道床：混凝土用C40（2400kg/m） ，每延米体积是1.5，合计35.28kN/m;填土重度r=20kN/ ,体积按立方体保守估计V=1561=90，合计重度G=1800kN/m;每线荷载+为132.9kN/m；总荷载2132.9+1800=2065.83(kN/m) 静止土压力A点的静止土压力是B点的静止土压力是2.1.3 U型槽边墙内力计算 2.1.3.1 边墙荷载混凝土比填土刚度大许多，因此视U边墙为刚性挡墙，采用静止土压力计算。轨道部分的荷载是2132.9=265.8kN/m，换算的土柱是底面覆盖U型槽底板面积的立方体，换算土柱高是0.886m见如图2-2，所以U型槽侧墙顶端以上的A点土柱高度是1.886m。如图2-3 所示 图2-2 换算土柱示意图静止土压力 ； =0.25图2-3 边墙荷载图静止土压力A点的静止土压力是B点的静止土压力是2.1.3.2 边墙内力图 边墙内力图如图2-4图2-4 边墙剪力图转角B点的剪力转角B点的弯矩是如图(2-5)2.1.3.3 边墙挠度计算抗弯刚度EI按照素混凝土计算A点的挠度是（合理）2.1.4 U型槽底板内力计算2.1.4.1 底板荷载 槽底板按照简支梁的模型来估算板上均布荷载底板的荷载如图2-5图2-5底板的荷载图2.1.4.2 底板内力 底板的剪力如图2-6图2-6 底板的剪力图剪力： 图2-7底板的弯矩图弯矩：2.2 U型槽的配筋计算2.2.1边墙配筋U型槽边墙配筋如图2-8图2-8 边墙配筋图按单筋计算选用428mm的冷拉级筋，；混凝土，检验：；满足抗弯要求。适用条件：（不少筋）；（不超筋）；2.2.2底板配筋按双筋计算受拉筋选布置两排，受压钢筋在受压区布置一排。冷拉级筋，,；混凝土，；检验：适用条件：（不超筋）；满足抗弯要求。2.2.3加强钢筋转角地方必须配置加强钢筋，转角地方的弯矩既是边墙的最大弯矩，所以转角的配筋和边墙受拉区一样，详细见附录图纸。2.2.4 构造配筋边墙：在受压区每延米配428mm，混凝土保护层厚度25mm；分布钢筋紧靠在受拉钢筋内侧，间距是250mm，箍筋和分布钢筋的直径是14mm。底板：在受压区每延米配，混凝土保护层厚度25mm；分布钢筋紧靠在受拉上层钢筋内侧，间距是100mm，箍筋和分布钢筋的直径是14mm。2.2.5 受剪承载力验算2.2.5.1.边墙1）验算截面限制条件 由选用公式（截面尺寸满足要求）2）验算最小配箍率 3）梁的极限受剪承载力 所以截面满足抗剪承载力要求。2.2.5.2.底板1）验算截面限制条件 由选用公式（截面尺寸满足要求）。2）验算最小配箍率 3）梁的极限受剪承载力 所以截面满足抗剪承载力要求。第3章 软土和铁路软土地基处理方法3.1 软土的概念软土是包括淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等一类土体的简称。软土由细颗粒组成，可含或富含有机质，呈松软状态。其基本物理力学特征是：天然含水量高、天然空隙比大、渗透系数小、压缩性高、强度低，可呈灵敏性结构。软土具有特殊的工程性质，而且因成因、类别、环境等的不同，物理力学性质也会表现出一定的差异。在软土地基上修建高速公路，软土的工程性质对工程质量、投资、工期乃至工程的成败都有重要影响，因此应引起高度重视。3.2 软土的危害软土都具有含水量大、强度低、压缩性高、和透水性差的共同特点。软土作为工程建筑物的地基，由于承载力低，往往会产生不同程度的坍滑或沉陷，危害工程的安全。在软土地段筑路，有的在填筑过程中，便产生严重的下沉；有的经运营若干年后还有下沉现象。当遇到不满足稳定条件的软土地基的时候，就需要进行软土地基处理。由于软土具有含水量高、孔隙比大、渗透性小、压缩性高、抗剪强度底、触变性等不利的工程性质，在软土地区修筑的铁路，一直是铁路建设的一个中大技术课题。在软土地基上修筑高等级铁路，需要解决的关键问题就是路堤的稳定和变形。只有当路堤满足稳定条件的时候才能进行路堤的变形计算。软土路堤的破坏主要是路堤边坡的滑动失稳，大多数是由于施工速度过快，路堤边坡太陡或地基承载力不足引起的。当遇到不满足稳定条件的软土地基的时候，就需要进行软土地基处理。现在关于加固处理的措施，国内外都有丰富的经验。3.3 铁路软土地基处理方法软土路基处理方法的分类多种多样，按时间分为临时处理和永久处理；按处理深度分为浅层处理和深层处理；按地基处理原理大体上分为动力固结法、置换法、排水固结法和复合地基法等，这些分类方法也不是严格区分开来，往往一种处理方法可能会有几种不同的作用。(1) 动力固结法：是利用夯锤从高处自由落下反复夯击地基，使软土在外力作用下得到振实、挤密，从而提高地基的强度。(2) 置换法：是将地基底面以下处理范围内的软弱土层挖除，然后置换强度较大的砂砾、碎石土、素土、石灰土等透水性好以及其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并分层压实。(3) 排水固结法：原理是地基在荷载作用下通过布置竖向排水体和水平排水层，将土中的孔隙水排出。一般是由排水和加压两个系统组成，排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水距离，该系统是由竖向排水体和水平排水层构成。加压系统是用路基填土堆载预压施加起固结作用的荷载，使土中的孔隙水产生压差而流向排水系统最终固结。(4) 复合地基法：是在天然地基的土体内增加人工增强体（桩）构成人工地基，在地基中应力按材料模量重新进行分布，大部分荷载由桩体承担，桩间土的应力相应减小，但土体仍与增强体共同承担荷载。在桩体的复合地基中桩的作用是主要的，桩又可以根据材料和强度分为散体土类桩柔性桩（如碎石桩、砂桩），水泥土类桩半刚性桩（如水泥搅拌桩、旋喷桩），混凝土类桩刚性桩（如树根桩、CFG桩、各种砼桩）。表3-1 常用地基处理方法分类表分类动力固结法置换法排水固结法复合地基法其他方法处 理 方 法强夯法开挖换填法堆载预压法砂桩反压护道法重锤夯实法抛石挤淤法砂垫层预压法碎石桩土工材料加固法爆破法轻型材料置换法砂井预压法钢渣桩冻结法轮胎土袋装砂井预压法深层搅拌桩烧结法塑料排水板预压法高压旋喷桩真空预压法树根桩电渗预压法CFG桩降水预压法砼薄壁管桩预应力砼管桩这些处理方法都有各自的特点、适用范围和存在的问题，如置换法的优点是施工简单，能彻底根治软土地基的不良影响，缺点是对环境的影响较大，费用相对较高，只限于3米以内浅层软土的处治；排水固结法的优点是工程造价较低，工艺简单，缺点是施工期长，处理的深度有限，一般用于深度在412米的软土处治；复合地基法优点是施工期短，处理的深度较深，且效果相对较好，缺点是施工工艺较复杂，工程造价较高，一般用于桥头和深层软土（1020米）的处治；对于超过20米的软土地基最好的处治方法是修建高架桥，但造价较高。第4章 天然地基的承载力计算和沉降计算4.1 设计资料及相关工程指标4.1.1 设计资料取京沪高速铁路沧州西站DK218+671.2-DK218+714段路基为研究对象，依据该处的地质情况及规范要求，设计路基，看其工后沉降（铺轨以后的沉降）是否小于15mm，若不满足，需经行相应的地基的处理，使其满足沉降要求，并验算其稳定性。本试验项目选择沧州西站段路基为京徐段试验工点。本段线路位于沧州东纪洼村附近，沧州西站内。地形平坦，地势开阔，线路以填方通过，路堤高度6.56.7m，路基基地宽度3070m，地基主要为粉质黏土及粉土，层厚大于45m。地质纵断面自上而下主要地层情况为地层：黏土，黄褐色，半干硬硬塑，厚5.9m，粉质黏土，黄褐色，软塑，厚1.0m；黏土，黄褐色，软塑，厚0.8m，0=140kPa；粉土，黄褐色褐灰色，中密，潮湿，厚2.96.1m；粉质黏土，灰褐色，软塑，厚1.0m，0=130kPa；粉土，褐灰色，密实，潮湿，厚1.5m；粉砂，灰褐色，密实，潮湿，厚1.9m，0=110kPa；粉质黏土，黄褐色，硬塑，厚8.1m；粉土，黄褐色，密实，潮湿、饱和，厚0.92.3m；粉质黏土，黄褐色、褐黄色，硬塑，厚1.15.3m；粉砂，黄褐色，密实，饱和，厚3.6m。水文地质特征：地下水为第四系孔隙潜水，地下水埋深约3.0m。地下水主要由大气降水补给，水位季节变化幅度13m。地下水具硫酸盐侵蚀，环境作用等级为H2。地震动峰值加速度为0.10g(地震基本烈度为度)。土壤最大冻结深度为0.6m。4.1.2 相关工程指标根据柱状图和地质剖面图将土层划分为10层，各土层的物理力学参数如表4-1所示。路基填土为AB类填料，填料重度，路基填土平均高度，路基顶面宽度为。地下水为第四系孔隙潜水，地下水埋深约3.0m。地下水主要由大气降水补给，水位季节变化幅度13m。地下水具硫酸盐侵蚀，环境作用等级为H2。上部轨道设备铺设安装前有12个月的路基施工周期。根据京沪高速铁路设计规范及相关资料技术规定，处理后地基必须满足以下工程技术指标要求：(1)地基承载力满足设计要求；(2)地基在路基施工期沉降宜控制在以内，路基施工期结束后的剩余沉降（即工后沉降）宜控制在以内。 表4-1 土层的物理参数土层天然重度kN/m饱和重度kN/m压缩模量Mpa泊松比粘聚力kPa内摩擦角（度）渗透系数m/d本构类型粉质粘土219.2206.40.3546.45.121.00E-05M-C粉土319.620.5160.33023.128.64E-04M-C粉土319.820.517.60.3124.823.124.00E-04M-C粉砂1119.922.3280.280.825.68.64E-03M-C粉砂112021.2480.264288.64E-02M-C粉质粘土219.620.5360.294022.41.00E-05M-C粉砂112021.5640.252.430.49.00E-04M-C4.2 地基承载力计算4.2.1 荷载的组成当工程全部完工，进入正常运行后，地基承受的荷载按形式可分为静荷载和动荷载。静荷载主要由路基填土重量和轨道等上部结构及列车重量构成。动荷载主要是列车在高速运动下形成的。由于在路基施工期间，地基上部已经有高的路基填土还有高的超高预压填土（该超高填土形成的荷载等效于列车及轨道等结构物的共同荷载），故认为路基施工期和超载预压期的荷载就是最终的静荷载。现存的相关科研资料和设计资料表明，动应力对于轨道面以下左右的路基有较大的影响，而在轨道面以下动应力急剧衰减。本段设计中填土路基高达，故我们认为由动应力引起的附加应力限于U型槽内，对地基的作用很小，即动荷载为零。地基承受的荷载包括列车活载，轨道部分的重量，填土重量，U型槽重量。混凝土和填土的复合容重取。本设计中地基承受U型槽传来的最终荷载是P=137.722kN/m.均布带状，长度15米，宽度1米。4.2.2 自重应力计算天然水的重度自重应力采用有效重度计算，即地下水位以上取天然重度，地下水以下取浮重度。地表以下任意点的自重应力可按下使计算： (4-1)式中： 每层的厚度； 各层的有效重度。结果见表4-2。4.2.3 附加应力计算假定地基为各向同性半无限体，在地表荷载作用下，地基中所引起的应力按弹性理论求解。取某一截面，上部荷载考虑成荷载计算示意图所示的荷载形式，即均布带状荷载，取线路沉降最大的中心线下的沉降作沉降控制。由带状均布荷载P作用对该点引起的附加应力按公式(4-2)计算。 (4-2)式中：b为均布荷载覆盖宽度，z为中心线以下各点的埋深，以地面点为原点。计算结果见表4-2；以为间距从地表向下开始取点，编号为1点即与路基中线处于同一竖直面的地基表面点，土层性质突变，间距不足时按实取，利用excel制作计算表4-2，表中各项参数含义同上。4-2 路基中线下各点的自重应力和附加应力计算表点编号z(m)10137.72219.20137.72220.5137.72219.29.6137.67831137.72219.219.2137.38541.5137.72219.228.8136.62752137.72219.238.4135.25162.5137.72219.248133.18473137.72219.257.6130.42383.5137.72211.263.2127.02994137.72211.268.8123.107104.5137.72211.274.4118.781115137.72211.280114.182125.5137.72211.285.6109.433135.9137.72211.290.08105.599146.4137.72211.295.68100.835156.9137.72211.2101.2896.1717167.4137.72211.2106.8891.6602177.7137.72211.2110.2489.0419188.2137.72211.7116.0984.8431198.7137.72211.7121.9480.8634209.2137.72211.7127.7977.1093219.7137.72211.7133.6473.58082210.2137.72211.7139.4970.27282310.7137.72211.7145.3467.17722411.2137.72211.7151.1964.28342511.7137.72211.7157.0461.58012612.2137.72211.7162.8959.05522712.7137.72211.2168.7456.69652813.2137.72211.2174.5954.49222913.7137.72211.7180.4452.43083014.2137.72211.7186.2950.50163114.7137.72211.7192.1448.69453215.2137.72212.5198.39473315.7137.72212.5204.6445.40943416.2137.72212.5210.8943.91463516.6137.72212.5215.8942.78273617.1137.72211.2221.4941.44223717.6137.72211.2227.0940.17833818.1137.72211.2232.6938.98523918.6137.72211.2238.2937.85764019.1137.72211.2243.8936.79074119.6137.72211.2249.4935.78014220.1137.72211.2255.0934.82174320.6137.72211.2260.6933.91174421.1137.72211.2266.2933.04694521.6137.72211.2271.8932.22424622.1137.72211