软土地基处理技术毕业论文.doc

目 录第1章 绪论11.1 软土地基处理技术的发展现状11.1.1发展状况11.1.2处理的意义11.1.3常用的方法21.1.4处理理论31.2设计的主要内容及方法步骤3第2章 路堤横断面设计42.1设计资料选定42.1.1铁路路基资料42.1.2铁路等级比较52.2路基设计的参考规范62.3路堤横断面设计72.3.1铁路设计基本资料72.3.2路堤横断面72.4天然软土及工程特性82.4.1软土的定义82.4.2软土的工程特性82.5天然地基沉降计算与稳定性验算92.5.1路基沉降计算92.5.2稳定性验算12第3章 软土地基处理设计143.1处理原因143.2处理方案比选143.2.1处理的方案143.2.2方案比选173.3 CFG桩处理软土地基方案183.3.1单桩竖向承载力特征值183.3.2复合地基承载力的计算193.4复合地基沉降计算及稳定性检算213.4.1稳定性参数计算213.4.2复合地基沉降计算213.4.3复合地基稳定性验算23第4章 路堤沉降与稳定观测设计244.1沉降及稳定性监测的目的244.2稳定监测的技术要求244.3路堤沉降及稳定性监测的方法254.4地表沉降量观测254.4.1观测目的254.4.2观测仪具的埋设254.4.3观测方法254.5 地表水平位移量及隆起量观测264.5.1观测目的264.5.2观测仪具的埋设264.5.3观测方法264.6地下土体分层水平位移观测264.6.1观测目的264.6.2观测仪具的埋设264.6.3观测方法274.7孔隙水压力观测274.7.1观测目的274.7.2观测仪具的埋设274.7.3观测方法274.8工作基点桩和校核基点桩284.9 其他注意事项28第5章 施工组织设计295.1 CFG桩施工组织设计295.1.1工程概况295.1.2设计要求与措施295.1.3施工条件分析295.1.4施工工序305.1.5施工顺序305.1.6工艺流程图315.1.7 施工中有关注意事项325.1.8 常见的问题及处理措施335.1.9 CFG桩效果检验335.1.10安全保证措施345.1.11 文明卫生措施355.1.12 工期保证措施355.2 路堤施工组织设计365.2.2 填筑前准备工作365.2.3 施工组织部署365.2.4 施工方法、技术措施及工艺375.2.5 试验段路堤填筑工艺流程405.2.6 施工放样41第6章 结论与展望436.1结论436.2展望43参考文献44致 谢46附录A 外文资料翻译47附录B 图纸64第1章 绪论1.1 软土地基处理技术的发展现状1.1.1发展状况软土地基在工程上的定义即是，强度低，压缩性高的软弱土层地基，主要是由淤泥、淤泥质土、冲填土或其他压缩性土层构成。软土地基的特性主要表现为天然含水率高、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。这是一种具有承载力低、沉降量大，具有振动液化性、湿陷性、胀缩性等不良工程性质的软弱地基。近30年来，国内外软土路基处理技术方面发展十分迅速，传统方法得到改进，新的技术不断涌现。例如20世纪60年代中期，从如何让提高土的抗剪强度这一思路中，发展了土的“加筋发”，以及以后春笋般出现的土工聚合物，沙井预压，塑料排水带，强夯法，振动水冲法等。随着科技的发展，人们在改造工程特性的同时，不断丰富了对土的特性的研究和认识，从而进一步推动了软土地基处理技术和方法的更新，因而成为土力学基础工程领域中一个较有生命力的分支。随着国民经济的快速发展，高速发展的社会使得人们的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，客货分线，发展客运专线成为铁路发展的方向。高速行驶的客运列车目标是“高速、舒适、安全”，对路基的要求愈来愈严格，它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，需要在设计施工中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、不均匀沉降和固结完成时间长等问题。因此，在软土路基上修建铁路，需要解决的关键问题就是满足路基的稳定性和沉降控制。1.1.2处理的意义对软土地基进行加工，改善地基土的剪切特性，压缩特性，渗透特性，动力特性。提高软土地基的强度和稳定性，降低地基的压缩性，减少沉降和不均匀沉降。防止地震时地基的振动液化，消除区域性土的湿陷性，膨胀性和冻涨性。软土地基经过处理后，防止各类建筑物倒塌下沉，倾斜等恶性事故的发生，确保上部基础和建筑物的使用安全和耐久性。代替造价深基础和桩基础，具有较好的经济效益。1.1.3常用的方法降低工后沉降量主要是对高压缩性的软土路基进行地基处理。目前，常用的处理方法包括垫层置换、排水固结、复合地基、人工地基等。地基处理应从实际出发，因地制宜，选择合理经济的处理方案。1排水固结法排水固结法是利用饱和软粘土在外荷载作用下排水压实且卸载后仍基本维持密度不变的特性，对软土地基进行预压加固处理的一种物理加固方法。包括：排水沙井，袋装沙井，塑料板排水。2垫层和置换法垫层和置换通常应用于路堤高度不超过3m、软土层厚度小于3m、对路基要求不高的线路地基处理。主要有砂垫层、浅层置换预压处理、反压护道法、土工织物加固地基法及轻质路堤(采用粉煤灰，EPS、SLM轻质材料做路堤填料)。3 反压护道法是通过在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道起反压作用，防止地基破坏，保证路堤稳定的一种施工方式。4强夯挤淤法采用边强夯，边填碎石，边挤淤凡人方法，再地基中形成碎石墩体，可以提高承载力和减小变形。5人工地基（换土，挤密砂桩，碎石桩）人工地基是在软土地基内设置各种材料合成桩，构成复合地基或将地基土换成性能良好的材料以保证路堤稳定的一类方法。6水泥搅拌桩法水泥搅拌桩是在地基中注入水泥硬化材料，用特殊搅拌机械与原地基土就地混合搅拌，加速固结地基的化学方法。7复合地基法近年来，出现了另一种复合地基CFG是指水泥粉煤灰碎石桩。它是由中国建筑科学研究提出的一种新型桩体。桩身材料是由素混凝土桩的基础上发展而来，主要由碎石、石屑、粉煤灰、掺和水泥和水搅拌而成，具有良好的和易性。通过调整水泥的掺量及配比，可使桩体强度在C5-C25间变化。1.1.4处理理论(1)考虑土的变形机理，将沉降分为三部分：初始沉降、固结沉降和次固结沉降，对不同的沉降类型采用相应的分析理论加以计算。(2)考虑土体的实际应力状态，如考虑三向应力状态下的沉降计算方法、考虑地基中初始应力场对沉降的影响、考虑土体各向异性等，对沉降计算理论加以修正。(3)考虑地基土体的地质历史，对欠固结状态、超固结状态和正常固结状态的地基土分别进行计算，从而提高沉降计算精度。(4)根据以往工程实例和沉降观测资料的统计分析，采用经验系数来调整计算结果。1.2设计的主要内容及方法步骤1通过查阅铁路设计规范及铁路设计标准图，结合选题要求，进行路堤横断面的选取与设计。2通过对土体进行总和法分层，计算路堤基底的附加应力，运用换算土柱法完成路堤沉降量计算。3学习同济启明星软件，里正软件，用瑞典法和简化毕肖普法分别对天然地基进行路堤稳定性验算。4比较国内外常见的软土地基处理的技术研究和应用现状，以及其设计理论、实施工艺、适用条件等；通过比较，选择适用的处理方法对天然软土地基进行处理设计，使其满足地基施工要求；并进行处理后的路堤沉降量计算和路堤稳定性验算。5通过地表沉降量观测、地表水平位移量及隆起量观测、地下土体分层水平位移观测、孔隙水压力观测、工作基点桩和校核基点桩观测等多种途径，对路堤沉降与稳定进行观测设计。6从CFG桩施工组织设计和路堤施工组织设计两方面入手，完成假定的施工组织设计。第2章 路堤横断面设计2.1设计资料选定 2.1.1铁路路基资料1铁路路堤构造路堤是指铺设轨道的路基面高于天然地面时，路基以填筑方式而构成的路基。路堤的构造是由路基本体和辅助设备。路基本体是按线路设计要求铺设轨道而构筑的部分，路基辅助设备是为确保路基本题的稳定性，采用合理的辅助设施，包括排水设备和防护，加固设备。2路基本体路基本体是由路基顶面、路肩、基床、边坡、路基基底组成。 (1)路堤顶面是直接在路基上面铺设轨道的面。(2)路肩是路基面两侧自道床坡角至路基面边缘的部分，主要保护路基土体，防止其在列车振动的作用下侧向挤动，以及防止路基面边缘部分的土体塌落影响道床的完整状态。(3)基床是指铁路路基面以下受列车动荷载作用和受水文、气候四季变化影响深度范围内的路堤。直接关系到列车运行速度和平稳性。(4)边坡是指路堤路肩边缘以下至坡脚一段的斜坡面。路堤的边坡高度是指路肩高程与坡脚高程之差。边坡坡度直接影响着路堤本体的稳定和费用，因此，边坡坡率受到一定的限制和规范。(5)路堤基底是指路堤填土的天然地面以下受填土自重及轨道、列车荷载作用的部分。基底的稳定性直接影响路堤的整体稳定性，特别是在软弱土体上修建路堤，必须对路基基底进行严格的控制。3路基辅助设备(1)路基排水设备路基排水设备分地面排水和地下排水设备。地面排水设备包括天沟、排水沟、侧沟、及跌水等主要是用于拦截地面径流，汇集路基范围内的雨水并排到天然排水沟，以防止地面水对路基基底的浸蚀。地下排水设备包括明沟、暗沟、渗井等，主要疏导地下水和降低地下水位，以改善地基土和路基的工作条件。(2)路基防护设备路基防护设备是指路基坡面防护，包括坡面防护和冲刷防护。坡面防护主要是防止路基边坡和坡脚受坡面雨水冲刷，防止日晒雨淋引起干湿循环，防止气温变化引起的土体冻融变化影响边坡的稳定，冲刷防护主要是防止河水对坡脚的冲刷和浸蚀。2.1.2铁路等级比较1中国国铁的等级，是依据中国铁路工程技术规范来确定的。确定铁路等级，主要考虑以下因素：(1)铁路线路在全国路网中的意义。(2)国家对该线路的远期年运输能力的要求。(3)该线路在路网中的作用和担负的运输量。(4)I级铁路的标准是，在全国路网体系中具有重要政治、经济、国防意义的，在路网中起骨干作用的。(5)II级铁路的标准是，在路网体系中具有一定政治、经济、国防意义的，在路网中起联络辅助作用的。(6)III级铁路的标准时，为某一地区服务，具有区域性意义，年运输能力小于500万吨的铁路。2新建客货共线铁路设计暂行规定(1)铁路等级的划分应根据其在路网中的作用、性质和客货运量确定。I级铁路在铁路网中起骨干作用或近期年客货运量大于或等于20Mt者；II级铁路在铁路网中起联络、辅助作用且近期年客货运量小于20Mt；且大于或等于10Mt。(2)旅客列车设计行车速度应根据运输需求和地形条件等因素合理选定。旅客列车设计行车速度I级铁路可选120200km/h,II级铁路可选80120km/h。(3)铁路开通运行速度按有关规定和运输需要应达到设计速度，在困难条件下，I级铁路设计速度为200km/h的开通运行速度不低于160km/h,设计速度为160km/h的开通运行速度不低于120km/h,II级铁路开通运行速度不低于80km/h。3铁路客运专线客运专线是以客运为主的快速铁路。目前在我国，铁路等级除、级外又增加了“客运专线”等级，时速200至350km/h的铁路统称为客运专线，曲线半径一般在2200m以上。铁路提速线路规划1997年以来，中国铁路连续进行五次大面积提速，取得了显著成绩。2007年4月18日将实施的第六次大提速，时速160km线路延展长度可达到近万公里，京沪、京广、京九和陇海线部分区段，京哈、胶济、浙赣、武九、广深等延展长度约6000km的线路将实现时速200km 到250公里的运行目标。在铁路客运专线网和铁路提速线路规划中，符合新建铁路列车最高运行速度250km ，改建铁路列车最高运行时速200km。铁路的集合，即形成高速铁路网规划。实施中长期铁路网规划两年多来，由于社会广泛的重视和支持，铁路客运专线建设快速、有序、高效地推进，在新建时速250km铁路客运专线3000余km，拟建铁路客运专线里程将突破规划阶段目标，这是经济社会发展需要和市场需求所致。 1964年日本建成世界上第一条时速210公里的高速客运专线后，法、德、西、意、韩、中国台湾等国家和地区纷纷修建高速客运专线，设计速度从210km/h到270、300、350km/h。1985年5月欧洲经济委员会(ECE)对铁路最高运行速度的观点是：高速客运专线为300km/h，既有线提速改造为160200km/h。国际铁路联盟(UIC)高速部，在“速度320350km/h的新线设计科技发展动态(第一部分)”(2001年10月25日版本)。客运专线安全可靠。安全是人们出行选择交通运输方式的首要因素。据中国经济景气检测中心日前对北京、上海、广州三座城市居民的随机抽样调查问卷显示，现在有66.9的居民外出首选火车，其中一条重要原因就是看中铁路运输安全。铁路客运专线是最安全的现代高速交通运输方式。它采用了先进的列车运行控制系统，能够保证前后两列车必要的安全距离，有效防止列车追尾及正面冲撞事故。信息化程度很高的行车设施诊断、监测、预警设备和科学的养护维修，构成了客运专线现代化的、完善的安全保障系统。高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。早在20世初前期，当时火车“最高速率”超过时速200公里者寥寥无几。直到1964年日本的新干线系统开通，是史上第一个实现“营运速率”高于时速200公里的高速铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到速度一定标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。广义的高速铁路包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统。2.2路基设计的参考规范1建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）；2建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）；3铁路路基设计规范(2005)；4铁路特殊路基设计规范(2006)；5岩土工程勘查规范（GB50021-2001）；6软土地基处理；7地基基础实用设计手册。2.3路堤横断面设计2.3.1铁路设计基本资料1铁路技术标准：客运专线，单线铁路，时速200-250公里。2铁路选线地质条件：软土地基，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；地震基本烈度在6度以上，考虑风化作用及冻害对软土地基的影响。2.3.2路堤横断面1路基面宽度II级中型单线铁路，渗水土路基，道床厚度.0.5m，路基面宽度8.2m，路堤填料重度18kN/m3；见图2-1。B=8.2mH=5.0mm=1.：1.5图2-1 路基横断面图2填料选择(1)基床表层填料选用A组优质填料。即硬块石，细粒石含量小于15%的漂石土、级配良好的中粗砂。(2)基床底层填料选用B组填料或经过处理后的C组填料。(3)路堤底层采用C组填料或经过处理的D组填料，如加入土工格栅加固土体。3边坡坡率依据软土路基规范规定，设计整个路堤上部边坡坡率设为1：1.5。 4排水与防护设计依据铁路路基设计规范，设计为路基两侧设置有边沟。采用植草进行绿色防护。2.4天然软土及工程特性2.4.1软土的定义软土一般是指由细粒土组成的天然含水量较高、孔隙比较大、压缩性强、抗剪强度低和承载力较低的软塑到流塑状态的土层。我国地域辽阔，从沿海到内地、由山区到平原，各地区的软土由于形成的环境、年代、地质条件等千差万别，其分布、厚度、性质也各不相同。国内，建设部规定，外观以灰色为主的细颗粒、天然含水量大于或等于液限、天然孔隙比大于或等于1.0的土划分为软土。铁道部以物理力学指标划分软土：天然含水量大于或等于液限、孔隙比大于1、压缩模量小于4000kPa、标准贯入击数N63.52、静力触探贯入阻力ps700kPa、不排水强度Cu25kPa。2.4.2软土的工程特性1.高孔隙比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0. 20. 4。2.较强透水性天然粘土多具有架空的结构,大孔隙之间形成透水通道,因此在高孔隙比的同时必然具有较强的透水性。不少试验资料表明,在结构破坏以前,天然粘土的固结系数可以达到同样条件下重塑土的1015 倍,。3. 陡降形压缩曲线天然粘土压缩曲线的初始段是很平缓的,当压力超过某一pc值时出现陡降段,并向重塑土的压缩曲线靠近,如图：d.强度指标小，软土的快剪凝聚力小于10kPa，快剪内摩擦角小于5；固结快剪的强度指标高，凝聚力小于15kPa，内摩擦角小于10。e.软土的灵敏性高，灵敏度在210之间，有时大于10，具有显著的流变性。软土地基的变形时间长，一旦软土受到扰动，就会发生变形破坏。因此，软土的4. 折线形强度包线2.5天然地基沉降计算与稳定性验算2.5.1路基沉降计算1分层界面为了沉降计算的方便，必须确定沉降范围内得分层界。其确定依据为：(1)压缩性不同的天然土层的界面，应取为沉降计算得分层面。(2)由于孔隙水压力的作用导致土的容重不同，所以地下水面的上、下也作为沉降计算的分层界面。(3)分层后，各层的厚度不能相差太大。 具体分层情况，如图2-2所示： 图2-2 分层总和法简图2路堤基底附加应力及沉降计算基底附加应力是指引起地基沉降的压力。基底附加应力包括两部分：活载产生的基底应力和路堤本身自重产生的基底应力。即式(2-1) (2-1)在路堤活载应力计算时，以无限长条形三角棱体代替路堤；三角棱体顶点作用有连续集中荷载，设每延米长的路堤上，列车及轨道重量之和为P，见式(2-2) (2-2)式中P列车与轨道荷载183.6kN/m；b路基顶面宽度一半(m)；m路基边坡坡率；路堤填筑容重(kN/m3)。由设计资料可知，设计的路堤高度H=5m，边坡坡率m=1:1.5，路堤顶面宽度8.2m，路堤填料重度18kN/m3。所以，集中荷载P0等效高度H0集中荷载P0传到地基顶面路堤中心线处的垂直应力分量： 路堤自重应力：路堤基底附加应力q中轴线上地基中各点附加应力随深度Z的计算，考虑列车荷载，路堤地面的受力分布为三角形，则 地下水位为0.5米，0.5米以下用浮容重中轴线上地基中各点应力计算表2-1如下：表2-1 地基中轴线应力计算表Z(m)a/zb/zIz( kPa)Pi(kPa)( kPa)Es(Mpa)(cm)0.5158.20.499137.39.5137.54.01.723.752.050.495136.223136.84.05.161.250.680.425117.055126.63.016.9100.750.410.35096.387106.73.014.2140.540.290.29581.211788.86.05.9180.420. 230.2568.8147756.05.0210.360.200.22261.1172.565.08.02.4240.310.170.20055.019858.18.02.2280.270.150.17147.123051.110.02.0310.240.130.15041.325444.210.01.3340.220.120.13537.227839.310.01.2说明：附加应力随深度而降低，；I应力系数源于地基内垂直应力计算简图；由于第6层底部1m的压缩量小于压缩层范围内总压缩量的2.5%，因此，沉降深度可确定为34m。即H=34m。各层沉降量公式S见公式(2-3) 所以，垂直总沉降量S为55.9*1.2=67.1cm3路堤底面工后沉降计算本工程施工中，工期为1.5年，则要填筑完整个路堤所需时间（固结历时）： t=1.5年天然孔隙比e1=1.4，e2=1.3,e3=1.5,e4=1.2。渗透系数，压缩系数a=（1+e）/EsEs1=4Mpa,Es2=3Mpa,Es3=6Mpa,Es4=8Mpa,土层下方沙层厚度10m，软土厚24m，双面排水，H=12m固结系数由此可得：Cv2=4.7,Cv3=9.4,Cv4=12.5加权平均得：Cv=(6.3*2+4.7*8+9.4*8+12.5*6)/(2+8+8+6)=8.35时间因数 固结度该层最终压缩量为：51.4*1.2=61.7cm施工过程中的压缩量为：51.4*0.346=17.8cm该层施工过程中路堤底面总沉降为：61.7-17.8=43.9cm大于规定时速200-250Km/h，工后沉降不得大于10cm，故需要进行软土地基处理。2.5.2稳定性验算1验算软件：同济启明星。2验算方法：瑞典法，简化毕肖普法。3验算模式：有效应力模式。4验算结果：见图2-2。5验算结论：天然地基安全系数小于1.25，其稳定性不符合要求，需要进行软土地基处理。图2-3 天然地基稳定性验算结第3章 软土地基处理设计3.1处理原因在上述客运专线设计中，软土本身具有含水量高、渗透性小、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低以及触变性等不利的工程特性，这就决定了软土地基的不稳定易变形的特点。又由于在本设计地段中，地下水发育、地表水丰富，且大地降水补给充足；加上地震基本烈度在6度以上，风化作用及冻害对软土地基的影响，使得软土地基处理显得更加复杂，问题更加突出。因此，在路堤施工中，对软土不稳定性和易变形的控制显得尤为重要。经第2章中路堤底面总沉降计算和天然地基稳定性验算，此客运专线单线铁路设计均需要进行软土地基处理。3.2处理方案比选3.2.1处理的方案地基处理的目的是提高地基承载力，降低其压缩性，确保基础稳定，减少基础的不均匀沉降。根据地基处理工程实例应用手册，主要方法有：1振动沉管砂石桩法：就是振动机的作用下，把套管打入规定的设计深度，套管入土后，挤密了套管周围土体，然后投入砂石，再排砂石于土中，振动密实成桩，多次循环后就成为砂石桩。桩与桩间土形成复合地基，从而提高地基的承载力和防止沙土振动液化，也可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。2高压喷射注浆法：先利用钻机把带有喷嘴的注浆管，钻入土层的预定位置，然后将浆液或水以高压流的形式从喷嘴里射出，冲击破坏土体，高压流切割搅碎的土层，层颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与浆液搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗渗能力的固结体。固结体形状取决于喷射流的方向。当喷射流以360度回转，且喷射流由下而上地提升时，固结体的截面形状为圆形，成为旋喷；而当喷射流的方向固定不变时，固结体的形状如板状或壁状，称为定喷。3碎石桩和砂桩：由1937年德国凯勒公司的Steuerman设计制造出具有现代振冲器雏形的机具，用来挤密沙土地基获得成功。它指振动、冲击或水冲等施工方式，在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂等粗骨料挤压入土孔中，不论采用湿法成孔（振冲法）、干法成孔（干振法）或振动沉管成孔，填料后形成大直径的由碎石或砂等构成的密实的桩体。4土桩及灰土桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，然后向空内夯填素土或灰土成桩。成孔时，桩孔部位的土被侧向挤出，从而使桩周土得以加密，所以也可称之为挤密桩法。5预压法：在建筑物或构筑物建造前，先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载，使土体中孔隙水排出，孔隙体积变小，土体密实，以增长土体的抗剪强度，提高软基的承载力和稳定性；同时可减小土体的压缩性，消除沉降量，以便在使用期不致产生有害的沉降和沉降差。 6置换法：当地基的上表层部分为承载能力低的软弱土(如淤泥、杂土)时，可将软弱土层全部挖走，换成坚土。即以砂、碎石等材料置换软弱地基中部分软弱土体，形成复合地基，或在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆或石灰等物质，形成加固体，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基承载力，减少压缩量的目的。7挤密压实法：挤密压实法的原理是采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。根据采用的手段可分为以下方法：(1)强夯法：这是一种快速加固软基的方法，将很重的锤提起从高处自由落下，以冲击荷载夯实软弱土层，使地基受冲击力和振动，土层被强制压密，从而提高地基土强度，降低土层的压缩性。以达到地基加固的目的。强夯法施工设备简单，不需要加固材料，费用低、周期短。但是强夯法有严格的土质适用范围，而主要适用于处理素填土、杂填土、砂土、低饱和度粘性土和黄土地基。(2)表层压实法：采用人工或机械夯实、机械碾压或振动对填土、湿陷性黄土、松散无粘性土等软弱或原来比较疏松表层土进行压实，也可采用分层回填压实加固，分层压实的填料也可适量添加石灰、水等，适用于含水量接近于最佳含水量的浅层疏松粘性土、松散砂性土、湿陷性黄土及杂填士。(3)振冲挤压法：通常用以加固砂层，其原理是：一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减少；另一方面依靠振冲器的水平振动力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂层挤压密实。(4)桩柱法：使用桩柱挤压地基是由桩柱挤密土和填夯的桩体组成的人工“复合地基”土桩主要适用于消除湿陷性黄土地基的湿陷性，灰土桩主要适用于提高人工填土地基的承载力适用于湿陷性黄土、人工填土、非饱和粘性土在松散砂土或人工填土中设置砂柱，能对周围土体产生挤密或振密作用，可以显著提高地基强度，改善地基的整体稳定性，并减少地基沉降量，适用于松砂地基或杂填土。8浆液灌注加固法：灌浆法的实质是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂隙或孔隙，以改善地基的物理力学性质。加固松软地基土的浆液材料主要有水泥浆液和各种化学浆液水泥浆液采用的水泥应是标4号以上的普通硅酸盐水泥，但由于含有水泥颗粒，是粒状浆液，故对小空隙的土虽在压力之下也难于压进，因此它适用于砾砂、碎石或大裂缝岩石的加固。化学浆液一般用以水玻璃为主剂的水玻璃水泥浆液，水玻璃氯化钙以及单纯的水玻璃等。其中用两种溶液加固土的一般称双液法，用一种化学溶液的称单液法。双液法可用于中砂、粗砂、碎砾石等土类的加固加固土的原理是由于两种溶液在土中起化学作用，析出硅酸胶凝体，使土粒胶结成有一定强度的土体，它的特点是速凝，抗压强度可达到大大提高以上。灌浆技术加固软路基，在技术上是可行的，在施工质量和处理效果上是好的，对其承载力和稳定性将得到较大的提高。根据采取不同的灌浆方法及相应的灌浆材料 ，灌浆法可应用于砂及砂砾地基、湿陷性黄土地基、粘性土地基。灌浆法的基本原理及其应用已形成了岩土工程化学。9加筋法：通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等达到提高地基承载力，减小沉降，或维持建筑物稳定的地基处理方法称为加筋法。加筋在地基土中埋设强度较大的土工合成材料、钢片等加筋材料、使地基土能够承受抗拉力，防止断裂，保持整体性，提高刚度，改变地基土体的应力场和应变场，从而提高地基的承载力，改善地基的变形特性。该方法适用于软弱土地基，填土及高填土、砂土等。10排水固结法：饱和软黏土地基在荷载作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形，同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。所以，土体在受压固结时，一方面孔隙比减小产生压缩，一方面抗剪强度也得到提高。这说明，如果在建筑场地先加一个和上部建筑物相同的压力进行预压，使土层固结然后卸除荷载，再建造建筑物。这样，建筑物所引起的沉降即可大大减小。如果预压荷载大于建筑物荷载，即所谓超载预压，则效果更好，因为，经过超载预压，当土层的固结压力大于使用荷载下的固结压力时，原来的正常固结黏土层将处于超固结状态，而使土层在使用荷载下的变形大为减小。排水固结法作为处理软粘土地基的有效方法，在工程上得到广泛的应用。采用排水固结法可同时解决沉降和稳定问题。使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差，且加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。排水可以利用天然土层本身的透水性，尤其是上海地区多夹砂薄层的特点，也可设置砂井、袋装砂井和塑料排水板之类的竖向排水体。加压主要是地面堆载法、真空预压法和井点降水法。为加固软弱的粘土，在一定条件下，采用电渗排水井点也是合理而有效的。(1)堆载预压法： 在建造建筑物以前，通过临时堆填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造建筑物。临时的预压堆载一般等于建筑物的荷载，但为了减少由于次固结而产生的沉降，预压荷载也可大于建筑物荷载，称为超载预压。为了加速堆载预压地基固结速度，常可与砂井法或塑料排水带法等同时应用。如粘土层较薄，透水性较好，也可单独采用堆载预压法。适用于软粘土地基。(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)：在软粘土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫层或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速固结，并加速强度增长。砂井法通常辅以堆载预压，称为砂井堆载预压法。适用于透水性低的软弱粘性土，但对于泥炭土等有机质沉积物不适用。(3)真空预压法： 在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及砂井抽气，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)稳定负压边界条件的软土地基。(4)真空-堆载联合预压法：当真空预压达不到要求的预压荷载时，可与堆载预压联合使用，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。适用于软粘土地基。(5)降低地下水位法： 通过降低地下水位使土体中的孔隙水压力减小，从而增大有效应力，促进地基固结。适用于地下水位接近地面而开挖深度不大的工程，特别适用于饱和粉、细砂地基。11复合地基法近年来，出现了另一种复合地基CFG是指水泥粉煤灰碎石桩。它是有中国建筑科学研究提出的一种新型桩体。桩身材料是由素混凝土桩的基础上发展而来，主要由碎石、石屑、粉煤灰、掺和水泥和水搅拌而成，具有良好的和易性。具有优点：对地基有挤密加固、和置换作用；通过在桩和基础间设置柔性褥垫层，可以调整桩土间的相对变形；强度和模量较均匀，对结构的抗震有利；垫层对地基的不均匀沉降有一定的补偿作用。3.2.2方案比选1.本设计为上海软土，因为固结排水效果不明显，上海缺砂，需到山东运砂，成本昂贵，故所有砂桩，塑料板排水均不能使用。2.本设计为深厚软土，故置换法，水泥土搅拌法等，均不能做到20深度（高压旋喷除外）。3上海地区，土资源少，不能使用反压护道等施工技术。4.CFG桩能克服以上不足，且强度高，经济效益，是地基处理的新趋势，故选用CFG桩加固地基。3.3 CFG桩处理软土地基方案CFG桩处理机理： 水泥搅拌桩是深层搅拌桩的一种，主要用于加固饱和粘土地基，桩身材料是由素混凝土桩的基础上发展而来，主要由碎石、石屑、粉煤灰、掺和水泥和水搅拌而成，具有良好的和易性。具有优点：对地基有挤密加固、和置换作用；通过在桩和基础间设置柔性褥垫层，可以调整桩土间的相对变形；强度和模量较均匀，对结构的抗震有利；垫层对地基的不均匀沉降有一定补偿作用。 根据虚拟的本工程中场地的条件、施工机械及规范要求，选取CFG桩的直径D=500mm，加固桩间距为1.5m，加固深度L=25m。选用25号普通硅酸盐水泥。3.3.1单桩竖向承载力特征值设计单桩承载力满足公式(3-1) (3-1)桩身材料强度确定的单桩承载力，应该大于或等于由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力满足公式(3-2) (3-2)式(3-1)、(3-2)中fcu与CFG桩配比相同的室内加固土试块(边长为150mm的立方体28天抗压强度，应满足 桩身强度折减系数，范围0.300.33，取0.30； up桩身周长(m)； qsi桩周第i层的阻力特征值。对淤泥质土可取612KPa；具体参数见表3-1； li桩身范围内第i层土的厚度(m)； qp桩端地基土未经修正的承载力特征值，可采用地质勘察报告中提供的低级承载值。取160kPa； a桩端天然地基的承载力折减系数，可取1；Ap桩端截面面积(m2)。C/w灰水比，每立方体，取水190kg，取水泥135kg 带入C25混泥土，计算得：fcu=5852Kpa因此，单桩承载力标准值=220.8Kpa表3-1 土层参数表土石名称厚度(m) 侧阻力qsi(kPa)天然地基承载力fs,k(kPa) 软土1 2.0 10 75 软土2 8.0 8.5 70 软土3 8.0 8 70软土46.09 80沙层10.013 150 3.3.2复合地基承载力的计算CFG桩在垂直荷载作用下有一定的压缩变形，在桩身压缩变形的同时，水泥搅拌桩周围软土承担部分荷载。并且，搅拌桩与软土形成复合地基共同承担上部荷载，则复合地基承载力见公式(3-3)标准值fsp,k (3-3)式中，m 搅拌桩面积置换率，为0.087 桩间土承载力折减系数，取0.75-.95；fs,k桩间天然地基土承载力标准值，取70kPa。 依据铁路路基设计规范，客运专线，采用重度是18kN/m3土质填料，路堤填料为渗水土时，换算高度3.0 m，换算宽度3.4m。设计的路堤高度h=5m(设计路基中最不利高度)。路基基底应力 因此，CFG桩满足要求。搅拌桩的平面布置采用正方形布桩形式，路堤设计宽度：8.2+7.5*2=23.2m，取长度500m，总的桩数n布桩图见图3-1。R=500mmR=500mm1.5m1.5m图3-1 水泥搅拌桩布桩形式图3.4复合地基沉降计算及稳定性检算3.4.1稳定性参数计算根据地基处理手册(第三版)CFG桩90天无侧限抗压强度qu可达到28的1.7倍，故qu=5852*1.7=9948Kpa复合地基抗剪强度cc和分别按式(3-4)、(3-5)计算： (3-4) (3-5)式中：、复合地基强度指标； 、天然土体强度指； 、桩身强度指标；取20度 CFG桩的面积置换率0.087；根据公式(3-4)、(3-5)，复合地基抗剪指标计算如下： 3.4.2复合地基沉降计算 处理过后采用复合压缩模量计算，见式(3-6) (3-6) 复合地基的复合压缩模量。 CFG桩的压缩模量，取600。 桩间土压缩模量。 m面积置换率。表3-3 土体平均附加应力和压缩量表Z(m)a/zb/zIz( kPa)Pi(kPa)( kPa)Es(Mpa)(cm)0.5158.20.499137.39.5137.555.820.1223.752.050.495136.223136.855.820.2861.250.680.425117.055126.654.940.92100.750.410.35096.387106.754.940.78140.540.290.29581.211788.857.680.62180.420. 230.2568.81477557.680.52210.360.200.22261.1172.565.059.500.33240.310.170.20055.019858.159.500.29280.270.150.17147.123051.110.0310.240.130.15041.325444.210.0340.220.120.13537.227839.310.0经计算，10cm；，复合地基处理后，满足沉降要求。3.4.3复合地基稳定性验算图3-2 复合地基稳定性验算结果经验算，处理后复合地基稳定性符合要求。第4章 路堤沉降与稳定观测设计4.1沉降及稳定性监测的目的进行软土地基处理的目的是为了使工后沉降减小达到路基稳定。铁路设计的车速越快，对路面平整度和填土高度的要求越高。铁路软土地基路段的沉降问题，直接影响到工程施工质量和使用期路面的行驶质量。因此，为控制好软土路基的稳定和沉降，指导软土路基的施工，必须对路堤施工实行监测。 由于软土的存在及其工程特点，使得软土路基施工存在几个方面的主要问题：软土路基在路堤填筑施工过程中和路堤填土完成后，地基都要产生较大剩余沉降。故如何控制剩余沉降达到设计标准。如何确定路基的预留高度，以保证路面达到设计标高，如何进行沉降控制，以尽量保证不同构造物接头的平顺，减少跳车现象，这些都是软土路基监测的主要任务；由于软土强度低、固结慢，所以软土路基在路堤填土施工过程中容易造成地基失稳，从而引起路堤滑坡，因此在施工中如何控制填土速率，确保地基稳定的同时又不影响工程的进度和质量也是软土路基监测的主要任务之一。综上所述，路堤施工沉降观测的目的主要有三个： 1根据实测数据来控制填土速率以保证路堤在施工中的安全与稳定。 2根据实测曲线来预测工后沉降，确定构造物和路面结构的施工期，使工后沉降控制在设计的允许范围内。 3实测路堤沉降为施工计算提供依据。 4.2稳定监测的技术要求稳定观测的目的, 是监测地表水平位移及隆起情况, 以确保路堤施工的安全和稳定。由文献可知, 在路堤填筑过程中每填一层应进行一次监测, 路堤填筑速率应控制水平位移量每昼夜不宜超过0.5cm, 沉降量每昼夜不大于1cm。, 超过时即应暂停填筑, 待沉降及位移量小于规定值后再继续施工。目前各地区根据当地的实际情况, 对控制填土速率的允许变形速率采用了不同的标准, 表是国内部分高速公路所采用的技术标准。由表中的数据可以看到, 虽然各地高速公路所采用的标准不一样, 但基本上都与部颁通用标准相适应, 我们以平均值做为稳定监测的技术要求, 同时, 做为本文精度分析的允许变形速率, 即沿中心线地面沉降速率不大于1cm/昼夜, 坡脚水平位移不大于0.5cm/昼夜。4.3路堤沉降及稳定性监测的方法 观测可分为地表沉降量观测，地表水平位移量观测，地下土体分层沉降量观测，地下土体分层水平位移量观测，地下深层土体沉降量观测，路基全断面沉降观测，孔隙水压力观测，土压力观测。所有观测资料应及时记录表内，及时计算、校核、汇总并整理分析；发现问题应及时复查或复测并处理。观测期间应及时记录当地气象资料及地下水位的变化情况，及时计算沉降和水平位移速率。当速率剧增时，应即时进行动态跟踪观测，及时分析原因，并提出减缓填筑速率或停止填筑等有效措施，以避免地基变形过大、路基失稳而遭破坏。本软土地区路基的观测分5个项目：1地表沉降量观测。2地表水平位移量及隆起量观测。 3地下土体分层水平位移观测。4孔隙水压力观测。5工作基点桩和校核基点桩观测。4.4地表沉降量观测 4.4.1观测目的 用于沉降管理，根据