湿陷性黄土地区铁路路基处理与施工技术毕业论文.doc

四川交通职业技术学院毕业论文湿陷性黄土地区铁路路基处理与施工技术毕业论文目 录第1章 绪论11.1 高速铁路概述11.2 高速铁路路基11.2.1 概述11.2.2 黄土路基常见病害21.2.3 主要内容2第2章 黄土土壤处理42.1 概述42.2 湿陷性黄土路基处理技术42.2.1 湿陷性黄土的概念42.2.2 湿陷性黄土的特征42.2.3 湿陷原因42.2.4 湿陷性黄土地基的处理42.3. 湿陷性黄土路基处理方法及效果评价192.3.1 试验段工程地基处理方法192.3.2. 地基处理效果方法192.4水泥土挤密桩202.4.1 水泥土其它影响因素及有关性能研究202.4.2 水泥土挤密桩的加固原理22第3章 路基排水与防护233.1 概况233.2 路基排水的目的及原则233.3 主要内容243.3.1 路基地面排水243.3.2 路基地下水的降低与排除27第4章 路基边坡的防护养护314.1 概述314.2 路基边坡对降雨的防护314.2.1 问题分析324.2.2 防护措施324.3 风沙对铁路路基边坡的风蚀以及对路基的沙埋384.3.1 工程防护措施394.3.2 植物防护措施414.3.3 沙区施工注意事项41第5章 路桥过渡段常见问题探讨425.1 概述425.2 京沪高铁施工实践425.2.1 过渡段的结构设计及质量标准425.2.2 施工工艺及填筑参数的确定425.2.3 注意事项475.2.4 效果475.3 高速铁路路桥过渡段变形原因分析475.4 路桥过渡段的处理方法495.4.1 桥头设搭板和枕梁495.4.2 粗粒级配料填筑505.4.3 加筋土路基结构515.4.4 桥头路面结构的改进525.5 过渡段处理注意事项535.6 结语53第6章 高速铁路检修重点54第7章 结束语55参考文献56致谢572四川交通职业技术学院毕业论文第1章 绪论1.1 高速铁路概述高速铁路，简称“高铁”，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。高速铁路除了在列车在营运达到一定速度标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。高速铁路的概念20世纪60年代以来，高速铁路在世界发达国家崛起，铁路发展进入了一个崭新的阶段。高速铁路的蓬勃兴起，在世界范围内引发了一场深刻的交通发展变革。近年来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国也开始重视提高旅客列车的速度。2002年秦沈客运专线铁路最高试验速度达到了321.5 km/h，2008年京津城际铁路最高试验速度达到了394.3 km/h，2009年12月武广铁路客运专线在两车重联情况下跑出了394.2 km/h的试验速度。2011年开通的京沪高铁运营速度为350km/h。京沪高速铁路于2008年4月18日开工，从北京南站出发终止于上海虹桥站，总长度1318公里，总投资约2209亿元。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。是新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路。2011年6月30日正式开通运营，北京到上海最快只需4时48分，实现千里京沪一日还。1.2 高速铁路路基1.2.1 概述在高速铁路快速发展的同时，一些问题也逐渐显现出来。由于在轮轨接触的铁路技术中，随着速度的提高，对基础设施和移动的车辆都提出了新的要求，主要可以归结为两个方面，一方面当速度超过250 km/h以后，空气动力特性发生显著变化，因此对车辆结构和铁路基础设施提出新的要求；另一方面由于高速运行的列车需具备持久稳定、高平顺性及安全舒适的运行条件，因此对轨下基础提出新的要求。路基是轨道的基础，也叫线路下部结构。高速铁路的出现对传统铁路的设计施工和养护维修提出了新的挑战，在许多方面深化和改变了传统的设计方法和观念。铁路路基是铁路工程的重要组成部分，是承受轨道和列车荷载的基础。它的稳定和安全将直接影响今后长期运营的安全与效益，而路基这种土工结构物的工程性质极为复杂，其强度与稳定性受多种因素的影响与制约。对铁路路基的沉降变形进行控制，能够明显的提高铁路路基的质量，保证铁路运输的安全。随着国家铁路第六次大提速的完成，铁路运输对路基的抗沉降能力有了更高要求。因此加强对铁路路基沉降变形和控制措施的研究，对保证铁路运输的安全，推动我国经济的发展有着重要的作用。1.2.2 黄土路基常见病害 高速铁路路基常见病害有：路基沉降、边坡损坏、雨水风沙冲蚀、特殊地质条件下的病害等。本文着重探讨的是对行车影响最为关键的沉降问题，以及边坡防护。1.2.3 主要内容本论文的主要内容为影响铁路路基稳定的因素：土壤的性质铁路的修建是一项规模庞大的工程，因此，在项目施工的过程中，势必会遇到不同的地质状况以及性质各异的土体类型。而土壤的性质根据其类型的不同也有着明显的差异.成为了影响铁路路基沉降的首要因素。例如黄土地区，由于黄土具有较强的湿陷性，故而成为引发铁路路基沉降变形的重要原因。同样，在软土地区进行铁路铺设时，也需要注意土体的性质对铁路路基的影响。由于均匀并且土质良好的土壤，在沉降过程中沉降均匀，所以本文不作介绍，而主要介绍特殊性质土壤的处理措施。这些将在第2章详细介绍。水分的影响水分对于铁路路基的影响是不可小视的。在地质岩性较强，土壤的排水能力较好的地带，降水对铁路路基的影响相对较小。但是当铁路铺设在土质疏松或土壤湿陷性强的地区时，水分的多少会对铁路路基的沉降起到重要的影响。如在土质疏松的地区，强降水会不断冲刷路基两侧的土壤，破坏路基填土的稳定性，降低路基填土的抗剪强度。从而导致路基沉降变形现象的发生。而在土壤湿陷性较强的地区，降水不仅影响着路基填土的承载力，也会对土体的结构产生破坏最用，最终引起路基的沉降变形。这些将在第3章详细介绍。影响边坡的主要因素是降雨和风沙侵蚀，边坡的破坏将直接影响路基的长期稳定和列车的正常运营，所以应足够重视边坡的防护，对于保护路基免受损坏、美化环境也有很大帮助，在第4章将着重介绍边坡的防护。路桥过渡段的影响路桥过渡段由于是两种不同性质的路基的突然变化，造成沉降不一致，会出现沉降差，影响旅客舒适性。具体介绍在第5章。工程的质量铁路项目的工程质量是直接影响路基沉降量的重要因素。在施工的过程中，对路基的处理方式、填料的选择、填筑的厚度、路基的压实度以及自然沉降的时间，都对路基的工后沉降量起到了一定的决定作用。因此，在铁路的设计施工中，要严格的对工程质量加以控制，尽可能的减少路基的沉降量。根据影响路基病害的因素，采取相应的措施，既能对病害发生前的预防提供指导，又能对病害发生后制定整治措施提供科学依据。第2章 黄土土壤处理2.1 概述普通土壤一般工程性质良好，沉降均匀稳定，受环境变化影响较小，对于此类土壤的处理措施已经非常成熟，可参考资料也非常多，故不作介绍。特殊性质的土壤，工程性质较差，常发生灾害，对行车安全和养护维修造成很大影响，本文将着重介绍黄土。2.2 湿陷性黄土路基处理技术2.2.1 湿陷性黄土的概念在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土2.2.2 湿陷性黄土的特征在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，如遇到浸水情况，土体结构将发生显著变形，导致土体塌陷。有些杂填土也具有湿陷性。湿陷性黄土广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区。2.2.3 湿陷原因黄土的湿陷现象是一个复杂的地质、物理、化学过程，对其湿陷的原因和机理，国内外学者有种种假说，如毛细管假说、溶盐假说、胶体不足假说、水膜楔入假说、欠压密理论和结构学说等。2.2.4 湿陷性黄土地基的处理根据建筑物的重要性、地基湿陷类型、地基湿陷等级进行地基设计。当地基的总湿陷量不大于5cm时，各类建筑均可按非湿陷性地基设计；在非自重湿陷性地基上，当地基内各土层的湿陷起始压力均大于其附加压力与上覆土的饱和自重压力之和时，各类建筑也可按非湿陷性地基设计。地基设计包括承载力、湿陷变形、压缩变形和稳定性计算。进行湿陷性黄土地基处理，在处理深度和处理范围上区分： 浅处理，即消除建筑物地基的部分湿陷量；深基础处理，即消除建筑物地基的全部湿陷量，这种方法包括采用桩基础或深基础穿透全部的湿陷性黄土层。2.2.4.1 防水措施以防止大气降水、生产和生活用水以及浸入地基，是湿陷性黄土地区建筑物设计中不可缺少的措施。如做好总体的平面和竖向设计，保证整个场地排水通畅，并做好防洪措施，保证水池类构筑物或管道与建筑物的间距，符合防护距离的规定，确保管网和水池类构筑物的工程质量，防止漏水；对于屋面和房屋内地面，应有排除雨水和防水的措施：对经常受水浸湿或可能积水的地面还应按防水地面设计严防漏水，基坑施工阶段需做好临时性防水、排水工作。2.2.4.2 结构措施结构措施的目的是为了减少结构物的不均匀沉降，或使结构物适应地基的变形。当地基不处理或仅消除地基的部分湿陷量时，结构设计应根据建筑物类别，地基湿陷等级或地基处理后下部未处理湿陷性黄土层的湿陷起始压力值或剩余湿陷量以及建筑物的不均匀沉降、倾斜和构件等不利情况，采取下列结构措施：(1)选择适宜的结构体系和基础形式。(2)墙体宜选用轻质材料。(3)加强结构的整体性与空间刚度。(4)预留适应沉降的净空。在上述两种措施的基础上，力求简单的建筑平面布置、加强其整体结构的刚度，在适当位置布设沉降缝，减小不均匀沉降对建筑物的影响，使建筑物自身有调节地基湿陷变形的条件。2.2.4.3 黄土路基地基处理方法 由于受水浸湿这一特定条件的不确定性，土体湿陷对工程建设具有极大的危害性，轻者使工程结构产生裂缝和下沉，重者使工程结构体系失稳直至彻底破坏。因而，在湿陷性黄土的地基中选择可行的、经济合理的地基处理方法非常重要理必须慎之又慎，要在正确掌握场地工程地质特性的基础上，严格按国家现行规范进行。(1)灰土垫层法(换土法)灰土垫层是湿陷性黄土地区使用最早和最广泛的地基处理方法之一。灰土垫层是先将需要处理的湿陷性黄土挖除，换之以消石灰和粉质黏土的混合体分层压实。灰土具有一定的胶凝强度和水稳定性，具有较好的强度、承载力、较低的压缩性和良好的耐久性、水稳性及不透水性。灰土的这种特性取决于灰土的压实度和掺灰量。掺灰量用消石灰和土料的体积配合比表示，一般为2：8或3：7等，根据设计要求确定。灰土垫层具有一定的强度、承载力，也具有水稳定性和抗渗性，且施工工艺简单、取材方便、工程费用低、施工质量易控的特点得到广泛应用。据不完全统计，在陕北地区的建筑工程中，有将近一半多层建筑使用灰土垫层。 (2)强夯法强夯法又名动力固结法，是将很重的锤(一般100400kN)从高处自由落下(一般为640m)，给地基以冲击能和振动。国外最大的夯击能曾达到50MNm。它适合加固从砾石到不饱和粘性土的各类地基土。强夯法不仅能提高地基的强度，降低其压缩性，而且还能改善其抵抗液化的能力和消除黄土的湿陷性。强夯法施工设计参数主要有有效加固深度、夯击能、夯击遍数、间歇时间、夯点布置及间距等。影响有效加固深度的因素很多，除了锤重和落距以外，地基土的性质、不同土层的厚度及其他强夯设计参数等都与有效加固深度有着密切的关系。强夯法施工设备简单；施工工艺、操作简单；适用土质范围广；加固效果显著，可取得较高的承载力，一般地基强度可提高25倍，变形沉降量小，压缩性可降低21O倍，加固影响深度可达610m；土粒结合紧密，有较高的结构强度；工效高，施工速度快、较换土回填和桩基缩短工期一半；节省加固原材料；施工费用低，节省投资；它的适用范围十分广泛。其缺点是施工时噪声和振动较大，不宜在人口密集的城市内使用。 (3)深层搅拌桩法深层搅拌桩是复合地基的一种，近几年在黄土地区应用比较广泛，可用于处理含水量较高的湿陷性弱的黄土。它具有施工简便、快捷、无振动，基本不挤土，低噪音等特点。深层搅拌桩的施工方法有干法施工和湿法施工两种。干法施工就是“粉喷桩”，其工艺是用压缩空气将固化材料通过深层搅拌机械喷入土中并搅拌而成。因为输入的是水泥干粉，因此必然对土的天然含水量有一定的要求，假如土的含水量较低时，很轻易出现桩体中心固化不充分、强度低的现象，严重的甚至根本没有强度。在某些含水量较高的土层中也会出现类似的情况。因此，应用粉喷桩的土层中含水量应超过30%，在饱和土层或地下水位以下的土层中应用更好。湿法施工是将水泥搅拌成浆后注入土中的方法。水泥浆通过柱塞式泥浆泵强制注入，除非非凡情况很少断浆，施工中一般采用预搅下沉时就喷浆的工艺，因此桩体的均匀性比干法施工好。施工中应注意的问题：必须在设计或施工中采取有效措施来保证搅拌桩复合地基各参数能达到各自的设计值，否则设计的可靠度会降低，如桩端为硬土，或桩长超过临界桩长时，取值高于规定，就必须采取设置褥垫层或其他方法使桩间土发挥较高的强度，选用较高的桩体强度时，就必须采取增加水泥用量、掺加外加剂、复搅等措施，才能保证设计与预期的实际结果比较一致。(4)灰土挤密桩法灰土挤密桩法属于一种柔性桩复合地基，它是通过夯实的桩身和挤密的桩间土提高地基强度，又通过桩间土的挤密达到消除湿陷性的目的，是湿陷性黄土地区重要的地基处理方法之一。灰土挤密桩一般适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土，处理深度5-15m，处理宽度两端要超过基础宽度的0.25倍，并不应小于0.5m。施工时，先利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，然后向孔内夯填灰土成桩。成桩时，通过成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内的土被挤向周围，使桩间土得以挤密，然后将备好的灰土分层填入桩孔内，并分层捣实至设计标高，二者分别与挤密的桩间土组成复合地基，共同承受基础的上部荷载。灰土通常采用3:7灰土或2:8灰土。桩径一般采用300600mm，桩距控制在22.5倍桩径比较合理，桩孔按正三角形布置，桩间土挤密后3个孔之间土的平均挤密系数不宜小于0.93。桩孔深度应根据建筑物的分类情况、湿陷类型、湿陷等级、湿陷土层厚度综合确定。 (5)预浸水法对于自重湿陷性黄土，可在施工前在建筑场地构筑小埝，围成浅塘，向塘中注水并保持一定的水深，让水充分浸入土中，使土产生自重湿陷。若土层很厚，可先在土层中钻孔，填以粗砂和碎石形成砂井，然后在塘内放水浸泡，水深保持0.30.5m。预浸水法处理地基方法简单、投资低，但需要一定的浸水时间才能施工，而且因上部4m土体的自重小，不足以消除湿陷性，需采取其他处理措施。(6)化学加固法化学加固则多用于湿陷事故处理。利用某些化学溶液注入地基土中，通过化学反应生成胶凝物质或使土颗粒表面活化，在接触处胶结固化，以增强土颗粒间的连结，提高土体的力学强度的方法称为化学加固法。在我国湿陷性黄土地区地基处理应用很多，并取得实践经验的化学加固法包括硅化加固法和碱液加固法，其加固机理如下：硅化加固法：通过打入带孔的金属灌注管，在一定的压力下，将硅酸钠(俗称水玻璃)溶液注入土中；或将硅酸钠及氯化钙两种溶液先后分别注入土中。硅化加固湿陷性黄土的物理化学过程，一方面基于浓度不大的、粘滞度很小的硅酸钠溶液顺利地渗入黄土孔隙中，另一方面溶液与土的相互凝结，土起着凝结剂的作用。碱液加固：利用氢氧化钠溶液加固湿陷性黄土地基在我国始于20世纪60年代，其加固原则为：氢氧化钠溶液注入黄土后，首先与土中可溶性和交换性碱土金属阳离子发生置换反映，反映结果使土颗粒表面生成碱土金属氢氧化物。碱液对土的加固作用不同于其他的化学加固方法，它不是从溶液本身析出胶凝物质，而是碱液与土发生化学反应后，使土颗粒表面活化，白行胶结，从而增强土的力学强度及其水稳定性。但对下列情况不宜采用碱液加固：对于地下水位或饱和度大于80%的黄土地基； 已渗入沥青、油脂和其他石油化合物的黄土地基。除上述处理方法，还有深层搅拌桩法、振冲碎石桩法、孔内深层强夯法、夯坑置换法、压力灌浆法等都不失为好方法地基处理是主要的工程措施。防水措施、结构措施的采用，应根据地基处理的程度不同而有所差别。在实际工作中，对地基做了处理，消除了全部地基土的湿陷性，就不必再考虑其他措施，若地基处理只消除地基主要部分湿陷量，为了避免湿陷对建筑物危害，还应辅以防水和结构措施。2.3黄土处理技术措施2.3.1工程概况本工程处于湿陷性黄土地段，地基加固措施在加强防排水前提下，结合降雨量、地下水位、地形地貌、路堤填高等因素综合确定。地基加固施工时挖出地基加固范围内0.5m厚的地表耕植土、杂填土、和表层松土机树根等杂物，疏干积水，挖出局部土堆土坎，整平场地，对地基表层进行压实。分层填筑砂夹石，换填完成后对湿陷性黄土深度6.0m范围内进行强夯加固处理，静置一定周期并达到设计要求地基承载力180kPa。采用长螺旋钻进行桩径400mm水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）灌注，已提前完成施工。本工程特点是严格控制路基基底工后沉降、加强路基地基与其他构筑物基础纵向刚度匹配的构造处理和加强路基基底工程防排水。强夯后地基承载力不小于180kPa，CFG桩单桩竖向承载力不小于373.96KN，复核地基承载力不小于239.43kPa。该工程路基均处于松软土地段，施工技术要求高，对于工后沉降的重点是地基工后固结和压密沉降，保证各道施工工序严格按照设计参数及施工规范组织施工，以防列车运行后路基出现沉降超标，给列车运行造成严重的危害。2.3.2处理方案确定由于本工程地基加固处于湿陷性黄土地层结构上。为保证地基加固，虽采用了重夯进行加固处理，但由于重夯处理的有效深度为2.0m，处理后2.0m以下仍为湿陷性黄土，不能保证路基地基处于稳定层上，承载力会受到很大影响，必须考虑将地基支撑于持力层上。同时在施工过程中，考虑到路基地基采用重夯加固后有效范围以下的土体仍无法满足地基承载力要求，难以保证路基稳定性和工后沉降，给施工造成很大的质量、安全隐患。因此，采取换填、强夯、CFG桩、褥垫层地基加固方案是必需的。根据土质情况，考虑到路基地基加固是确保工后列车能否正常运行的关键问题，经对比分析和以往经验，决定在清表换填后，并对所分区段进行强夯和CFG桩加固（长螺旋钻），湿陷性黄土距砂夹石层较浅的区段则采用挖除湿陷性黄土至砂夹石层，并进行强夯后换填加固的措施。2.3.3处理技术措施（一）强夯加固措施1.强夯设计方案为防止路基基底加固完成后出现沉降量超标，需要采取加固措施，同时也起到防止地下水位上升影响地基承载力。对于地基加固目前有重夯和强夯等工艺，采用重夯对该区段加固时会因加固深度较浅使地基加固后沉降不能满足要求影响施工质量，不能采用；考虑强夯对该区段加固后，能使该土层支撑于持力层上并能达到工后固结要求，因此将重夯该为强夯工艺（长螺旋钻施工），对路堤处理范围进行强夯加固。2.强夯工艺原理强夯加固在湿陷性黄土中是以夯击能冲击的机理为主。而夯击能的机理是湿陷性黄土在土层中形成固结（起到框架作用），同时挤密周围土层。为了提高固结后地基承载力和固结深度，应选择各项合理的强夯参数。主要技术参数：单击夯击能2000KNm，满夯1000 KNm；夯锤直径3.0m，夯锤150KN，落距13.5m，锤底静接地压力值：25KPa，锤的地面对称设置6个与其顶面贯通的排气孔；夯击方法采用跳夯法，第一、二遍为点夯，第三遍为满夯；夯击次数为点夯13击，满夯3击；夯击点距8.0m，正方形布点，满夯四点中心搭夯一点；间隔时间7天；处理范围路堤坡脚为3.0m，有排水设施时处理至排水设施外边缘；加固后湿陷系数小于0.015，地基承载力180KPa。3.强夯施工方法（1）清除表层腐殖土并进行平整碾压，其上填筑砂夹石，并分层平整碾压。（2）在整平后的场地上按照8.0m点距标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程。（3）测量夯前锤顶高程。（4）将夯锤起吊至预定的高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程，若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。（5）按强夯各项参数，完成一个夯点的夯击；换夯点，直到完成第一遍全部夯点的夯击。（6）用机械将夯坑填平，并测量场地高程，进行第二遍夯点的夯击。（7）第二遍点夯全部完成夯击后，填平夯坑，改用小的夯击能满夯，将表层松土夯实。满夯单击能1000KNm，每一夯搭接前一夯1/4夯锤直径，每点控制最后2击夯沉量小于5cm。2.3.4施工效果1.通过施工检验，地基加固完成后承载力控制在设计规定范围内，单桩承载力试验及复合地基承载力试验均符合设计要求。2.通过强夯加固和CFG桩加固地基部分土体起到了固结及挤密作用，承载力明显提高。使计划两次试验性施工方案调整为一次施工，同时将设计采用沉管法成孔调整为长螺旋成孔，提高了施工进度，减少了施工成本及对周围村庄的影响。3.通过本工程实践证明在湿陷性黄土地基施工类似工程可采用换填+强夯+CFG桩和挖除+强夯+换填技术。水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）CTG桩(Cement Flyash Gravel Pile)是水泥粉煤灰碎石桩的简称它是由水泥、粉煤灰、碎石桩、石屑或是砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、网垫层一起形成桩网复合地基通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型CTG桩复合地基实验研究是建设部“七五”计划课题，于1988年立题进行实验研究，并用于工程实践该技术已在全国23个省，市广泛推广应用，据不完全统计，该技术已在1000多个工程中应用。和桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为桩基的，经济效益和社会效益非常显著【2】。CFG桩复合地基减小工后沉降的主要原理表现在以下三个方面： 通过在土体中打设CFG刚性桩，使桩土承担不同的应力，桩承担较多，而土承担较少，减少改了土体所承受的荷载， 从而减少了土体的压缩量；通过CFG桩对土体的挤密作用及对桩周土体的脱水作用等，改善周围土体的颗粒大小及其物理力学性能指标；部分荷载通过CFG桩体传递至相对承载力较高压缩层较低的下卧层，在加固区土层压缩量减小的同时，下卧层的压缩量会相应有所增加。碎石桩系散体材料，本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束传递基础传来的垂直荷载.土越软，对桩的约束作用越差，桩传递垂直荷载的能力越弱CFG桩针对碎石桩承载特性的一些不足，加以改进而发展起来的CFG桩采用螺旋钻机或振动沉管桩机等设备进行成孔，是一种具有较高粘结强度的刚性桩与一般的柔性桩复合地基相比，用CFG桩处理地基时，可大幅度提高地基承载力，并可通过调节复合地基桩长、桩距及桩体材料配比等指标较大幅度调节复合地基承载力的变化区间，特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基难以满足设计要求时，CFG桩复合地基则有明显的优势CFG桩复合地基可用于填土，饱和及非饱和粘性土，松散砂土等。它是一种低强度砼桩，可以充分利用桩间土的承载力，共同作用并可传递荷载到深层地基中去，具有较高的承载力，承载力提高幅度在2.53倍，由于通过CFG桩处理过的复合地基具有承载力高、沉降变形小、变形稳定快、工艺性好、灌注方便、易于控制施工质量和工程造价较低等特点，因此具有较好的技术性能和经济效果。由于CFG桩复合地基技术具有以上施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点，目前已经成为北京及周边地区应用最普通的地基处理技术之一 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桩适用范围较广，就基础型式而言，CFG桩既可适用于条形基础、独立基础，也可用于筏基和箱型基础；就土性而言，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。既适用于挤密效果好的土，又适用于挤密效果差的土，具有加速土体固结、沉降变形小、沉降稳定快等特点1、 CFG桩桩网复合地基主要工程特性(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，并且可全长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在4075之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。当地基承载力较高时，荷载又不大，可将桩长设计得短一点，荷载大时桩长可设计得长一些特别时天然地基承载力较低而设计要求得承载力较高，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。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其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；当其用于不可挤密土时，承载力的提高只与置换作用有关当土是具有良好挤密效果的砂土、粉土时，振动可使土挤密，桩间土承载力可有较大幅度的提高，CFG桩是适合的。(3)刚性桩的性状明显。对柔性桩，特别时散体桩，如碎石桩、砂石桩，它们主要是通过有限的桩长来传递垂直荷载。当桩长大于某一个数值后，桩传递荷载的作用已显著减小。CFG桩像刚性桩一样，可全长发挥侧阻，桩落在好的土层是时，具有明显的端承作用。对于上部软下部硬的地质条件，碎石桩将荷载向深层传递非常困难，而CFG桩因为具有刚性桩的性状，向深层土传递荷载时其重要的工作特性。(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。(5)时间效应。利用振动沉管施工，将会对周围土产生扰动，特别是对灵敏度较高的土，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在复合地基的承载力提高期间，既包含了桩间土结构强度的恢复，也包括了桩、土间相互作用的加强加固后地基士的含水量、孔隙比、压缩系数均有减小，重度和压缩模量有所增大对于粉砂层振密效果比较明显，可大幅度提高桩间土的承载能力，有松散状态变为中密并接近密实状态。(6)复合地基变形小。复合地基模量大、地基沉降量小是CFG桩复合地基重要特点之一对于上部和中间有软弱土的地基，用CFG桩加固，桩端放在好的土层上，可以获得模量很高的复合地基，上部构造物的沉降不大。2、 桩网复合地基的加固(1)桩网复合地基加固机理。桩网复合地基是指在地基处理过程中，下部土体得到竖向增强体“桩” 的加强形成复合地基加固区，在桩顶得到水平向增强体 “网” 的加强形成复合地基加固区，从而使网、桩、土三者协同作用，构成一个整体共同承担上部荷载的人工地基。桩网复合结构由5部分组成：上部路堤填土；网或由网组成的加筋土；网与桩顶之间的砂石垫层；桩土加固区；桩底下部的天然地基或持力层。桩网复合地基由4部分组成：拱上路堤填土；柔性拱区；桩土加固区；下卧层。突出强调桩、网、土三者在承担荷载过程中的协同作用，这与以往强调桩、轻视网、忽视土的理念不同。网土(加筋土)协同作用时，网主要处于受拉状态，这种作用是通过界面摩阻力(咬合力、摩擦力、粘着力)来实现。由于网的铺设和张力膜效应，网将土体自重连同上部荷载传递给桩土复合地基，由于网的刚度较小，无法起到有效的传递作用，故常常在网的下部铺设垫层，组成复合褥垫层以提高刚度，可明显扩散应力，减小应力集中，降低上部土体传来的荷载，从而提高整个体系的承载力，减小沉降及沉降差。(2)CFG桩桩网复合地基的主要加固效应。桩体效应因为材料本身的强度与软土地层强度不同，在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小，因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象。大部分荷载将由桩体承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基承载力较原有地基承载力有所提高，沉降量亦减小，随着桩体刚度增加，桩体作用发挥更加明显。这一点正是碎石桩与CFG桩受力情况不同的根本点。因为碎石桩桩体材料是松散碎石，自身无粘结度，依靠周围土体约束才能承受上部荷载而CFG桩桩身具有一定的粘结强度，在荷载作用下，不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周摩阻力和桩端阻力传至深层地基中，其复合地基提高幅度也较碎石桩为大于是，CFG桩常发生刺入破坏，而碎石桩常发生的压胀破坏和整体破坏。挤密振密作用CFG桩采用振动沉管法施工时，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密，特别是在砂层中这一作用更加显著。砂土在强烈的高频振动下，产生液化并重新排列致密，而且在桩体粗骨(碎石)填入后挤入土中，使砂土的相对密实度增加，孔隙率降低，干密度和内摩擦角增大，改善土的物理性质，抗液化能力也提高。 网垫层作用保证桩与土共同承担荷载；调整桩与桩间土的荷载分担比例；减少和减缓路基底面的应力集中，提高路基整体的稳定性。排水固结作用与一般的碎石桩复合地基一样，采用沉管灌注施工CFG桩，在施工和成桩后的一段时间内，都会在不同程度上降低地层中地下水的含量，最终达到改善地基土物理、力学性质的目的在饱和的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压力。在上层有相对隔水层时，施工完毕的最初CFG桩因其本身材料的性质决定了它将是一个良排出，直到CFG桩硬结为止这样的排水过程还包括CFG桩桩体坍落度小，含水量很小的混凝土类材料水解吸水的过程。有资料证明，这一系列排水作用对减少孔压引起地面隆起和沉陷，对增加桩间土的密实度和提高复合地基承载力极为有利。3、 CFG桩复合地基沉降的影响因素(1)置换率对沉降的影响复合地基中桩体的面积置换率(简称置换率m)，就是指在地基处理时，桩体面积与处理地基面积的比值，即，其中为桩体横截面积；为加固地基的基础底面积；，为总桩数。有承台约束时，其中为桩径，为承台半径。置换率是复合地基的一项重要技术参数，与桩径大小、桩的排列方式、桩距大小均相关，对CFG桩复合地基的沉降控制起着重要作用，表41为在不同置换率情况下，桩顶处、土表面处与承台沉降的大小情况。表4-1 不同置换率的沉降大小对比置换率m桩项处沉降mm土表面处沉降mm承台沉降mm桩径变化承台半径变化桩径变化承台半径变化桩径变化承台半径变化0.06256.703.557.804.637.874.720.11106.102.146.922.857.002.94从表4-1可以看出，通过增加置换率以减小沉降的方式中，减小承台半径时沉降的减小幅度远大于增加桩径时沉降减小的幅度。这是因为当基底均布荷载不变时，减小承台半径就会减小总荷载，无疑沉降减小也更明显。因此，当需要控制沉降时，增加桩数(相当于减小桩间距)比增大桩径更有效。(2)下卧层土性对沉降的影响对于桩体材料、桩长、桩径、桩长范围内土层的性质、面积置换率均相同的两个复合地基，其中一个桩端落在坚硬的土层上，另一个桩端则落在软土层上，通过现场试验得到两种情况下的Qs曲线 ,桩端落在坚硬土层上，单桩承载力、复合地基承载力和复合地基模量比桩端落在软土层上的要高，这充分说明下卧层土性对桩的下刺入变形下有很大的影响，若下卧层土越坚硬，桩向下刺入就越困难，下刺入变形量下也就越小，桩长范围内土的压缩变形量相应也就越小。(3)基础宽度对沉降的影响众所周知，对天然地基，当荷载强度相同时，基础底面宽度越大，沉降量就越大，这是因为路基下某一深度的附加应力系数随宽度的增加而增大，同时压缩层厚度也相应增大。同样地，当复合地基的置换率、桩长及土性都相同时，给定好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上荷载下的加固区变形量S1、下卧层变形量S2以及总的压缩量S都会随路基底面宽度增加而增大。综合考虑桩长(L)和基础宽度(B)两个因素的影响，在其条件相同时，LB值越大，下卧层压缩变形量越小，总的沉降变形也越小；且当LB=6时，下卧层压缩变形量占总压缩变形量的百分比很小。(4)外部荷载对沉降的影响荷载大小的影响由于褥垫层的设置，复合地基中在荷载作用下，桩体将刺入垫层中，从而在桩体一定深度范围内会出现负摩擦力，即在桩体一定深度范围内会出现桩与桩间土的等沉面。等沉面以上的桩间土将相对桩体向下移动，从而对桩产生负摩擦阻力，而在等沉而以下；桩体相对于桩间土向下移动，故桩间土对桩体产生正摩擦阻力。由于存在负摩擦区，在该区，其作用是阻止桩间土的变形。当外部荷载较小时，桩侧阻力是主要的，而桩端阻力发挥较少，总体效应是使桩间土变形减小；当外部荷载较大时，桩的端阻力有较大地发挥，桩对桩间土产生的总体效应是使桩间土变形增大。边载作用的影响对有无边载作用两种条件，CFG桩复合地基荷载试验的Qs曲线表明，有边载条件下会比无边载条件下复合地基承载力提高100kPa，说明边载作用使得CFG复合地基承载力有较大提高；另一方面，通过深层变形标进行变形观测，绘制CFG桩复合地基中各深度变形曲线，结果表明：当同一荷载作用时，在荷载板下部，有边载条件下的沉降量小于无边载条件的沉降量，而荷载板以外的变形量则大于无边载条件下的变形量。同时，由于边载的作用抑制了基础外侧土体向上隆起，导致同一深度处的变形趋于均匀化。1.CFG桩设计方案本方案适用于受沉降控制地基地段，承载力控制时桩顶设桩帽。CFG桩采用正三角形布置。桩顶设垫层，垫层材料采用水泥改良土或卵石土垫层；水泥改良土垫层厚度不小于1.0m，卵石土垫层厚度不小于0.5m本工程施工范围内地下水具氯盐，硫酸盐侵蚀性，环境作用等级分别为L1、H1H2，CFG桩配合比及混凝土的胶凝材料组成、水泥应采用高抗硫酸盐水泥。桩端深入持力层（卵石土）0.51.0m，且不小于设计桩长。施工桩顶标高应高出设计桩顶标高0.5m以上。清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。2.CFG桩工艺原理在荷载作用下，CFG桩的压缩明显比桩周土小，因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象。大部分荷载将有桩体承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基承载力较原来地基承载力有所提高，沉降量亦减小，随着桩体刚度增加，桩体作用发挥更加明显。当采用长螺旋法施工时，由于挤密作用使桩间土得到挤密。CFG复合地基采用桩网结构时，桩和基础不是直接接触，其间有一层颗粒材料组成的散体垫层，为桩向上刺入提供了条件，并通过垫层材料的流动补偿，使桩间土与基础始终保持接触，在桩、土共同作用下，地基土的强度得到一定程度的发挥，相应地减少了对桩的承载力的要求。3.CFG桩施工方法（1）主要施工参数孔径0.4m，桩间距均为1.6m，桩长5.5m，正三角形布置；成孔方式：长螺旋钻成孔。（2）CFG桩施工工艺流程原地面处理测量放样CFG桩钻机就位混合料搅拌拌合时间不得少于1min塌落度控制在180mm钻进成孔记录孔深灌注及拔管提拔速度控制在2.0m/min移机完毕，做好每根成桩的原始记录，移位至下一根顺序桩。(3)CFG桩施工质量保证措施为检验CFG桩施工工艺、机械性能及质量控制，核对地质资料，在工程桩施工前，同一工点，相同地质条件应先做不少于2根试验桩，并在竖向全长钻取芯样，检查桩身混凝土密实度、强度和桩身垂直度，根据发现的问题修订施工工艺。CFG桩的数量、布置形式、间距、桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求。CFG桩施工中，每台班均须制作检查试件，进行28天强度检验，成桩28天后应及时进行单桩承载力和复合地基承载力试验，其承载力、变形模量应符合设计要求。为保证施工中混合料的顺利输送，施工中采取集中拌和。桩身每方混合料掺加粉煤灰量和塌落度控制根据设计和采用的施工方法按工艺试验确定并经监理工程师批准的参数进行控制。清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。冬期施工时混合料入孔温度不得低于5，对桩头和桩间土应采取保温措施。整个施工过程中，安排质检人员旁站监督，并做好施工原始记录，记录钻压电流值、孔深、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等。CFG桩施工属隐蔽工程，施工完毕报监理签认后方可进行下一道工序施工。对施工过程中出现的问题应及时分析原因，提出处理办法，一般问题的出现及处理参考表施工中问题及分析处理措施表问题 原因分析 处理措施灌注堵管 （1）混凝土中级配碎石大料较多 （1）集中拌合过程中改善碎石粒径，采用小粒径 （2）混凝土供应间隔时间较长 （2）按照钻进速度及运输距离，及时供应混凝土钻头损坏 （1）清表后换填的砂夹石粒径较大 （1）清表后填筑砂夹石粒径不能大于5cm （2）钻进过程中操作不规范、不熟练 （2）督促施工单位搞好岗前培训，做到持证上岗截桩断桩 （1）钻孔前桩顶标高未控制好 （1）钻孔前做好测量工作，控制好桩顶高程 （2）截桩过程中相邻桩头相互砸断 （2）截桩过程如果桩头较长，分两次截断2.3 湿陷性黄土路基处理方法及效果评2.3.1 试验段工程地基处理方法 试验段工程地基处理方法对湿陷性黄土的地基处理应达到两个目的，其一是消除处理范围内的湿陷性，其二是提高地基承载力，提高地基的变形模量，减少压缩(固结) 变形试验段采用多种地基处理方法，改变黄土结构，增加土密度，达到消除黄土的湿陷性的目的。首先进行局部地表处理，挖除耕植土后，换填改良土和冲击碾压进行加固处理， 再采用桩基和碎灰土垫层处理，同时辅以土工布和土工格栅。坑墓穴处， 先挖出松土，再用灰土夯填，然后再用钻灌注水泥砂浆进行填实处理。2.3.2 地基处理效果方法对湿陷性黄土地基处理的成功经验地分析研究得出：当湿陷性黄土厚度不大于3m时，灰土垫层种经济有效 的方法(但一般需要较大的翻挖地，不利于冬、 雨季施工) 。深度相对较大(46m且环境影响要求较低时，可选择强夯法，但它的有效性与夯击的最佳击数(912击)、夯锤的底面积(锤重l015t，锤底面上静压力宜为2025 kPa )、及地基土的含水量(最好为最优含水量附近)有关更大深度(大于8m) 宜选择挤密桩(孔内填以灰土或素土)、搅拌桩或 CFG桩，这些是处理厚湿陷性黄土地基的经济有效的方法，而且对调整地基的不均匀性和提高防水抗渗性能也有一定的作用。因此在条件允许的情况下， 在试验段进行现场试验和长期观测， 能更好地把握地基处理效果和路基能力2.4水泥土挤密桩加固、改善路基土体的性能是控制路基变形保证其上构筑物正常使用的一种有效方法和手段，目前湿陷性黄土路基加固技术主要是强夯、添加改良材料搅拌、注浆加固、打桩等，通过这些加固手段提高路基的强度和刚度以达到控制基坑变形的目的。由于路基加固具有工程量大、工期紧、养护时间短、要求见效快的特点。因此，我们有必要去深入研究水泥土加固体的硬化机理、加固性能以及影响水泥土加固效果的因素，从而改进加固工艺，使路基加固控制变形技术成为一种成本低、效果好、社会效益和经济效益较明显的路基工程新技术。影响水泥加固土性能的因素虽然很多，但总的可分为人为(静态)因素和非人为(动态)因素两大类。人为因素有诸如水泥等固化材料的种类、性能及掺合量，施工工艺方式及水泥浆液的水灰比，养护龄期等。而非人为因素主要是不同成因、性能的拟加固原状软土(包括土的含水量、土的渗透性)和水泥土硬化反应作用的养护环境条件。针对在一定的非人为因素条件下，我们可以通过控制人为因素来保证水泥加固土的性能满足工程设计的预期要求。通过试验研究，我们可知：土料是水泥土强度发育的基础，水泥是水泥土强度发育的条件，而原状土的含水量和施工工艺方式、水泥浆液水灰比、养护龄期和环境是水泥土强度发育的保证。2.4.1 水泥土其它影响因素及有关性能研究1、 土质对水泥加固土强度的影响加固设计前有机质含量等进行调查分析和相应的室内试验，再针对作相应的加固配比参数、施工工艺方式设计，从而使水泥土加固能发挥最大效用。不同土质具有不同的土料质地和成分。土颗粒的粗细和级配为土料的质地，自然界土料质地的差别很大，通过试验表明：土中粗粒含量的增加可提高水泥土的强度，反之水泥土强度随着细粒土(粒径小于0.1mm)的增加而不断降低。实践证明，对级配良好的土进行水泥土加固，既可节约水泥，又能取得满意的加固效果，美国的研究资料表明，含有1035粉粒和粘粒的砂土和砾土，用水泥加固效果最好。土的矿物成分对水泥加固土的性质具有重要的影响，试验表明：含有少量蒙脱石类矿物和不含腐殖质的各种碳酸盐土加固成水泥土后可取得良好的效果。土中的有机质对水泥土的水解作用有着有害的影响，而其中腐殖质的成分对水泥土强度的影响是最大的。腐殖质对水泥土硬化的不利作用随着腐殖质的酸性和活动性的增大而增长。2、 水泥掺量对水泥加固土强度的影响大量试验资料都表明，水泥土的强度随着水泥剂量的增多而增长，当水泥的矿物成分相同时，水泥土的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高，这是因为，随着水泥比表面的增大，土的颗粒和微团粒与水泥颗粒的接触面积相应增大，从而使水泥在土体中能够更均匀分布，并使水泥的结合性质能更有效地加以利用。对于同一种土，在水泥土硬化条件和水泥矿物成分相同时，随着水泥分散度的增大其化学活性程度和硬化能力也相应增长。3、 养护龄期对水泥加固土强度的影响水泥土强度随着龄期的增长而增大，一般情况下，7d时水泥土强度可达90d强度的3050，30d可达90d强度的6075，而90d的强度为180d的80，180d以后水泥土强度增长仍未完全终止。水泥加固土的强度与土质、龄期、水泥掺入比、水泥品种、标号以及施工工艺技术有关，但是不同龄期之间其水泥土强度的相对关系基本是一致的。掌握了水泥土其龄期增长的规律后，我们在进行路基土体加固设计施工时，可以在现场通过软取芯方式测定7d或14d的水泥土强度来推测达到设计强度相应所需