软土地基处理技术毕业设计

1、软土地基处理技术毕业设计 目 录第1章 绪论111 软土地基处理技术的发展现状1com况1com意义1com方法2com论312设计的主要内容及方法步骤3第2章 路堤横断面设计421设计资料选定4com基资料4com级比较522路基设计的参考规范623路堤横断面设计7com计基本资料7com断面724天然软土及工程特性8com定义8com工程特性825天然地基沉降计算与稳定性验算9com降计算9com验算12第3章 软土地基处理设计1431处理原因1432处理方案比选14com方案14com选1733 cfg桩处理软土地基方案18com向承载力特征值18com基承载力的计算1934复合地基沉降

2、计算及稳定性检算21com参数计算21com基沉降计算21com基稳定性验算23第4章 路堤沉降与稳定观测设计2441沉降及稳定性监测的目的2442稳定监测的技术要求2443路堤沉降及稳定性监测的方法2544地表沉降量观测25com的25com具的埋设25com法2545 地表水平位移量及隆起量观测26com的26com具的埋设26com法2646地下土体分层水平位移观测26com的26com具的埋设26com法2747孔隙水压力观测27com的27com具的埋设27com法2748工作基点桩和校核基点桩2849 其他注意事项28第5章 施工组织设计2951 cfg桩施工组织设计29com况2

3、9com求与措施29com件分析29com序30com序30com程图31com 施工中有关注意事项32com 常见的问题及处理措施33com cfg桩效果检验33com保证措施34com 文明卫生措施35com 工期保证措施3552 路堤施工组织设计36com 填筑前准备工作36com 施工组织部署36com 施工方法技术措施及工艺37com 试验段路堤填筑工艺流程40com 施工放样41第6章 结论与展望4361结论4362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11 软土地基处理技术的发展现状com况软土地基在工程上的定义即是强度低压缩性高的软弱

4、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3472之间孔隙比在1019之间饱和度一般大于95液限一般为3560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

5、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

6、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

7、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epsslm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

8、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 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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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120200kmhii级铁路可选80120kmh 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200kmh的开通运行速度不低于160kmh设计速度为160kmh的开通运行速度不低于120kmhii级铁路开通运行速度不低于80kmh3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350kmh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

15、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

16、修建高速客运专线设计速度从210kmh到270300350kmh1985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300kmh既有线提速改造为160200kmh国际铁路联盟 uic 高速部在速度320350kmh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669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

17、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1建筑地基基础设计规范gb50007-20022建筑地基处

18、理技术规范jgj79-20023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gb50021-20017地基基础实用设计手册23路堤横断面设计com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ii级中型单线铁路渗水土路基com路基面宽度82m路堤填料重度18knm3见图2-1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

19、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115 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10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

20、等于液限孔隙比大于1压缩模量小于4000kpa标准贯入击数n635 2静力触探贯入阻力ps 700kpa不排水强度cu 25kpa1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 42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

21、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

22、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 式中p列车与轨道荷载1836knmb路基顶面宽度一半 m m路基边坡坡率路堤填筑容重 knm3 由设计资料可知设计的路堤高度h 5m边坡坡率m 115路堤顶面宽度82m路堤填料重度18knm3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05米05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z m azbziz k

23、pa pi kpa kpa es mpa cm 051582049913739513754017237520504951362231368405161250680425117055126630169100750410350963871067301421405402902958121178886059180420 23025688147756050210360200222611172565080242403101702005501985818022280270150171471230511100203102401301504132544421001334022012013537227839310

24、012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25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55912 671cm3路堤底面工后沉降计算本工程施工中工期为15年则要填筑完整个路堤所需时间固结历时 t 15年天然孔隙比e1 14e2 13e3 15e4 12渗透系数压缩系数a 1eeses1 4mpaes2 3mpaes3 6mpaes4 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 47cv3 94cv4 125加权平均得cv 63247

25、89481256 2886 835时间因数 固结度该层最终压缩量为51412 617cm施工过程中的压缩量为5140346 178cm该层施工过程中路堤底面总沉降为617-178 439cm大于规定时速200-250kmh工后沉降不得大于10cm故需要进行软土地基处理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2-25验算结论天然地基安全系数小于125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31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

26、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

27、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

28、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

29、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

30、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

31、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

32、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

33、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

34、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

35、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

36、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

37、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cfg桩处理机理 水泥搅拌

38、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15m加固深度l 25m选用25号普通硅酸盐水泥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

39、 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030033取030 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1ap桩端截面面积 m2 cw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 2208kpa表土层参数表土石名称厚度 m 侧阻力qsi kpa 天然地基承

40、载力fsk kpa 软土1 20 10 75 软土2 80 85 70 软土3 80 8 70软土4609 80沙层10013 150 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fspk 3-3 式中m 搅拌桩面积置换率为0087 桩间土承载力折减系数取075-95fsk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18knm3土质填料路堤填料为渗水土时换算高度30 m换算宽度34m设计的路堤高度h 5m 设计路基中最不利高度 路基基底

41、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82752 232m取长度500m总的桩数n布图见··图3-1 水泥搅拌桩布桩形式根据地基处理手册 第三版 cfg桩90天无侧限抗压强度qu可达到28的17倍故qu 585217 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0087根据公式 3-4 3-5 复合地基抗剪指标计算如下com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

42、量取600 桩间土压缩模量 m面积置换率z m azbziz kpa pi kpa kpa es mpa cm 0515820499137395137555820122375205049513622313685582028612506804251170551266549409210075041035096387106754940781405402902958121178885768062180420 23025688147755768052210360200222611172565059500332403101702005501985815950029280270150171471230511

43、100310240130150413254442100340220120135372278393100经计算 10cm复合地基处理后满足沉降要求com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41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

44、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

45、 3实测路堤沉降为施工计算提供依据 42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05cm 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

46、线地面沉降速率不大于1cm昼夜 坡脚水平位移不大于05cm昼夜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

47、水压力观测5工作基点桩和校核基点桩观测用于沉降管理根据测定数据调整填土速率预测沉降趋势确保预压时间和构造物及路面结构的施工时间提供施工期间土方的沉降数量 施工路段的地表沉降观测是在原地面上埋设沉降板进行高程观测沉降板由钢板金属测杆和保护套管组成底板埋设于原地面随着填土增高测杆和套管也相应增高每节长度不超过50cm接高后的测杆应略高于套管上口避免填料落入管内影响测杆下沉自由度盖顶高于碾压面不大于50cm观测断面为每200m设1个 每个断面5个点分别设在路中心路肩及压肩台边缘沉降板观测采s型水准仪以二级以上中等精度要求的几何水准测量高程精度要求±1mm用于稳定管理监测地表水平位移及隆起情

48、况以确保路堤施工中的安全和稳定 施工路段的地表水平位移观测是埋设边桩进行观测边桩采用c25钢筋混凝土预制长度为15m断面采用 15cmx15cm的正方形并在桩顶预埋不宜磨损的测头边桩的埋设可采用打入和开挖埋设要求桩周围回填密实桩周上部50cm采用混凝土浇筑固定确保边桩的稳固观测断面分两种形式一种 6个另一种2个每200m交叉布置一种 1视准线观测法即用光电测距仪直接测取边桩的水平位移量视准线法适用于地势平坦通视条件好的平原地区视准线法要求布设三级点位由位移标点和控制标点的工作基点以及用于控制工作基点的校核基点3部分组成2单三角前方交会法即采用经纬仪红外测距仪对三角形的边角进行测量通过三角形边角

49、的变化计算比较获取边桩的水平位移量单三角前方交会法要求位移边桩与工作基点桩校核基点桩构成三角网上述两种方法的精度为测距仪误差45cm方向观测水平角25"4" 用于稳定管理与研究用作掌握分层位移量推定土体剪力破坏的位置 施工路段的地下土体分层水平位移量是通过埋置测斜管进行观测的测斜管埋设时应采用钻孔机导孔导孔要求垂直偏差率不大于15测斜管底部置于深度方向水平位移为零的土层2m管内的十字导槽必须府准路基的纵横方向 4土体水平位移量是在观测点埋设测斜管由测斜仪测得测斜管采用塑料管 pvc管 其弯曲性能以适应被测土体的位移情况为宜测斜管内纵向的十字导槽应润滑顺直管端接口密合测斜管埋

50、设于地基土体水平位移最大的平面位置1孔压计采用钻孔法埋设埋设关键是封孔封孔的目的是隔断水压计上下水源埋设时孔隙水压力计紧密贴合测点土层采用干燥膨胀土或高液限黏土泥球封孔密闭使测点土层孔隙水与土层孔隙水完全隔绝2钻孔埋设时作好钻孔的详细记录必要时可采用取土样进行土工试验以补充或校核原土工试验资料或土质参数的不足为试验研究提供更多的基础资料3保护孔压计外引电缆不受损坏保证孔隙水压力准确传递待所有孔隙水压力计电缆编好号码而后集中穿入硬塑料管埋入电缆沟引进路基以外观测房或测箱内为防止施工时截断电缆可在电缆沟旁边作些标记4每只孔压计埋设后及时采用接收仪器检查孔压计是否正常如发现异常应查明原因及时修正或补

51、埋5埋设后待钻孔完全填实和埋设时的超孔隙水压力消散时才可测读孔压计读数一般要34d的稳定时间读数时需连续测读数日直到读数稳定为止以稳定读数为初始读数观测断面的设置为每400m一个断面每个断面设1个 孔隙水压力测试系统由孔隙水压力计和量测仪器两部分组成孔隙水压力值 由频率仪测得的频率值换算得出孔隙水压力测点沿深度布设其深度根据试验分析确定一般每种土层均应有测点本设计按3m设1个测点埋设深度至压缩层底4工作基点桩和校核基点桩是用于控制边桩水位移和沉降板高程而埋设此两种基点设置时应选在靠近水准导线点和宜进行观测路基其他埋设仪器的地方 工作基点桩可采用废弃的钻探孔用无缝钢管或预制混凝土桩埋置时要求打入

52、硬土层中不小于2m在软土地区地基中要求打入深度大于10m桩周顶部采用混凝土加固并在地面上浇筑1m×1m×02m的观测平台桩尖露出平台15cm在顶部固定好基点测点 校核基准点桩用无缝钢管或预制混凝土桩打入至岩层或具有一定强度的硬土层中控制基点桩四周必须采用永久性保护措施并定期与工作基点校核 1在路堤施工过程中孔隙水压力观测时间与沉降和水平位移观测要求相同 2工作标沉降板观测标工作基点桩校核基点桩在观测期中必须采取有效措施加以保护或专人管沉降板观测标易遭施工车辆压路机等碰撞和人为损坏除采取有力的保护措施外还应在标杆上竖有醒目的警示标志测量标志一旦遭受损坏应立即复位并复测 3在观

53、测期中相关的基点有必要时进行两个标段的联测以确保路基的沉降观测一致性在位于软地基上的水准点保护确实困难时可将水准点移至已施工的盖梁上或在已施工的构造物设置基点进行类比法观测即观测各标与构造物上基点的相对位置的变化本工程是时速200-250kmh单线铁路渗水土路基路基段属于深厚软土地基条件根据地基条件及上部荷载要求地基处理采用cfg桩处理设计要求与措施1本工程地基加固设计采用500cfg桩有效桩长24m共计5150根2固化剂采用的水泥标号为c25 3复合地基承载力特征值为14785kpa施工前应具备的资料和条件1建筑物场地工程地质报告书2cfg装布置图应注明桩位编号以及设计说明和施工说明3建筑物

54、地相邻的高压电缆电话线地下管线地下构筑以及障碍物等调查资料4建筑物场地的水准控制点和建筑物位置坐标控制资料5具备三通一平条件6施工技术措施内容7确定施工机具和配套设施8材料供应计划标明所用材料的规格技术要求和数量9试成孔应不少于2个以复合地基资料以及设备工艺是否适宜核定选用的技术参数10按施工平面图放好桩位若采用钢筋混泥土预制桩尖需埋入地表以下30cm左右11确定施打顺序12复核测量基线水准点及桩位cfg桩的轴线定位点检核施工场地所设的水准点是否会受施工影响13振动沉管机沉管表面应有明显的进尺标记主要是考察设计的施打顺序和桩距能否保证桩身质量工艺试验也可结合工程桩施工进行需要如下两种观测1新打桩对未结硬的已打桩的影响2新打桩对结硬的已打桩的影响1机械进入施工现场根据设计桩长沉管入土深度确定机架高度和沉管长度并进行设备组装2装机就位调整沉管与地面垂直并确保直度偏差不大于13启动马达沉管到预定标高停机4沉降过程中做好记录每沉一米记录电流一次并对土层变化予以说明5停机后立即向管内投料直到混合料和进料口齐平混合料安设计配比经搅拌机加水拌和办和时间不少于1min如粉煤灰过多拌和时间还要过长加水量安坍落度3-5cm控制成桩后浮浆厚度不超过20cm为宜6启动马达留振5-10s开始拔管速率为12-15mmin如果遇到淤泥或淤泥质土拔管速率还可放慢拔管过程