高速铁路路基试验段软土地基处理技术——同济学习讲义

1、软土地基处理试验研究1 工程概况高速铁路路基试验段工点位于上海同济大学安亭汽车工程学院内，路基试验段设计总长度90米（K0+000K0+090），路堤路基面宽13.8m，考虑软土地基工后沉降，每侧加宽0.2m，采用梯形断面形式，边坡坡率1：1.5，边坡坡面采用三维立体网固土后喷播植草防护。路堤填筑过程中，在边坡2.5m范围内每0.3m铺一层土工格栅。路基填高4.5m。试验段两端坡率为1：2，实际占地长度108米，宽度30米（不含边桩）。根据试验现场填筑研究的目的、内容，该工点地形条件和工程地质条件，选择了塑料排水板+真空-填土联合预压排水固结法、CFG桩桩网复合结构两种地基处理方案。路堤基床底

2、层填料采用镇江花岗岩风化物和镇江下蜀黏土二种类型，如下表1。基床表层采用级配碎石，设计四种结构形式。地基加固及基床底层填料类型 表1序号范围长度(m)地基加固类型基床底层填料类型1K0+000K0+03030塑料排水板+真空-填土联合预压K0+000K0+050镇江花岗岩风化物；K0+050K0+090镇江下蜀黏土。2K0+030K0+06030CFG桩桩网复合结构（悬浮桩）3K0+060K0+09030CFG桩桩网复合结构（穿透软土）2 工程地质条件试验工点地处安亭同济大学汽车工程学院内，属于长江三角洲冲积平原。地面标高3.5m4.5m，地形平坦开阔，东高西低，河沟纵横。工点地层属第四系全新

3、统冲海积地层，地下水较丰富，属孔隙水，水位埋深0.5m2.0m，地下水对混凝土无侵蚀性。地层岩性及物理力学指标自上而下分述如表2。3 地基加固设计3.1 塑料排水板加固设计K0+000K0+030段地基设计采用塑料排水板+真空-填土联合预压处理，总长30m。塑料排水板长：26.527.5m，间距1.2m，正三角形布置。塑料排水板顶面铺设0.6m厚砂垫层，垫层内铺设一层单向土工格栅。设计抗拉强度大于80KN/m。真空预压试抽气达到要求后，要求满足真空压力大于80kpa一周，即可转入正常抽真空阶段，方可进行上部路堤填筑，上部填土作为路基本体其压实度应满足设计要求。初期填筑过程中，真空预压分级加载，

4、分级压力：40kpa，80kpa，分级加载抽气时间间隔为15天。真空预压时间要求：在填土高于2.5m，真空压力不小于80kpa情况下抽气时间不少于4个月（相当于超载大于1.5m作用下，放置4个月）。施工过程中，对真空压力、沉降量、孔隙水压等各项测试参数进行分析研究，满足设计要求后方可停止抽气。填筑速率控制在小于1m/月。设计采用上述地基加固措施，路基稳定、沉降分析：路基稳定按固结有效应力法计算，填筑完成时（约6个月），考虑井阻、涂抹作用，固结度大于80%，考虑列车荷载作用时，Kmin=1.18；不考虑列车荷载时，Kmin=1.49。地基总沉降Sc与瞬时沉降Sd之和计算：即S=Sc+Sd。主固结

5、沉降按分层总和法计算。瞬时沉降采用经验系数计算，当路堤高小于极限高 各土层物理力学指标 表2土层名称特 性层厚mW%KN/m3eCuKPau0CcuKPacu0a1-2MPa-1EsMPaKv10-5cm2/sKh10-5cm2/sPsMPa备注平均值平均值平均值平均值平均值平均值（4）和（5）Pc为3072Kpa，灵敏度为：1.34.7（1）黏土夹粉质黏土褐黄色，灰黄色，软塑，局部偏硬塑，夹有少量铁锰结核。表层0.20.5m为种植土，和黄色杂色，含植物系。2.32.727.442.331.416.920.119.20.741.090.87111714.315.42017.028.120.20

6、.290.790.445.02.037.202.568.321.21.5（2）淤泥质粉质黏土褐灰色，流塑，属中等偏高压缩性土。0.651.127.449.341.616.919.117.90.741.581.1711171217.97.717.028.126.80.290.890.815.02.037.202.568.321.21.5（3）粉土、夹粉质粘土、粉砂灰色，松散，饱和，属中等压缩性土。0.61.141.718.41.1129.91928.10.170.546.521.89.837.20.661.32（4）淤泥质粉质黏土灰色，流塑，含少量腐植物，具低强度,高触变性,高压缩特点，在工点范

7、围内光为发育,层厚稳定，为主要压缩层。11.512.630.372.139.216.119.018.30.851.601.071127.214.912.8112621.90.351.900.812.60.2420.8040.0191.250.40.8（5）淤泥质黏土灰色,流塑,含少量腐植物，具低强度,高触变性,高压缩特点，在工点范围内光为发育，层厚稳定，为主要压缩层。9.211.037.616.119.018.20.851.601.063128.645.414.1112319.00.351.900.622.60.2420.8040.0191.250.40.8（6）-1粉土夹粉质黏土，灰色，中密

8、，饱和，属中等压缩性土。02.032.518.60.921632.60.100.370.254.066.77（6）-2粉土局部夹薄层粉土，灰色，软塑，属中等高压索性土>1027.338.932.517.519.718.20.761.040.9552413.223.132.527.20.240.480.335.51.31.731. 度时，m取0.2，大于极限高时，m取0.3。地基沉降估算：S=S总-S施。不考虑列车荷载时，S总沉降=78.1cm，考虑双线单荷情况下，S总沉降=90.19cm，S工后=5.22cmA。3.2 CFG桩加固设计（1）K0+030K0+090段地基设计采用CFG桩

9、桩网复合结构加固，总长60m。其中K0+030K0+060设计为悬浮桩，桩长17.5m；K0+060K0+090设计为穿透软土层桩，桩长27.0m。桩直径500mm，桩间距2.0m，呈正方形布置。桩顶铺设30cm厚碎石垫层，最大粒径不超过3cm。垫层内铺设一层双向土工格栅。设计抗拉强度大于120KN/m。要求CFG桩28天无侧限抗压强度不小于5MPa。设计采用上述地基加固措施，路基稳定、沉降分析：路堤稳定性检算通常采用圆弧法。考虑列车荷载作用时，Kmin=1.5；不考虑列车荷载时，Kmin=1.89；同时进行了单桩、复合桩基承载力及下卧层承载力验算。沉降估算：总沉降包括加固土层沉降量S1及加固

10、区下卧层沉降量S2，即S=S1+S2。S1的计算方法采用复合模量法。其中：桩底端附加应力按应力扩散法计算。S2的计算采用分层总和法。其压缩层厚度按建筑地基基础设计规范规定方法计算。地基沉降估算：不考虑列车荷载作用时，K总沉降=12.66cm，S工后=8.51cm，考虑双线单荷情况下，S总沉降=15.93cm，S工后=10.86cm。（桩体部分沉降按施工及放置期间全部完成考虑，不计入工后沉降）桩网复合结构设计参考日本高速铁路路基设计及施工控制技术讲义资料、参考资料，1998年10月日本铁道建设公团；BRITISH STANDARDCode of practice for Strengthened

11、/reinforced soils and other fills BS8006:1995（2） 桩体材料采用碎石、石屑、粉煤灰、水泥、水配合而成。基本配比如表3：CFG桩桩体材料配合比 （kg/m3） 表3425号水泥粉煤灰碎石、石屑水1112131688189 当粉煤灰材料来源缺乏时，可采用砂料代替。混合料28天无侧限抗压强度不小于5MPa。（3）CFG桩采用振动沉管成桩机成桩，桩机型号选择应根据地质条件和加固深度要求确定。施工前应进行成桩工艺试验，以检验设备、工艺是否适宜（如桩径、配合比、拔管速率等），确定选用的技术参数是否满足设计要求。施工工艺流程如下：桩位测量放样；桩机就位；振动沉管

12、；成孔检查；灌注拌合料；振动拔管；成桩检查。（4）施工要点说明桩机就位后调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%；沉管过程中每沉1m记录电流表电流一次，对土层变化予以说明；停机后立即向管内投料，混合料按设计配比经搅拌机拌合，拌合时间不得少于1.5min，加水量按坍落度3cm控制；投料完成后启动马达，留振515s；开始拔管，速率在0.8m1.2m/min，拔管中不许反插。（5）施工质量检验施工结束28天后进行桩间土以及复合地基检测。桩间土的检测：可通过室内土工试验及静力触探对桩间土地基处理前后的强度变化进行对比。单桩复合地基检测：采用小应变检验及单桩复合地基荷载试验。小应边检测数量占桩总数的

13、10%左右，单桩复合地基载荷试验随机选取3根左右的桩进行检验。4 塑料排水板+真空-填土自载联合预压施工4.1 施工工艺流程 塑料排水板+真空-填土预压法施工按如下顺序进行：(1)平整场地，清除杂物；(2)铺设砂垫层并设置垂直排水通道-塑料排水板；(3)在砂垫层中埋设滤水管；(4)在加固区边缘挖沟；(5)铺土工布、真空膜，填沟、安装并连接抽气管道和射流泵；(6)检查密封情况并抽气；(7)真空度稳定后，在膜上铺防护材料； (8)进行真空膜、沉降、位移、孔隙水压力等的观测；(9)填土并继续抽气。(10)达到设计要求后，停止抽气，并清理现场。塑料排水板+真空-填土预压法施工工艺流程见图1。 图1 塑

14、料排水板+真空-填土预压法施工工艺流程图4.2 施工方法从施工角度分析，要保证排水固结的效果，主要是做好三方面重要工作，即铺设水平砂垫层、竖向塑料排水带施工和施加固结压力。 水平排水砂垫层施工水平排水垫层的作用是在真空填土预压过程中，使从土体进入垫层的渗流水迅速的排出，使土层的固结能正常进行，防止颗粒堵塞排水系统。因而垫层的质量将直接关系到加固效果和预压时间的长短。.1 垫层材料为保证排水效果，垫层材料必须采用透水性好的砂料，同时能起到一定的反滤作用。因此本试验段垫层材料采用级配良好的细度模数为2.9的中砂，经过试验检测，其渗透系数不低于10-3 cm/s，含泥量1.3%，透水性良好。.2 砂

15、垫层施工（1）在铺设砂垫层前，彻底清除地表种植土和其他杂物，并作成4%的路拱，同时也用作横向排水坡。（2）将路拱进行碾压和晾晒，以利排水。（3）由于地基表层为黏土夹粉质粘土，承载力较低，为避免对机械对软土表层的过大扰动，造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果，砂垫层采用人工配合挖掘机顺序推进摊铺。（4）砂垫层设计压实厚度为60cm，第一层铺设厚度为40cm。第二层铺设20cm。（5）砂垫层的铺设要求均匀、密实、表面平整。（6）砂垫层铺好后，用履带式推土机进行碾压，当检验碾压中密Dr0.67时，进行塑料排水板施工、敷设干支滤水管（真空管）、埋设检测元件及装备。（7）当滤水管、土工布、真空膜铺设完毕

16、，连接射流泵的管子已接好及其他密封设施施工结束，且经检查无误时，便可进行试抽气。真空膜上下均要铺设一层土工布，土工布覆盖全场地至密封沟外缘，一则保护真空膜不受上部堆载施工的破坏；二则增强场地的整体效果；三则是地基受理均匀。（8）当真空预压试抽气达到要求后，真空压力大于80kpa持续一周，即可转入正常抽真空阶段，方可进行上部路堤的填筑。（9）上部路堤填筑之前，须进行第二层砂的铺设。第二层砂的铺设，首先在第二层土工布上铺10cm厚的细砂，然后铺一层单向土工格栅。（10）土工格栅铺完之后，再铺10cm厚的中粗砂和30cm厚的粘土层。至此，水平排水砂垫层（褥垫层）施工结束。 竖向排水体塑料排水板施工塑

17、料带排水法是将带状塑料排水带用插带机将其插入软土中，然后在地基面上加载预压（或采用真空预压），使土体中的孔隙水沿塑料带的通道排出，从而使地基发生沉降，逐渐固结，同时强度逐步得到提高，使地基土得到加固的方法。.1 塑料排水带材料塑料排水带由于所用材料不同，断面结构型式各异。根据各种型式断面塑料带的性能情况，选择了具有良好透水性和强度的D型塑料排水带。这是一种由塑料芯带外套透水挡泥滤摸所组成的复合型制品。这种制品的芯带材料采用特殊的硬质聚氯乙烯和聚丙烯，并加工成十字形式，使之具有纵向透水能力。其透水挡泥的滤膜，由丙烯类合成纤维制成，透水性好，其渗透阻力可忽略不计。经过检测，本试验段施工所使用的D型

18、塑料排水带的基本特性见表4。D型塑料排水带的基本特性 表4项 目单 位平均值试样数变异系数备注（一般要求）排水带单位长度质量g/m19080.008厚 度mm6.2100.014宽 度mm100.2100.002复合体抗拉强度Kn/10cm2.2760.02111.5复合体伸长率%2.060.125纵向通水量cm3/s92.22/1540滤膜单位面积质量g/m289100.045厚 度mm0.38100.084干样抗拉强度N/5cm19160.05375150湿样抗拉强度N/5cm12660.04150125渗透系数k20cm/s2.2×10-24/0.05×10-2等效孔

19、径O98mm<0.0743/.2 塑料排水板打设施工（1）插带机械 塑料排水板的施工质量在很大程度上取决于施工机械的性能，有时会成为制约施工的重要因素。用于插设塑料带的插带机，种类很多，性能不一。由于在软弱地基上施工，因此要求行走装置具有：机械移位迅速，对位准确；整机稳定性好，施工安全；对地基土扰动小，接地压力小等性能。从机型分，有轨道式、滚动式、履带浮箱式、履带式和步履式等多种。本试验段根据地形条件和工程地质条件，结合施工综合考虑，选用了具有行走方便、转向灵活、安全性能可靠等特点的LD-3型履带式振动塑料插板机。 （2）塑料排水带导管靴与桩尖 打设塑料带的导管靴有圆形和矩形两种。由于导

20、管靴断面不同，所用桩尖各异，并且一般都与导管分离。桩尖主要作用是在打设塑料带过程中防止淤泥进入导管内，并且对塑料带起锚定作用，防止提管时将塑料带拔出。 .3 塑料排水板打设施工顺序机具定位将塑料排水板通过导管从管靴穿出将塑料带与桩尖连接贴紧管靴并对准桩位插入塑料带上拔导管剪断塑料排水板机具移位。在塑料排水板施工中尚应注意以下几点：（1）塑料带滤水膜在转盘和搭设过程中应避免损坏；防止淤泥进入带芯堵塞输水孔，影响塑料带的排水效果；（2）塑料带与桩尖连接要牢固，避免提管时脱开，将塑料带拔出；（3）桩尖平端与导管靴配合要适当，避免错缝，防止淤泥在搭设过程中进入导管，增大对塑料带的阻力，甚至将塑料带拔出

21、；（4）严格控制间距和深度，如塑料带拔起0.5m以上者应补打；（5）塑料带需接长时，为减小带与导管阻力，应采用滤水膜内平搭接的连接方法，为保证输水畅通并有足够的搭接强度，搭接长度需在200mm以上。 施加固结压力本试验段施工中，根据设计，施加固结压力由真空预压和填土预压两部分组合而成。其具体做法为先按真空预压的工艺要求，铺膜、埋管、挖沟，然后进行抽气。当膜下真空度稳定后，即可按堆载预压的工艺要求，在薄膜上填土。为了防止薄膜损坏，需在薄膜上铺筑采取有效的防护措施。（参见 .2 砂垫层施工）.1 真空预压本试验段施工采用塑料排水板+真空-填土预压加固区域为0+0000+040，宽度30m，面积为1

22、200m2。（1）工艺设备抽真空工艺设备包括真空源和一套膜内、膜外管路。真空源采用了目前国内大多采用射流真空装置。射流真空装置由射流箱和离心泵等组成。根据有关资料介绍，一套高质量的抽真空装置在施工初期可负担10001200m2的加固面积，后期可负担15002000m2的加固面积的施工经验以及抽真空装置的数量，以及始终保持密封膜内高真空度为原则（膜下真空值一般要求大于80kpa），本试验段抽真空装置的布置根据加固面积和射流装置的能力，共布置2台7.5kw真空泵，为了确保真空堆载联合预压一次成功，试验段实际布置2台泵，预留第三台泵的接口。膜内水平排水滤管，主管采用F90mmPVC管，支滤管采用F6

23、3mm PVC管。滤水管滤水部分钻有8mm的滤水孔，孔距为5cm，三角形排列。滤水管外绕5mm尼龙绳（圈距5cm），用尼龙绳缠绕滤管后用无纺布（250gm2）包裹。构成滤水层以防止砂砾进入支滤管内堵塞管道。膜外管路连接着射流装置的回阀、截水阀、管路组成。过水断面应能满足排水量，且能承受100kpa径向力而不变形破坏的要求。滤水管的布置与埋设，滤水管的平面布置采用鱼刺形排列，如图3所示。滤水管的排距为6m，最外层滤水管距场地边的距离为3m。滤水管之间的连接采用软连接，以适应场地沉降。主管与支滤管间采用变径三通、四通 图3 滤水管鱼刺形排列图柔性连接，同管径的对接采用胶皮软管连接，全部吸水管均埋入

24、砂垫层中，并通过出膜器及吸水管与真空泵连接。在挖密封沟的同时，可进行主管和支滤管的连接、安装和埋设。 滤水管埋设在水平排水层的中部，其上有1020cm砂覆盖层，防止滤水管上尖利物体刺破密封膜。（2）密封系统密封系统由密封膜、密封沟和辅助密封措施组成。密封膜密封膜要求：密封膜选用密封性好、抗老化能力强、韧性好、抗穿刺能力强的聚氯乙烯薄膜，其性能见表5。密封膜为经过热合加工的塑料膜，塑料膜采用平搭接，搭接长度控制在2.03.0cm。热合时根据塑料膜的材质、厚度确定热合温度、刀的压力和热合时间，使热合缝牢而不熔。加工好的密封膜面积大于加固场地面积，每边大于加固区相应边3m，符合一般要求24m。为了确

25、保整个预压过程中的密封性，塑料膜铺设2层，每层膜铺好后应检查和粘补破漏处。密封膜性能表 表5试验项目物理特性力学特性水力特性单位面积质量厚度(2kpa)窄条样拉伸撕裂强度CBR顶破强度渗透系数基材抗渗强度拉伸强度断裂伸长率TWTWTW单位g/m3mmMPa%N/mmkNcm/sMPa试样数1010666666633平均值1590.1816.3813.41>25022347420.478.83×10-120.8 密封膜铺设：密封膜铺设之前，要派专人，逐一检查场地表面，是否有尖锐器物，如铁丝头，砂子中的尖锐石块、贝壳等等，如发现，及时予以处理，以免刺破密封膜而漏气。铺设时先在砂垫层

26、上铺设10cm厚的细砂，表面达到平整且压实，然后铺一层土工布，土工布的顶破强度要求1600N（见表6），在其上再铺两层真空膜。铺设的土工布的和真空膜松紧要适度，不宜过紧或太松。过紧了因抽真空和加堆载引起地土工布性能表 表6序号检测项目单位标准要求实测结果1外 观 布面应无明显不匀、折痕和杂物。破边300cm、破损0.5cm。 布面无明显不匀、折痕和杂物。无破边、破损。2单位面积质量g/m23003283厚 度Mm2.42.634幅 宽M66.035经向抗拉强度N/5cm4754906纬向抗拉强度N/5cm4755257经向抗拉延伸率%25100878纬向抗拉延伸率%25100839CBR顶破强

27、力N1600171010等效孔径O90mm0.070.50.08911垂直渗透系数cm/sK×(10-110-3)0.31基的沉降，可能会使膜被拉破而损坏；太松了，会影响膜下真空度上升。真空膜的热合粘接，一定要认真细微，不得出现漏气现象，铺好第一层真空膜后，仔细查看是否有破损，如有破损应用补膜器补好，然后铺设第二层真空膜，再检查、粘补。密封膜铺完后，在其上铺一层土工布，以保护真空膜不被破坏。土工布的搭接采用便携式缝纫机缝合，缝线用尼龙线，缝制的线条要平直、均匀、结实。密封沟密封沟开挖：密封沟的内边口至滤管距离应3.0m，沟深1.5m，底宽1.0m，上口宽1.5m，和CFG桩隔离侧的密

28、封沟挖深2.0m。沿密封沟的外缘，在场地四周填筑挡水埂，以利抽真空时场地覆水。覆水的好处有以下两点： 增加场地内的荷载。由于水的自重对加固场地产生了压力作用，等于加了荷载。 提高加固场地的密封程度。由于场地表面全被水覆盖，膜上膜下的气体不直接相通，有利于膜下真空度的提高和稳定。在埋设排水管的同时，便可安排人员开挖密封沟。密封沟的开挖，采取机械开挖，到最后应仍用人工修整，以利铺设密封膜。最终达到盖膜闭气的要求。膜边密封示意见图4。 图4 膜边密封示意图密封沟回填：密封沟的回填在真空膜铺设完毕后即可进行，真空膜的外边缘，应沿密封沟内坡面、沟底，铺至外坡面上50cm止。与CFG桩桩网复合结构隔离侧密

29、封沟深2.0m，回填土应采用不含硬块的粘土回填，并在沟内覆水，确保膜周边的密封效果良好。回填时分层夯实，保证场地四周密封而不漏气。其他密封措施安装射流泵和连接管路:共布置2台7.5kw真空泵，为了确保真空堆载联合预压一次成功，试验段实际布置2台泵，预留第三台泵的接口。连接射流泵和主管的胶管、连接真空表的真空管和沉降杆，由膜下伸至膜上时一定要处理好与真空膜的关系，预留抽真空后相对沉降量，涂密封油、扎紧、用胶带缠绕。出膜连接与真空泵系统安装：真空主管通过出膜器与真空泵连接。出膜器的连接必须牢固，密封可靠。不得有漏气现象发生。另外在行人必走之路，铺麻袋或草垫以保护真空膜。（3）施压试抽气。在上述一切

30、工作完成（此时场地未覆水）、电源接通后，便可进行试抽气。通过试抽，检查场地的密封程度，检查仪表、设备运行状况，观测真空度上升速度等等。一般情况下，试抽气一周膜下真空度上升到80KPa以上且稳定，即认为密封状况已良好，可进入正常稳定抽气阶级。铺土工布、细砂和粘土当试抽气进入稳定抽气阶段达7天以上后，即可在真空膜上铺设第二层土工布（实际真空膜铺完之后已铺），覆盖全场地至密封沟的外缘，一则保护真空膜不受上部堆载施工的破坏；二则增强场地的整体受力效果；三则使地基受力均匀。在土工布之上再铺设20cm厚的砂层和30cm的粘土层。稳定抽气如前所述，由试抽气使膜下真空度上升至80kpa以上，且保持稳定，便可认

31、为进入稳定抽气阶段抽真空及真空维持：上述工作完成后，即可开始抽真空，抽真空后加固区内真空度会持续上升，当膜下真空度达到并稳定在80kPa以上时，即可进行上部路堤填筑，此时进入真空填土预压正常阶段。.2 真空-填土预压填土堆载预压阶段：真空预压加固区膜下真空度达到80kPa以上的条件下连续抽真空一个月后，进行路基填筑堆载预压。该阶段的工作，应做好真空表、沉降表、孔压计的观测和记录，做好设备运行的观测和记录。一般要求真空表的观测，每小班（一天三个小班）不少于二次，即交接班、班中各一次；沉降观测要求，开始一月内，一天二次，上下午各一次（间隔12小时左右），一月后每天一次；孔隙水压力观测、水平位移观测

32、要求一天1次。稳定抽气达四个月，场地的平均总沉降量达到了设计要求，且最后10天的日沉降量小于1mm时，在征得监理工程师的同意后，便可进入维持抽气阶段。维持阶段的抽气，要逐渐减少开泵的数量和开泵的时间。维持阶段的抽气，一般不超过5天。维持抽气。结束后，迅速组织人员拆除设备、监测装置。4.3 现场沉降观测真空堆载联合预压方法在加固机理、施工工艺等方面有别于其它软基加固方法，在高速铁路软基处理应用中存在许多有待研究的问题。为了探索该方法加固高速铁路软基的施工工艺，促进真空预压技术的理论研究，也为正确客观评价加固效果及主要影响因素，试验段开展了系统的测试试验研究。试验结果不但为真空预压技术的理论研究提

33、供必要的试验资料，而且也将对施工方案的制定和施工组织的安排以及该方法的推广应用都起到指导意义和借鉴作用。4.3.1 仪器埋设与布置真空预压加固软基的监测装置，主要有膜下真空度和泵上真空度观测的真空表、用于观测加固场地沉降标和测定地下孔隙水压力的孔压计等。埋设的位置和数量符合设计要求。观测仪器埋设平面图、剖面图分别见图5、图6。1测斜孔分层沉降孔表面沉降板3测斜孔2测斜孔图5 观测仪器埋设平面图表面沉降板深层沉降孔隙水压力计塑料排水板测斜管填土高度砂垫层密封膜图6 观测仪器埋设剖面 表面沉降观测表面沉降板的埋设：在埋设点地面挖50cm´50cm´30cm的土坑，内铺50cm左

34、右的黄沙，整平压实；将沉降板平放在坑内，保证板面水平，并回填土整平压实；将套管垂直套进测杆标上；用水准仪连续数日观测杆的高程，并确定初始高程。观测要求：沉降观测要求按等级水准规定测量，并定期校正基准点的高程；在路堤填筑加荷期要求每两天观测一次，施工期每周两次，预压期每周一次；测量结果当天及时整理。 水平位移观测测斜管的埋设：采用f127钻具定位开孔，成孔偏斜度不允许大于10mm，通常应钻至下卧硬土层50100cm，深度达无水平位移处；第一导管底用塑料盖封死，并与其它导管分段在地面接成，或逐节在孔口对接，慢慢放入孔中，注意对接时导向槽的对正不许偏扭；导管埋至预定的深度后，校正导向槽的方向，在导管

35、与钻孔壁间用砂填充，等稳定一段时间后，进行零点测试，并测量管口高程。测试要求：采用电阻应变式测斜仪伺服加速度式测斜仪进行测试；测试时保证测斜仪导轮在导槽内，轻轻滑入管底，稳定后每隔0.5m测读一次，直至管口，将测斜仪反转1800，重新测试一遍，以消除仪器的误差；测量稳定后测斜管的初始位置，所测结果视为基准值记入测试记录表；观测频率通常与表面沉降观测一致。4.3.4 孔隙水压力观测孔压计的埋设：埋设前先于现场设定孔压计的基本参数，并将透水石洗净，煮沸3060min后，浸在清水中；根据测点位置，钻孔定位开孔，孔深达测点以上2050cm左右，清孔后将浸在清水中的孔压计连同装满清水的塑料袋迅速提出放入

36、钻孔内；利用钻杆和压具，把孔压计压至测点深度，并注意保护电缆；小心提起钻杆，稍等片刻，利用频率仪检测孔压计频率变化是否正常，若发现异常情况，可利用铅丝将孔压计提起。测试要求：用频率仪测试时必须等读数稳定后读取；注意各点电缆线的保护，将归拢成一束的电缆呈波浪形摆好，铺上黄沙并用土填平，测头统一放入观测箱。 分层沉降观测仪器的埋设：采用f108钻具定位开孔，成孔偏斜度不允许大于10，进尺时注意护壁，钻至预定深度；在硬塑料管外每隔23m套一沉降环，分段在地面接成，或逐节在孔口连接，埋至预定深度，用黄沙密实孔隙；埋设完毕稳定后，用分层沉降仪放入管中测量，对环的位置、数量进行校对，并测量管口高程。测试要

37、求：测试时必须定期测量管口高程，以便修正读数；路堤填筑施工中注意保护。 真空度观测真空表的埋设：检验真空表的性能是否满足测试要求；准备30cm长的PVC滤管，表面打眼成网状，并用土工布滤纸捆好，防止抽气时土粒进入；把f10mm的导管放入PVC滤管中，用密封膜捆住两头并胶好，防止两端漏气，埋入砂垫层中；把导管的另一端拉到测点处，与真空表相接，连接处必须完全密封，并将沿路线导线埋入砂垫层中，防止损坏。测试要求：真空度上升阶段，每2个小时观测一次；真空度达到设计要求值阶段，每4个小时观测一次；真空度出现波动时，应仔细检查分析原因，是否是连接处漏气或密封膜破坏，并采取应对措施。4.3.3 测试成果及其

38、分析4.3.3.1 表面沉降观测成果及其分析4.3.3.2 真空压力观测成果及其分析4.3.3.3 分层沉降观测成果及其分析4.3.3.4 水平位移观测成果及其分析4.3.3.5 孔隙水压力观测成果及其分析4.3.4 路堤的稳定分析4.4 沉降分析与工后沉降预测4.5 加固效果（总体）评价 固结速度真空预压阶段，真空度通过过滤管、砂垫层及塑料排水板逐渐向土体内部传递，土体中的孔隙水在压差的作用下不断向外排出，从而使土体发生排水固结。真空堆载联合预压阶段在真空预压的基础上，再利用路堤填土进行堆载预压，一方面由于堆载的作用，土体中的孔隙水压力升高；另一方面由于真空预压的作用，砂垫层及塑料排水板通道

39、的孔压力处于负压状态，这样地基中的孔隙水与排水体的压差就更加大，加速了土体中水的排出，固结速度加快，加固效果更加明显。 加固深度加固深度主要取决于引起孔隙水压力变化的深度。在真空堆载联合预压加固软基方法中，真空度是引起孔隙水压力变化的主要因素之一，它沿深度的传递与竖向排水体的井阻有关。现场实测资料显示，真空度沿深度的衰减明显低于堆载时总应力沿深度的衰减。因此真空堆载联合预压方法的加固深度大于普通的堆载预压，比较适合加固具有深厚软土层的地基。 强度增长在真空堆载联合预压加固软基方法中，当膜下真空度达80 kPa时，真空荷载相当于45m高度的填土荷载，这使得该方法在在预压过程中的等效超载高度高，加

40、之固结速度快、影响深度深等因素，都使得地基的强度增长快，而且提高幅度大。在稳定性方面：真空堆载联合预压方法是在真空预压的基础上，施加堆荷外载。由于真空产生负压，使土体产生向内收缩变形，可以抵消因堆载引起的向外挤出变形，因而地基不会因填土速率快而出现稳定地基性问题。从另一角度分析，地基产生向内的收缩变形，等同于在路基两侧施加反压护道，因而，抽真空产生负压有利于路基稳定。5 CFG桩网复合地基施工根据试验段工程地质情况和项目研究的要求，本试验段的施工采用振动沉管CFG桩施工工艺。它属于非排土成桩工艺，主要是用于粉性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条件，尤其适用于松散的粉土、粉细砂的加固

41、。它具有施工操作简便、施工费用较低、对桩间土的挤密效应显著等优点。同时采用振动沉管CFG桩施工工艺施工的CFG桩复合地基可以提高地基承载力、减少地基变形以及消除地基液化。5.1 振动沉管CFG桩施工工艺 施工设备图7为DZ90KS振动沉管成桩机示意图。配悬挂式桩架。图8（a）和（b）分别为打桩时用的钢筋混凝土预制桩尖和钢制活瓣桩尖。 施工程序.1施工准备图9 CFG桩施工准备工作流程图（1）做到“三通一平” 施工现场首先要做好三通一平工作，即保证路通、水通、电通和场地平整。场地平整时，一方面要注意平整地表、清除地上、地下的障碍物，另一方面，当地表土强度较低时，要铺设适当厚度的垫层，以利重型施工

42、机械通行。（2）材料 CFG桩原材料包括砂、石、水泥、粉煤灰和外加剂，在进场前需确定原材料的种类、品质，并将原材料送至试验室进行化验和做混合料配比试验。 水泥：施工中用袋装425号普通硅酸盐水泥； 碎石：粒径多采用531.5mm；粉煤灰：用袋装级、级粉煤灰。（3）确定混合料的配比施工时，混合料的配比对桩的质量有很大的影响，不同成桩方法对配比的要求也不相同。本工程采用振动沉管打桩机成桩，施工时按照设计要求进行试验选择最佳配比，每盘料搅拌时间不少于1min，坍落度控制在3-5cm。通过试验，最后确定的配合比（重量比）为：水泥：粉煤灰：碎石（含石屑）：水=1：1.92：15.21:1.70附配合比试

43、验资料：工程名称：京沪高速铁路路基试验 强度等级：5.0Mpa 坍落度：35cm 水泥品种标号：P.O32.5 工程部位：地基处理 煤灰等级:、级 砂规格：中砂 碎石：525mm试件编号制件日期试验日期强度Mpa每立方用量 (kg/m3)配 合 比备 注水泥 粉煤灰砂碎石石屑水-1-12003.4.82003.5.76.711121333813501891：1.92：3.04：12.16：1.70碎石20%、石屑80%-2-12003.4.92003.5.77.711121710426951931：1.96：9.39：6.26：1.74碎石60%、石屑40%-3-12003.4.172003.

44、5.78.011121311815061781：1.92：10.64：4.56：1.60粉煤灰级，碎石70%、石屑30%-3-22003.4.262003.5.75.211121311815061931：1.92：10.64：4.56：1.74碎石70%、石屑30%-12003.4.72003.5.75.611110610610136761891：0.95：0.95：9.13：6.09：1.70碎石60%、石屑40%-3-32003.5.152003.5.223.211110710611815061891：0.964：0.955：10.64：4.56：1.70碎石70%、石屑30%-3-420

45、03.5.152003.5.222.911121311815061891：1.919：10.64：4.56：1.70碎石70%、石屑30%-3-52003.5.152003.5.222.49124311815061891：2.67：10.64：4.56：1.74碎石70%、石屑30%选用配比-3-22003.4.262003.5.75.211121311815061931：1.92：10.64：4.56：1.74碎石70%、石屑30%现场取样试件强度试验情况如下表：（坍落度35cm）试件编号制件日期强度（Mpa）配比备注7d14d28d1:1.92:15：20:1.70石屑占20%、碎石占80

46、%CFG-0012003.5.235.0CFG-0022003.5.275.4CFG-0032003.6.27.11:1.92:14.60:1.70石屑占30%、碎石占70%CFG-0042003.6.36.41:1.45:10.94:1.70CFG-0052003.6.66.9CFG-0062003.6.66.7CFG-0072003.6.1810.81:1.23:9.73:0.93用砂代替粉煤灰CFG-0082003.6.1814.1CFG-0092003.6.1914.5用砂代替粉煤灰水泥厂家不同CFG-0112003.6.301:1.38:10.94:0.88（4）成桩试验施工前进行了

47、成桩试验，试验数量3根，成桩检查满足设计和规范要求。 （5）制定CFG桩布桩图。图应注明桩位编号以及设计说明和施工说明。见图10。（6）桩位放样与埋桩头。在CFG桩施工前应根据设计图纸，放样路基的控制轴线，并将CFG桩的准确位置施放到CFG桩作业面上。施放图10 CFG桩位布置图的桩位应明显、易找、不易被破坏，实际可采用有一定直径和深度的白灰点来表示桩位。最后将采用的钢筋混凝土预制桩尖埋入地表以下30cm左右。.2. CFG桩施工工艺CFG桩施工工艺流程见图11。图11 CFG桩施工工艺流程图（1）桩机就位CFG桩施工时，桩机就位后，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

48、组装。（2）混合料搅拌混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，上料顺序为：先装碎石（石屑），再加水泥、粉煤灰，最后加砂，使水泥、粉煤灰和夹在砂、石之间，不易飞扬和粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀。每盘料搅拌时间不应小于60s。混合料塌落度控制在35cm。（3）沉管成孔向下移动沉管至管头触及桩头，用桩机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使沉管垂直对准桩位（桩尖）中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于1%。启动马达沉管。一般应先慢后快，这样既能减少沉管摇晃，又容易检查桩孔的偏差，以便及时纠正。 沉管过程中做好记录，每沉管1m记录电流表上的电流一次。并对土层变化处予以说明。在沉管过

49、程中，如发现沉管摇晃或难钻时，应放慢进尺，否则容易导致桩孔偏斜、位移，甚至使桩头、沉管等破坏。沉管到预定标高，停机。（4）灌注及拔管灌注：CFG桩成孔到设计标高，停机后立即向管内投料，直到混合料与进料口齐平。灌注过程宜连续进行，应避免因后台供料慢而导致灌注中断。施工中每根桩的投料量不得少于设计灌注量。成桩后浮浆厚度以不超过20cm为宜。 拔管：启动马达，留振510s，开始拔管，把管速率一般为1.21.5m/min（拔管速度为线速度，不是平均速度），如遇淤泥或淤泥质土，拔管速率还应放慢。拔管过程中不允许反插。如上料不足，须在拔管过程中空中投料，以保证成桩后桩顶标高达到设计要求。成桩后桩顶标高应考

50、虑计入保护桩长。沉管拔出地面，确认成桩符合设计要求后，用粒状材料或湿粘性土封顶。然后移机进行下一根桩的施工。施工过程中，抽样作混合料试块，一般一个台班作一组（3块），试块尺寸为15cm×15cm×15cm，并测定28天抗压强度。（5）移机当上一根桩施工完毕后，桩机移位，进行下一根桩的施工。 5.2 施工质量控制 施工前的工艺试验 施工前的工艺试验，主要是考察设计的施打顺序和桩距能否保证桩身质量。工艺试验结合工程桩施工进行，并需作如下两种观测： （1）新打桩对未结硬的已打桩的影响。在已打桩桩顶表面埋设标杆，在施打新桩时量测已打桩桩顶的上升量，以估算桩径缩小的数值，待已打桩结硬

51、后，开挖检查其桩身质量并量测桩径。 （2）新打桩对结硬的已打桩的影响。在已打桩尚未结硬时，将标杆埋置在桩顶部的混合料中，待桩体结硬后，观测打新桩时已打桩桩顶的位移情况。试桩实际灌注混合料数量稍大于设计理论值，说明工艺成熟，向上位移不大，从后期基桩检测接过来看，向上的位移不超过1cm，断桩的可能性也很小。 施打顺序 在设计桩的施打顺序时，主要考虑新打桩对已打桩的影响。施打顺序大体可分为两种类型，一是连续施打，如图12（a）所示，从1号桩开始，依次2号、 图12 桩的施打顺序示意图3号，连续打下去；二是间隔跳打，可以隔一根桩，也可隔多个桩打。如图12（b）所示，先打1、3、5，后打2、4、6。试验段CFG桩设计桩径500mm，桩间距2m，正方形布桩。按有关规范和借鉴其它大量工程实践经验，混合料尚未初凝时连续施打可能造成桩被挤扁或缩径等缺陷的可能性较小。我们采取了连续施打。同时也避免了隔桩跳打在土质较硬时，在已打桩中间补打新桩时，一方面加大了沉管的难度；二是非常容易造成已打的桩成为断桩或可能发生被振裂或振断的现象。由于是满堂布桩，我们采用从一边向另一边推进的方案。避免了从四周转圈向内推