某客运专线黄土地基处理

xxx大学毕业设计（论文）PAGEPAGE90第1章绪论1.1课题研究背景铁路是国民经济的大动脉，随着我国综合国力的增强，科学技术的更新，铁路建设得到了空前的发展，尤其是高速铁路的发展。高速铁路特点是高速、舒适、安全，要达到这个目标对线路来说，必须确保轨道结构几何尺寸的高度平顺和稳定，而这依赖于给轨道结构提供一个强度高、钢度大且纵向变化均匀、长久稳定的路基。黄土在我国秦岭以北长城以南、太行山以西日月山以东的黄河中有地区的甘肃、宁夏、陕西、河南等省均有比较广泛分布，它们具有多孔性、湿陷性、收缩膨胀性和抗水性差的特点。黄土地段的边坡率应根据黄土地基强度大小、压缩性的高低、湿陷类型及等级，而黄土路堑的设计必须考虑边坡的稳定性和断面的经济合理性，设计时根据地层的时代成因、边坡高度、年降水量及自然山坡的稳定坡度、形状等因素综合分析来确定。XX客运专线是经国务院批准的《中国铁路中长期发展规划》中的重要组成部分，全长484.5公里，建设工期为4年，建成后将满足开行时速200公里以上旅客列车的需要，从郑州至西安仅需3个多小时。客运专线对路基的基底处理、路基填筑、与结构物的过渡段以及路基的监测与评估都提出了严格要求，本文在查阅国内文献的基础上，参考了国外高速铁路施工的相关文献，并进行了分析研究，以解决现阶段客运专线施工存在的一系列问题。1.2.我国高速铁路的发展概况从2006年到2010年，中国将投资12500亿元人民币，建设17000公里铁路新线。其中客运专线7000公里，这些客运专线主要有京沪、京广、京哈、沈大、陇海等，列车时速将达到200至300公里。尽管没有使用高速铁路这个概念，但是，按照国际上通用的高速铁路以时速270公里为起点的标准，时速在300公里以上的客运专线，毫无疑问就是标准的高速铁路。如此庞大的高速铁路投资规模，我们说中国的高速铁路时代到来了。客运专线建设为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。建设客运专线1.2万公里以上，客车速度目标值达到每小时200公里及以上。完善路网布局和西部开发性新线以扩大西部路网规模为主，形成西部铁路网骨架，完善中东部铁路网结构，提高对地区经济发展的适应能力，加强既有路网技术改造和枢纽建设，提高路网既有通道能力。规划既有线增建二线1.3万公里，既有线电气化1.6万公里。争执十多年而迟迟未决、被无数媒体一而再、再而三地宣布已经“开工建设”的京沪高速铁路，最近终于传出立项建设的权威信息。而且这次要建设的，是总投资大约10000亿元、总里程5457公里的高速铁路网络，相当于4条京沪线的长度。“十一五”期间，中国将完成时速在300公里以上的客运专线大约5457公里。而且此次将要建设的项目时间非常紧迫，规定5年内要建设成功。似乎要追回因长期争论而耽误的时间。由于高速铁路造价数倍于常规铁路，所以“十一五”期间的投资规模，比“十五”期间翻了两番。2004年是500多亿元；2005年原计划投资1000亿元，从2006年到2010年的5年间，总投资规模更是猛涨到12500亿元人民币，平均每年2050亿元，等于又翻了一番。这样的增速，尚属空前。2004年国务院会议通过的《中长期铁路网规划》测算，未来15年我国铁路建设的资金总需求为20000亿到25000亿元。然而，到了今年年初，预计的“十一五”期间的投资规模，就已经达到了12500亿元人民币，说明建设规模扩大了，进度也推前了。如此急剧膨胀的投资规模，主要是用于建设包含高速铁路的客运专线和城际轨道交通系统。以已经开工的项目的造价估算，在12500亿元人民币的总投资中，用于客运专线和城际轨道交通的投资，将至少有10000亿的份额。这样大的规模，远远超过了西班牙(410亿欧元)、意大利(288亿欧元)等国家在建的高速铁路网络的规模。目前，对于时速200公里以上的线路、尤其是高速铁路，中国企业还没有掌握核心技术，能够承担的是路基、桥梁、钢轨、枕梁、供电架等基础部分的施工和生产。不过，这部分的工作量和原材料消耗量很大，所以订单价值并不小。而技术高的核心部分，是列车、通讯、信号、供电等系统，需要从国外购买，当然购买的形式是向中外企业联合体购买；项目设计、施工监理等专业服务，中国也没有经验，需要从国外聘请。根据已有案例，在大约10000亿元的总投资中，上述两类设备和技术所占的订单价值，大致各有一半份额。也就是说，中国企业至少可以获得约5000亿元；其次，在高速列车订单中，虽然外方垄断了技术，但中方企业也能从老虎嘴里抢一点零头：在引进高速铁路技术方面，国家规定了“市场换技术”的政策，要求铁道部不得直接向外方购买产品，而是必须向中外企业联合体购买。之所以将中方企业搭配捆绑，目的就是促使外方转让技术、使中方企业摸索学会；或者是列车组装工作分解出来让中方干，使中方企业也分羹一杯。在2004年时速200公里列车招标购买活动中，中方3家工厂由于“傍”上外方伙伴，分别获得30%-40%的订单份额。去年唐山车辆厂“傍”上西门子后，对方几乎将一半的份额分给它。总之，未来几年高速铁路的建设将是铁路建设的重中之重！1.3高速铁路的路基特点高速铁路作为提高货运与客运的一种有效手段在各国得到了广泛的应用，列车的提速也必然对线路本身提出了更高的要求。路基是轨道的基础，也叫线路下部结构。如果路基工后不均匀沉降过大，会造成线路的不平顺，导致列车通过时产生巨大的冲击力，轻则损坏轨枕和钢轨，影响铁路的正常使用，重则危及列车的安全。随着经济的发展，大轴重、高密度、高速度的设计要求和运营技术已经提出并开始发展，这就要求路基能够提供一个稳定可靠的下部基础结构。高速铁路路基作为一土工结构物来进行设计与施工，对填筑材料、压实标准、变形控制、检测要求等较现行铁路有很大提高，同时强化了基床结构，特别是基床表层。基床表层是路基直接承受列车荷载的部分，它是路基中最重要的部分。基床表层不但给轨道提供了一个坚实的基础，同时，也对其下的土路基提供保护，因此基床表层必须有足够的强度和刚度，同时还要有稳定性和耐久性。基床地层作为直接承受列车荷载作用的基床表层的下承层，也需要较高的压实度和强度要求，以提供对上部结构层的足够支持，并不应产生较大的变形。同时，应考虑在高速列车在长期动应力作用条件下，对基床地层变形和动力学的影响。1.4本设计的思路、方法、目的和成果XX铁路客运专线是国家首批开工建设的三条设计时速350公里的高标准客运专线之一，全长458.886km，全线铺设无碴轨道，相关技术标准极为严格，尤其是对工后沉降的标准极为严格。而XX客运专线大部分处于黄土地段，路基工程要满足湿陷性黄土工后沉降不大于3cm的要求。本设计的目的是综合运用大学所学基础理论知识、专业基础知识及专业知识，结合工程实际，对黄土路基处理做到深入了解，并对比优化设计；培养学生的独立施工设计和施工管理的能力，以适应现代企业制度下的管理和市场经济下的施工设计、管理。其思路是初步设计阶段应对黄土的勘察与试验资料根据需要进行整理、统计、分析，针对不同路段、地形、工程地质条件等比选可能采用的地基处理方案，综合考虑技术经济性确定设计采用的方案；根据各黄土段对应的指标着重计算黄土地区路基的工后沉降。XX客运专线是我国在黄土地区修建的第一条客运专线，沿线分布大面积湿陷性黄土，而对黄土地区铺设高速铁路的研究可以说是处在空白阶段。湿陷性黄土地基具有易产生在交通荷载作用下不均匀沉降、变形积累过快，地震滑坡、液化和震陷，特别是浸水下沉等缺点。另一方面，黄土路基上修建无碴轨道，对路基的稳定性和残余沉降控制提出了严格的要求。为满足黄土地区高速铁路(特别是无碴轨道)在列车荷载作用下不均匀沉降、累积沉降及线路整体的稳定性的严格要求，对地基、路基处理方法和地基、路基处理工艺也有更加严格的要求，选取合理有效的地基、路基加固措施，成为有待解决的一大关键技术。因此，开展XX客运专线湿陷性黄土地基加固技术研究，具有十分重要的工程应用价值，并为今后黄土地区时速200km客货共线和时速200km以上客运专线的修建积累工程技术储备。目的：部科技研究开发计划项目《客运专线湿陷性黄土地基动力特性及设计参数试验研究》(编号:2005K001-A(G))，本文主要开展了以下研究工作：（1）对湿陷性黄土及黄土地基工程特性、黄土地基路基沉降规律、黄土地基的处理措施研究现状进行大量的调研分析；（2）收集湿陷性黄土的工程特性及处理方法，研究湿陷性黄土地基的处理方法，包括CFG桩、水泥土挤密桩、强夯、换填和复合地基处理的等方法的加固机理、施工工艺、质量控制措施；（3）结合XX客运专线三段不同黄土特性、不同分布厚度的工程实例，计算了加固前后路基的最终沉降量和工后沉降。第2章黄土的工程特性2.1黄土的分布在我国，黄土和黄土状土广泛分布在华北、西北等地，面积约达六十万平方公里，且地层多厚度大。在这些地区，一般气候干燥，降雨量少，蒸发量大，属于干旱、半干旱气候类型。黄土分布地区年平均降水量在250～500mm之间。湿陷性黄土分布约占黄土分布面积的60%，大部分在黄河中游地区。由于各地黄土堆积环境、地理和气候条件不同，致使其在堆积的物理、力学性质等方面都具有明显的差别，湿陷性有自西向东、自北向南逐渐减弱的规律。黄土分布很广，面积达1300万平方公里，约占陆地总面积的9.3%。世界上黄土主要分布于中纬度干旱、半干早地区，广泛分布于大陆内部、温带荒漠和半荒漠地区的外缘，或第四纪冰川地区的边缘。我国黄土分布自西向东有三个大的分区:西北干燥内陆盆地、中部黄土高原、东部山前丘陵及平原。在黄土地带内部，黄土颗粒由西北向东南有规律地变细，东北地区黄土颗粒也是自西向东由粗变细。黄土的堆积厚度，也有规律地在黄河中游地区、新疆北部由西北向东南变薄，离风源越远厚度越薄。黄土高原的地貌类型主要有塬、梁概述及各类沟谷，共同构成了各种地扁型区。在黄土塬部分区域，因源面平坦，侵蚀较弱，水流向沟谷集中，土壤侵蚀类型以沟蚀为主，沟蚀量占流域侵蚀总量的80%以上:晋西、陕北等黄土丘陵区域，即使谷间地面积较沟谷地稍大，但侵蚀类型仍然以面蚀和沟蚀为主；六盘山以西的陇中地区，谷间地面积较大，坡地的坡度小，坡长大，坡面侵蚀成为侵蚀破坏的主要形式；靖边、定边、环县、固原、海原和定西等地，黄土丘陵的发展历史过程中形成各种地貌类型，有的已被沟谷切割，或目前正在逐步遭受朔源侵蚀影响，发生破涧侵蚀，形成了黄土高原中、北部区域的独特侵蚀地貌。2.2黄土的结构和构造2.2.1物质成分黄土的颗粒成分以粉粒为主，一般占总重55%以上，其中粗粉粒0.05～0.0lmm含量又大于细粉粒(0.001～0.005mm)的含量。黄土中的粘粒，大部分被胶结成集粒或附在砂粒及粗粉粒的表面。黄土中的粉粒和集粒共同构成了支承结构的骨架。较大的砂粒则“浮”在结构体中，由于排列比较疏松，接触联接点较少，构成一定数量的架空孔隙，而在接触联接处没有或只有少量胶结物质。常见的胶结物质有聚集在联接点的粘粒，易溶盐与沉积在该处的碳酸钙、硫酸钙等。研究表明，黄土的粉粒含量越大，其孔隙比越大，干密度越小，其湿陷性越明显。粘粒的存在对湿陷性有抑制作用，当粘粒含量大于30%时，湿陷性几乎减弱到不复存在，当然这与粘粒的结构、性质及分布有关。2.2.2多孔隙性黄土以粉粒为主，颗粒间的结合不紧密，孔隙很多，孔隙率变化在35～60%之间，有沿深度减少的趋势；在地理上分布则有着自东向西、自南向北孔隙率增大的规律。黄土中的孔隙呈垂直或倾斜的管状，以垂直为主，上下贯通，其内壁附有白色的碳酸钙薄膜，碳酸钙的胶结作用对黄土起着加固作用。一般将黄土孔隙分为以下三类:①大孔隙，直径约0.5～1.0mm，肉眼就可辩识；②细孔隙，是架空结构中大颗粒的粒间孔隙，肉眼看不见，可在放大镜下观察到；③毛细孔隙，由大颗粒与附在其表面上的小颗粒所形成的粒间孔隙，肉眼更看不见。由这三种孔隙形成了黄土的高孔隙性，故又将黄土称为“大孔隙土”。一般认为黄土的孔隙是引起黄土湿陷的主要原因，但有资料表明压实黄土仍存在大孔隙，也具有湿陷性，表明这不是黄土湿陷的根本原因，但它为黄土湿陷提供了足够的空间。还有研究表明，压实土与原状黄土相比，压买黄土湿陷性要小，这又说明了大孔隙对湿陷性起了很大的作用。2.2.3节理新黄土中原生柱状垂直节理[1]发育，未发现有构造节理。老黄土中普遍发育有斜节理，属构造节理。节理特别是构造节理，对路基边坡稳定带起控制作用，对黄土冲沟的发育和黄土暗穴的形成也常起控制作用。黄土的垂直节理极为发育，往往引起黄土沿垂直节理发生大规模崩塌和急溯源侵蚀，造成悬崖陡壁和“U"型沟谷，严重影响着公路建设。2.3黄土的特性2.3.1渗水性由于黄土具有大孔隙及垂直节理等特殊构造，故其垂直方向的渗透性较水平方向大。新黄土的渗透性强，老黄土的渗透性差，所以新老黄土地层的接触带常为地下水出露的地带，其附近往往有不良地质现象发生。此外，粘粒含量也会影响黄土的渗透性，粘粒含量较多的埋藏土及红色黄土经常成为透水不良或不透水的土层。2.3.2收缩和膨胀性黄土遇水膨胀，干燥后又收缩，多次反复容易形成裂缝及剥落。由于黄土在堆积过程中，土的自重作用使粉粒在垂直方向的粒间距离变小，所以具有天然湿度的黄土在干燥后，水平方向的收缩量比垂直方向的收缩大，一般约大50%到100%。这种收缩与膨胀特性，易引起路基明显变形，边坡沟洞发展和稳定性下降。2.3.3崩解性各类黄土崩解性差异特大，新黄土浸水后，很快就全部崩解；老黄土则要经过一段时间才会全部崩解:而红色黄土浸水后，几乎不崩解。所以新黄土湿陷性明显，而土层越老，崩解性越小，湿陷性也越小。2.3.4黄土的其他特性（1）黄土的水敏性问题黄土的水敏性是指其对水的特殊敏感性，即天然低湿度下具有明显高强度和低压缩性的黄土，在一旦浸水甚至增湿时会发生强度大幅度骤降和变形大幅度突增的特性。它们在定量上的不可忽视性和在定性上的急速发展性，是黄土变形影响其上建筑物稳定性的两大突出问题。对它们从产生机理、影响因素、估算方法、指标选择以及工程应用诸方面的研究成了黄土力学研究的特色和重点。在这里用水敏性一词是想比常用的湿陷性一词更加体现这类变形和强度与水关系的特殊本质，并同时包容增湿与浸湿以及湿陷与湿剪的影响。抓住水敏性来研究黄土的力学特性就抓到了问题的本质，抓到了黄土力学的灵魂。力荷载和水荷载(广义的力)及它们在状态、路径、速率、历史、水平上的变化与黄土湿、密、构特性综合作用的力学效应和物理机制是勾画黄土特有面孔和心灵的主线条。近年来，黄土力学的研究出现了由侧限压缩到三轴压缩，由常规三轴应力路径到多种复杂应力路径，由浸水湿陷量到湿陷敏感性，由狭义的浸水饱和湿陷到广义的浸水增加湿陷性，由单调的增湿变形到增湿减湿、间歇性湿陷变形，由增(减)湿路径到增(减)湿路径与加(卸)荷路径的耦合，由湿陷性到湿剪性以及由宏观特性分析到宏、微观结合的力学特性分析等诸多方面的发展，大大地丰富了对黄土特殊变形强度性质的认识，缩短了黄土力学与工程实际应用之间的距离。（2）黄土的结构性问题结构性(构度)应该是描述土物理本质中比粒度、密度、湿度更为重要的一个侧面。它的重要性早为太沙基所指出，也早为一系列学者所重视。只是因为对它作定量描述上的困难而使它一直游离于对土物性的定量表述之外，但它的定性描述仍然显示出了它在土性机理分析上极端的重要性。如果说结构性对任何土都是重要的，那末，对黄土就更是不可回避的，具有更大的意义。研究黄土的结构性及其在力和水作用下的变化规律对整个土力学研究的对象都会有很大的辐射作用。并且从现代计算土力学的发展看，研究能够反映土结构性特点的本构关系应是当代土力学的一个中心课题。在土力学中，研究土结构性问题的根本目的在于揭示结构性及其变化的力学效果。从这个观点出发来考察当代土结构性研究的三条基本途径，即细观形态学途径，固体力学途径及土力学途径时，人们在承认细观形态学对土结构性研究所取得的重要成果在深化土性变化机理分析上已发挥重大作用的同时，也不能不为它在定量引入本构关系表述方面的巨大困难而焦虑。目前，将黄土受力、水作用后结构由损伤到破坏作定量描述的固体力学方法，因其可以回避在寻求独立表示土结构性参数上的困难，使结构性本构关系的建立出现了新的活跃。但它仍然遇到了建立不同湿密状态土在受到外力作用过程中损伤变量正确表述的困难。显然，如果能够找到一个能合理反映土的结构性及其随水与力的作用而变化的土结构性参数，无疑会使问题的解决更加直观、更加灵活，会使土力学的参数体系更加完善。（3）黄土的动力特性问题在我国广大的黄土地区中，地震动强度大于或等于0.20g的区域约占50%，大于或等于0.15g的区域约占80%。在历史上80多次强震(8级以上6次，7级以上22次，6级以上52次)过程中，黄土地区发生滑坡、震陷甚至液化的事例多有记载。因此，这个区域内经济建设的合理布局，尤其是西部大开发战略的实施，不能不考虑黄土体的动力稳定性。黄土动力特性的研究应是一个无可争辩的重要课题。自然，黄土动力特性的研究必须既借鉴土动力学中通常对砂土的研究，更面对黄土的特殊性，即结构性、欠压密性、非饱和性以及由此而表现出的各向异性与对水作用的特殊敏感性，既重视静、动力作用，更重视水作为广义力的作用力以及水与静、动力作用不同路径组合的影响。在黄土动力特性研究的主题、黄土的动强度破坏标准、黄土试样的合理高径比与联接方式、黄土的起始含水量控制方法、黄土上作用不规则动荷等效处理的有效性等方面的问题上，都不能照搬饱和砂土动力学的研究方法。近年来，不仅对于等幅往返荷载下黄土的动三轴试验已做出了较系统的探索(从试验方法，主要课题，强度标准，基本特性规律，水、力荷载路径，动静强度关系，湿陷与震陷联系，黄土的震陷等方面)，而且对于不规则动应力过程和随机不规则动荷载过程条件下黄土动三轴试验的方法也做了开拓性的工作。目前，在黄土动力特性的研究中，将水力、静力、动力特征和土的湿密构特征综合作用下的力学效应和物理机制的研究与黄土的区域性变化相结合应该是一条主线。2.4黄土的力学特性2.4.1抗剪强度原状黄土的各向异性:由于垂直节理及大孔隙的存在，原状黄土的强度随方向而异，黄土水平方向的强度较大，45°方向强度居中，垂直方向强度最小。2.4.2湿陷性黄土浸水后在外荷载或土自重的作用下发生的下沉现象，称为湿陷。湿陷性黄土按其受力来源不同又可划分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两大类。湿陷机理至今还未被完全揭示出来，多认为胶结盐类的溶解是黄土湿陷的原因。2.5黄土工程性质研究历史2.5.1第一阶段(建国初至1966年)我国黄土工程性质的系统研究开始于建国初期，为了适应大规模经济建设的需要，50年代初至60年代中期的十余年间，我国学者对兰州、西安、太原、洛阳等地的湿陷性黄土的各项工程性质开展了从室内到现场的大量试验研究工作，取得了重大的成果，主要有以下几方面（1）湿陷性黄土的湿陷变形是压力的函数。随着压力的增大，其变形由小变大，再由大变小，最大值出现的位置规律为：随地理区域的由西向东，同一区域地貌单元的由高到低，同一地点地层位置的由浅到深，而逐渐变小。（2）湿陷性黄土只有当上覆压力达到一定数值时，湿陷变形才会显著，这个压力称之为湿陷起始压力。其数值也与地理区域、地貌单元、所处深度有关。湿陷起始压力的测定方法有野外浸水载荷试验(单线法、双线法)，室内浸水压缩试验(单线法、双线法)。（3）根据湿陷性黄土在饱和自重压力作用下能否产生显著的湿陷变形，分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两种类型。对前者整个湿陷性黄土层都可能发生湿陷，而后者湿陷仅可能发生地基受压层范围以内。自重湿陷性黄土的判别以现场试坑浸水试验结果为准，也可以根据室内浸水压缩试验，结合场地地貌、地质条件、建筑经验等综合判别。（4）湿陷性黄土地基的处理方法，应根据地基土湿陷类型和等级、建筑类别等方面确定。常用的方法有：重锤表面夯实、土(灰土)垫层、土桩(或爆扩桩)等。另外，对黄土的结构特性、抗剪强度特性、渗透性、动力特性、流变性质等方面也进行了一些研究，取得了初步成果，上述研究成果，某些方面已接近或达到了国际水平，大部分至今仍具有理论和工程意义，作为这一阶段黄土工程性质科学研究及工程建设经验总结，1966年4月建筑工业部正式颁布的《湿陷性黄土地区建筑规范(BJU20-66)》对当时及以后十多年黄土地区的工程建设发挥了不可低估的作用。2.5.2第二阶段(1966年-1978年)（1）在进行山前、河谷区工程勘察及工程事故处理中，发现了一种特殊的黄土-新近堆积黄土，其沉积年代仅数百至千余年，特性指标与黄土相近，但压缩性高，湿陷性变化大，承载能力低。通过研究，初步弄清了其工程特性，野外鉴别及承载力确定方法。（2）在地基湿陷性评价方面，通过对一些工程事故的分析研究，对湿陷性的判别标准，浸水压力值，自重湿陷性场地的湿陷评价深度等认识程度更接近客观实际。（3）通过大量的载荷试验及建筑物观测，对湿陷性黄土地基的容许承载力进行了较深入的研究，得到了容许承载力[R]与含水量()及液限孔隙比()的数量关系。这段时间的研究成果是我国学者在极端困难情况下取得的，这些成果主要反映在1978年6月国家建委颁布的《湿陷性黄土地区建筑规范(TJ25-78)》中，其中的一些内容至今仍在使用。2.5.3第三阶段(1978年-1990年)（1）黄土的显微结构、孔隙结构及其对黄土工程性质影响的研究取得了突破性进展。王永众、雷祥义、高国瑞等先后采用电子显微技术、压汞法测试技术研究了我国各地区黄土的微观结构特征、孔隙结构特征，认为骨架颗粒形态(矿物颗粒接触)、连接形式(胶结程度)、排列方式(孔隙特征)是决定黄土工程性质的主要结构特征，而又以后者最为重要。根据上述三方面特征的相互组合，将黄土的微观结构进一步分类，并研究得出了微观结构类型、孔隙特征与黄土湿陷性等工程性质的内在关系。这些研究成果把黄土的宏观工程性质与微观结构特征有机的结合起来，为研究黄土工程性质的本质特征开辟了新的途径，引起了国际土力学及地学界的极大关注。（2）黄土的应力-应变关系及本构模型研究取得重大进展。刘祖典等先后提出了六种不同情况下黄土(即黄土湿陷变形以及原状黄土、饱和黄土、挤密黄土、击实黄土、高围压下黄土)的应力-应变关系曲线。分析了原状黄土(，)随沉积年代及侧压力不同而表现出的不同类型和形式。分别得到了黄土的非线性弹性模型及弹塑性模型的本构方程。并应用在黄土边坡稳定性分析、以及考虑上部结构与地基共同作用的饱和黄土地基变形-强度分析中。另外，还有学者提出了凝聚切线模量、弦线模量为基础的非线性本构关系。（3）通过对不同区域自重湿陷性黄土在浸水湿陷过程中的变化规律的研究，发现它们在产生自重湿陷的敏感程度方面差异较大。并根据敏感性系数及浸水时的自重湿陷发展情况，将自重湿陷性黄土地基按敏感性分为：很敏感、不很敏感、不敏感三类，建议对湿陷量(等级)相同但敏感性不同的自重湿陷性黄土应区别对待。（4）随着部分地区浅层地下水位的升高和工程建设规模的扩大，那些地下水位以下及其变化带内，饱和度大于70%的不具湿陷性的晚更新世()和全新世()黄土(称之为饱和黄土和高湿度黄土)强度及变形特性逐渐成为部分地区黄土地基的主要问题。通过研究，对饱和黄土按其特性进行了分类，得出了各自强度和变形的规律性，评价了饱和黄土地基承载力的各种确定方法。（5）湿陷性黄土地基处理方法有新的突破。通过现场试验取得了强夯法在处理湿陷性黄土地基中有关参数，并证明是一种处理湿陷性黄土地基的有效方法。灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基的加固原理及设计、施工方法的研究日趋完善，提出了“挤密系数”等一些重要概念。这些方法在湿陷性黄土地区广泛采用，陕西省还制定了相应的规程。另外，化学加固法、振冲法也在黄土地区推广应用。这十余年的研究成果是丰富的，它使我国在黄土工程性质研究向前迈进了一大步，某些方面还处在领先的位置。1990年5月颁布的国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范(GBJ25-90)》反映了这阶段的部分研究成果。以地基处理为主的综合措施的原则成为这本规范的一大特色。2.6黄土地区地质情况及湿陷性黄土工程性质湿陷性黄土大部分分布在黄河中游地区。这一地区位于北纬34～41度，东经102～114度之间，北起长城附近，南达秦岭，西自乌鞘岭，东至太行山，除河流沟谷切割地段和突出的高山外，湿陷性黄土几乎遍及本地区的整个范围，是我国湿陷性黄土的典型地区。除此以外，在山东中部、甘肃河西走廊、西北内陆盆地、东北松辽平原等地也有零星分布，但一般面积较小，且不连续。2.6.1湿陷性黄土特征湿陷性黄土一般都覆盖在非湿陷性黄土层上，其厚度以六盘山以西地区较大，最大达30米:六盘山以东地区稍薄，再向东至河南西部则更小，并且常有非湿陷性黄土层位于湿陷性黄土层之间。黄土分布区的干旱、半干旱气候类型导致黄土具有低含水量、高孔隙度和碳酸盐含量高的特征，因此有遇水崩解、湿陷的特性。黄土颗粒的组成以粉粒(0.05～0.005mm)为主，含量一般在60%以上，粒径大于0.25m，的较少，有肉眼可见的大孔隙，富含碳酸盐，垂直节理发育。黄土的主要造岩矿物约有15种，粘粒部分(<0.005mm)基木上由粘土矿物组成，如蒙脱石、高岭石、伊利石和水云母。粘土矿物成份和比例在某种程度上体现着黄土的湿陷性，因为各种粘土矿物的亲水性不同，如高岭石和水云母等能促进黄土湿陷的发生与发展，而蒙脱石、绿高岭石等具有特殊的膨胀性，可以阻止湿陷过程的发展。黄土中的粉细砂粒部分(0.1～0.05mm)，其矿物同水不起作用，不影响湿陷过程。粉粒在黄土颗粒组成中占绝对优势，而粒径为0.05～0.01mm的粗粉粒含量最大，一般在50%-60%范围，其浸水活动性也强，黄土中细粉粒和粘粒所构成的团粒能赋予黄土不同的湿陷性。黄土中含有大量的可溶盐类，包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。易溶盐指钠、钾、镁和钙的氯化盐类、碳酸盐和硫酸盐，中溶盐指石膏，难溶盐指碳酸钙。可溶盐的种类含量与黄土的成岩作用有关，影响着黄土的工程性能。当含水量较低时，土体中无自由水，可盐呈固态，对土粒起胶结作用:当土体中含水量较高时，可溶盐溶解呈离子状态存在于水中，其中的阳离子和土粒表面吸附的阳离子发生置换。这两种不同作用都对黄土的工程性能有较大的影响。黄土分布由北向南，从西向东、易溶盐含量逐渐减少，中溶盐含量增多，湿陷敏感性增强。难溶盐在黄土中起骨架作用，又起胶结作用。黄土骨架颗粒的形状可分为粒状和凝块状两类，粒状又分为单粒和全由粘胶微细碎屑碳酸盐胶结成的集粒。在西北地区，气候千燥，集粒中的碳酸盐保存较好，集粒具有刚性:在东南地区，气候潮湿，集粒中的碳酸盐被淋失，集粒变软，从而促使西北地区的黄土具有强烈的湿陷性，而东南地区的黄土湿陷性轻微或不具有湿陷性二黄土的显微结构具有明显的区域性变化规律，由西北的粒状架空接触式结构逐渐过渡到东南的凝块、镶嵌、胶结式结构，从而导致黄土的湿陷性由西北向东南逐渐减弱。2.6.2湿陷性黄土的基本概念及特殊性质（1）湿陷变形湿陷性黄土由于它的特定生成环境、发生原因、地质历史、埋藏产状、地理地貌位置、气候条件、物质成分，尤其是它的特殊结构、特殊组成情况等等，致使压力和水的作用下发生湿陷现象，产生湿陷变形。湿陷变形是指湿陷性黄十在一定的压力(包括自重压力或者自重压力和附加压力)作用下，下沉稳定后浸水饱和所产生的附加下沉量。它的大小除了与土本身密度和结构性有关外，主要取决于土的初始含水量和浸水饱和时的作用压力。初始含水量较低的湿陷性黄土，其湿陷变形相对较大。由于受荷条件的不同，湿陷变形又可分为自重湿陷变形〔仅在上覆土的饱和自重应力作用下)和外荷湿陷变形(在土的饱和自重应力和附加应力共同作用下)。（2）湿陷类型湿陷性黄土地基分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种类型。当湿陷性黄十地基或场地浸水后，没有任何外部的附加荷载，仅在地基上的自重压力作用下发生湿陷的，称为自重湿陷性黄土地基或场地；当湿陷性黄土地基或场地在没有外部附加荷载的作用下浸水不发生湿陷，需要有一定的附加荷载作用下浸水才能发生湿陷的，叫非自重湿陷性黄土地基或场地。关于湿陷性类型的划分，《湿陷性性黄土地区建筑规范》[10](GBJ25-90)规定:黄土的湿陷性，应按室内试验在一定压力下测定的湿陷系数，值判定，并应符合下列规定:当湿陷系数小于0.015时，应定为非湿陷性黄土；当湿陷系数等于或大于0.015时，应定为湿陷性黄土。建筑物场地的湿陷类型，应按实测自重湿陷量或按室内压缩试验累计的计算自重湿陷量判定。当实测或计算自重湿陷量小于或等于7cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；当实测或计算自重湿陷量大于7cm时，应定为自重湿陷性场地。（3）湿陷性黄土的特殊性质湿陷性黄土是黄土的一种，在覆盖土层的自重压力和建筑物的附加压力共同作用下，其受水浸湿后发生显著的附加沉降，结构迅速破坏，强度也随着迅速降低。湿陷性黄土一般呈黄色或褐黄色，粉土粒含量常占土重的60%以上，含有大量的碳酸盐和氯化物等可溶盐类，天然孔隙比在1.0左右，具有肉眼可见的大孔隙比，它呈松散多孔结构状态，竖直节理发育，为能保持直立的天然边坡。湿陷性黄土作为一种特殊性土，其特殊性更突出地表现在它的结构性、欠压密性和湿陷性三个方面结构性。湿陷性黄土是一种结构性土。形成初期，季节性的少量雨水把松散的粉粒粘聚起来，而长期的干旱又使水分不断蒸发，于是，少量的水分以及溶于水中的盐类都集中到较粗颗粒的接触点上，可溶盐逐渐浓缩沉淀而形成胶结物，从而形成以粗粉粒为主体骨架的多孔隙结构。该结构具有显著的强度，在一定条件下具有能保持土的原始基本单元结构而形成不被破坏的能力，由于结构强度的存在，使得湿陷性黄土的应力应变关系和强度特性表现出与其它土类有明显不同的特点。但一旦受水浸湿，结构性遭受破坏时，其结构迅速破坏，将呈现出屈服、软化、湿陷等特性。欠压实性。湿陷性黄土由于特殊的地质条件，沉积过程一般比较缓慢，在此漫长的过程中，上覆压力增长速率比颗粒间固化强度的增速率要慢的多，颗粒接触点间的结构强度始终超过上覆土重，黄土的颗粒保持着比较疏松的高孔隙度结构而未在上覆荷重作用卜被固结压密，处在欠压密状态。欠压密状态是黄土产生湿陷的充分条件。湿陷性。湿陷性是湿陷性黄土最主要的核心问题。湿陷性黄土的结构性在力和水的作用下，将遭受破坏使其强度丧失，而其欠压密性、高孔隙度则为浸水时产生附加下沉提供了必要的体积变化条件，没有结构性和欠压密性，就不可能有黄十的湿陷性。2.6.3黄土湿陷的原因及机理黄土湿陷的原因[3]是黄土工程地质领域尚未解决的一个复杂问题。苏联从30年代到50年代曾有过比较系统的论述，美国在一些论文中也有所涉及，但观点不明确。我国在50年代曾有一段时间发表讨论黄土湿陷性原因的论文，之后从70年代到80年代又有讨论黄土湿陷原因的论文先继发表，并以X衍射和高分辨率的电子扫描等先进仪器，对黄土的微观结构进行了研究，取得了一些成果。其中郭见扬曾用加入不同溶液的试验研究黄土的湿陷性，雷样义从黄土的空隙类型、大小入手研究湿陷性，关文章从黄土的本构关系入手研究黄土的湿陷性对黄土湿陷的原因和机理的各种不同的论点，可以归纳为内因和外因两个方面。内因主要是由于土本身的物质成分(颗粒组成、矿物成分和化学成分)和其结构，外因则是水和压力的作用。从图2-1我们可以清楚的看出黄土湿陷性的影响因素。（1）黄土微结构的影响黄土结构是由许多单粒和集合体共同组成的，而粘粒、粉粒、腐殖质、易溶盐与水形成的溶液，与沉积在该处的碳酸钙、硫酸钙一起形成胶结物，其聚集的形式随地区不同，差异较大。黄河中游黄土总的趋势是西北部粘粒含量少而东南部较多，前者胶结物集聚类型以薄膜状、镶嵌状为主，后者以团聚状为主。因此前者湿陷性强，而后者湿陷性弱。（2）黄土物质成分的影响①颗粒组成的影响。一般情况下，粘粒含量越多，湿陷性越弱，当然也有例外。因此不能单看粘粒含量的总量，还要分析粘粒中小于0.001mm颗粒的含量及其赋存状态。②化学成分的影响响。对黄土土湿陷性有有明显影响响的化学成成分主要是是碳酸钙和和石膏的含含量。（3）黄土物理性质的的影响。主要取决于孔隙隙比(或干重度度)和含水量量这两项指指标。在其其他条件相相同的情况况下，黄土土的孔隙比比越大，湿湿陷性越强强。黄土的的湿陷性还还随其天然然含水量的的增加而减减弱。（4）压力的影响。黄土的湿陷必须须在一定的的压力(土本身的的自重压力力或自重压压力与附加加压力之和和)下浸水才才会发生。总之，黄土湿陷陷机理是一一复杂的物物理化学过过程，包含含了众多的的影响因素素。经过国国内外学者者从不同角角度的研究究，一致认认为黄土含含水量低，大大孔，有利利于吸收水水分，因而而为浸水和和发生化学学作用创造造了条件::浸水时结结构强度降降低，是因因为发生化化学和物理理化学作用用从而导致致了内部联联结力降低低，这是发发生湿陷的的基本原因因；大孔、多多孔是发生生湿陷变形形的条件，可可溶盐含量量不仅影响响湿陷性，而而且还决定定了湿陷类类型。从力力学角度认认为，湿陷陷与否取决决于湿陷土土体界面上上的抗剪强强度。当湿湿陷土体的的应力大于于抗剪强度度时，则产产生湿陷，反反之则不产产生湿陷。而而上面各种种假说或理理论，因对对骨架颗粒粒间胶结物物成分及其其与水的作作用认识不不同，实验验手段各异异，只从某某一方面出出发，注意意到一个或或两个影响响因素，由由此得出了了不同的结结论。第3章黄土地基处理方方法综述3.1地基处理技术国国内外发展展现状近40年来，国外外在地基处处理技术方方面发展极极为迅速，老老方法得到到改进，新新方法不断断涌现。在在60年代中中期，从如如何提高土土的抗拉强强度这一思思路中，发发展了土的的“加筋法”；从如何何有利于土土的排水和和加速固结结这一基本本观点出发发，发展了了砂井(袋装砂井井或塑料排排水带)预压和土土工合成材材料；从如如何进行深深层密实处处理的方法法考虑，采采用加大击击实功的措措施，发展展了“强夯法”[4]和“振动水冲冲法”等。另外外，现代工工业的发展展，对地基基处理工程程提供了强强大的生产产手段：如如能制造重重达几十吨吨的专用地地基加固施施工机械，解解决了选用用“强夯法”加固时提提锤的起重重机械；潜潜水电机的的出现，随随之带来了了振动水冲冲法的振冲冲器的施工工机械；真真空泵的问问世，才能能建立真空空预压法；；生产了大大于2000个大气压压以上的压压缩空气机机，从而产产生了“高压喷射射注浆法”等地基加加固方法。随着地基处理工工程的实践践和发展，人人们在加固固土的工程程性质的同同时，不断断丰富了对对土的特性性研究和认认识，从而而又进一步步推动了地地基处理技技术和方法法的更新，因因而地基处处理成为土土力学基础础工程领域域中一个较较有生命力力的分支。在在19811年6月召开的的第十届国国际土力学学及基础工工程会议上上，有466篇论文专专门论述了了“地基处理理”技术，并并成为大会会中12个重要要议题之一一；在19983年召召开的第八八届欧洲土土力学及基基础工程会会议上所讨讨论的主题题就是“地基处理理”；国际土土力学及基基础工程学学会下成立立了“地基处理理学术委员员会”，在该学学术委员会会下于19997年1月正式创创办了“地基处理理”的期刊“GrouundIImproovemeent"((ThommasTTalfoordSServiicesLimiited，1HeeronQuayy，LonndonE144JD，UK)。19884年中国国土木工程程学会土力力学基础工工程学会下下成立了“地基处理理学术委员员会”(由浙江大大学负责))，并于19986-11997年年先后召开开了全国性性五届地基基处理学术术讨论会，并并组织编著著了《地基基处理手册册》（19988，中中国建筑工工业出版社社，该手册册第二版即即将问世))和出版了了“地基处理理”期刊(浙江大学学负责主编编)；19877年由中国国建筑科学学研究院地地基所主编编了中华人人民共和国国行业标准准《建筑地地基处理技技术规范》(JGG79-91)；为了适应地区地质条件，1990年由同济大学主编了上海市标准《地基处理技术规范》(DBJ08-40-94)；1994年由深圳市勘察研究院和深圳市环宇岩土工程公司主编了深圳市标准《深圳地区地基处理技术规范》（SJC04-96）。由此可见，地基处理技术在国内外土木和水利工程中都处于十分重要的地位。3.2常用的地地基处理方方法根据上述软弱地地基特别是是软土的特特点，以软软土作为建建筑物的地地基是十分分不利的。由由于软土的的强度很低低，天然地地基土的承承载力特征征值一般为为50-880KPaa，不能承受受较大的建建筑物荷载载。由于软软土的压缩缩性较高，建建筑物基础础沉降和不不均匀沉降降是比较大大的，对于于一般四层层至七层的的砌体承重重结构房屋屋，最终沉沉降约为00.2-00.5mm，对于荷荷载较大的的构筑物((贮罐、粮粮仓、水池池)基础的沉沉降一般达达0.5m以上，有有些达到22m以上。如如果建筑物物各部位荷荷载差异较较大，体形形又比较复复杂，可能能产生较大大的不均匀匀沉降。沉沉降和不均均匀沉降过过大将引起起建筑物基基础标高的的降低，影影响建筑物物的正常使使用，或者者造成倾斜斜、开裂破破坏。由于于渗透性很很小，固结结速率很慢慢，沉降延延续时间很很长，给建建筑物内部部设各的安安装和与外外部的环境境带来许多多困难。由由于软土具具有比较高高的灵敏度度，若在地地基施工中中采取振动动、挤压和和搅拌等方方法，可能能引起软土土结构的破破坏，降低低软土的强强度。因此此，在软土土地基上建建造建筑物物，要求对对软土地基基进行处理理。地基处处理的目的的主要是改改善地基的的工程性质质，达到满满足建筑物物对地基稳稳定和变形形的要求，包包括改善地地基土的变变形特性和和渗透性，提提高其抗剪剪强度，消消除其不利利影响。我国劳动人民在在处理地基基方而有着着极其宝贵贵的经验，根根据历史记记载，早在在两千多年年前，就已已采用夯实实法和在软软土中夯人人碎石等加加固地基的的方法。灰灰土和三合合土也是我我国传统的的地基处理理技术。常用的地基处理理方法[55]按其原原理和作法法主要分为为十三类：：（1）换填垫层法①处理方法：砂石石垫层，素素土垫层，灰灰土垫层，工工业废渣垫垫层；②原理及作用：以以砂石、素素土、灰土土和矿渣等等强度较高高的材料，置置换地基表表层软弱土土，提高持持力层的承承载力，扩扩散应力，减减少沉降量量；③适用范围：适用用于处理淤淤泥、淤泥泥质土、湿湿陷性黄土土、素填土土、杂填土土地基及暗暗沟、暗塘塘等的浅层层处理。（2）预压法①处理方法：天然然地基预压压，砂井预预压，塑料料排水带预预压，真空空预压，降降水预压；；②原理及作用：在在地基中增增设竖向排排水体，加加速地基的的固结和强强度增长，提提高地基的的稳定性；；加速沉降降发展，使使基础沉降降提前完成成；③适用范围：适用用于处理淤淤泥、淤泥泥质土和冲冲填土等饱饱和粘性土土地基。（3）强夯法和强夯置置换法①处理方法：强力力夯实(动力固结结)②原理及作用：利利用强夯的的夯击能，在在地基中产产生强烈的的冲击能和和动应力，迫迫使土动力力固结密实实，强夯置置换法兼具具挤密、置置换和加快快土层固结结的作用；；③适用范围：适用用于碎石土土、砂土、低低饱和度的的粉土、粘粘性土、湿湿陷性黄土土、杂填土土等地基；；强夯置换换法可应用用于淤泥等等粘性软弱弱土层，但但墩底应穿穿透软土层层到达较硬硬土。（4）振冲法①处理方法：振冲冲置换法、振振冲挤密法法；②原理及作用：采采用专门的的技术措施施，以砂、碎碎石等置换换软弱土地地基中部分分软弱土，对对桩间土进进行挤密，与与未处理部部分土组成成复合地基基，从而提提高地基承承载力，减减少沉降量量；③适用范围：适用用于处理砂砂土、粉土土、粉质粘粘土、素填填土和杂填填土等地基基。不加填填料振冲加加密适用于于处理粉粒粒含量不大大于10%%的中砂、粗粗砂地基。（5）砂石桩法①处理方法：振动动成桩法、锤锤击成桩法法；②原理及作用：通通过振动成成桩或锤击击成桩，减减少松散砂砂土的孔隙隙比，或在在粘性土中中形成桩土土复合地基基，从而提提高地基承承载力，减减少沉降量量，或部分分消除土的的液化性；；③适用范围：适用用于挤密松松散砂土、素素填土和杂杂填土等地地基。（6）水泥粉煤灰碎石石桩法①处理方法：长螺螺旋钻孔灌灌注成桩，长长螺旋钻孔孔、管内泵泵压混合料料成桩、振振动沉管灌灌注成桩；；②原理及作用：水水泥、粉煤煤灰及碎石石拌和形成成混合料，成成孔后灌入入形成桩体体，与桩间间土形成复复合地基；；采用振动动沉管成孔孔时对桩间间土具有挤挤密作用，桩桩体强度高高，相当于于刚性桩；；③适用范围：适用用于粘性土土、粉土、黄黄土、砂土土、素填土土等地基；；对淤泥质质土应通过过现场试验验确定其适适用性。（7）夯实水泥土桩法法①处理方法：人工工洛阳铲成成孔、螺旋旋钻机成孔孔、沉管成成孔、冲击击成孔；②原理及作用：采采用各种成成孔机械成成孔，向孔孔中填入水水泥与土混混合料夯实实形成桩体体，构成桩桩土复合地地基；采用用沉管和冲冲击成孔时时对桩间土土有挤密作作用；③适用范围：适用用于处理地地下水位以以上的粉土土、素填土土、杂填土土、粘性土土等地基，处处理深度不不超过100m。（8）水泥土搅拌法①处理方法：用水水泥或其他他固化剂、外外渗剂进行行深层搅拌拌形成桩体体。分干法法和湿法；；②原理及作用：深深层搅拌法法是利用深深层搅拌机机，将水泥泥浆或水泥泥粉与土在在原位拌和和，搅拌后后形成柱状状水泥土体体，可提高高地基承载载力，减少少沉降，增增加稳定性性和防止渗渗漏、建成成防渗帷幕幕；③适用范围：适用用于处理淤淤泥、淤泥泥质土、粉粉土、饱和和黄土、素素填土、粘粘性土以及及无流动地地下水的饱饱和松散砂砂土等地基基。（9）高压喷射注浆法法①处理方法：单管管法、二重重管法、三三重管法；；②原理及作用：将将带有特殊殊喷嘴的注注浆管，通通过钻孔置置入到处理理土层的预预定深度，然然后将浆液液(常用水泥泥浆)以高压冲冲切土体；；在喷射浆浆液的同时时，以一定定速度旋转转、提升，即即形成水泥泥土圆柱体体；若喷嘴嘴提升而不不旋转，则则形成墙状状固结体加加固后可用用以提高地地基承载力力，减少沉沉降，防止止砂土液化化、管涌和和基坑隆起起，形成防防渗帷幕；；③适用范围：适用用于处理淤淤泥、淤泥泥质粘土、粘粘性土、粉粉土、黄土土、砂土、人人工填土等等地基；当当土中含有有较多的大大粒径块石石、坚硬粘粘性土、大大量植物根根-或有过多多的有机质质时，应根根据现场试试验结果确确定其适用用程度对既既有建筑物物可进行托托换工程。（10）石灰桩法法①处理方法：人工工洛阳铲成成孔、螺旋旋钻机成孔孔、沉管成成孔；②原理及作用：人人工或机械械在土体中中成孔，然然后灌入生生石灰块，经经夯压形成成的一根桩桩体；通过过挤密、吸吸水、反应应热、离子子交换、胶胶凝及置换换作用，并并形成复合合地基，提提高超载力力，减少沉沉降量；③适用范围：适用用于处理饱饱和黏性土土、淤泥、淤淤泥质土、素填土、杂填土地基等地。（11）土或灰土挤密桩法①处理方法：沉管管(振动、锤锤击)成孔、冲冲击成孔；；②原理及作用：采采用沉管、冲冲击或爆扩扩等方法挤挤土成孔，分分层夯填素素土或灰土土成桩；对对桩间土挤挤密，与地地基土组成成复合地基基，从而提提高地基承承载力，减减少沉降量量，部分或或全部消除除地基土湿湿陷性；③适用范围：适用用于处理地地下水位以以上的湿陷陷性黄土、素素填土和杂杂填土等地地基。（12）柱锤冲扩扩法①处理方法：冲击击成孔、填填料冲击成成孔、复打打成孔；②原理及作用：采采用柱状锤锤冲击成孔孔，分层灌灌入填料、分分层夯实成成桩，并对对桩间土进进行挤密，通通过挤密和和置换提高高地基承载载力，形成成复合地基基；③适用范围：适用用于处理杂杂填土、素素填土粉土土、黏性土土、黄土等等地基；对对地下水位位以下饱和和松软土层层应通过现现场试验确确定其适用用性。（13）单液硅化化法和碱液液法①处理方法：主要要用于既有有建筑物下下地基加固固；②原理及作用：在在沉降不均均匀、地基基受水浸湿湿引起湿陷陷的建(构)筑物下地地基中通过过压力灌注注或溶液自自渗方式灌灌入硅酸钠钠溶液或氢氢氧化钠溶溶液，使土土颗粒之间间胶结，提提高水稳性性，消除湿湿陷性，提提高承载力力；③适用范围：适用用于地下水水位以上渗渗透系数为为0.1-0.2mm/d的湿陷陷性黄土等等地基；在在自重湿陷陷性黄土场场地，对III级湿陷陷性地基，当当采用碱液液法时，应应通过试验验确定其适适用。根据桩身刚度不不同，将砂砂石桩等桩桩身刚度低低的散体材材料形成的的桩称为柔柔性桩，相相应的复合合地基称为为柔性复合合地基，而而深层搅拌拌法及高压压喷射注浆浆法形成的的水泥土桩桩构成的复复合地基则则可称为半半刚性桩复复合地基。近近年来，地地基处理技技术发展较较快，出现现了一些新新的地基处处理技术，如如以钢筋混混凝土桩或或混凝土桩桩取代原常常用的砂桩桩、水泥搅搅拌桩，形形成刚性桩桩复合地基基，复合地地基的理论论有了很大大的发展，复复合地基承承载力大为为提高。（14）复合地基基桩-网复合地基的定定义：桩--网复合地地基，是指指天然地基基在地基处处理过程中中，下部土土体的倒数数之乡增强强体——“桩”的加强从从而形成桩桩复合地基基加固区，并并在该区上上部铺设水水平向增强强体——“网”从而形成成加径土复复合地基加加固区，使使网—桩—土协同作作用、共同同承担荷载载的人工地地基。桩网网结构中的的网的作用用机理：按按目前的概概念，土与与网组成加加筋土，称称为水平向向增强体复复合地基；；土与网之之间存在着着共同作用用，这种共共同作用是是通过界面面摩阻力（=咬合力+摩擦力+粘着力）来实现的，称为张力膜效应，拉力的作用不明显；由于网的铺加和张力膜效应，网将网上土体自重连同上部荷载传递给下部桩土复合地基；由于网自身的刚度较小，无法起到很好的传递作用，为此可把网加强成垫，即用网与砂石组成一个立体的垫子，使其具有更大的刚度，可扩散应力，减少应力集中，明显降低上部土体所承担或传来的荷载，从而提高整个体系的承载力，减少沉降及差异沉降。桩网结构中的垫层的作用机理：桩在柔性垫层或下卧层有一定的刺入变形，这是复合地基形成并共同发挥作用的必然条件，刺入变形的大小与桩、土、垫层或下卧层三者的模量比有关，也与桩径及置换率等有关。桩-网复合地基的加加固机理高高速铁路路路基施工的的关键是有有效降低并并控制工后后沉降，达到确保保结构物及及上部轨道道系统的安安全和功能能的正常发发挥，减少工后后维护工作作量，节省维修修费用，最终满足足列车安全全、高速、舒舒适运行的的需要。单单一的水平平向增强体体复合地基基虽有加筋筋、过滤、排排水、隔离离、防渗、防防护等好的的功能；但不方便便在较深的的土层下施施工，且不能充充分调动下下部土的承承载潜力，尤其是遇遇有软土地地基需处理理时，所需沉降降变形时间间较长，不利于加加快工程进进度。单一一的竖直向向增强体((桩体)复合地基基却能方便便在较深的的土层下施施工，并能充分分调动下部部及桩间土土的承载潜潜力，应用于软软土地基处处理时，所需沉降降变形时间间较短；但但没有加筋筋、过滤、排排水、隔离离、防渗、防防护等功能能。此外，针对深层层搅拌法及及高压喷射射注浆法形形成的水泥泥土桩，由由于桩身强强度限制，使使复合地基基承载力提提高有限，有有人提出在在水泥土桩桩中心插入入一定长度度的小直径径钢筋混凝凝土桩形成成加劲水泥泥土桩，使使单桩极限限承载力大大为提高，从从而使复合合地基承载载力大为提提高。还有一些其他地地基加固方方法，如热热处理法、冻冻结法、电电渗加固、土土工合成材材料加固等等方法。3.3湿陷性黄黄土地基处处理新技术术和施工工工艺3.3.1孔内内深层强夯夯挤密法((DDC技术术)（1）特点长城建筑新技术术研究所司司炳文将地地基处理与与碴土(无机固体体垃圾)消纳结合合起来，提提出了孔内内深层强夯夯挤密法，它它是先成孔孔，再向孔孔内填料以以重锤在孔孔内进行冲冲击夯实，使使填料向孔孔周侧向挤挤压，而形形成的一种种复合地基基，目前此此法已在西西安某自重重湿陷性场场地地基处处理中应用用。与一般般的挤密法法相比，其其特点为：：①加固深度大。深深度可达数数十米，主主要取决于于成孔的深深度。②夯击能量大，按按桩断面换换算可达2220以上上，最大可可达8800。③桩体是不等径串串珠状。桩桩径随土层层密度而定定，在软弱弱层中可产产生更大的的横向挤密密，使复合合地基趋于于均匀。④很广泛。碎石、砂砂土、工业业废料、碴碴土等各类类无机材料料或它们的的混合物均均可使用。柱锤冲扩桩法[[7]就是是反复将柱柱状重锤提提到高处使使其自由落落下冲击成成孔，然后分层层填料夯实实形成扩大大桩体，与桩间土土组成复合合地基的地地基处理方方法。其加加固作用机机理为:在成孔及及成桩过程程中对原土土的动力挤挤密作用及及固结作用用，使得桩孔孔内的土被被挤向四周周，桩间土得得以挤密，然后将备备好的填充充物分层填填入桩孔内内，并分层夯夯实至施工工地面。以以前限于设设备条件的的限制，处理深度度一般不大大于6.0m，随着科学学技术的发发展，施工机具具已有了突突破性的进进展，地基处理理深度可根根据工程地地质情况及及设计要求求确定。（2）准备①核查地质资料，结结合设计参参数，选择择合适的施施工机械和和施工方法法。②施工前清除地表表耕植土，平平整场地，清清除障碍物物，标记处处理场地范范围那地下下构造物及及管线。③测量放线，定出出控制轴线线、打桩场场地边线并并标识。④施工前进行成桩桩工艺试验验，确定施施工工艺和和参数，试试桩数量应应符合设计计要求且不不得少于22根。（3）工艺①机具就位：施工工机具就位位，使柱锤锤对准桩位位。②成孔：采用长螺螺旋钻机钻钻孔成孔，成成孔直径4400mmm，深度达达到设计要要求③孔内填料、成桩桩：用标准准料斗或运运料车将拌拌和好的填填料分层填填入桩孔，用用柱锤夯实实形成桩体体。锤的质质量、锤长长、落距在在确定的情情况下，通通过工艺试试验确定分分层填料量量、夯击次次数。每个个桩孔应夯夯填至桩顶顶设计标高高以上至少少0.5mm，其上部部桩孔宜用用原槽土夯夯封。施工工中应设技技术人员作作好每根桩桩的记录，并并对发现的的问题及时时进行分析析处理。④移位：施工机具具移位，重重复上述步步骤进行下下一根桩施施工。柱锤锤冲扩法施施工夯击能能量大，易易发生地面面隆起，造造成表层桩桩和桩间土土出现松动动，从而降降低处理效效果，因此此成孔及填填料夯实的的施工顺序序宜间隔进进行。（4）工艺流程图[22]清理平整场地布置桩位钻孔钻孔检测孔清理平整场地布置桩位钻孔钻孔检测孔内填料柱锤分层冲夯成桩检测施工机具移位施工机具就位填料拌和初步确定施工（5）控制及检验①桩点位置及场地地标高应与与施工图相相符。②把好材料关，施施工材料应应符合质量量要求，配配合比要准准确，每米米桩长灌入入量应符合合要求。③按设计要求，填填料采用石石灰土或水水泥土，填填料的配合合比按设计计要求进行行配置。桩桩间土经成成孔挤密后后的平均挤挤密系数不不宜小于00.95。桩桩体内的平平均压实系系数不应小小于0.998。④DDC桩施工属属隐蔽工程程，施工完完毕报监理理签认后方方可进行下下一道工序序施工。⑤原材料的检测方方法、数量量及标准见见设计要求求。填料采用灰土、水水泥土，检检测方法、数数量及标准准同灰土挤挤密桩、水水泥土挤密密桩。⑥桩和桩间土的质质量检测方方法、数量量及标准：：⑦同灰土挤密桩和和水泥土挤挤密桩。⑧满足设计文件要要求。质量量控制和检检验方法除除上述内容容外，还应应符合灰土土挤密桩、水水泥土挤密密桩相应内内容的要求求。3.3.2水泥泥粉煤灰碎碎石桩（CCFG）CFG桩是水泥泥粉煤灰碎碎石桩的简简称，它是由水水泥、粉煤煤灰、碎石石、石屑或或砂加水拌拌和形成的的高粘结强强度桩，成桩后与与桩间土、褥褥垫层一起起形成复合合地基。CFG桩复合地地基通过褥褥垫层与基基础连接，无论桩端端落在一般般或坚硬土土层，均可保证证桩间土始始终参与固固结。由于于桩体的强强度和模量量比桩间土土大，在荷载作作用下桩顶顶比桩间土土表面应力力大。桩可可将承受的的荷载向较较深的土层层中传递并并相应减少少了桩间土土承担的荷荷载。由于于桩的作用用使复合地地基承载力力提高，变形减小小，再加上CFG桩不配筋筋，桩体采用用工业废料料粉煤灰作作掺和料，大大降低低了工程造造价。CFG桩地基是是一种有效效的复合地地基处理技技术，非常适用用于高层建建筑以及高高速铁路的的地基处理理，通过地基基处理达到到设计所要要求的地基基承载力。（1）CFG桩复合地基加固固机理①桩体的置换作用用CFG桩中的水水泥经水解解和水化反反应以及与与粉煤灰的的凝硬反应应，生成了主主要成分为为铝酸钙和和硅酸钙水水化物等不不溶于水的的纤维状结结晶化合物物，并不断延延伸充填到到碎石和石石屑的孔隙隙中，将原来由由点-点和点-面接触的的骨料紧绕绕粘结在一一起，使桩体的的抗剪强度度和变形模模量大大提提高。理论论分析和3轴压缩试试验表明，与碎石桩桩或石灰桩桩等低粘结结强度桩相相比，CFG桩具有较较高的桩体体模量、强强度和承载载能力；桩体的置置换作用显显著，承载力提提高幅度较较大。②褥垫层的调整均均化作用在竖向荷载作用用下，CFG桩复合地地基由于褥褥垫层的作作用，桩体逐渐渐向褥垫层层中刺入，桩顶部垫垫层材料在在受压缩的的同时，向周围发发生流动；；垫层材料料的流动补补偿，使桩间土土的承载力力得到充分分发挥，桩体承担担的荷载相相对减少，从而使基基底的接触触压力得到到了均衡和和调整，地基中的的竖向应力力分布均衡衡，其变形状状况明显改改善，复合地基基的承载力力大大提高高。此外，作用在桩桩间土上竖竖向荷载的的增大，提高了桩桩间土的压压密程度，使桩侧法法向应力增增大，桩身侧摩摩阻力增加加，桩体及复复合地基的的承载能力力进一步提提高。③挤密作用在粉土、砂土和和塑性指数数较低的粘粘性土地基基中，采用非排排土法施工工时，施工对土土体的振动动或挤压使使土体得到到挤密，提高了桩桩间土的强强度和桩侧侧法向应力力，使桩侧摩摩阻力增加加，桩体的承承载力加强强，进而提高高了复合地地基的承载载力。（2)实工方案、方方法及工艺艺①施工方案、方法法。根据实实验结果，CFG桩采用长长螺旋钻孔孔管内泵压压混合料施施工方法，施工顺序序采用间隔隔跳钻法，遵循“由一边向向另一边”的原则。混混凝土采用用自动配料料，强制拌和和。②施工工艺。施工工工艺流程程:测量部点→钻机就位→成孔→钻杆内灌灌注混凝土土→提升钻杆→灌注孔底底混凝土→边泵送边边提升钻杆杆→成桩→钻机移位位。③桩点布置。按照照图纸要求求进行桩点点布置正确确放样，并经过复复核和监理理验收。放放样时按照照20mm或者20排的排距距进行放样样，并设控制制桩，便于桩点点布置后进进行检查其其准确性。桩桩点放样前前路基必须须平整压实实。④钻机就位。是用用钻机塔身身前后和左左右的垂直直标杆检查查塔身导杆杆来校正位位置，使钻杆基基本垂直对对准桩位中中心，检测人员员再通过观观察平衡器器和采用磁磁性线锤量量测塔身导导杆垂直度度，利用磁性性线锤量测测的纵横方方向各一组组相对差值值来预先计计算CFG桩垂直度度，进行预防防并控制CFG桩垂直度度超标，从而使钻钻杆比较精精密地垂直直对准桩位位中心来确确保CFG桩垂直度度容许偏差差不大于1%。⑤钻进成孔。钻孔孔开始时，关闭钻头头阀门，向下移动动钻杆至钻钻头触及地地面时，启动马达达钻进。一一般应先慢慢后快，这样既能能减少钻杆杆摇晃，又容易检检查钻孔的的偏差，及时纠正正。在成孔孔过程中遇遇到姜石层层或其他完完整岩层，钻杆会摇摇晃或难钻钻，应放慢进进尺，否则较易易导致桩孔孔严重偏斜斜、位移，甚至使钻钻杆、钻具具扭断或损损毁。根据据桩长确定定钻孔深度度。当钻头头到达预定定标高时，在动力头头底面停留留位置处在在钻机塔身身上作醒目目标注，作为施工工时控制桩桩长的依据据。⑥灌注及拔管。CCFG桩成孔到到设计标高高后，停止钻进进，开始泵送送混合料，当钻杆芯芯管充满混混合料后开开始拔管，混合料泵泵送量应与与拔管速度度相配合，边灌注边边提钻，保持连续续灌注，均匀提升升，严禁采用用先提钻后后灌注混凝凝土，形成往水水中灌注混混凝土的错错误做法，遇到饱和和砂土或饱饱和粉土层层，不得停泵泵待料，避免造成成混合料离离析、桩身身缩颈、断断桩和夹泥泥等。拔管管后，要用粒状状材料或粘粘土封顶。⑦移机。当上一根根桩施工完完毕后，钻机移位位，进行下一一根桩的施施工。施工工时由于CFG桩排出的的土较多，最好安排排人力及时时将CFG桩排出的的土清除，否则经常常将邻近的的桩位覆盖盖，有些还会会出现钻机机支撑脚压压在桩位旁旁使原标定定的桩位发发生移动，为了防止止桩点位置置偏移，下一根桩桩施工时，还应根据据轴线或周周围桩的位位置对需施施工的桩位位进行复核核，保证桩位位正确。(3)常见施工质质量问题和和控制措施施1）堵管造成断桩桩①操作人员精力不不集中。输输送泵操作作人员在泵泵送施工中中应精力集集中，时刻注意意泵送压力力表的读数数，一旦发现现压力表读读数突然增增大，应立即反反泵2～3个行程，再正泵，堵管即可可排除。若若已经进行行了反泵—正泵几个个操作循环环，仍未排除除堵管，应及时拆拆管清洗，否则将使使堵管更加加严重。②泵送速度选择不不当。泵送送时，速度的选选择很关键键，操作人员员不能一味味地图快，有时欲速速则不达。首首次泵送时时，由于管道道阻力较大大，此时应低低速泵送，泵送正常常后，可适当提提高泵送速速度。当出出现堵管征征兆或某一一车混凝土土的坍落度较小时，应应低速泵送送，将堵管消消灭在萌芽芽状态。③混凝土的坍落度度过小时采采取措施不不当。当发发现有一斗斗混凝土的的坍落度很很小，无法泵送送时，应及时将将混凝土从从料斗底部部放掉，若贪图省省事，强行泵送送极易造成成堵管。切切忌在料斗斗中加水搅搅拌。④停机时间过长。停停机期间，应每隔5～10mmin(具体时间间视当日气气温、混凝凝土坍落度度、混凝土土初凝时间间而定)开泵一次次，以防堵管管。对于停停机时间过过长，已初凝的的混凝土，不宜继续续泵送。⑤管道未清洗干净净。上次泵送完毕，管道未清清洗干净，会造成下下一次泵送送时堵管。所所以每次泵泵送完毕一一定要按照照操作规程程将输送管管道清洗干干净。2）桩头空芯产生桩头空芯的的主要原因因是:在施工过过程中，排气阀不不能正常工工作所致。钻钻机钻孔时时，管内充满满空气，混合料在在泵送过程程中，需要排气气阀将管内内空气排出出，若排气阀阀堵塞不能能将管内空空气排出，就会导致致桩体存气气而形成空空芯。为避避免桩头空空芯，施工中要要经常检查查排气阀的的工作状态态，发现堵塞塞及时清洗洗。3）桩端不饱满产生桩端不饱满满的主要原原因是:在施工过过程中，为了方便便阀门的打打开，先提钻后后泵料所致致。这种情情况可能造造成钻头上上的土掉入入桩孔或地地下水浸入入桩孔，影响CFG桩的桩端端承载力。为为杜绝这种种情况，施工前、后后台应密切切配合，保证提钻钻和泵料一一致。4）桩头破坏桩头损坏一般都都是在清理理桩间土时时不小心人人为造成的的，也有破桩桩头的方法法不当造成成的。采用用小型挖机机和人工配配合清理桩桩间土，破桩头严严禁放炮和和使用大型型机械，应采用人人工凿除或或用环型砂砂轮片切割割。3.3.3水泥泥土挤密桩桩水泥土挤密桩[[13]与与一般灰土土桩相同，而强度较较高，采用沉拔拔管法、爆爆扩法、冲冲击法和人人工挖孔法法等成孔。然然后将水泥泥土灌入孔孔内，分层锤击击挤密，把部分原原土置换出出来形成水水泥土挤密密桩复合地地基，以达到提提高地基承承载力、消消除黄土湿湿陷性和减减少沉降的的目的。适适用于厚6～14m的湿陷性性黄土，经工后沉沉降分析可可满足无碴碴轨道技术术条件的地地基处理。（1）水泥土挤密桩加加固机理①挤密桩加固机理理湿陷性黄土的处处理方法很很多，常用的手手段有挖除除换填法、灰灰土垫层法法、强夯法法、挤密桩桩法、桩基基础法等。由由于客运专专线的特殊殊重要性对对地基沉降降要求很高高，挤密桩加加固法是一一种行之有有效的手段段。挤密桩桩法处理地地基的加固固机理是用用机械、人人力、或爆爆扩成孔等等手段，通过振动动或挤压使使桩孔部分分的土质被被强制挤向向桩孔周围围的土中，然后填以以最优含水水量的素土土或灰土、水水泥土并分分层夯实，使桩周土土体孔隙比比减小，密实度增增大，压缩性降降低，承载力提提高，力学性质质得到改善善。它的密密实主要是是由于土结结构的破坏坏和孔隙中中气体的排排放所致。同同时灰土挤挤密桩由于于粘土和消消石灰或水水泥土之间间产生离子子交换和硬硬凝反应，挤密桩桩桩身的变形形模量随着着龄期的增增长而不断断提高，桩体强度度显著提高高，并远远大大于挤密后后桩间土的的变形模量量。在荷载载作用下，应力向桩桩身发生集集中，并对桩间间土起侧向向约束作用用，使得复合合地基承载载力较天然然地基有明明显提高，压缩模量量则显著提提高。②水泥土挤密桩在在路基加固固中的作用用机理水泥土挤密桩加加固路基后后与桩间土土一起形成成复合地基基，共同承承受列车高高速运行时时动应力。由由于受列车车运营的影影响，水泥泥土挤密桩桩采用人工工洛阳铲或或小型机具具成孔、人人工橄榄锤锤夯实。其其主要作用用为：③水泥土成桩时对对土体的挤挤密作用水泥土夯实成桩桩过程中，桩桩孔四周土土体受到强强制侧向挤挤压，使桩桩周一定范范围内的土土层密实度度提高；据据有关挤密密桩相邻桩桩孔间挤密密效果的试试验表明，在在相邻桩孔孔挤密区交交界处挤密密效果相互互叠加，桩桩间土中心心部位的密密实度增大大，且桩间间土的密度度变得均匀匀，桩距愈愈近，叠加加效果愈显显著。④水泥土桩本身的的刚性支撑撑作用水泥土夯实后，水水泥与拌和和土间发生生一系列的的物理化学学反应，从从而形成具具有一定强强度和渗透透性较低的的水泥土固固结体。水水泥土中土土粒内的钠钠离子或钾钾离子能和和水泥水化化生成的钙钙离子进行行当量吸附附交换，使使较小的土土颗粒形成成较大的土土团粒，从从而使土体体强度得到到提高；水水泥水化中中生成的凝凝胶粒子的的比表面积积约比原水水泥颗粒大大1000倍，通过过团粒化作作用能使较较大的土团团粒进一步步结合起来来，形成水水泥土的团团粒结构，通通过坚固的的连接，水水泥土的强强度大为提提高；随水水泥水化反反应的深入入，组成黏黏土矿物的的二氧化硅硅及三氧化化二铝的一一部分或大大部分与钙钙离子进行行化学反应应，逐渐生生成不溶于于水的稳定定的结晶化化合物，增增大了水泥泥土的强度度，因其结结构比较致致密，水分分不易侵入入，因而也也具有足够够的水稳定定性。另外，水水泥土中的的氢氧化钙钙能不断吸吸收水中和和空气中的的二氧化碳碳，发生碳碳化反应，生生成不溶于于水的碳酸酸钙，也能能使水泥土土增加强度度。⑤加固后的复合地地基与道碴碴的共同作作用铁路道碴作为一一种散体轨轨下基础，具具有一定的的柔性和弹弹性，可起起到褥垫层层的作用，把把来自刚性性轨枕的应应力按一定定的扩散形形式均匀传传递到路基基表面，使使得水泥土土挤密桩与与桩间土共共同承受上上部荷载。（2）水泥土挤密桩的的适用性灰土及水泥土挤挤密桩适用用于处理地地下水位以以上含水量量<244%，饱和度<655%的湿陷性性黄土、素素填土、杂杂填土等地地基，不适适用于地下下水位以下下使用。当当地基土含含水量>224%，饱和度超超过65%时，成孔及拔拔管过程中中，桩孔容容易缩颈，桩桩孔周围容容易隆起，挤挤密效果差差，不宜采采用挤密桩桩法。处理理地基深度度一般为5~15mm.若用于处处理5mm以内土层层，其综合合效果不如如强夯法、重重锤夯实法法，以及换换填垫层法法。对大于于15m的土土层，若地地下水位较较深，近年年内有采用用螺旋钻取取土成孔，分分层回填灰灰土，并强强力夯实，使使加固深度度超过200m的黄土土地基加固固实例。当以消除地基的的湿陷性为为主要目的的时采用土土挤密桩法法，当以提提高土地基基承载力或或增强其水水稳性为主主要目的时时宜采用水水泥土挤密密桩法。3.4水泥土挤挤密桩设计计参数及技技术要求3.4.1水泥泥土挤密桩桩设计参数数 （1）设计参数水泥土挤密桩设设计参数见见表3-1。表3-1水水泥土挤密密桩施工参参数类型配合比桩身填料桩长(m)桩径(mm)桩间距(m)布置形式=1\*ROMANI6﹪水泥土135001.05正三角形=2\*ROMANII6﹪水泥土145001.05正三角形=3\*ROMANIII6﹪水泥土154001.05正三角形（2）技术要求1)材料要求: