兰州交通大学毕业设计

年6月23日兰州交通大学毕业设计资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。毕业论文任务书题目高速铁路黄土路基沉降分析及控制学生姓名学号班级专业铁道工程承担指导任务单位导师姓名导师职称一、主要内容(1)黄土的介绍;(2)路基产生沉降的机理分析;(3)沉降对高速铁路的危害;(4)高速铁路对路基施工后沉降的要求以及依据;(5)黄土路基沉降的基本规律及影响因素分析;(6)控制路基沉降的施工方法与技术措施;二、基本要求(1)制定设计进度计划,严格执行,按期独立完成设计任务。(2)设计方法步骤可参考设计指导书,对于设计疑难问题,首先应独立思考与查阅有关资料,确实不能解决时,可向指导教师提出答疑。(3)了解高速铁路严格控制路基沉降的原因和目的。(4)熟悉高速铁路设计与施工的相关规范,明确各种地基上高速铁路施工的步骤与关键技术及控制指标。(5)明确高速铁路路基产生沉降的原因,熟悉各种地沉降控制的施工工艺和技术措施熟练运用所学知识、参考资料分析实际工程问题。(6)熟悉客运专线路基设计的特殊要求,了解黄土路基工后沉降的控制方法。(7)能够结合施工方案进行路基稳定性计算和沉降计算。三、主要技术指标铁路客运专线。设计速度350km/h,轨道类型为重型。四、应收集的资料及参考文献[1]陈仲颐,周景星,王洪瑾．土力学[M]．北京:清华大学出版社,.[2]龚晓南．复合地基设计和施工指南[M]．北京:人民交通出版社,.[3]池淑兰,孔书祥．路基工程[M]．北京:中国铁道出版社,.[4]中华人民共和国铁道部．铁路路基设计规范TB10001—[S]．．[5]范云．地基加固技术[M]．石家庄:石家庄铁道学院,1999.五、进度计划第1-4周开题报告。路基沉降机理及其危害分析,熟悉各种控制沉降的施工方法与技术措施;第5-8周 控制沉降施工方法与技术措施经济技术比较,沉降监测方案设计。撰写设计说明。第9周整理、装订教研室主任签字时间年月日毕业论文开题报告题目高速铁路黄土路基沉降分析及控制学生姓名学号班级专业课题研究背景及国内外研究现状中国人口众多,随着中国经济的迅猛发展,城市化进程加快,中国铁路呈现客流量大、集中、行程长的特点。为实现中国铁路事业跨越式的发展铁路,客运专线已开始在中国大力修建。当前,京沪、武广、石太、郑西、京石等铁路客运专线已相继开工。客运专线列车运行速度快,技术标准高,对路基的要求严格,控制路基变形已成为高速铁路路基的最大特点。自20世纪60年代第一条高速铁路在日本建成以来。世界范围内出现了竞相修建高速铁路的热潮,国外铁路发展的方向是重载及高速铁路,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。中国幅员辽阔,地质情况复杂多变,其中黄土在中国分布广泛,给铁路工程建设带来了较大的影响和隐患,成为铁路工程的关键问题之一,现在铁路修筑经验表明,作为支撑路堤的地基不允许发生基底破坏,也不允许发生不能满足适合使用要求的过大工后沉降和和沉降速率。中国铁路路基主要病害现象的路基下沉,有不少是因为基底变形所致,对支撑高速铁路路基的地基来说。除了强度要求外,还有变形条件要求。日本东海道新干线建成后,由于软土地基沉降造成轨道状态不良,不能达到设计速度和运量的要求。吸收了经验教训之后日本对支撑高速铁路路基的地基提出了强度要求,对不符合强度要求的地基要采取加固和减少工后沉降的措施。其它许多国家也相应的提出了各种地基加固措施。当前国内外对黄土地基的处理主要有垫层法、强夯法、水泥搅拌桩、孔内深层强夯挤密法、浅层阻水方案和深层散水方案、冲击压实技术、灰土桩挤密法等。二、研究方案本毕业设计为高速铁路黄土地基沉降控制。依据客运专线铁路路基设计规范,满足等级标准要求的黄土路基上铁路客运专线路堤设计的主要内容包括以下几个方面:1路基沉降的原因及路基对强度、填料的要求路基沉降的原因包括路基填土、路堤填料的不当、地下水的影响等;客运专线无碴轨道路基的填料要求;客运专线无碴轨道路基沉降的控制理念;客运专线无碴轨道路基沉降的控制要求。2.设计黄土路基处理措施及影响因素黄土路基的处理措施有:垫层法、强夯法、水泥搅拌桩、孔内深层强夯挤密法、浅层阻水方案和深层散水方案、冲击压实技术、灰土桩挤密法等。并分析了各种措施的处理效果;影响路基沉降的因素分为人为因素和自然因素;控制路基工后沉降的主要途径、步骤和措施。3路基设计和沉降计算地基设计包括桩网地基和非桩网复合地基。桩网地基设计包括CFG桩桩网复合地基和灰土挤密桩;非桩网地基设计包括板桩结构、DDC桩和水泥土挤密桩;介绍了桩网的加固原理,沉降计算模式、各种机构设计以及沉降计算方法和公式。4.沉降监测从沉降监测的目的、监测内容及要求出发,进一步介绍介绍沉降监测的基本要求、技术要求、监测设备的选择、观测元件的埋设说明、沉降观测的步骤和频率、观测资料的应用等。5.总结与展望。三、预期达到的目标1.设计出的路堤能够满足《铁路客运专线路基设计规范》;2.充分考虑黄土路基的工程特点,熟悉黄土路基工程处理措施;3.掌握路基稳定性检算和沉降计算的原理和方法;4.了解减少工后沉降应该采取的措施;5.熟悉路基加固防护方案;6.经过理论联系实际,进一步巩固和加强已学专业理论知识,加深理解,做到学以致用。同时,培养自己分析实际问题、运算、绘图等基本技能。锻炼自己阅读参考书籍及运用有关手册、规范和技术标准等解决实际问题的能力。四、进度计划第1-4周开题报告。路基沉降机理及其危害分析,熟悉各种控制沉降的施工方法与技术措施;第5-8周 控制沉降施工方法与技术措施经济技术比较,沉降监测方案设计。第9周整理、装订指导教师签字时间年月日高速铁路黄土路基沉降分析及控制摘要高速铁路代表了世界铁路现代化发展的大趋势,是21世纪交通运输的重大成果,是人类的共同财富。随着经济的迅猛发展,交通运输需求激增,中国铁路客运专线建设已经进入一个高速发展的时期,由于高速铁路运行速度快、技术标准高、对路基的要求严格,控制路基变形沉降已经成为客运专线路基的最大特点。路基变形最明显、危害最大的问题是路基沉降。路基沉降控制是一个涉及因素较多、具有较大不确定性的工程难题。路基沉降包括路基施工沉降和工后沉降,工后沉降特别发生几率大、危害严重。本论文从黄土的性质和特性,路基沉降的原因、危害,控制路基沉降的措施、路基工后沉降的机理,控制路基工后沉降的必要性、步骤、措施、各种措施的特点,路基沉降计算、监测等方面分析了路基沉降。关键字:黄土路基工后沉降控制方式沉降计算监测AbstractHigh-speedrailwayrepresentstherailwaymodernizationdevelopmenttrendinthe21stcentury,istheimportantachievementoftransportation,isthecommonwealthofmankind.Alongwiththerapiddevelopmentofeconomy,thetransportationdemand,ChinarailwayPDLsurgehasenteredarapiddevelopmentconstructionperiod,Duetothehighspeedrailwayrunningspeed,thetechnicalstandardofroadbed,strictcontrolofsubgradesettlementofdeformationandhasbecomethebiggestcharacteristicofPDLroadbed.Themostobviousharm,roadbeddeformationofthebiggestproblemsistheembankmentsettlement.Embankmentsettlementcontrolisonewhichinvolvesmanyfactors,haslargeuncertaintiesofengineeringproblems.Embankmentsettlementincludingsubgradeconstructionsettlementandpost-constructionsettlement,post-constructionsettlementrisk,particularlyseriousharm,Thispaperfromthenatureandcharacteristicsofloessembankmentsettlement,thereasonandharm,thecontrolmeasuresofembankmentsettlementandroadbedsettlementmechanism,Controlofsubgradesettlementafterthenecessity,stepsandmeasures,andthecharacteristicsofmeasures,embankmentsettlementcalculation,monitoringofembankmentsettlement.KEYWORDS:siennaembankmentsettlementcontrolmodesettlementcalculationdetectio目录第1章绪论 11.1选题背景及意义 11.2中国铁路路基现状 11.3黄土 11.3.1黄土的颗粒组成会及结构 21.3.2黄土的多孔性 21.3.3黄土的湿陷性与变形特性 31.3.4黄土的结构性问题 4第2章路基沉降 42.1路基沉降 42.1.1路基沉降的原因 42.2路基不均匀沉降的影响和危害 62.2.1路基不均匀沉降对铺轨施工的影响 62.2.2路基对称将对高铁运营的危害 62.3客运专线无砟轨道路基填筑的压实标准 62.4客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求 82.4．1沉降控制标准 82.4.2客运专线无砟轨道路基的填料要求 8第3章路基沉降的控制及计算 113.1影响路基沉降的因素 63.1.1影响沉降稳定的自然因素 113.1.2影响沉降稳定的人为因素 113.2湿陷性黄土路基处理方法及效果评价 83.2.1试验段工程地基处理方法 83.2.2地基处理效果方法 83.2.3湿陷性黄土路基的沉降控制措施 83.3路基工后沉降 143.3.1路基工后沉降组成分析 143.3.2工后沉降控制的重要性与特点 153.4控制工后沉降的主要途径 153.4.1加强技术培训及明确控制标准 163.4.2重视黄土地质核查 163.5工后沉降的控制步骤 163.5.1施工前的控制措施 163.5.2施工过程中的控制措施 173.5.3加强路基沉降分析与预测 173.5.4做好路基沉降观测 183.6地基设计 183.6.1桩网地基设计 193.6.1.1CFG桩桩网复合地基 193.6.1.2灰土桩桩网结构 243.6.2桩板结构 263.6.2.1整体构造分析 273.6.2.2结构几何尺寸优化 273.6.2.3承台板设计 283.6.2.4托梁设计 283.6.2.5桩基设计 293.6.3DDC桩 323.6.3.1适用性及沉降控制机理分析 323.6.3.2沉降计算模式 333.6.3.3复合地基下部土体的沉降 333.6.4水泥土挤密桩 353.6.4.1水泥土其它影响因素及有关性能研究 353.6.4.2水泥土挤密桩的加固原理 363.7地基沉降计算 363.7.1地基沉降计算基本原理 363.7.2CFG桩的沉降计算 363.7.3桩板桩基承载力、沉降计算 39第4章路基沉降监测 404.1路基沉降监测的目的 404.2路基沉降的监测内容及要求 404.2.1沉降观测基本要求 414.2.2路基沉降监测的技术要求 424.3合理选择观测设备。 434.4观测元件埋设说明 434.5沉降观测操作要求 444.6沉降观测时间、频率 444.7沉降观测资料的应用 45第5章结论与展望 475.1结论 475.2展望 47参考文献 48致谢 49

第1章绪论1.1选题背景及意义中国幅员辽阔,铁路经过的地区比较复杂,路基作为铁路的重要组成部分,是承受轨道结构重量和列车荷载及各种附加力的基础,路基本体必须有足够的强度和一定范围内的变形,因此作为承载高速铁路的基础—路基的设计得到越来越广泛的重视,把路基作为土工结构物来设计的理念在路基设计中逐步得到体现,在一般情况下,路基给工程带来的主要难题是沉降变形及其各种处理措施条件下的固结问题,因此路基沉降变形问题是高速铁路设计中所要考虑的主要控制因素。为了确保列车安全、平稳运行,路基必须具有强度高,刚度大、稳定性、耐久性好,不易变形等优良特性。随着中国既有线大面积提速改造及快速铁路、高速铁路的修建,如何解决路基沉降这个屡屡出现的问题就被提上日程。1.2中国铁路路基现状长期以来,中国新建铁路没有把路基当成土工结构来对待,而普遍冠名为土石方。在”重桥隧,轻路基,重土石方数量,轻质量”的倾向下,路基翻浆冒泥、下沉、边坡坍滑、滑坡等病害经常发生,使新建铁路交付运营多年仍不能达到设计速度与质量,经济效益与社会效益较差。运营铁路路基技术状态不佳,强度低,稳定性差,严重威胁铁路运输和安全,已成为铁路运输的主要薄弱环节。如今,全国铁路网已相继完成四次提速,开发了一批最高运行速度为140～160KM/h的”快速列车”。运营时速为200KM1.3黄土一般将具有以下特性的土称为黄土;颜色以黄色、褐黄色为主,有时呈灰黄色;颗粒组成以粉粒(0.05～0.005mm)为主,含量一般在60%以上;有肉眼可见的大孔隙、较大孔隙,一般在1.0mm左右;富含碳酸盐;垂直节理发育。公路工程中,根据黄土沉积年代不同,可将黄土分为新黄土(如马兰黄土Q3、Q4)、老黄土(离石黄土Q12、Q22)、红色黄土(午城黄土Q11.3.1黄土的颗粒组成会及结构黄土的颗粒组成以粉粒为主,其含量可达50%以上,其中粗粉粒(0.05～0.01mm)含量大于细粉粒(0.01～0.005mm)含量。黄土中的粘粒、细粉粒和腐殖质胶体,大部分被胶结成集粒或浮在砂粒及粗粉粒的表面,或聚集在大颗粒间的接触点处。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”浸”在结构体中由于其排列比较疏松,接触连接点少,构成了一定数量的架空孔在结构体中,而在接触连接处没有或只有少量的胶结物质。常见的胶结物质有聚集在连接点处的粘粒,易溶盐及沉积在该处的CaCO3、MgCO3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。在颗粒大小中,小于0.01mm1.3.2黄土的多孔性黄土中的孔隙,呈垂直或倾斜的管状,以垂直为主,上、下贯通,其内壁附有白色的胶结物,一般为CaCO3,这种胶结对黄土起着加固作用。一般将黄土的孔隙分为以下三类:①大孔隙,直径约0.5～1.Omm,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”。黄土孔隙率一般在35％～60％之间,有沿着深度逐渐减小的趋势;在地理位置上,自东向西,自南向北,黄土孔隙率有增大的规律。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【1】。1.3.3黄土的湿陷性与变形特性湿陷性是指土在自重或附加应力与自重共同作用下受水浸湿后产生急剧而大量的下沉。浸水湿陷只在士体自重作用下产生的黄土称为自重湿陷性黄土,而浸水湿陷在土体自重与附加应力共同下产生的黄土称为非自重湿陷性黄土。根据自重湿陷量与总湿陷量可对湿陷性场地进行湿陷等级与湿陷类型划分。非自重湿陷性场地的湿陷起始压力一般大于土的饱和自重压力,湿陷敏感性较弱,湿陷性事故较少,自重湿陷性场地的湿陷起始压力小于其上覆土的饱和自重压力,湿陷敏感性较强,湿陷性事故多。黄土与其它粘土的区别在于黄土对含水量的变化极为敏感,含水量的高低严重影响土的湿陷性和承载力的高低,含水量低时,土的湿陷性强烈,但承载力却很高,随着含水量的增加,土的湿陷性逐渐减弱,承载力随之急剧下降,而压缩性却得以提高。根据大量土样的试验资料统计结果表明,黄土的湿陷性与饱和度成直线反比关系,见表l-l,即饱和度愈低,土的湿陷性愈强,土的湿陷性随着饱和度的增大而降低。表1-1饱和度Sr与湿陷系数6s的关系饱和度(％)湿陷系数范围湿陷系数中值＜300.09～0.1370.12030～400.04～0.1180.08640～500.02～0.1000.06050～60＜0.02～0.0840.0460～700～0.0600.03＞700～0.03＞0.015者只占3.4%黄土的压缩性反映黄土地基在外荷载作用下产生压缩变形的大小,主要取决于土的密实程度和含水量,三者的关系见表l-2。表1-2黄土变形模量与含水量和孔隙比的关系土类含水量(%)孔隙率(%)变形模量(Mpa)黄土10～1747～4822.5～32.06～846～4822.0～28.08～1447～4919.0～22.0黄土状粉质粘土12～1843～4510.0～40.022～2545～488.0～1.525～3040～457.0～1.31.3.4黄土的结构性问题结构性应该是描述土物理本质中比粒度、密度、湿度重要的一个侧面。它的重要性早为太沙基所指出,也早为一系列学者所重视。如果说结构性对任何土都是重要的,那么,对黄土就更是不可避免的,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。当前,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,因其能够回避在寻求独立表示土结构性参数上的困难,使结构性关系的建立出现了新的跳跃。但它依然遇到了建立不同湿密状念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．文献中关于综合结构势这一新指标的提出及对其合理性、灵敏性、稳定性与普遍性的检验的相关研究表明:(1)黄土的结构可视为一个由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形成的空间结构体系．它的单元形态(单粒的矿物碎屑与集粒或凝块)确定了力的传递性能和土的变形性质,它的连接方式(点接触、面接触)确定了土的结构强度,它的排列方式(大孔隙、架空孔隙、粒间孔隙)确定了土的稳定性．单粒点接触、架空孔隙占优势的结构,湿陷性大;集粒或凝块,面接触、粒间孔隙占优势的结构,湿陷性小．(2)黄土结构性的研究,应既注意揭示土颗粒排列的几何特征(以孔隙分布特征最为敏感),又注意揭示土颗粒联结(物理的和化学的,而以化学的为最敏感)的力学特征,同时将结构与组成相结合,探讨黄土的非均质性,各向异性．(3)从黄土力学的观点来看,结构性研究的根本目的在于揭示结构性对土力学行为的影响及内在联系,因此,将土的微观结构与宏观力学行为相结合是一条正确的研究途径．(4)黄土的结构性问题在其结构联结没有遭到破坏以前表现为它维持结构可稳性的能力,它和颗粒联结的特性与稳定性有关;在结构联结遭到破坏以后表现为结构可变性的能力,它和颗粒的排列特性与均匀性有关．第2章路基沉降的原因及影响2.1路基沉降路基裸露在自然界中,整个路基经常受到自重、列车荷载和各种自然因素的作用。由于水、温度和各种荷载的作用,路基的各部分将产生可恢复和不可恢复的变形,那些不能恢复的变形,将引起路基标高和边坡坡度、形状的改变,甚至造成土体位移和路基横断面几何形状的改变,危及路基及其各组成部分的完整和稳定,形成路基的危害2.1.1路基沉降的原因2.1.1.1由于压实度不足,往往导致填方路基的不均匀沉降变形,路基两侧出现纵向裂缝,路基土体压实度不足的主要原因有以下几点:(1)施工受实际条件的限制。路基施工时,天气太干燥,局部路堤填料粘土土块粉碎不足致使路基压实度不均匀;暗埋式构造物处因构造物长度限制使路基边缘不能超宽碾压,致使路基边缘压实度不够;某些加减速车道与行车道没有同步施工,当拼接处理得不好时,其拼接处也会产生压实度不足的情况。(2)考虑到施工安全和进度,使得压力或压力作用时间不足,路基压实不充分,致使路基压实度达不到规范要求。(3)由于填方土体的最佳含水量控制不好,压实效果达不到规范要求。(4)在填方路堤施工中,当路堤施工到一定高度以后,路堤边缘土体往往存在压实度不足问题,对于较高的填方路基,一般都要做相应的处治。填方土体压实度不足,其结果是土体前期固结压力小于自重应力和各种附加应力之和,在自重作用下就会发生沉降变形,这些附加应力主要来自以下几个方面:①车载,特别超载情况;②含水量变化造成土体容重的改变;③地下水位升降而导致浮力作用改变;④土体饱和度改变,引起负孔隙水压力改变。这些附加应力引起土体中有效应力改变,从而导致土体发生压缩变形。2.1.1.2在公路施工过程中,对填料、级配很难得到有效的控制,填料常常是开挖路堑、隧道掘进产生的方法,这些填料性质差异大、级配也相差很远。一方面,在施工过程中,如果分层碾压厚度过大,小颗粒填料和软弱物质很难得到有效压实,在荷载的长期作用下,回填料会产生不协调沉降变形,路面会产生局部沉陷,刚性路面还可能产生裂纹。另一方面,由于回填料的性质不一样,特别是有的回填料具有膨胀性,在路基排水系统局部失效后,水的渗入会使路面局部隆起,影响行车舒适度,严重的会使路面破坏。2.1.1.3在地下水的交替作用下,路基土体内含水量重复变化,土体容重在一定范围内波动,更为重要的是由毛细管张力引起的负孔隙水压力能够达到相当的数值,再加上水的软化、润滑效应,能够使土体产生沉降变形。路基或地基中地下水的动态特征对路基不均匀沉降影响很大,路堤及其地基中的地下水主要补给来源有3种类型,即地下水侧向补给、降雨补给、地表水侧向补给。其动态变化及潜蚀作用影响到土体中的有效应力分布、土体的结构特征和土体强度从而导致路基的不均匀沉降。2.2路基不均匀沉降的影响和危害2.2.1路基不均匀沉降对铺轨施工的影响路基不均匀沉降会增加施工难度和施工强度,在铺轨时需要再度调整路基整体的高度使其达到统一,因扣减可调整量很小并要预先填高一定量为工后沉降留有空间以便达到设计标高,还要考虑未来行车后各不同时间段各路段不同土质以及路桥过渡段不同沉降量。2.2.2路基对称将对高铁运营的危害路基是路面的基础,路基不均匀沉降必然会引起路面的不平整,导致路面产生许多病害,主要表现为坑凹、起拱、波浪、接缝台阶、碾压车辙、桥头或涵洞两端路面沉降、桥梁伸缩缝的跳车等,破坏了线路平顺通畅,不但难以满足客运专线高速行驶的要求,而且还会加大运输成本,增加运输时间,增加养护维修费用,减少使用寿命,降低社会经济效益,降低旅客舒适度,危及行车安全等。2.3影响路基沉降的因素2.3.1影响沉降稳定的自然因素2.3.1.1地形地形不但影响路线的选定与线形设计．也影响到路基设计。平原、丘陵、山岭各区地势不同,各区的水和温度的情况也不相同。平原区地势平坦,地面水易于积聚,地下水水位较高,因此路基需要保持一定的最小填土高度,力求不低于自然区划和土质所规定的临界高度:丘陵区地势起伏,山岭区地势陡峭。如果排水设计不当,或地质情况不良,易降低路基的强度与稳定性,出现水毁、边坡坍方、路堤沿山坡的滑动等坏现象。2.3.1.2气候气候条件,如气温、降水、湿度、冰冻深度、日照、年蒸发量、风向和风力等,都影响路基水温情况。在一年之中．气候有季节性的变化,因此路基水温情况也随之变化。气候还受地形的影响,例如山顶与山脚、山南与山北,就有所不同。即所谓”小区地形与小区气候”．因此路基水温情况也有所差异。大气的温度变化使路基的温度也发生相应的变化．并造成土基内不同深度处温度出现差异。在温度差的影响下,土基中的水分以液态或气态由热处向冷处转移,并积聚或凝结在该处。从而使土基中的湿度分布发生变化．特别是在季节性冰冻地区,湿度积聚现象更为严重。2.3.1.3水文地质水文条件指地面径流、河流洪水位、常水位及其排泄条件、有无积水和积水期的长短以及河岸的冲刷和淤积情况等。水文地质条件指地下水位、地下水移动情况、有无泉水、层间水等。所有这些。都会影响路基的稳定性,如处理不当,往往会导致路基出现各种病害2.3.2影响沉降稳定的人为因素2.3.2.1作用于路基的荷载有路面路基的自重(静载)和机车的轮重(动载)。静载在土基内部产生的应力随深度的增加而增加;相反,动载在土基内部产生的应力随深度的增加而减少。且车型不同．动载在土基内部的应力作用深度也不相同。随着交通运输的蓬勃发展,交通量逐年增长,在很大程度上影响路基的稳定性。2.3.2.2正确的施工方法也是保证路基稳定性的重要因素。就土质路堤而言,既要选择良好的土填筑路基,同时还要选用正确的填筑方法和合适的施工机械。一般采用水平分层填筑法自下而上逐层填筑,并在土的含水量控制于最佳范围同时进行充分压实。保证达到《路基施工规范》规定的压实度,使路基具有足够的强度和稳定性。相反,如果填筑方法不正确,压实不充分。土基在车辆荷载的重复作用下就会出现不同程度的变形沉陷。从而造成路面破坏。2.3.2.3养护措施包括一般措施及在设计、施工中未及时采用而在养护中加以补充的改进措施。经过及时养护能够保证路基在使用期限内具有较高的强度和稳定性。

第3章路基沉降的控制客运专线路基沉降控制的主要目的是控制路基沉降,以确保高速列车的行车安全,尽量满足旅客对舒适度的要求,并减少日常维修工作。3.1湿陷性黄土路基处理方法及效果评价3.1.1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。3.1.2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(4～6m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(9～12击)、夯锤的底面积(锤重l0～15t,锤底面上静压力宜为20～25kPa)、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8m3.1.3湿陷性黄土路基的沉降控制措施(1)对试验段湿陷性黄土、松软土、地震液化土段地基,根据初步设计采用换填、强夯、灰土挤密桩、CFG桩、水泥搅拌桩、旋喷桩、碎石土垫层加铺土工格栅等多种地基处理方法进行加固,消除黄土的湿陷性和地震液化土的液化性,并对松软土进行加固经检测达到《京沪高速铁路设计暂行规定》和设计要求后转入下道工序施工。(2)在基础处理前首先进行局部地表处理,提高地基上部的密实度,减少路基的工后沉降。基础加固后保证地基系数K30≥90MPa／m、压实系数I>0.95。(3)路堤填筑按照”三阶段、四区段、八流程”水平分层(每层松铺厚度不超过30cm)填筑。推土机粗平,平地机精平,YZ18～20型振动压路机压实;填料的最佳含水量、碾压遍数、碾压速度及铺设宽度等按现场填筑试验段确定的施工参数进行,根据压实黄土的湿陷性随含水量的减小而增加,随干容重的增大而减小的试验分析特性,施工中填料含水量偏差控制在最佳含水量的-1％～3％之间,填料的干密度大于15.5kN／m以消除湿陷性;每填高1.5m左右采用YCT25型冲击式压路机碾压一次,碾压遍数根据现场试验确定。路堤分层填筑主要控制质量达到压实系数≥0.95,地基系数≥90MPa／m,静态变形模量Ev2>45(4)路基基床表层所采用的级配碎石,基层采用的改良黄土均有严格的材质、粒径和级求。为保证达到设计标准,设带自动计量装置配碎石拌和站和改良土拌和站对填料进行集中拌和或改良,确保基床底层和基床表层的压实质达到规范规定的标准。(5)为满足工程进度及施工质量要求,施工中采用机械化作业。选用大吨位石方挖掘、运输及重型振动压实机械(过渡段选用小型振动压实机械配合),并配备级配碎石摊铺、拌和等特种机械。(6)为控制堤身的沉降,施工中加强检测与试验,确保路基填料特性和质量、工程措施及施工全过程受控。根据德国高速铁路施工经验,在基床底层和表层施工质量控制标准中增加静态变形模量、Ev2控制指标。在路堤分层填筑质量检测中,也增加静态变形模量控制指标Ev2。经过综合指标控制,达到消除或减小路基工后沉降量的目的。(7)黄土路基基底的沉降最突出的是湿陷性下沉,其次是压缩下沉和增湿变形引起的下沉,控制黄土路基湿陷性下沉和增湿变形下沉,施工中采取的防排水措施有以下几个方面。①雨天不进行路堤填筑施工,并对刚填筑层采取覆盖防雨水渗人保护措施。②为确保路基填筑过程中不被冲刷破坏,每层填筑时应严格按设计要求做好路拱以利排水,并在两侧路肩顶铺设临时砖砌挡水埝和急流槽。③路堤与路堑施工前先做好临时排水系统,在施作临时排水系统时应与永久排水系统统筹安排,尽量做到永临结合,临时工程按永久工程标准施作。④加强道床及路基的防排水设施,防止路基面的雨水渗人路基。双线之间铺筑沥青防水层,道床面雨水经过横坡直接排出路基两侧,经过两侧排水沟排走。曲线双线之间铺筑沥青防水层,隔一定距离设置集水井,纵向设置纵向排水管汇集,经过横向排水管排至两侧排水沟。⑤加强路基两侧地表防排水设施,防止路基外地表水浸人路基。⑥防止地表水侵蚀地基,阻断路基外地表水与地基的渗水通道。对整个线路经过地段,因线路的修建而改变了原有地表的排水系统。因此要对线路两边附近的地表坑洼地段进行回填,加强排水,防止形成汇水坑造成渗水通道。⑦加强防洪措施,对路基两侧的沟渠进行补充汇水面测量和流量计算。根据计算结果对有可能产生洪水的沟渠加设截水沟、急流槽、导流堤等防洪设施。3.2路基工后沉降路基的工后沉降,是指轨道工程铺设后在路基荷载和列车荷载作用下,路基发生的剩余沉降,即最终形成的总沉降量与路基竣工铺轨开始时的沉降量之差。客运专线路基沉降控制的主要目的是控制路基的工后沉降,以确保高速列车的行车安全,尽量满足旅客对舒适度的要求,并减少日常维修工作。客运专线建设具有其自身的特殊性,如线路长、地质情况变化大、工期长,路基沉降过程实际上就是多级填筑过程中多方面因素共同作用的结果。沿线路基大都采用了不同形式的地基处理方法以满足客运专线对道路的平顺性要求,如地基冲击压实、CFG桩法复合地基等。3.2.1路基工后沉降组成分析路基沉降按其组成成分划分,包括路基填筑部分沉降和地基沉降两部分。路基填筑部分沉降属压密沉降,是由填料自重及线路上部结构和机车车辆的运行引起的,与填料种类、压实密度、预压荷载及预压时间有关,分3个时间段完成:第一阶段是路基施工阶段的下沉,不影响工后沉降;第二阶段是路基施工完成,线路上部结构和机车车辆重量未加载阶段的下沉;第三阶段是线路上部结构施工完成后的下沉。后两部分的沉降量影响工后沉降。3.2.2工后沉降控制的重要性与特点(1)工后沉降控制是影响线路不平顺性的重要因素。工后沉降大小决定了高速铁路线的平顺性,理解线路平顺性的重要性,就理解了工后沉降控制重要性。以轨道连续高低不平顺波长40m、幅值5mm为例,时速300km时,将产生频率2Hz、半幅有效值0.13(2)工后沉降控制是一个有时间性、过程性的问题。首先,工后沉降起算时点非常重要。在秦沈客运专线修建之初,有人认为起算点是在整个工程完工后,也有认为应在铺轨完成后。随着认识的深入,才确定工后沉降起算点应在铺轨开始时起算。从对工后沉降控制本身目标的实现来说,这更加合理。应认识到的是,在其它方面相同的情况下,起算时间点越往前推越严格;其实并非起算点一定要在铺轨前,但如果起算点推后,一方面控制的标准应相应改变,而且如果在铺轨后再确认不满足工后沉降,则有关补救措施就难以实施·其次,有一个终止时间点的问题。由于每项工程都有寿命期,比如说高速铁路的寿命期为1,免维修期更短。尽管为保证工后沉降控制的实现,宜取更严格的标准,可是提高标准涉及成本大小乃至目标的实现性,故考虑该问题具有实际意义。工后沉降控制的时间性还表现在:不但要求能够最终满足工后沉降控制的要求,还应该尽快满足。这一点的重要性就表现在对工期的影响上;反过来,合理的工期对工后沉降控制目标的实现也是至关重要的。客运专线路基工后沉降控制标准的确定,既要考虑列车对路基的要求及线路维修能力,也要考虑前期建设投资与后期养护费用的经济比较,在保证客运专线列车高速、安全与平稳运行的前提下,应取得经济上的合理平衡。3.3控制工后沉降的主要途径当前工后控制沉降的主要应对措施有:①加强基地处理②加强填筑过程控制③预留沉降量④补砟抬道;同时还应加强施工前的预防,具体措施有:3.3.1加强技术培训及明确控制标准(1)由于承包商对工后沉降控制缺乏经验,可聘请专家现场指导。加强技术培训,大力培训沉降观测人员、整理分析人员、计算预测人员,从控制方案、预测分析、观测操作上采取主动预控措施。(2)制定路基工后沉降控制标准。工后沉降及沉降差控制标准一般采用四项指标:工后沉降、不均匀沉降、错台、折角。200km／h无砟轨道线路工后沉降控制标准采用渝遂线试验段控制标准,见表表3－1工后沉降及沉降差控制标准表工后沉降不均匀沉降差异沉降错台折角≤30mm≤20mm/20m≤5mm≤1/10003.3.2重视黄土地质核查(1)加强黄土地质核查,使采取的技术措施达到沉降预测与实际相符。(2)在选定黄土的物理力学指标时,必须注意其地理环境、地貌单元、微地貌、沉积年代及成因类型等条件影响所产生的差异性,同时掌握这些自然条件与黄土性质之间的规律。(3)黄土分布评价、湿陷性评价、现场浸水试验以及微观电镜分析是了解黄土的重要手段。3.4工后沉降的控制步骤3.4.1施工前的控制措施(1)制定控制标准。制定控制标准是进行工后沉降控制的基础,在施工前应根据设计规范要求的沉降值以及具体可能采用的施工工艺制定好沉降控制标准。(2)加强地质普查。在施工前根据设计文件,除对设计进行加固外(粉喷、碎石、CFG、压填片石、换填普通土等)软土地段地质情况进行核查外,还应对其它地段进行地质调查,并要求所有路基基底均应进行贯入试验,当试验值不能满足基底要求时,应及时与设计部门联系,采取相应的基底加固措施,以确保路基基底承载力满足设计要求。3.4.2施工过程中的控制措施(1)制定施工工艺标准。根据工后沉降的设计及规范要求,结合施工单位的施工机械、填料、施工方法等,首先进行试验段的填筑,特别是地基处理、过渡段施工等应进行试验,根据试验参数,制定合理的确保填筑质量的施工工艺标准,在路基填筑施工过程中必须严格按照制定的工艺标准实施。(2)加强路基基底处理。根据设计,对黄土路基地段按照要求进行加固处理,注意在加固过程中必须严格按照设计施工。加固范围必须满足设计要求,路基基底加固完成后,必须找有资质的部门进行检验检验基底承载力满足设计要求后方准进行路堤填筑工。(3)做好路基综合排水。路基施工期间及完成后应立即做好综合排水系统,确保施工期间以及运营期间路基排水系统顺畅,路基不渗不冲。(4)确保路基边坡稳定,控制边坡填筑质量。在路基填筑过程中,边坡也是一个软弱点,为确保边坡质量,在施工过程中采取超宽填筑(一般超宽50cm)、边坡夯拍,路基填高达到一定高度的,路基边坡铺设土工隔栅进行加固,路基大于2.5m的,应全部采用骨架护坡进行防护,并全部进行绿化,以确保边坡稳定,避免边坡填筑(5)做好桥涵、堤堑过渡段的处理。由于桥涵为刚性结构物,路基为柔性,桥涵不会发生下沉现象,路基一定会产生工后沉降,因此必须做好桥涵过渡段的填筑。桥涵过渡段一般采取级配碎石进行填筑,在填筑过程中必须与路基同步施工,并严格按照规范要求进行填筑,做到强度、刚度变化的平稳过渡。3.4.3加强路基沉降分析与预测(1)沉降问题包括填方路堤本身的沉降、黄土地基的压缩变形以及黄土地基的湿陷变形,各类变形均包括沉降量与沉降过程两个方面。地基压缩变形和湿陷变形有较成熟的计算方法(主固结沉降采用分层总和法)对路堤本身沉降变形现行公路、铁路规范均没有规定可参照水利土坝设计规范采用分层总和法计算。(2)工后沉降量的延续时间考虑在实测曲线拟合的基础上外延预估,与计算值对比分析。实测曲线的拟合常见三点法和双曲线法。为了分析沉降过程,按维固结理论计算得到瞬时加载的沉降—时间曲线,按加载过程采用实际填筑高度—时间关系进行修正,由修正后的曲线预估工后沉降及其完成所需的时间。(3)沉降分析、预测采用半经验半理论模式,根据实测资料不断调整计算参数、模型,使预测与实测尽量吻合,确保实际工后沉降满足要求。(4)积极开展地质核查、沉降预测等专题研究,以科研成果指导沉降分析、预测。3.4.4做好路基沉降观测(1)路基沉降观测的主要目的是确定无砟轨道工程的施工时间及工后沉降量,确保工后沉降量满足要求。(2)地基沉降观测采用在地基表面埋设沉降板加接杆测试,路基沉降采用在路基表面埋设沉降板、观测桩测试,路堤和地基深层沉降采用钻孔埋设沉降磁环分层测试。(3)沉降观测以二等几何水准测量高程,观测精度不低于1mm(4)每次观测完毕,及时绘制沉降点的时间—填土高度—沉降量的关系曲线。3.4.5客运专线无砟轨道路基填筑的压实标准铁路路基压实质量是保持线路稳定与平顺,保证列车能高速、安全运行的重要条件,而控制和检测压实质量的标准、方法和设备,则是保证压实质量的重要措施。客运专线铁路路基质量检测参数主要包括地基系数,动态模量,空隙率n(或压实系数K),变形模量四项指标。空隙率n是土体中空隙体积与土的三相体积的比值,而压实系数K是指工地碾压时达到的干容重与相应的击实试验得到的最大干容重之比,即相对理论压实的比例,均反映土体的松密程度;地基系数:是表示土体表面在平面压力作用下产生的可压缩性的大小,是中国原有铁路规范对路基压实质量的强度检测指标;变形模量是经过圆形承载板和加载装置对地面进行第一次加载和卸载后,再进行第二次加载,测得的应力—位移曲线上0.3与0.7之间的位移割线斜率确定,用来分析土体的变形性质和承载能力;动态变形模量是指土体在一定大小的竖向冲击力和冲击时间作用下抵抗变形能力的参数,可直接用于评判路基的压实质量。虽然地基系数值是反映路基土强度及变形关系的参数,但试验的荷载—沉降曲线是一次加载得出的,其沉降包括了填料的弹性变形和塑性变形。计算变形模量的荷载-沉降曲线是在逐级加载后,逐级卸载,再二次加载得出,可认为其沉降(变形)消除了填料的塑性变形,测试结果离散性小,更能反映路基土的真实强度,比地基系数更科学、更合理。静态变形模量和地基系数都是采用小于300mm的静态平板载荷试验仪,经过在压实填土表面做静压试验测得,二者反映的都是静态应力作用下土体抵抗变形的能力,而铁路路基承受的是列车运行时产生的动荷载,采用能够有效地反映列车在高速运行条件下产生的动应力对路基的真实作用状况,是客运专线路基质量检测的发展方向。表2-2是客运专线路基填筑质量检测参数、:与三项指标的对比情况。表2-2、与三项指标的对比项目载荷板直径300㎜300㎜300㎜预加载0.01MPa(以前0.035MPa)第二次加载三次冲击荷载与地面接触耦合一般好差加载等级0.04MPa不少于6级动态施加脉冲宽度18ms项目加载控制当1min的沉降量不大于该级荷载沉降量的1%时加下一级荷载120s后加下一级荷载最大荷载或终止试验加载的标准总沉降量超过1.25㎜或荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力,或达到地基屈服点0.5MPa或沉降大于5㎜7.07KN计算公式为曲线上s=1.25㎜所对应的荷载Ev2=0.225/(+)为最大平均标准应力,,为待定系数=22.5/s,s为实测荷载板下沉幅值3.4.6客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求3.4.7客运专线路基作为无砟轨道结构的基础,对路基的沉降变形非常敏感,要求沉降控制在非常小的范围内。中国拟建的客运专线无砟轨道在汲取国外沉降控制经验的基础上,围绕线路运营、结构允许变形,从路基竣工后扣件可调整的总沉降量,20m结构长度范围内的不均匀沉降、路基与桥涵之间差异沉降形成的错台,以及轨道结构单元之间形成的折角等多方面对路基变形都作出了严格规定,如表2-3、表2-4。表2-3工后沉降及沉降差控制标准一般情况允许工后沉降均匀地基长20m允许工后沉降不均匀沉降错台差异沉降折角㎜30㎜5mm表2-4路基工后沉降控制标准设计速度km·h-1轨道结构类型一般地段工后沉降量／mm过渡段工后沉降量／mm沉降速率(mm／a)250有砟轨道1005030300／350有砟轨道503020250／300／350无砟轨道工后沉降≯l5mm;长度大于20m沉降比较均匀路基,工后沉降量≯30mm,且Rsh≥0.4路桥、路隧间差异沉降≯5m,折角≯1／3.4.8客运专线无砟轨道路基的填料要求针对快速铁路对填料及压实标准的高要求,一方面要在施工中积累资料,同时需要开展大量的室内外试验研究工作,研究制定填料适用性试验方法与判别标准,建立一套适合中国地域特点,适用于路基设计,施工的填料分类。由于地域不同,路基填料也千差万别,这就要求在勘测设计阶段和施工前对土源进行详细判别。工程实践表明,采用优质的填料能够减少路基的后期沉降,且有较高的安全储备,能保证路基稳定。国内外对高速铁路的路基沉降观测结果也表明,采用级配良好的粗颗粒填料可大大减少路堤的后期沉降,因此,只要能满足上述要求者才可作为高速铁路路堤填料。铁路路基填料的分类主要依据土类和小于0.075mm细颗粒含量两个指标来划分的,并考虑与压实要求相关性质和适用条件分成A、B、C、D、E五个组,如表22-1中国铁路路基填料分类组别填料A组B组C组碎石类级配良好的碎石、含土碎石级配不好的碎石、含土碎石,细粒含量为15%-30％的土质碎石细粒含量大于30％的土质碎石砾石类级配良好的粗圆砾、粗角砾、细圆砾、细角砾,级配良好的含土粗圆砾、含土粗角砾、含土细圆砾、含土细角砾级配不好的粗圆砾、粗角砾、细圆砾、细角砾,级配不好的含土粗圆砾、含土粗角砾、含土细圆砾、含土细角砾、细粒含量为15%-30%的土质粗圆砾、土质粗角砾、土质细圆砾、土质细角砾细粒含量大于15‰30％的土质粗圆砾、土质粗角砾、土质细圆砾、土质细角砾砂类土级配良好砾砂、粗砂、中砂,含土砾砂、含土粗砂、含土中砂级配良好细砂,级配不好的砾砂、粗砂、中砂、细粒含量大于15％的含土砾砂,含土中砂,含土粗砂级配不好的细砂,含土细砂,粉砂细粒土低液限粉土,粉质黏土,黏土路基填料和压实质量也是控制路基沉降的一个方面,填料选择和压实质量控制不好,将会加大路基的工后沉降或路基与结构物之间的不均匀沉降。国内有关客运专线及高速铁路的规范已对无砟轨道路基填料及压实标准进行了严格的限定:基床表层采用级配碎石,基床底层采用A、B组填料或改良土;基床以下的路堤应优先选用A、B组填料和C组的块石、碎石、砾石类填料,当选用C组细粒土填料时应根据土源性质进行改良后填筑。设计施工中应严格限制填料粒径,特别是A、B组填料,个别线在施工过程中反映填料粒径过大(但满足规范要求的基床底层不大于10cm,基床以下不大于15cm),填料难以达到压实标准,建议基床底层填料粒径不大于5cm沿线土质较差地段宜首选远运粗粒土填筑路基,其次是物理改良和级配改良．应慎用少用化学改良土,化学改良土从经济效应、工期效应、环保效应等方面考虑都不宜大量采用,且填筑质量难以保证,化学改良土的水稳定性对路基本体压密沉降的影响程度很难预见。3.5经过地基设计来控制黄土路基沉降3.5.1桩网地基设计对在地基部分土体中设置的竖直向增强体”桩”是受力主体,与桩间土形成桩土加固区,承担上部荷载,并传递到下部较为坚硬的持力层上。在该加固区上部铺设含高强度土工合成材料的加筋垫层”网”,形成柔性拱区(上部与下部之间的柔性土拱过渡区)。桩网复合地基中的桩起承载作用,是力学要求;而高强度网则是结构要求,目的是调整桩土竖向荷载分担比与桩土应力比使桩—网—土协同作用,共同承担荷载以减小整体沉降及不均匀沉降。高速铁路典型的”桩网结构地基”体系主要由以下四部分共同组成:(1)上部路堤;(2)中间网垫层;(3)下部桩及桩间土;(4)下部桩土复合地基加固区下的天然软土层或持力层。其中的核心部分是桩和网。3.5.1.1CFG桩桩网复合地基CTG桩(CementFly．ashGravelPile)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．经过调整水泥掺量及配比,其强度等级在C15～C25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桩桩体材料能够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:经过在土体中打设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,减少了土体所承受的荷载,从而减少了土体的压缩量;经过CFG桩对土体的挤密作用及对桩周土体的脱水作用等,改进周围土体的颗粒大小及其物理力学性能指标;部分荷载经过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,并可经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,能够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2.5～3倍,由于经过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,当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,而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桩桩长能够从几米到20多米,而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40～75％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,它们主要是经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,能够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:①上部路堤填土;②网或由网组成的加筋土;③网与桩顶之间的砂石垫层;④桩土加固区;⑤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:①拱上路堤填土;②柔性拱区;③桩土加固区;④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,这种作用是经过界面摩阻力(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。①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,桩承受的荷载经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。②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,改进土的物理性质,抗液化能力也提高。③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。④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,最终达到改进地基土物理、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好的排水通道,孔隙水将沿着桩体向上排出,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4－1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能够看出,经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,经过现场试验得到两种情况下的Q—s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,L／B值越大,下卧层压缩变形量越小,总的沉降变形也越小;且当L／B=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①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。②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Q—s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