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正文內(nèi)容

word版可編輯-某軟土地區(qū)鐵路線路路基設(shè)計精心整理doc(編輯修改稿)

2024-08-11 12:28 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 .........................................................................42參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................43致謝 ......................................................................................................................................44第 1 章 緒論 軟土的定義、特點與工程特性 軟土的定義及特點軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙 比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土。主要是由天然含水量大、壓縮性高、承載能力低的淤泥沉積物及少置腐殖質(zhì)所組成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復(fù)雜、各層之間物 理力學(xué)性質(zhì)相差較大等特點。 軟土的工程特征:(1)顏色以深色為主,顆粒成分以細(xì)顆粒為主,有機(jī)質(zhì)含量高;(2)天然含水量高,孔隙比大。含水量在 34%~72%之間,孔隙比在 ~ 之間,飽和度一般大于 95%,液限一般為 35%~60%,塑性指數(shù)為 13~30,天然容重在16~19kN/m3;(3)壓縮系數(shù)為 ,屬于高壓縮性土;?(4)透水性差。大部分軟土的滲透系數(shù)在 ;壓縮性高;8610cm/s?到(5)具有觸變性。一旦受到干擾,土的強(qiáng)度明顯下降,甚至呈流動狀態(tài);(6)抗剪強(qiáng)度低;軟土的抗剪強(qiáng)度與加荷速度及排水固結(jié)條件密切相關(guān);(7)流變性顯著其長期抗剪強(qiáng)度只有一般土質(zhì)抗剪強(qiáng)度的 40%~80% ;從這些物理、力學(xué)特性上可以看出,在軟土地區(qū)不宜建筑重型建筑物。對一般建筑物和鐵路路基基底應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施。 國內(nèi)外客運專線路基工程處理方法目前國內(nèi)主要的處理方法有:碾壓及夯實。換土墊層。排水固結(jié)。振密擠密。置換及拌入。土工聚合物??瓦\專線對軟土地基地段采用復(fù)合地基處理方式,如粉噴樁、水泥攪拌樁、鋼渣樁、碎石樁等,以減少地基沉降,提高地基剛度,同時在基床表層填筑級配碎石并壓實。國外主要的處理方法有:真空堆載聯(lián)合預(yù)壓技術(shù)。輕型填方施工法。加固填方施工法。使用土工織物處理軟土地基。凍結(jié)施工法和注入化學(xué)藥劑施工法。深層攪拌法。 國內(nèi)外軟土地基主要處理方法目前,國內(nèi)外工程中軟土地基處理方法主要包括密實法、換土墊層法、復(fù)合地基法、加筋法和灌漿法,其中密實法包括:堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、降水法、電滲法、靜力碾壓法、振動碾壓法、重錘夯實法、強(qiáng)夯法;換土墊層法又稱置換法,包括:粗粒填土墊層、細(xì)粒填土墊層;復(fù)合地基法包括:擠密碎石樁、干振碎石樁、砂樁、渣土樁、石灰樁、水泥土樁、CFG 樁、素混凝土樁;加筋法包括:土工織物、加筋土;灌漿法包括:壓力灌漿法等。砂井是利用各種打樁機(jī)具擊入鋼管,或用高壓射水、爆破等方法在地基中獲得按一定規(guī)律排列的孔眼并灌人中、粗砂形成砂柱。由于這種砂井在飽和軟粘土中起排水通道的作用,又稱排水砂井。砂井頂面應(yīng)鋪設(shè)墊層,以構(gòu)成完整的地基排水系統(tǒng)。砂井適用于軟土層厚度大于 5m 的軟基處理。最大有效處理深度 18m。比較常用的是袋裝沙井。CFG 樁(水泥粉煤灰碎石樁)是指用振沖、沖擊或水沖等方法在軟弱地基中成孔后,將水泥、粉煤灰、碎石、石屑(砂)加水拌和形成的混合料灌注壓入已成的孔中,形成較大直徑的樁體,從而與周圍軟土形成復(fù)合地基,它是近年來新開發(fā)的一種地基處理技術(shù)。 我國新建客運專線路基對軟土地基的要求為了滿足高速鐵路設(shè)計速度的要求,必須嚴(yán)格控制路基的工后沉降量,按照《時速300~350km 客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》 ,有砟軌道路基工后沉降量不應(yīng)大于 5cm,沉降速率應(yīng)小于 2cm/y,無砟軌道地段路基的工后沉降應(yīng)滿足扣減調(diào)整和線路豎曲線圓順的要求,工后沉降一般不應(yīng)超過扣件允許的沉降調(diào)高量 15mm。而軟土由于本身的大孔隙比和高壓縮性,路堤建成后,不僅沉降量大,而且持續(xù)時間長,按照以前的處理標(biāo)準(zhǔn),工后沉降是基本不滿足要求的。所以,對軟土地基的處理要更加嚴(yán)格,關(guān)鍵是要控制沉降和穩(wěn)定性,滿足規(guī)范的要求。 課題研究的主要內(nèi)容根據(jù)鐵路客運專線路基設(shè)計規(guī)范,充分考慮軟土地基的工程特點,設(shè)計滿足規(guī)范要求的軟土地區(qū)路基,對軟弱土層進(jìn)行加固地基處理,提出相應(yīng)的處理方案,對加固后的地基進(jìn)行穩(wěn)定性和工后沉降驗算,并在一定程度上對方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。本文主要采用 CFG 樁處理地基,對處理后地基進(jìn)行穩(wěn)定性檢算;應(yīng)用固結(jié)理論進(jìn)行沉降計算,并對工后沉降進(jìn)行分析。第 2 章 客運專線路基橫斷面設(shè)計 路堤橫斷面設(shè)計 斷面設(shè)計原始資料客運專線,設(shè)計速度 350km/h,軌道類型為重型。最小曲線半徑為 8000m。地質(zhì)條件:K551+460—K580+600 段均為松軟地基,必須考慮軟弱地基處理;沿線地下水發(fā)育,地表水豐富,大氣降水補(bǔ)給充足。路基面形狀應(yīng)為三角形,并設(shè)計為由路基面中心向兩側(cè)有 4%的橫向排水坡。選擇三個斷面分別位于直線、緩和曲線、圓曲線進(jìn)行斷面設(shè)計。 路肩寬度設(shè)定路肩雖不直接承受列車荷載作用,但它對保證路基受力部分的穩(wěn)定十分重要,路肩寬度取決于以下幾個因素:(1).路基穩(wěn)定的需要,特別是浸水以后路堤邊坡的穩(wěn)定性;(2)養(yǎng)護(hù)維修的需要;(3)保證行人的安全,符合安全退避的要求;(4)為路堤壓密與道床邊坡坍落留有余地。我國鐵路客運專線路肩寬度確定為兩側(cè)均為 。 邊坡坡率依據(jù)軟土路基規(guī)范[16]規(guī)定,設(shè)計整個路堤上部邊坡坡率設(shè)為 1:,下部反壓護(hù)道坡率設(shè)為 1:,反壓護(hù)道與路堤設(shè)計連接處設(shè)置反壓護(hù)道平臺,寬度設(shè)為 2m。 填料選擇基床表層填料選用級配碎石。鐵路客運專線路基基床底層填料只能使用 A、B 組填料或改良土,設(shè)計中選用 A 組填料;基床以下路堤應(yīng)選用 A、B 組填料和 C 組碎石類、礫石類填料,設(shè)計中采用 B 組填料。 線間距由于高速列車運行時會產(chǎn)生列車風(fēng),相鄰線路高速列車相向運行所產(chǎn)生的空氣壓力沖擊波易振碎列車的玻璃,旅客感到不舒服,甚至影響列車運行的平穩(wěn)性,因此高速線路的線間距較普通鐵路有所增大,確定線間距標(biāo)準(zhǔn)是個靈活性相當(dāng)大的問題,線間距窄,會車壓力波大,對機(jī)車車輛的設(shè)計和制造提出了很高的要求,但可以節(jié)省土建工程投資。根據(jù)我國鐵路客運專線線間距根據(jù)所采用機(jī)車車輛類型、運行速度等因素確定為 。 路基面寬度確定根據(jù)鐵路客運專線路基設(shè)計規(guī)范的要求,雙線鐵路直線地段路基面寬度為 ,曲線半徑為 8000m 時,圓曲線地段路基面外側(cè)加寬值 ,曲線加寬值應(yīng)在緩和曲線內(nèi)漸變。因此,確定圓曲線地段路基面寬度為 ,緩和曲線地段路基面寬度為 。 排水溝設(shè)計依據(jù)客運專線鐵路路基設(shè)計規(guī)范設(shè)計坡腳排水溝。排水溝的平面布置,必須結(jié)合地形等自然條件,因勢利導(dǎo),平面上力求短捷平順,以直線為宜,必須轉(zhuǎn)向時,盡量采用較大半徑,徐緩改變方向,保證水流舒暢。排水溝一般底寬為 ,深 。排水溝至坡腳應(yīng)該有一定的距離,這一位置稱為天然護(hù)道,其寬度一般不小于 2m,設(shè)護(hù)道是為了使水溝或坑內(nèi)的水不影響路堤的穩(wěn)定性。 基床厚度客運專線一般采取基床厚度表層 ,基床底層厚度 ,本設(shè)計路堤厚度采用。 直線地段路基橫斷面設(shè)計根據(jù)現(xiàn)行有關(guān)鐵路路基設(shè)計規(guī)范,直線地段路基面寬度取 ,路堤填土高度按6m 設(shè)計,邊坡坡度取 1:,按照規(guī)范基床表層厚度取值 ,應(yīng)在路基基床表層增設(shè)5~10cm 瀝青混凝土防排水層,表層總厚度不變,基床底層取厚度 ,基床表層填筑級配碎石,基床底層填料只能用 A、B 組填料或改良土。基床以下路堤應(yīng)優(yōu)先選用 A、B 組填料和 C 組碎石、礫石類填料,當(dāng)選用 C 組細(xì)粒土填料時,應(yīng)根據(jù)填料性質(zhì)進(jìn)行改良后填筑。為有利于自然降水的排出,基床表層和基床底層應(yīng)沿線路中心線向兩側(cè)設(shè)置 4%的排水橫坡。直線地段路基橫斷面圖見附錄 B 中 01 圖紙。 圓曲線地段路基橫斷面設(shè)計在曲線地段,由于曲線軌道的外軌設(shè)置超高,外側(cè)道床加厚,道床坡腳外移,故曲線外側(cè)的路基面應(yīng)予加寬。其加寬值可按各級鐵路的最大允許超高計算確定。曲線外側(cè)路基面的加寬量應(yīng)在緩和曲線范圍內(nèi)向直線遞減。圓曲線地段線路路基頂面需要加寬值由參考文獻(xiàn)[1]查得,Ⅰ級鐵路、半徑 8000m 圓曲線外側(cè)路基頂面需加寬 ,即圓曲線的路基頂面寬度為 ,其它尺寸與直線段相同。曲線地段路基頂面加寬計算公式為: 22ABWbc???? (21)式中, A――道床頂面寬度; Δ――道床頂面加寬值; b――道床邊坡在水平面上的投影長度; c――路肩設(shè)計寬度; B――標(biāo)準(zhǔn)路基頂面寬度。曲線地段橫斷面圖見附錄 B 中 01 圖紙。 緩和曲線段路基橫斷面設(shè)計在鐵路線路上,緩和曲線的主要作用:過渡超高、過渡曲率、過渡加寬。路基面加寬值,從曲線直緩點到緩圓點之間呈線性變化。本設(shè)計緩和曲線段的設(shè)計加寬值取為圓曲線地段加寬值的一半(即 ) 。緩和曲線的路基面寬度為 ,其他尺寸與直線地段相同。緩和曲線地段橫斷面圖見附錄 B 中 01 圖紙。第 3 章 客運專線軟土地基處理軟土是淤泥和淤泥質(zhì)土的總稱,它是在靜水和非常緩慢的流水環(huán)境中沉積,經(jīng)生物化學(xué)作用形成的土。在鐵路客運專線中,軟土路基在列車和軌道荷載在作用下,承載力低、不均勻變形大,且變形穩(wěn)定歷時較長在比較深厚的軟土層上,路基沉降往往持續(xù)數(shù)年或更長時間。因此,要保持地基穩(wěn)定,保證路基具有足夠的承載能力,不致產(chǎn)生過大沉降變形,就必須對軟土地基進(jìn)行加固處理。 軟土路基常用的處理方法軟土地基處理方法有很多種,常用的有換土墊層法、強(qiáng)夯法、復(fù)合地基、排水固結(jié)法、化學(xué)加固法和土工合成材料等。排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成的。排水系統(tǒng)包括豎向排水體(普通砂井,袋裝砂井、塑料排水板帶)和水平排水體(砂墊層) 。加壓系統(tǒng)包括堆載法、真空法、降低地下水位法、電滲法、聯(lián)合法等。復(fù)合地基法又包括散體樁復(fù)合地基(碎石樁、渣土樁、砂樁) ,一般粘結(jié)強(qiáng)度樁復(fù)合地基(灰土樁、石灰樁、水泥土樁、夯實水泥土樁) ,高粘結(jié)強(qiáng)度樁復(fù)合地基(CFG 樁、素混凝土樁、碎石壓力灌漿樁) 。 袋裝砂井法 袋裝砂井的概念袋裝砂井,就是事先將柔性編織物按地基加固深度做成長袋,在地面上灌砂后放入孔中,或?qū)⒖沾湃肟字腥缓笥脡嚎s空氣灌砂,其中砂井使用含泥量小于 3%的砂粘土在地面上搭架灌入砂袋,成孔后放入孔中,砂袋高出地面 30cm,再鋪一層 30cm 厚的砂墊層,最后鋪土工格柵。其原理是土體的孔隙水通過袋裝砂井豎向排至路基表面,再經(jīng)設(shè)置砂墊層作為橫向排水通道將水排至路基邊溝。排水固結(jié)法是處理軟土地基的有效方法之一,它可以解決沉降與穩(wěn)定問題,使地基的沉降在加載預(yù)壓期間基本完成,減少工后沉降量,提高了路基質(zhì)量,現(xiàn)在工程中多采取袋裝砂井、砂墊層和土工格柵配合使用來加固軟土地基。袋裝砂井是近年來豎向排水井工藝的發(fā)展,是砂井排水法的延續(xù)。根據(jù)固結(jié)理論,砂井的直徑越大,間距越密,對某一固結(jié)度而言所需的時間越短,或者某一時間內(nèi)所達(dá)到的固結(jié)度越大。在同一井徑的情況下,砂井間距減少一半,固結(jié)時間約縮短 3 倍;同一間距條件下,井徑增大一倍,固結(jié)時間約只減少三分之一。因此,縮短間距比增大井徑對加速固結(jié)的效果更好,所以應(yīng)采用“細(xì)而密”的原則布置砂井。 袋裝砂井的設(shè)計優(yōu)點首先袋裝砂井的直徑細(xì)小,用砂量少,其費用約為普通砂井的 40%,造價低廉。并且由于編織袋是一個整體,能保證砂井的連續(xù)性和密實性,不會因地基變形而切斷,使用效果良好。其次沙井直徑細(xì)小,施工時對土層擾動小。另外由于砂井?dāng)嗝嫘。亓枯p,減少施工設(shè)備的重量,提高了施工效率。 袋裝砂井的設(shè)計 袋裝砂井直徑的確定砂井直徑一般為 7~12cm,本設(shè)計中取砂井直徑為 7cm。 袋裝砂井間距的確定為滿足地基排水固結(jié)的要求,沉降過程中不易被截斷和被周圍土淤塞,一般要求袋裝砂井的直徑在 7~10cm。井徑比 n 范圍 15~30 見文獻(xiàn)[4]。根據(jù)“細(xì)而密”原則,砂井直徑取 7cm。井徑比公式為: (31)de/w=式中,de――有效排水范圍內(nèi)等效圓直徑(cm);dw――沙井直徑(cm)。井距是指兩砂井中心間的距離,砂井間距為 ~。井距應(yīng)保證在給定的施工期限內(nèi)達(dá)到要求的地基固結(jié)度,使路堤安全填筑。因為縮短間距比增加井徑對加速固結(jié)的效果更好,本設(shè)計砂井間距采用 。砂井的平面布置有兩種形式:正方形和三角形排列。在設(shè)計中采用三角形布置,砂井的有效排水范圍為三角形,在實際計算中,砂井的有效影響范圍看作一等體積的等效圓柱體。等效直徑 de 與砂井間距 S 的關(guān)系式: (32)=de等效圓直徑和砂井間距分別是 和 。根據(jù)式(31)得井徑比為 ,滿足范圍要求。3/?n 袋裝砂井長度的確定路堤以下的軟粘土層厚 15m,假設(shè)砂井剛好穿過軟粘土層,取定砂井長度為 15m。 袋裝砂井的平面布置及砂墊層砂井的平面布置,采用等邊三角形的較多,這種
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