【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