軟土地基設計畢業(yè)設計

1、目錄摘 要3abstract4第1章 緒論51.1 軟土的定義類型成因及工程性質51.1.1 軟土的定義51.1.2 軟土的類型51.1.3 軟土的成因61.1.4 軟土的工程性質61.2 軟土地基處理的意義71.3 主要軟土地基處理方法簡介71.4 課題的主要研究內容9第2章 路基橫斷面的設計112.1 線間距112.2 路肩寬度112.3 路基面寬度112.4 基床厚度和路堤厚度確定122.5 邊坡坡率122.6 填料選擇122.7 路基橫斷面圖12第3章 軟土地基處理143.1 cfg樁復合地基法143.1.1 概述143.2. cfg樁設計計算143.2.1 確定樁長143.2.2 確

2、定樁徑143.3 確定樁間距143.4 確定天然地基承載力153.5 計算單樁承載力153.6 計算復合地基承載力標準值153.7 褥墊層厚度及材料的選用163.8cfg樁施工173.8.1施工準備173.8.2 cfg樁振動沉管灌注施工。17不得造成樁頂設計標高以下的樁體斷裂和擾動樁間土。183.9 袋裝砂井處理軟土地基施工方案設計193.9.1 袋裝沙井處理地基原理193.9.2 袋裝砂井的優(yōu)點193.9.3 袋裝砂井的設計計算193.9.4 袋裝砂井的施工工藝22施工流程：223.10 袋裝沙井與cfg樁處理方法的比較233.10.1原理233.10.2 墊層233.10.3 時間上23

3、3.10.4 綜合比較23第4章 天然地基的沉降計算244.1設計資料244.2沉降理論244.3 地基土分層254.4 計算土的附加應力254.5 計算各分層沉降及總沉降量28第5章 路基穩(wěn)定性檢算295.1 概述295.2 條分法的概念305.2.1條分法305.2.2圓弧滑動條分法305.3 滑動面圓心輔助線的確定315.3.136法確定圓心輔助線315.4 滑動面計算點的確定325.5 穩(wěn)定系數計算325.5.1 參數的選取325.5.2穩(wěn)定系數計算32第6章 cfg樁復合地基工后沉降計算346.1 cfg樁復合地基工后沉降計算346.2 路基工后沉降366.2.1 工后沉降產生的原因

4、366.2.2 減少工后沉降的措施37第7章 路基基床表層加固及坡面防護設計387.1 路基基床表層加固387.1.1基床結構387.1.2 基床表層的作用387.1.3 基床表層厚度387.1.4 基床表層填料397.1.5 基床表層加固措施407.2 路堤坡面防護407.2.1 路堤坡面防護常見形式：417.2.2 沖刷防護42第8章 路堤施工方案458.1 路堤填料改良土施工方案458.1.1改良土的施工目的是要得到一個摻入料劑量符合規(guī)定。458.1.2 改良施工工藝分類458.2基床表層施工工藝流程及技術要求468.2.1主要機械設備配置468.2.2施工方法及工藝468.3 基床表層

5、級配碎石或級配砂礫石壓實度保證措施48第9章 軟基路堤施工監(jiān)測509.1 軟基路堤施工監(jiān)測的原則509.2 軟基路堤施工監(jiān)測的目的509.3 軟基路堤施工監(jiān)測應注意的問題519.4 軟基路堤施工監(jiān)測測量儀具519.4.1非電測式519.4.2電測式529.5 控制點的布設與觀測529.5.1 水準點的布設529.5.2 監(jiān)測斷面及沉降觀測點布置539.6 地表沉降觀測539.6.1 沉降觀測的精度指標及頻率539.6.2水準測量的精度與方法539.7 土體內部沉降觀測549.7.1 用分層沉降儀測分層沉降549.7.2 用剖面儀測剖面沉降54第10章 總結和展望5510.1 總結與展望55參考

6、文獻56致謝57摘 要本文為軟土地基設計。首先,主要分析了軟土的概念、成因、工程性質。其次根據現有資料確定參數，設計路堤橫斷面，選擇最不穩(wěn)定的橫斷面進行穩(wěn)定性分析。再次,根據軟土地基的工程性質,分別用袋裝砂井、cfg樁對軟土地基處理的處理方案進行設計,對這兩種處理方案進行技術經濟比較后,選擇cfg樁處理軟土地基。然后,采用條分法和分層總和法對路基分別進行穩(wěn)定性檢算和沉降計算,并提出減少工后沉降的措施。然后,對路基進行基床表層加固和坡面防護設計,最后提出路堤填筑方案和變形監(jiān)測方案。通過分析計算得出結論,設計方案和施工方法是比較合理的。關鍵詞：客運專線 軟基處理 穩(wěn)定性分析 沉降計算 變形abst

7、ractthis design for the soft soil foundation. firstly, the paper analyzes the concept of soft soil, reasons, engineering properties. secondly, according to the existing material parameters design embankment, choosing the most unstable transverse stability analysis of the cross. again, according to t

8、he engineering properties of soft soil foundation with sand bags, and cfg pile soft soil foundation treatment for the treatment of these two kinds of design scheme for technical and economic comparison, choose cfg pile soft soil foundation. then, using the method of subgrade delamination summation-m

9、ethod and stability, and separately calculated, and reduce subsidence of post-construction settlement measures. then, the bed surface of roadbed reinforcement and slope protection design, and finally puts forward solutions and deformation monitoring road embankment.through the analysis and conclusio

10、ns design and construction method is more reasonable.keywords: passenger special line of soft foundation stability analysis of subsidence deformation monitori 第1章 緒論1.1 軟土的定義類型成因及工程性質1.1.1 軟土的定義軟土又稱淤泥類土或有機類土，一般是指主要由細粒土組成的孔隙比大（e1.0）天然含水量大于或等于液限壓縮性高（壓縮系數0.1-0.20.5mpa-1）強度低（不排水抗剪強度小于30kpa）和具有靈敏結構性的土層。是

11、一種結構疏松軟弱，顏色呈灰、灰藍灰綠和灰黑的黏性土。1.1.2 軟土的類型表1-1 我國軟土類型類 型厚度（m）特征分布概況 濱 海 沉 積濱海相60200面積廣，厚度大，常有夾砂層，極疏松，透水性較強易于壓縮固結沿 海 地 區(qū)三角洲相560分選性差，結構不穩(wěn)定，粉砂薄層多，又叫錯層理，不規(guī)則尖滅層及透鏡體瀉湖相260顆粒極細，孔隙比大，強度低，常夾有薄炭泥層 溺谷相顆粒極細，孔隙比大，結構疏松，含水量高分布范圍較窄湖泊沉積湖相525粉土顆粒占主要成分，層里均勻清晰，泥炭層多是，透鏡體，但分布不多，表層多有小于5m的硬殼洞庭湖太湖鄱陽湖洪澤湖周邊，古云夢澤邊緣地帶河灘沉積河漫灘相 牛軛湖相20

12、成層情況不均勻，以淤泥軟黏土為主，含砂與泥炭夾層長江中下游珠江下游及河口淮河平原松遼平原谷底沉積谷地相10呈片狀帶狀分布，靠山淺，靠谷中心深，谷底有較大的橫向坡，顆粒由山前到谷中心逐漸變細西南南方山區(qū)或丘陵地區(qū)1.1.3 軟土的成因我國沿海地區(qū)內陸平原山區(qū)盆地及山前谷地，分布有各類淤泥類土。沿海沉積的淤泥類土，分布廣，厚度大，土質疏松衰弱，大致可有四種成因類型：（1）瀉湖相沉積，主要分布于浙江溫州寧波等地。地層較單一，厚度大，分布范圍廣，常形成海濱平原。（2）溺谷相沉積，主要分布于福州市閩江口地區(qū)。表層為耕土和人工填土，以及較薄的（25m）致密黏土和亞黏土，以下便為厚515m的高壓縮型低強度的

13、淤泥類土。（3）濱海相沉積，主要分布于天津的塘沽新港和江蘇連云港等地區(qū)。表層為35m厚的褐黃色亞黏土，以下便為厚達數十米的淤泥類土，常夾有黏土和粉砂交錯形成細微帶狀構造的粉砂薄層或透鏡體。（4）三角洲相沉積，主要分布于長江三角洲、珠江三角洲等地區(qū)，屬海陸相交替沉積，軟土層分布寬闊，厚度均勻穩(wěn)定，因海流與波浪作用，分選程度較差，多交錯斜層理或不規(guī)則透鏡體夾層。內陸和山區(qū)湖盆地沉寂的淤泥類土，分部零星，厚度較小，性質變化大。主要有三類：（1）湖相沉積，主要分布于滇池洞庭湖等地區(qū)顆粒微細均勻，富含有機質，層較厚，一般不夾或很少夾砂層，常有厚度不等的泥炭夾層或透鏡體。（2）河流漫灘相沉積，主要分布于長

14、江松花江中下游河谷附近。淤泥類土常夾于上層亞砂土亞黏土之中，呈帶狀或透鏡體，產裝厚度變化大，一般厚度小于10m，下層常為砂層。這種淤泥類土為局部淤積，成分厚度和性質變化較大。（3）牛軛湖相沉積，與湖相沉積相近，但分布較窄。且常有泥炭夾層，一般呈透鏡體埋藏于一般沖積層之下。1.1.4 軟土的工程性質(1)軟土的靈敏度高，靈敏度一般在2-10之間，有時大于10，并具有顯著的流變特性。(2)滲透系數小，一般在110-4110-8cm/s之間。沉降速度慢，固結完成所需時間長。而大部分淤泥和淤泥質土地區(qū)，由于該土層中夾有數量不等的薄層或極薄層粉砂、細砂、粉土等，故在垂直方向的滲透性比水平方向要小。(3)

15、壓縮性高，淤泥和淤泥質的壓縮系數一般為0.71.5mpa-1，最大達4.5mpa-1，且隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。(4)抗剪強度低，軟土的快剪黏聚力小于10kpa，快剪內摩擦角小于5度，固結快剪的強度略高，凝聚力小于15kpa，內摩擦角小于10度。(5)含水量高淤泥和淤泥質土的含水量多為50%70%，液限一般為40%60%，天然含水量隨液限的增大而增加。(6)孔隙比大天然軟土的孔隙比往往要比同一垂直壓力下的重塑土的孔隙比高出0.20.4。（7）具有觸變性由于軟土的結構性在其強度的形成中占據相當重要的地位，所以觸變性也是軟土的一個突出特點。軟土的觸變性是指土體強度因受擾動而降低，又因

16、靜置而增長的特性。軟土中因打樁擾動引起孔隙壓力增加，隨后因孔隙壓力消散而引起地面沉降和負摩擦的問題早就有人研究過。曾有文獻報道了打樁后，軟土的十字板強度平均降低6kpa。這些現象也充分說明保護天然軟粘土結構性具有重要意義。1.2 軟土地基處理的意義現如今我國鐵路已經不能滿足經濟社會發(fā)展對運輸的需求，根據鐵道部運輸局副局長蘇順虎的敘述：2007年，我國鐵路全路每天的用車滿足率僅35%左右，而近年來我國煤炭、電力以及建材等大宗物資運輸需求旺盛，0307年全國鐵路貨運發(fā)送量年均增長8.7%，低于全國gdp 增幅以及煤炭、鋼鐵產業(yè)和發(fā)電量的增幅。我國鐵路運輸已經成為亟待解決的全國性問題，已經不能滿足經

17、濟快速發(fā)展的需求。這一問題的解決途徑，除了提高現有線路的運輸效率之外，增加鐵路建設也是迫在眉睫。而我國地域遼闊，從沿海到內陸、山區(qū)到平原，分布著各種各樣的地基土。這些地基土中，不少為軟弱土和不良土。其中，軟粘土地基是在工程實踐中遇到最多而需要進行人工處理的不良地基。軟土廣泛分布在我國東南沿海、環(huán)渤海和部分內陸地區(qū)，這些地區(qū)的許多工業(yè)與民用建筑、公路、鐵路、港口碼頭和水利等工程常常不得不興建在軟粘土地基上。因此，對軟粘土的深入研究具有重要的現實意義。1.3 主要軟土地基處理方法簡介軟土路基在路橋建設領域非常多見，軟基處理已成為鐵路建設的一個技術難關，是工程造價的重要組成部分，以下是鐵路軟土路基施

18、工的幾種常用加固及處理方法。1 軟土路基常用加固方法當路堤經穩(wěn)定驗算或沉降計算不能滿足設計要求時，必須對軟土地基進行加固。加固的方法很多，常用的方法有以下幾種：（1）砂井: 砂井是利用各種打樁機具擊入鋼管，或用高壓射水、爆破等方法在地基中獲得按一定規(guī)律排列的孔眼并灌入中、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。砂井頂面應鋪設墊層，以構成完整的地基排水系統。砂井適用于軟土層厚度大于5m時，最大有效處理深度18m。（2）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，

19、形成較大直徑的樁體，從而與周圍軟土形成復合地基，它是近年來新開發(fā)的一種地基處理技術。（3）水泥攪拌樁是一種應用較廣泛的地基加固方法,根據水泥水化的化學機理，其施工工藝主要有兩種:一種稱為，先在地面把水泥制成水泥漿,然后送至地下與地基土攪和,待其固化后,使地基土的物理力學性能得到加強;另一種，采用壓縮空氣把干燥,松散狀態(tài)的水泥粉直接送入地下與地基土拌和,利用地基土中的孔隙水進行水化反應后,再行固結,達到改良地基的目的。目前我國水泥攪拌樁施工較多采用噴漿工藝。（4）土工格柵是在聚丙烯（pp）或高密度聚乙烯（hdpe）板上打孔，然后加熱進行單向或雙向拉伸，提高高分子鍵的定向排列性，從而得到高強、低延

20、伸的補強材料。它與過去用擠壓成型hdpe熱焊成網相比較，抗拉強度為后者的510倍，初期接線變形系數是410倍，而破壞時的應變只有10%15%.土工格柵在抗化學藥品性、耐腐蝕性等方面都較好，但存在紫外線照射易老化或使用溫度限制（-50+80）等問題。在材料中摻入碳黑后，能提高其耐候性（5）塑料排水板: 塑料排水板是帶有孔道的板狀物體， 插入土中形成豎向排水通道。避免路基外側地表及地下水進入路基范圍，當填筑路基時，荷載作用于軟基，地下水由于受擠壓和毛細作用沿塑料排水板上升至砂墊層內，由砂墊層向兩側排出，從而提高基底承載力。因其施工簡單、快捷，應用較為廣泛。最大有效處理深度18m。（6）袋裝砂井:

21、井徑對固結時間的影響沒有井距那樣敏感。但一般砂井如果井徑太小，既無法施工，也無法防止因地基變形而斷開失效。因此，現在廣泛采用網狀織物袋裝砂井，其直徑僅8cm左右，比一般砂井要省料得多，造價比一般砂井低廉，且不會因施工操作上的誤差或地基發(fā)生水平和垂直變形而喪失其連續(xù)性。最大有效處理深度18m。（7）排水砂墊層: 排水砂墊層是在路堤底部地面上鋪設一層較薄的砂層。主要就是將軟基中地下水排至路基兩側，以利地基穩(wěn)定，并且有效防止彈簧現象向上反射。（8）土工織物鋪墊: 在軟土地基表層鋪設一層或多層土工織物，可以減少路堤填筑后的地基不均勻沉降，又可以提高地基的承載能力，同時也不影響排水。對于淤泥之類高含水量

22、的超軟弱地基，在采用砂井及其他深層加固法之前，土工織物鋪墊可作為前期處理，以提高施工的可能性。（9）預壓: 在軟土地基上修筑路堤，如果工期不緊，可以先填筑一部分或全部，使地基經過一段時間固結沉降，然后再填足和鋪筑路面。最大有效處理深度30m。（10）擠實砂(碎石)樁: 擠實砂樁是以沖擊或震動的方法強力將砂、石等材料擠入軟土地基中，形成較大的密實柱體，提高軟土地基的整體抗剪強度，減少沉降。最大有效處理深度20m。（11）旋噴樁: 是用于加固飽和軟粘土地基的一種技術，它利用水泥作為固化劑，通過工程鉆機，將旋噴注漿管置入預定的地基加固深度，通過鉆桿旋轉，徐徐上升，將預先配制好的漿液，以一定的壓力從噴

23、嘴噴出，沖擊土體，使土和漿液攪拌成混合體，經過物理化學作用生成一種特殊的、且有較高強度、較好變形特性和水穩(wěn)性的混合柱體，對提高軟土地基承載力、減少地基的沉降量有明顯效果，是一種人工復合地基。最大有效處理深度20m。（12）換土: 采用人工或機械挖除路堤下全部軟土，換填強度較高的黏性土或砂、礫、卵石、片石等滲水性材料，最大有效處理深度3m。（13）反壓護道: 反壓護道是在路堤兩側填筑一定寬度和一定高度的護道。其利用力學平衡以保持路基的穩(wěn)定。軟基處理施工技術難度較大，質量要求高，如掌握不好，極易出現偏差且因其為隱蔽工程。以上介紹的幾種工地常用的處理軟土基礎的方法，還要根據工程施工環(huán)境與地質情況、項

24、目等級與工期要求、成本控制等因素采取不同的處理方案，有時幾種方法可以交替或一起使用。1.4 課題的主要研究內容根據鐵路客運專線路基設計規(guī)范，充分考慮軟土地基的工程特點，設計滿足規(guī)范要求的軟土地區(qū)路堤，分析軟土地基的特點，提出軟土地基的處理措施，設計兩種(袋裝砂井、水泥攪拌樁、土工格柵（土工格室）、cfg樁等)能夠滿足客運專線工后沉降要求的處理方案，并進行經濟技術比較，選擇其中一種方案進行路基穩(wěn)定性檢算和工后沉降計算，分析路基工后沉降產生的原因，提出為減少路基工后沉降應該采取的措施，設計基床表層加固防護方案，設計路堤坡面防護方案，熟悉路堤填料的改良方案和路基基床表層的填筑工藝，設計路基變形檢測方

25、案，包括所用儀器，布點方案，測試頻次。本文主要采用cfg樁處理地基，對處理后地基進行穩(wěn)定性檢算；應用固結理論進行沉降計算，并對工后沉降進行分析。第2章 路基橫斷面的設計2.1 線間距由于高速列車運行時會產生列車風，相鄰線路高速列車相向運行時所產生的空氣壓力沖擊波易震碎車窗玻璃，使旅客感到不適，甚至影響列車運行的平穩(wěn)性，故高速線路的線間距較普通鐵路有所增大。其大小取決于機車車輛幅寬、軌距、高速列車相遇產生的風壓以及考慮將來鋪設度線道岔等條件。我國京滬高速設計速度350km/h，同時考慮到機車類型等，線間距采用5.0m。本設計初步設計為線間距為5m。2.2 路肩寬度路肩雖不直接承受列車荷載作用，但

26、它對保證路基受力部分的穩(wěn)固十分重要。路肩寬度選擇同時滿足敷設接觸網支柱，安放通信信號設備，埋設必要的線路標志，通行養(yǎng)路機具等要求。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)滿足養(yǎng)護維修的需要。(3)保證行人的安全，符合安全退避距離的要求。(4)為路堤壓密與道床邊坡坍落留有余地。我國京滬高速鐵路路肩寬度亦根據所采用的機車外形車輛幅寬列車長度，參考其他國家的資料考慮了上述要求后，提出路基兩側均為1.4m的標準。2.3 路基面寬度(1)直線地段路基面寬度此設計為雙線客運專線， 以京滬高鐵為背景，采用路堤寬度13.8m。(2)曲線地段路基面加寬值曲線地段路

27、基面加寬值應在曲線外側按下表2-1的數值加寬。曲線加寬應在緩和曲線內漸變。表2-1 曲線地段路基面加寬值曲線半徑（m）路基外側加寬值（m）續(xù)表曲線半徑（m）路基外側加寬值（m）11000140000.37000110000.4550070000.52.4 基床厚度和路堤厚度確定在我國客運專線一般采取基床厚度表層0.7m，基床底層厚度2.3m，本設計路堤厚度采用5.8m。2.5 邊坡坡率依據軟土路基規(guī)范16規(guī)定，設計整個路堤上部邊坡坡率設為1:1.5，下部反壓護道坡率設為1:1.75，反壓護道與路堤設計連接處設置反壓護道平臺，寬度設為2m。2.6 填料選擇基床表層填料選用采用級配碎石，基床底層填

28、料選用a、b組填料或改良土，路堤底層采用a、b、c組填料。2.7 路基橫斷面圖曲線軌道的外軌設置超高、外側道床加厚、道床坡腳外移，故曲線外側的路基面應予加寬，其加寬值按各級鐵路的最大允許超高值計算。曲線外側路基面的加寬量應在緩和曲線范圍內向直線遞減。雙線路基面的加寬值處考慮單線加寬值以外，還應根據雙線間距、外軌超高、道床厚度、及其坡度路拱形狀等。本設計采用三個具有代表性的橫斷面來說明一下，路基橫斷面寬度在直線段采用13.8m，在緩和曲線采用14.0m，在圓曲線采用14.2m。路基橫斷面示意圖見圖2-1所示，具體布置見附錄b圖01。圖2-1直線段橫斷面圖圖2-1 直線橫斷面圖圖2-2緩和曲線橫斷

29、面圖圖2-3圓曲線橫斷面圖第3章 軟土地基處理3.1 cfg樁復合地基法3.1.1 概述cfg樁是由碎石、石屑、粉煤灰摻適量水泥加水拌合，用振動沉管打樁機或其它成樁機制成的一種具有一定粘結強度的樁。樁體材料為碎石，石屑等中等粒徑骨料，可改善級配。粉煤灰作為細骨料，可以和低強度水泥作用。cfg樁是在碎石樁的基礎上發(fā)展起來的，從嚴格意義上來說，應該是一種半柔半鋼性樁。是近年來發(fā)展起來加固軟土地基的一種新方法。但它又不同于碎石樁，碎石樁在荷載作用下將會產生鼓脹變形，當樁周土為強度較低的軟粘土時，樁體易產生鼓脹破壞，而cfg樁是一種低強度混凝土樁，可充分利用樁間土的承載力，共同作用，具有較好的技術性能

30、和經濟效果。3.2. cfg樁設計計算3.2.1 確定樁長從地質條件和土的物理力學指標可以看出，路堤標高15m以下為砂粘土，厚度為12m，是較理想的樁端持力層，設計時把cfg樁端落在這一層上，樁長初步確定為15m。3.2.2 確定樁徑樁徑取決于設計時所選用的施工設備，一般設計樁徑為350400mm，本設計中初步定為400 mm。3.3 確定樁間距一般樁間距s=(35) d，樁間距的大小取決于設計要求的復合地基承載力和變形、土性與施工機具。在樁長、樁徑確定后，計算樁間距之前需確定天然地基承載力標準值、計算單樁承載力和計算復合地基承載力標準值。3.4 確定天然地基承載力由路堤標高可以看出，路堤基底

31、落在亞粘土層層，該層承載力標準值為90 kpa。3.5 計算單樁承載力查文獻7中的附表1確定各土層cfg樁的極限側阻力標準值 亞粘土：50 kpa 軟土：20 kpa 粘土：66 kpa樁端落在砂粘土層上，極限端阻力標準值取2000 kpa。單樁承載力標準值可按式 （3-1） (3-2)式中，cfg樁單樁承載力標準值，kn；樁的周長，m； 第i層土與土性和施工工藝有關的極限側阻力標準值，kpa； 第i層土厚度，m；與土性和施工工藝有關的極限端阻力標準值，kpa；k安全系數，取2.0； cfg單樁截面面積，m。 （3-3） （3-4）kn3.6 計算復合地基承載力標準值復合地基承載力標準值可由下

32、式(3-5)計算： （3-5）式中，復合地基承載力標準值，kpa；天然地基承載力標準值，kpa；面積置換率；cfg單樁截面面積，m； 樁間土提高系數， 為加固后樁間土承載力標準值，取1.0；樁間土強度發(fā)揮系數，宜按地區(qū)經驗取值，無經驗時可取=0.750.95，取0.9； cfg樁單樁承載力標準值，kn。樁間距初步設為1.4m，布樁形式采用正方形。 （3-7）式中， cfg單樁截面面積，m； cfg單樁影響面積，m。kpa3.7 褥墊層厚度及材料的選用褥墊層技術是cfg樁復合地基的一個核心技術，復合地基的許多特性都與褥墊層有關，褥墊層有如下作用：(1)保證樁、土共同承擔荷載剛性樁復合地基通過設置

33、褥墊層，在上部荷載作用下，樁體一定程度“刺入” 褥墊層中，使樁間土充分發(fā)揮作用，保證樁、土共同承擔荷載。如不設置褥墊層，在樁體沉降很小的情況下，上部荷載主要由樁體本身承擔，與樁基可作用機理相近，樁間土不能充分發(fā)揮作用。(2)調整樁、土應力比隨著褥墊層厚度的增加，復合地基樁、土應力比變小，直至接近于1。(3)減少基礎底面的應力集中當不設褥墊層或褥墊層較薄時，樁對基礎的應力集中很顯著，需要考慮樁對基礎的沖切破壞；當褥墊層厚度大到一定程度時，基礎反力接近于天然地基的反力分布，已不存在基礎底面的應力集中，無需考慮樁對基礎的沖切破壞。(4)調整樁、土水平荷載的分擔剛性樁復合地基不設置褥墊層時，水平荷載主

34、要由樁來分擔，隨著褥墊層的設置和增厚，樁枯承受的水平荷載逐漸減小。當褥墊層厚度大到一定程度時，水平荷載主要由樁間土來承擔，這樣樁體發(fā)生水平折斷的可能性就很小，在復合地基中失去工作能力的機會就很小。褥墊層的合理厚度為5060cm，一般為路基填高的10%20%，褥墊層材料宜采用中砂、粗砂、級配碎石或碎石等，最大粒徑不宜大于30cm，本設計中褥墊層厚度取50cm。褥墊層材料采用中砂。最終施工參數確定為：cfg樁直徑：500mm；cfg樁長：15m；間距排距：1.4m1.4m；每排cfg樁數：2223根；褥墊層厚度：50cm。3.8cfg樁施工3.8.1施工準備（1）核查地質資料，結合設計參數，選擇合

35、適的施工機械和施工方法。（2）測量放樣，平整場地，清除障礙物。（3）選用的水泥、粉煤灰、碎石及外加劑等原材料應符合設計要求，并按相關規(guī)定進行檢驗。（4）按設計要求進行室內配合比試驗，選定合適的配合比。（5）施工前進行成樁工藝試驗，確定施工工藝和參數，試樁數量應符合設計要求且不得少于2根。3.8.2 cfg樁振動沉管灌注施工。3.8.2.1振動沉管灌注施工（1）機械按設計樁位就位。（2）振動沉管至設計深度。沉管過程中每沉1米應記錄電流表電流一次，并對土層變化處予以說明。（3）用攪拌機拌合水泥、粉煤灰、碎石混合料，檢查其坍落度。坍落度、拌合時間應按工藝性試驗確定的參數進行控制，且拌合時間不得少于1

36、min。向管內一次投放混合料，投放數量按試樁時的數量進行，投料后留振510s。（4）拔管速率應按試樁確定參數進行控制，拔管過程中不允許反插，如上料不足，須在拔管過程中空中加料，不允許停拔再投料，拔管至樁頂。施工樁頂標高宜高于設計標高50cm，浮漿厚度不超過20cm。（5）樁頂采用濕黏土封頂。（6）機械移位。（7）施工流程工作墊層鋪設測量放樣樁機樁位對中振動沉管沉管終孔灌注混合料振動拔管成樁及檢驗樁機移位圖-cfg樁振動沉管灌樁施工流程圖3.8.2.2開挖表土，截樁。不得造成樁頂設計標高以下的樁體斷裂和擾動樁間土。3.8.2.3褥墊層宜采用靜壓法施工。3.8.2.4施工控制（1）cfg樁的數量、

37、布置形式及間距符合設計要求。（2）樁長、樁頂標高及直徑應符合設計要求。（3）褥墊層厚度和密實度應符合設計要求。（4）cfg樁施工中，每臺班均須制作檢查試件，進行28d強度檢驗。成樁28d后應及時進行單樁承載力或復合地基承載力試驗，其承載力、變形模量應符合設計要求。cfg樁施工允許偏差應按下表的要求控制表3-1cfg樁施工允許偏差序號項目允許偏差1樁位（縱橫向）50mm2樁身垂直度1.0%3樁體有效直徑不小于設計值3.9 袋裝砂井處理軟土地基施工方案設計3.9.1 袋裝沙井處理地基原理袋裝砂井是在合成材料編織袋內充填中粗砂，裝入地基孔內，以加速地基排水固結。其原理是軟土地基在荷載作用下，土體的孔

38、隙水通過袋裝砂井豎向排至路基表面，孔隙水壓力逐漸消散，有效應力漸漸提高，地基發(fā)生固結沉降，地基強度相應增大。再經設置砂墊層作為橫向排水通道將水排至路基邊溝排水固結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壓期間基本完成，減少工后沉降量，提高了路基質量，現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)。根據固結理論，砂井的直徑越大，間距越密，對某一固結度而言所需的時間越短，或者某一時間內所達到的固結度越大。在同一井徑的情況下，砂井間距減少一半，固結時間約縮短3倍；同一間距條件下，井徑增大

39、一倍，固結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的效果更好，所以應采用“細而密”的原則布置砂井。3.9.2 袋裝砂井的優(yōu)點(1)袋裝砂井的直徑細小，小用砂量少，其費用約為普通砂井的40%，造價低廉；(2)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；(3)砂井直徑細小，施工時對土層擾動??；(4)由于砂井斷面小，重量輕，減少施工設備的重量，提高了施工效率。3.9.3 袋裝砂井的設計計算3.9.3.1 砂井直徑的確定為滿足地基排水固結的要求，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710cm3。本設計取8.4cm。3.9

40、.3.2 砂井間距的確定砂井間距是指兩砂井中心間的距離，一般為1.0m2.0m，井距直接關系著排水固結的速度。井距愈小，固結愈快。因此設計時采用“細而密”的方案 砂井的平面布置有兩種形式：正方形和正三角形排列。該設計采用正三角形布置，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。徑井比n范圍15303，徑井比取20。徑井比公式 （3-8）式中，有效排水范圍內等效圓直徑（cm）；砂井直徑（cm）。圖3-1 袋裝沙井平面示意圖等效直徑與砂井間距s的關系式 (3-9) 根據式（3-9）等效圓直徑和砂井間距分別=168cm，s=160cm。因此，設砂井中心間距s=1.6m。3.9.3.3

41、砂井深度的確定砂井深度即砂井的長度，應根據地基土層情況及路堤高度而定。從該工程所處的地質情況來看，軟土厚度6.6m，處于粘土和亞粘土之間。為了達到更好的排水效果，設計袋裝砂井貫穿軟土、粘土層、砂黏土層并與下部透水層相通。袋裝砂井長度取15m。3.9.3.4 砂井排距的確定和總樁數的確定 d=0.866s=1.4m取為123個 3.9.3.5 砂墊層的設置在加固地基時，路堤底部鋪設30cm砂墊層以溝通砂井，將砂井滲透出來的水分引出路堤坡腳之外。墊層和砂井的分布寬度應稍大于路堤寬度。為了提高地基承載力，也可以在墊層中加設土工織物，減少路堤的側向變形。在砂材料緊缺的情況下，墊層用砂溝代替以節(jié)約砂礫材

42、料的使用。砂溝即橫向每排砂井頂部設置砂溝一條，再縱向設置數條砂溝以相連貫通。3.9.3.6 固結度計算要保證固結度u=95%，已知cm2/s，cm2/s，由于軟土層下有中粗砂，上層有砂墊層，此固結排水屬雙面排水，豎向排水距離h=15.3/2=7.65m。假定填土期限為6個月，且荷載是逐漸增加的，則固結時間應從加荷時間的一半算起，即固結時間為3個月。(1) 豎向排水固結度的計算（3-10） （3-11） （3-12）式中，tv豎向固結時間因數；豎向固結系數，本設計取cm/s；h排水砂井深度，此設計為雙面排水，應為土層厚度的一半即垂直向最大滲徑h=15/2=7.5m=750cm；(2) 徑向固結度

43、的計算 （3-12） n井陘比；de有效排水范圍內等效圓直徑（cm） （3-13）(3)平均固結度的計算（3-14）3.9.4 袋裝砂井的施工工藝施工流程： 排除地表水整平原地面鋪設下墊砂墊層打入套管機具定位測設放樣振動拔管拔出套管機具移位埋砂袋頭攤鋪上層砂墊層圖-2袋裝沙井施工流程圖（1）在整平地面后，鋪設30cm的砂墊層，用壓路機或推土機穩(wěn)壓34遍；在樁管垂直定位后，將可開閉底蓋的套管一直打到設計深度，準備一個比砂井設計長度還要長2m左右的砂袋，下端放入30cm左右的沙子作為壓重，將砂袋放入套管中，并使之沉到要求深度，把袋子固定到裝沙子用的出料口，用漏斗將沙子裝入袋中。裝滿砂子后取下袋子，

44、擰緊套管上蓋，然后一邊把壓縮空氣送進套管，以免將砂袋帶上來，一邊提升導管。提升完后一個袋裝沙井就完成了，注意及時砂井頭埋置好。（2）另一種方法是先將砂袋裝好備用，待成孔后沉入砂袋。沉入砂袋時，原則上應用樁架將砂袋垂直吊起沉入。當受樁架高度限制（袋裝砂井長度超過樁架高度）時，可采用兩節(jié)套管，砂袋輸入時用人工輸入，管口裝設滾輪，拔出導管時為避免將砂袋帶出，也可采用向砂袋內注水的辦法。最終施工參數確定為：袋裝砂井直徑：8.4cm；砂井長：15m；間距排距：1.6m1.4m；每排砂井數：23根。3.10 袋裝沙井與cfg樁處理方法的比較3.10.1原理袋裝砂井加固軟土路基的原理是：在含水量大、孔隙比大

45、、壓縮性高、軟土深厚的軟土地基中打入砂袋，以此作為排水通道，增加土層的排水途徑，縮短排水的距離。在上部荷載的作用下，產生的附加應力使土顆粒間的孔隙水通過插在軟土層中的砂井排出地層外面，以達到土顆粒間的位移密實，從而大大加速了地基的固結與沉降，提高軟土路基的承載力和抗剪能力，從而保證路堤和地基的穩(wěn)定。袋裝砂井可以解決沉降與穩(wěn)定問題，沉降問題即是使地基的沉降在加載預壓期間大部分或基本完成，使鐵路路堤在使用期間不產生不利的沉降或沉降差。穩(wěn)定問題即加速地基土的抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。 而cfg樁采用振動沉管法施工使復合地基的承載力發(fā)生改變提高地基的力學性能，對土體產生振動和擠壓，

46、使土得到“擠密作用”，使加固后樁土的力學性能大為改善，從而使復合地基的承載力顯著提高。3.10.2 墊層 袋裝沙井砂墊層與砂井貫通將砂井滲透出來的水分引出路堤坡腳之外。cfg樁樁和樁間土一起通過褥墊層形成cfg樁復合地基，目的是將地基承載力均勻分布給整個地基使地基應力重分配。因此在承載力方面袋裝沙井只是利用了原有地基的承載力而cfg樁則是利用樁和樁間土形成的復合地基共同承擔地基應力從而使承載力大大提高。3.10.3 時間上 袋裝沙井需要的排水固結時間長，對于施工工期要求短施工緊張的路段不適用尤其現在的客運專線要求工期比較緊張，而cfg樁則能在較短時間內達到所需強度滿足施工要求。3.10.4 綜

47、合比較cfg樁和袋裝砂井加固軟土地基對的方法都要使用成孔機械，所以在機械使用方面，兩種方法造價差不多。砂井沉降量遠大于攪拌樁，一般達到攪拌樁沉降量的2倍以上。在當前工程建設對工后沉降要求越來越高的情況下，特別是客運專線、高速鐵路，砂井是無法滿足的，而cfg樁則完全能滿足工后沉降的要求。因為砂井沉降量大，在路基填筑預留沉降量的選擇上技術難度相應也比較大。工后沉降大，也會增加鐵路以后的運營成本，一方面是補充道碴，另一方面還需加強軌道的養(yǎng)護。同樣，用水泥攪拌樁加固軟基其整體穩(wěn)定性比袋裝砂井要好很多。所以采用cfg樁相對來說還是比較合理的。第4章 天然地基的沉降計算4.1設計資料表4-1土層地質資料表

48、土、石名稱厚度（m）含水量（%）粘聚力（mpa）內摩擦角（）容重（g/cm3）亞粘土2.045.6681.66軟土6.651.2861.56粘土6.449.75101.68砂粘土1236.320351.71 4.2沉降理論地基沉降的一般規(guī)律是，負載荷載大，沉降大；反之，附加荷載小，沉降小。軟土層厚的路段沉降大，而軟土層薄的路段沉降小，由此造成路基縱橫向沉降不均勻，尤其在橋頭過渡段，不均勻沉降問題更加突出。粘性土地基沉降是由機理不同的三部分組成，固結沉降、瞬時沉降、次固結沉降。固結沉降是指飽和與接近飽和的粘性土在基礎荷載作用下，隨著超靜孔隙水壓力的消散，土骨架產生變形所造成的沉降。固結沉降速率取

49、決于孔隙水的排出速率。瞬時沉降是指加載后地基瞬時發(fā)生的沉降。由于基礎加載面積為有限尺寸，加載后地基中會有剪應變產生。對于飽和的粘性土加載瞬間土中水來不及排出，在不排水或恒體積狀況下，剪應變引起側向變形而造成的瞬時沉降。次固結沉降是指主固結過程結束后，在有效應力不變的情況下，土的骨架仍隨時間繼續(xù)發(fā)生變形。變形速率與孔隙水排除速率及土層厚度都無關。因此，本設計不考慮次固結沉降。地基沉降一般用分層總和法進行分析計算。分層總和法是假定地基土為直線變形體，在外荷載作用下的變形只發(fā)生在有限厚度的范圍內，將壓縮層厚度內的地基土分層，分別求出各分層的應力，然后用土的應力應變關系式求出各分層的變形量總加起來即為

50、地基的沉降量。軟土路基沉降量是由固結沉降sc和側向變形引起的瞬時沉降sd組成。因此軟土路基總沉降量可表示為：。其中固結沉降量sc，可按單向壓縮分層總和法計算，如式（4-1）所示（4-1）式中，地基中各分層的天然孔隙比；受荷載后各分層的穩(wěn)定孔隙比；各分層的厚度。4.3 地基土分層根據地基情況，地基以下2m厚的亞粘土設為一層，軟土層6.6m，可分為分別為2.2m厚的三層，粘土層6.4m，可分為3.2m和3.2m。如圖4-1所示。2m亞粘土=45.6%、c=6kpa、=8、=16.6g/cm3=51.2%、c=8kpa=6、=15.6g/cm3各2.2m=49.7%、c=5kpa=10、=16.8g

51、/cm3=36.3%、c=20kpa各3m=35、=17.1g/cm36.6m6.4m12.0m軟土粘土砂黏土圖4-1地基土分層4.4 計算土的附加應力雙線鐵路換算土柱時，根據鐵路特殊路基設計規(guī)范中的雙線路基地基沉降2d2bdeoh0圖4-2 路堤基底面附加應力計算草圖計算時，列車荷載可按單線有荷計算和查參考文獻5表3-4，取換算土柱高2.8m，寬3.4m。在計算作用在路堤底面上的路堤荷載和列車與軌道荷載時，是將路堤和作用在路基面上的列車與軌道荷載以一無限長、條形三角棱體和三角形棱體頂點加一豎向的集中荷載來表示，如圖4-2所示。集中荷載可由單位延米長路堤上列車與軌道荷載減去路堤頂面待填充的三角形土重得出，如式（4-2）所示。（4-2）式中，p列車與軌道荷載（kn）；b路基面寬之半（m）；m路堤邊坡坡率；路堤填料容重（kn/m3）。代入數據得，kn0當時，則令kn/m即假定計算圖形是由有重量的路堤本體和無重量的虛擬三角棱體以及連續(xù)集中荷載po=p所組成。按照彈性理論，集中荷載傳到地基頂面時在路堤