高速鐵路CFG樁畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè)第一章 緒論隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和基本建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，我國(guó)的地基處理技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。在基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)中，通常首先會(huì)考慮使用條形基礎(chǔ)、片筏基礎(chǔ)等淺基礎(chǔ)形式，當(dāng)其不能滿足承載力或變形要求時(shí)，會(huì)輔以地基處理措施，形成復(fù)合地基。本文主要通過具體工程實(shí)例京滬高速鐵路廊坊段運(yùn)用CFG樁復(fù)合地基處理軟土地質(zhì)條件，進(jìn)行京邊軟土地區(qū)CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)研究工作。圖1-1 京滬高速鐵路平面示意圖1.1 京滬高速鐵路概述1.1.1京滬高鐵正線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高速正線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：鐵路等級(jí)為高速鐵路；無(wú)砟軌道技術(shù)正線數(shù)目為雙線；設(shè)計(jì)速度為350km/h，初期運(yùn)營(yíng)速度是300km/h。跨線

2、列車運(yùn)營(yíng)速度是200km/h及以上；線間距為5.0m；最小曲線半徑一般是7000m；但困難時(shí)是5500m；最大設(shè)計(jì)坡度是20；到發(fā)線有效長(zhǎng)度為650m；采用的牽引種類是電力的；列車類型屬動(dòng)車組；列車運(yùn)行控制方式為自動(dòng)控制；行車指揮方式是綜合調(diào)度。1.1.2高速鐵路路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)依照新建時(shí)速300-350公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（上、下）（鐵建設(shè)【2007】42號(hào)）和客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南（鐵建設(shè)【2006】158號(hào)）的限制及經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)以往工程的實(shí)際研究成果，路基的沉降量需用一定的限制，本設(shè)計(jì)對(duì)路基的沉降提出必須滿足的兩個(gè)要求：一、路基工后沉降量須控制在15mm以內(nèi)；二、路基

3、工后過渡段的沉降量須控制在5mm以內(nèi)。廊坊地段及其周邊的地質(zhì)情況大致如下：北京至廊坊為沖、洪積平原，地勢(shì)由西北向東南緩傾；廊坊至武清及滄州至濟(jì)南以北為沖積平原，廊坊至武清地勢(shì)由西北向東南緩傾。根據(jù)以上廊坊地段的工程地質(zhì)條件，人為本區(qū)段為松軟土地質(zhì)，宜采用CFG樁板結(jié)構(gòu)的復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文以CFG樁板結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的概論、設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)步驟為內(nèi)容進(jìn)行逐一說(shuō)明。1.2 CFG樁復(fù)合地基的基本概述復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或設(shè)置加筋材料，加固區(qū)由天然地基土體和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。而CFG樁復(fù)合地基是由CFG樁、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成的剛性樁復(fù)合地基。C

4、FG樁復(fù)合地基試驗(yàn)研究是建設(shè)部“七五”計(jì)劃課題，于1988年立題進(jìn)行試驗(yàn)研究，并應(yīng)用于工程實(shí)踐。并于1997年被列為國(guó)家級(jí)工法，并制定了中國(guó)建筑科學(xué)研究院企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已列入國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ792002)。為進(jìn)一步推廣這項(xiàng)技術(shù)，國(guó)家投資對(duì)施工設(shè)備和施工工藝進(jìn)行了專門研究，并列入“九五”國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。1999年12月已通過國(guó)家驗(yàn)收。該技術(shù)已在全國(guó)23個(gè)省、市廣泛應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)已在1000多個(gè)工程中應(yīng)用。和樁基相比，由于水泥粉煤灰碎石樁體摻入工業(yè)廢料粉煤灰，樁身不配筋以及可充分發(fā)揮樁間土的承載能力，工程造價(jià)一般為樁基的1/31/2，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。1.

5、3 CFG樁復(fù)合地基工程特性1.3.1樁體作用由于樁體材料高于軟土地層，在荷載作用下，CFG樁的壓縮性明顯比樁間土小，因此基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基附加應(yīng)力，隨著地層變形逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。大部分荷載由樁體承受，樁間土應(yīng)力明顯減小，復(fù)合地基承載力較天然地基有所提高，如圖1-2中的，沉降量亦減小，隨著樁體剛度增加，樁體作用發(fā)揮更加明顯。圖1-2 復(fù)合地基承載力示意圖( ，分別為樁體承受、基礎(chǔ)附加、樁間土承受的三種應(yīng)力)1.3.2墊層作用褥墊層為厚度100500mm的粒狀材料組成的散體墊層。CFG樁和樁間土一起，通過褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基。褥墊層為樁向上刺入提供了條件，并通過墊層材料的流

6、動(dòng)補(bǔ)給，使樁間土與基礎(chǔ)始終保持接觸。在樁土共同作用下，地基土的強(qiáng)度得到一定發(fā)揮，相應(yīng)地減少了對(duì)樁的承載力要求。1.3.3加速排水固結(jié)作用CFG樁在飽和粉土和砂土中施工時(shí)，由于成樁和振動(dòng)作用，會(huì)使土體產(chǎn)生超孔隙水壓力。剛施工完的CFG樁為一個(gè)良好的排水通道，孔隙水沿樁體向上排出，直到CFG樁體硬結(jié)為止。有資料表明，這一系列排水作用對(duì)減少孔壓引起地面隆起(粘性土層)和沉陷(砂性土層)，對(duì)增加樁間土的密實(shí)度和提高復(fù)合地基承載力極為有利。1.3.4擠密作用在CFG樁施工過程中，由于振動(dòng)和擠密作用使樁間土得到擠密，特別在砂土層這一作用更加明顯。砂土在高頻振動(dòng)下，產(chǎn)生液化并重新排列致密，而且在樁體粗骨料(

7、碎石)填入后擠入土中，使砂土的相對(duì)密實(shí)度增加，孔隙率降低，干密度和內(nèi)摩擦角增大，改善土的物理力學(xué)性能，抗液化能力也有所提高。1.4 CFG樁復(fù)合地基沉降量研究現(xiàn)狀1.4.1 CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算研究現(xiàn)狀復(fù)合地基變形分為三個(gè)部分:加固區(qū)的變形量和下臥層的變形量以及褥墊層的壓縮變形。在實(shí)際計(jì)算中，通常會(huì)忽略褥墊層的壓縮變形。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合地基變形計(jì)算主要有如下方法。（一） 解析法解析法大多應(yīng)用以Mindiin解為基礎(chǔ)的Geddes積分來(lái)計(jì)算復(fù)合地基中樁荷載所產(chǎn)生的附加應(yīng)力。按照半無(wú)限彈性體內(nèi)集中力的Mindhn公式，Geddes研究了下列三種情況下土中豎向應(yīng)力的表達(dá)式:樁端阻力簡(jiǎn)化為集中力時(shí)

8、: （1-1）樁側(cè)阻力為矩形分布時(shí): （1-2）樁側(cè)阻力為三角形分別時(shí): （1-3）式中樁長(zhǎng);，樁端集中力、樁側(cè)阻力為矩形分布和三角形分布情況下的總荷載;，樁端集中力、樁側(cè)阻力為矩形分布和三角形分布情況下的豎向應(yīng)力系數(shù)。樁間土荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力按Boussinesq解計(jì)算，復(fù)合地基中任一點(diǎn)的附加應(yīng)力為二者的疊加。這樣，在得到了樁間土荷載、樁端阻力、樁側(cè)阻力分布規(guī)律后，即可計(jì)算復(fù)合地基的應(yīng)力場(chǎng)。顯然，它比按Boussinesq解簡(jiǎn)化計(jì)算得到的復(fù)合地基應(yīng)力場(chǎng)要精確，但其樁端阻力的分布規(guī)律還有待進(jìn)一步研究。（二） 數(shù)值解法數(shù)值計(jì)算也是復(fù)合地基變形分析和計(jì)算中較為常用的方法。有限元法是利用電子計(jì)算機(jī)的

9、一種有效的數(shù)值分析方法，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，有限元方法的理論和應(yīng)用在近四十年出現(xiàn)了空前的繁榮，目前國(guó)際上通用有限元程序己達(dá)300多個(gè)。其理論基礎(chǔ)是基于變分原理的里茲(Ritz)法?；谧兎衷斫⒌挠邢拊匠毯徒?jīng)典里茲法的主要區(qū)別在于前者假設(shè)的近似函數(shù)不是在全求解域，而是在單元上規(guī)定。60年代以后，在有限元法中主要應(yīng)用伽遼金法(Galerkin)，利用加權(quán)余量的方式來(lái)確定單元特性和建立有限元求解方程，這使得在不存在變分泛函的情況下也可以使用有限元法，從而大大擴(kuò)展了有限元的使用范圍。使用有限元法求解主要優(yōu)點(diǎn)在于:(l)可以用于求解非線性問題;(2)易于處理非均質(zhì)材料、各向異性材料;(3)能適用于各

10、種復(fù)雜的邊界條件。很多巖土工程問題要找到彈性力學(xué)基本解非常困難，可以利用有限元法求解各種具有復(fù)雜地質(zhì)條件、應(yīng)力歷史、邊界條件的問題。1966年，clough和woodward首先將有限元法引入土力學(xué)。60年代后期，開始將有限元法應(yīng)用于樁體分析，可以用它來(lái)揭示樁的受力特性，并與實(shí)測(cè)結(jié)果相驗(yàn)證，以指導(dǎo)樁的設(shè)計(jì)與施工。有限元計(jì)算中，在構(gòu)造幾何模型時(shí)通常可以采用兩種方法:其一是將單元?jiǎng)澐譃橥馏w單元和增強(qiáng)體單元，二者采用不同的計(jì)算參數(shù)，在土體單元和增強(qiáng)體單元之間可以考慮設(shè)置界面單元。其二是將加固區(qū)土體和增強(qiáng)體考慮為復(fù)合土體單元，用復(fù)合材料參數(shù)作為復(fù)合土體單元的計(jì)算參數(shù)。進(jìn)行復(fù)合地基有限元分析時(shí)，計(jì)算參數(shù)

11、的選取是一個(gè)關(guān)鍵，它直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的精度。比較常用的方法是以某些實(shí)測(cè)的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)為基礎(chǔ)，對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行修正，以得到較為合理的結(jié)果，減小參數(shù)選取的盲目性。（三） 復(fù)合地基變形計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式當(dāng)前，復(fù)合地基變形計(jì)算的理論正處在不斷發(fā)展和完善過程中，還無(wú)法更精確地計(jì)算其應(yīng)力場(chǎng)而為沉降計(jì)算提供合理的模式，因而復(fù)合地基的變形計(jì)算多采用經(jīng)驗(yàn)公式。在各類實(shí)用計(jì)算方法中，往往把復(fù)合地基變形分為兩個(gè)部分:加固區(qū)的變形量和下臥層的變形量，忽略褥墊層的壓縮變形。地基應(yīng)力場(chǎng)近似地按天然地基進(jìn)行計(jì)算。（1）加固區(qū)變形量的計(jì)算加固區(qū)變形量的計(jì)算，目前在工程應(yīng)用中，常采用復(fù)合模量法、應(yīng)力修正法、樁身壓縮量法等計(jì)算方法計(jì)

12、算:按復(fù)合模量計(jì)算變形將復(fù)合地基加固區(qū)中增強(qiáng)體和土體視為一個(gè)統(tǒng)一的整體，采用復(fù)合壓縮模量來(lái)評(píng)價(jià)其壓縮性;用分層總和法計(jì)算其壓縮量。復(fù)合模量表征土體抵抗變形的能力，數(shù)值上等于某一應(yīng)力水平時(shí)復(fù)合地基應(yīng)力與復(fù)合地基相對(duì)變形之比。通常復(fù)合模量可用樁抵抗變形能力與樁間土抵抗變形能力的某種疊加來(lái)表示。計(jì)算式為: （1-4）式中樁體壓縮模量; 樁間土壓縮模量; 面積置換率; 復(fù)合模量。采用分層總和法計(jì)算復(fù)合地基加固區(qū)壓縮量，表達(dá)式為: （1-5）式中第i層復(fù)合土上附加應(yīng)力增量; 第i層復(fù)合土層厚度。按樁間土應(yīng)力(應(yīng)力修正法)計(jì)算變形該方法時(shí)考慮CFG樁復(fù)合地基一般置換率較低，近似地忽略樁的存在，而根據(jù)樁間土

13、實(shí)際分擔(dān)的荷載，求出附加應(yīng)力，按照樁間土的壓縮模量來(lái)計(jì)算復(fù)合土層的壓縮變形。在該方法中，根據(jù)樁間土承擔(dān)的荷載和樁間土的壓縮模量，忽略增強(qiáng)體CFG樁的存在，采用分層總和法計(jì)算復(fù)合地基加固區(qū)壓縮量，表達(dá)式為: （1-6）式中: 計(jì)算深度范圍內(nèi)土的分層數(shù); 第i個(gè)分層內(nèi)豎向應(yīng)力的均值; 第i個(gè)分層內(nèi)土的壓縮模量; 第i個(gè)分層的厚度。樁身壓縮量法在荷載作用下，樁身的壓縮量為: （1-7）式中應(yīng)力集中系數(shù)， 樁身長(zhǎng)度，即等于加固區(qū)厚度h; 樁身材料變形模量; 樁底端端承力密度。則加固區(qū)土層壓縮量表達(dá)式為 （1-8）式中樁底端刺入下臥層土體中的刺入量。（2）樁端下臥層沉降的計(jì)算方法復(fù)合地基加固區(qū)下臥層土層

14、壓縮量通常采用分層總和法。在分層總和法計(jì)算中，作用在下臥層土體上的荷載或土體中附加應(yīng)力是難以精確計(jì)算的。目前在工程應(yīng)用中，常采用應(yīng)力擴(kuò)散法、等效實(shí)體法、改進(jìn)Geddes法等計(jì)算方法計(jì)算:應(yīng)力擴(kuò)散法應(yīng)力擴(kuò)散法計(jì)算加固區(qū)下臥層上附加應(yīng)力示意圖如圖1-3所示。復(fù)合地基上加載密度為，作用寬度為，長(zhǎng)度為D，加固區(qū)厚度為，壓力擴(kuò)散角為，則作用再下臥層上和荷載為: （1-9）對(duì)條形基礎(chǔ)，僅考慮寬度方向擴(kuò)散，則上式可改為: （1-10）圖1-3 下臥層上附加應(yīng)力計(jì)算示意圖等效實(shí)體法等效實(shí)體法計(jì)算加固區(qū)下臥層上附加應(yīng)力示意圖如圖1-3所示。復(fù)合地基上加載密度為，作用寬度為B，長(zhǎng)度為D，加固區(qū)厚度為，為等效實(shí)體側(cè)

15、摩阻力密度，則作用再下臥層上和荷載為: （1-11） 對(duì)條形基礎(chǔ)，上式可改為: （1-12）改進(jìn)Geddes法 黃紹銘等建議采用下述方法計(jì)算下臥層土層中應(yīng)力。復(fù)合地基總荷載為，樁體承擔(dān)，樁間土承擔(dān)。樁間土承擔(dān)的荷載p，在地基中所產(chǎn)生的豎向應(yīng)力，其計(jì)算方法和天然地基中應(yīng)力計(jì)算方法相同。樁體承擔(dān)的荷載在地基中所產(chǎn)生的豎向應(yīng)力采用Oeddes法計(jì)算。然后疊加兩部分應(yīng)力得到地基中總的豎向應(yīng)力。 S.D.Geddes將長(zhǎng)度為L(zhǎng)的單樁在荷載Q作用下對(duì)地基土產(chǎn)生的作用力，可近似地視作樁端集中力，樁側(cè)均勻分布的摩阻力和樁側(cè)隨深度線性增長(zhǎng)的分布摩阻力等三種形式荷載的組合。S.D.Geddes根據(jù)彈性理論半無(wú)限體

16、中作用一集中力的Mindlin應(yīng)力解積分，導(dǎo)出了單樁的上述三種荷載在地基中產(chǎn)生的應(yīng)力計(jì)算公式。地基中的豎向應(yīng)力可按下式計(jì)算: （1-13）式中，樁端集中力、樁側(cè)阻力為矩形分布和三角形分布情況下的豎向應(yīng)力系數(shù)。CFG樁復(fù)合地基由于其置換率較低和設(shè)置褥墊層，考慮到樁尖處應(yīng)力集中范圍有限，下臥層內(nèi)應(yīng)力分布可按褥墊層上的總荷載計(jì)算，即作用在褥墊層底面的壓力仍假定為均布，并根據(jù)通用的Boussinesq半無(wú)限空間解求出復(fù)合體底面以下的附加應(yīng)力，由此計(jì)算下臥層變形量。1.4.2復(fù)合地基承載力的驗(yàn)算復(fù)合地基承載力是由樁間土和樁共同承擔(dān)荷載。CFG樁復(fù)合地基承載力取決于樁距、樁徑、樁長(zhǎng)、上部土層和樁尖下臥層土

17、體的物理力學(xué)指標(biāo)以及樁間土內(nèi)外面積比值等因素?，F(xiàn)有的復(fù)合地基承載力計(jì)算通常有兩種思路:一種是先分別確定樁體的承載力和樁間土承載力，根據(jù)一定的原則疊加這兩部分承載力得到復(fù)合地基承載力;另一種是把樁體和樁間土組成的復(fù)合土體作為整體來(lái)考慮，確定復(fù)合地基的承載力。由前一種思路得到的承載力計(jì)算公式又可分為兩類:面積比公式和應(yīng)力比公式。下面對(duì)面積比公式和應(yīng)力比公式進(jìn)行探討。面積比公式復(fù)合地基的極限承載力可用下式表示： （1-14）式中 樁體極限承載力(kPa); 天然地基極限承載力(kPa); 反映復(fù)合地基中樁體實(shí)際極限承載力的修正系數(shù)，一般大于1.0; 反映復(fù)合地基中樁間土實(shí)際極限承載力的修正系數(shù)，其值

18、視具體工程情況確定，可能大于1.0，也可能小于1.0;復(fù)合地基破壞時(shí)，樁體發(fā)揮其極限強(qiáng)度的比例，可稱為樁體極限強(qiáng)度發(fā)揮度。若樁體先達(dá)到極限強(qiáng)度，引起復(fù)合地基破壞，則=1.0。若樁間土比樁體先達(dá)到極限強(qiáng)度，則入<l .0;復(fù)合地基破壞時(shí)，樁間土發(fā)揮其極限強(qiáng)度的比例，可稱為樁間土極限強(qiáng)度發(fā)揮度。一般情況下，復(fù)合地基中往往樁體先達(dá)到極限強(qiáng)度，凡通常在0.41.0之間; 復(fù)合地基置換率。應(yīng)力比公式 若能測(cè)定復(fù)合地基中荷載作用下樁土應(yīng)力比n值，復(fù)合地基的極限承載力可用下式表示: （1-15） （1-16）式中樁體極限承載力(kPa); 天然地基極限承載力(kPa): m復(fù)合地基置換率; 反映復(fù)合地

19、基中樁體實(shí)際極限承載力的修正系數(shù); 反映復(fù)合地基中樁間土實(shí)際極限承載力的修正系數(shù): n復(fù)合地基樁土應(yīng)力比。面積比公式與應(yīng)力比公式的比較在復(fù)合地基理論中，樁土應(yīng)力比n是表現(xiàn)樁土共同作用性狀的主要參數(shù)，在計(jì)算承載力的應(yīng)力比公式(1-15)、(1-16)中，它是關(guān)鍵性的參數(shù)之一。目前對(duì)應(yīng)力比的一般定義是:“承臺(tái)下樁體平均應(yīng)力和土體平均應(yīng)力之比”。由于復(fù)合地基中樁與土能夠承擔(dān)一部分荷載，在復(fù)合地基達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，綜合考慮樁與土各自發(fā)揮的承載能力，其中兩者在極限狀態(tài)下承載能力發(fā)揮的程度用樁土應(yīng)力比n這個(gè)參數(shù)來(lái)表現(xiàn)，因此在承載力設(shè)計(jì)中，應(yīng)力比首先是一個(gè)極限狀態(tài)下的概念。目前，由于試驗(yàn)設(shè)備加載能力的限制，一

20、般得到的應(yīng)力比并不是極限狀態(tài)下的應(yīng)力比。但實(shí)際上，根據(jù)目前的研究成果，許多學(xué)者都認(rèn)為極限狀態(tài)與非極限狀態(tài)下的應(yīng)力比是不同的，即應(yīng)力比是隨應(yīng)力水平而變化的。因此，在承載力的設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)注意采用極限狀態(tài)下的應(yīng)力比，而不是一般使用狀態(tài)下的樁土應(yīng)力比。 在設(shè)計(jì)中，面積比公式和應(yīng)力比公式實(shí)質(zhì)上是一致的。應(yīng)力比公式可進(jìn)一步寫為: （1-17） 若樁體先破壞，則 , （1-18） 若土體先破壞，則 , （1-19） 將上面兩式分別代入面積比公式中，即可得到相應(yīng)的應(yīng)力比公式(顯含 和)，由此可見，面積比公式與應(yīng)力比公式實(shí)質(zhì)上是一致的。 在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，由于面積比公式計(jì)算簡(jiǎn)便，因此也得到了廣泛的應(yīng)用，但是對(duì)

21、面積比公式必須考慮人這一參數(shù)，目前還沒有提出任何設(shè)計(jì)計(jì)算方法，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，而且選取的依據(jù)也不夠明確，隨意性較大。在面積比公式中，雖然不需明確確定n值，但實(shí)際上在確定入時(shí)，已經(jīng)隱含了對(duì)n值的指定。在設(shè)計(jì)中，由于兩個(gè)公式在本質(zhì)上是一致的，因此可根據(jù)具體工程設(shè)計(jì)中n與人這兩個(gè)參數(shù)選取的可靠性、工程經(jīng)驗(yàn)等因素選用應(yīng)力比或面積比公式，同時(shí)可用另一種方法校核。根據(jù)目前復(fù)合地基理論和實(shí)踐的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，n與入這兩個(gè)參數(shù)比較起來(lái)，前者的確定方法更加成熟一些，對(duì)不同類型的復(fù)合地基，對(duì)它的取值己經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗(yàn)，而后者不論是理論上還是測(cè)試上，都還缺乏相應(yīng)的方法。因此在這兩個(gè)承載力計(jì)算公式中，應(yīng)力比公式相對(duì)

22、來(lái)說(shuō)是更加成熟的方法。1.4.3 CFG樁復(fù)合地基承載力驗(yàn)算方法復(fù)合地基承載力不是由天然地基承載力和單樁承載力的簡(jiǎn)單疊加，需要對(duì)以下一些因素給予考慮:施工時(shí)對(duì)樁間土是否產(chǎn)生擾動(dòng)和擠密，樁間土承載力有無(wú)降低或提高;樁對(duì)樁間土有約束作用，使土的變形減少;復(fù)合地基中樁的Q-s曲線呈加工硬化型，比自由單樁的承載力要高:樁和樁間土承載力的發(fā)揮都與變形有關(guān)，變形小時(shí)樁和樁間土的承載力的發(fā)揮都不充分;復(fù)合地基樁間土的發(fā)揮與褥墊層的厚度有關(guān)。綜合以上因素，結(jié)合軟土地區(qū)CFG樁復(fù)合地基的工程實(shí)踐，對(duì)于CFG樁復(fù)合地基承載力有如下一些經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。（一）吳春林復(fù)合地基承載力計(jì)算公式吳春林認(rèn)為復(fù)合地基承載力的大小取

23、決于樁體的置換率、上部土層和樁端下持力層的物理力學(xué)指標(biāo)等因素，可采用簡(jiǎn)易公式進(jìn)行計(jì)算，該公式采用如下假定:(l)復(fù)合地基中樁的承載力與單樁情況相同; (2)最大工作荷載下多樁復(fù)合地基外區(qū)域地基土所受壓力大小等于天然地基承載力值，即: 。 (3)最大工作荷載下，多樁復(fù)合地基內(nèi)、外區(qū)域地基上平均壓力有 的關(guān)系，對(duì)于軟弱粘性土地基，一般情況下=0.710.87。根據(jù)上述假定，推得復(fù)合地基承載力為 （1-20） 其中 , 式中CFG樁復(fù)合地基承載力特征值(): 內(nèi)、外區(qū)域地基的平均壓力比值; CFG樁包圍的樁間土的面積(); CFG樁包圍外的基層土的面積(); A基礎(chǔ)底面積(); 天然地基承載力特征值

24、(kPa); CFG樁單樁承載力特征值(kPa); NCFG樁的總樁數(shù)。 也可采用下式估算 （1-21）式中mCFG樁樁體面積置換率; N樁土應(yīng)力比，軟土上一般取2775，粉土和一般粘性土上取1015，土質(zhì)較差時(shí)取大值，土質(zhì)較好時(shí)取小值; 樁間土發(fā)揮系數(shù)，一般取0.90.95，重要工程或?qū)ψ冃斡幸髸r(shí)，取0.750.90; 樁間土提高系數(shù)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估，沒有經(jīng)驗(yàn)并無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，一般粘性土可取=1.00（二）高潤(rùn)國(guó)復(fù)合地基承載力計(jì)算公式 （1-22） 式中CFG樁單樁承載力特征值(): 樁截面的面積()。 其中CFG樁單樁承載力特征值可按式(1-23，1-24)中取小值： （1-23） 式中強(qiáng)

25、度折減系數(shù)，=0.40.6; 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度特征值。 （1-24）式中U樁身周長(zhǎng)(m);樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力特征值;第二層土的厚度(m);樁端天然地基承載力折減系數(shù)，取=0.40.5;樁極限端阻力特征值。(三)牛志榮等改進(jìn)承載力估算公式目前復(fù)合地基承載力計(jì)算的主要思路是將樁與樁間土的承載力進(jìn)行疊加，但二者不是簡(jiǎn)單的疊加，需要對(duì)下列一些因素予以考慮:(l)施工時(shí)是否對(duì)樁間土產(chǎn)生擾動(dòng)和擠密，樁間土的承載力在加固后與加固前比較是否有降低或提高;(2)樁對(duì)樁間土有約束作用，使土的變形減小，在垂直方向上荷載水平不太大時(shí)，對(duì)土起阻礙變形的作用，使土沉降減小，荷載水平高時(shí)起增大變形的作用;(3)復(fù)合

26、地基中的樁Ps-S曲線呈加工硬化型，比自由單樁的承載力要高;(4)樁和樁間土承載的發(fā)揮都與變形有關(guān)，變形小，樁和樁間土承載力的發(fā)揮都不充分;(5)復(fù)合地基樁間土承載能力的發(fā)揮與褥墊層有關(guān)。綜合考慮以上因素，結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，CFG樁復(fù)合地基承載力可用下面的公式進(jìn)行估算 （1-25） （1-26）式中CFG樁復(fù)合地基承載力特征值(); 面積置換率; n樁土應(yīng)力比，一般取1014; 天然地基承載力特征值(); 樁的橫斷面面積(); 樁間土強(qiáng)度發(fā)揮度，一般工程=0.90.95，對(duì)重要或變形要求高的建筑物=0.750.9; 自由單樁承載力特征值(); 表示樁間土的強(qiáng)度提高系數(shù)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估，沒

27、有經(jīng)驗(yàn)并無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，一般粘性土可取=1.0，對(duì)靈敏度較高的土和結(jié)構(gòu)性土，宜采用小于1的數(shù)值; 加固后樁間土的承載力特征值()?？砂词?3-27，3-28，3-29)計(jì)算，并取小值 （1-27） （1-28）式中取0.30.33; 樁體28d立方體試塊強(qiáng)度(15cm×15cm×15cm); U樁身周長(zhǎng)(m); 第i層土與土性和施工工藝相關(guān)的極限側(cè)摩阻力，按JGJ94-94的有關(guān)規(guī)定取值; 第i層土的厚度(m); 與土性和施工工藝相關(guān)的極限端承力; 安全系數(shù)，k=1.51.75。當(dāng)用單樁靜荷載試驗(yàn)求得單樁極限承載力后，可按下式計(jì)算 （1-29）對(duì)重點(diǎn)工程和基礎(chǔ)下樁數(shù)較少時(shí)，k

28、取高值;一般工程和基礎(chǔ)下樁數(shù)較多時(shí)k取低值。這是根據(jù)工程反算并綜合考慮復(fù)合地基中樁的承載力與單樁承載力的差異、樁的負(fù)摩擦作用、樁間土受力后樁的承載力會(huì)有提高等一系列因素而確定的。（四）規(guī)范計(jì)算公式 （1-30）式中復(fù)合地基承載力特征值(kPa); 面積置換率; 單樁豎向承載力特征值(kN); 樁的截面積(); 樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.750.95，天然地基承載力較高時(shí)取大值。其中，單樁豎向承載力特征值的取值： a、當(dāng)采用單樁載荷試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將單樁豎向極限承載力除以系數(shù)2; b、當(dāng)無(wú)單樁載荷試驗(yàn)資料時(shí)，可按下式估算 （1-31） 式中樁身周長(zhǎng)(m); 樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所

29、劃分的土層數(shù); ，樁周第i層土的側(cè)阻力、樁端端阻力特征值(kPa)，可按先行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007)有關(guān)規(guī)定確定; 第i層土的厚度(m)?？偠灾?，CFG樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)模式可以表達(dá)為“樁與樁間土強(qiáng)度的復(fù)合”，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為面積比公式和應(yīng)力比公式，他們?cè)诒举|(zhì)上是統(tǒng)一的，相比而言，應(yīng)力比公式更為成熟。CFG樁復(fù)合地基承載力計(jì)算公式統(tǒng)一于承載力設(shè)計(jì)模式，牛志榮等改進(jìn)的承載力估算公式比較系統(tǒng)地考慮了工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)與理論計(jì)算比較、相關(guān)規(guī)范取值，應(yīng)該說(shuō)具有更好的適用性。在工程設(shè)計(jì)中可以優(yōu)先采用，但是在使用時(shí)，應(yīng)該考慮單樁承載力特征值Ra的修正系數(shù)k，以及樁間土強(qiáng)度提高系數(shù)a

30、的取值問題。1.5 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容通過CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算理論和承載力理論研究現(xiàn)狀的分析，本文以京滬高速鐵路深厚軟土的地基處理為工程背景，對(duì)由CFG樁、樁間土及上部褥墊層共同形成的CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足高速鐵路無(wú)砟軌道工后沉降小于15mm的要求。本文工作主要包括以下內(nèi)容:1.不同置換率下的沉降量計(jì)算（樁長(zhǎng)的選取，置換率的確定，樁徑、樁間距的確定）和褥墊層厚度；2.根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行復(fù)合地基的承載力驗(yàn)算和軟弱下臥層驗(yàn)算； 3.混凝土板的設(shè)計(jì)（混凝土板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，混凝土板抗沖切驗(yàn)算）。第二章 京滬高鐵廊坊段的工程地質(zhì)2.1 本設(shè)計(jì)的地質(zhì)概述2.1.1京滬高鐵的工程概況我國(guó)“十一五”期間

31、將建設(shè)眾多客運(yùn)專線，京滬高速鐵路是其中最主要的一條，舉世矚目。京滬高速鐵路歷經(jīng)十幾年研究論證，今年3月已經(jīng)國(guó)家正式批準(zhǔn)立項(xiàng)，目前，國(guó)家正在評(píng)估可行性研究報(bào)告。1 線路地理位置 京滬高速鐵路位于我國(guó)東部地區(qū)，線路自北京南站西端引出，沿既有西黃線，在黃村跨京山線，沿南側(cè)經(jīng)廊坊至天津南站，修建聯(lián)絡(luò)線引入天津西站并改造為高速始發(fā)站；繼續(xù)向南與京滬高速公路大體平行，過滄州西、德州東，在京滬高速公路黃河橋下游3km處跨越黃河，至濟(jì)南市西郊新設(shè)濟(jì)南西站；向南與京福高速公路大體平行，經(jīng)泰安西、曲阜東、滕州東、棗莊西，沿京福高速公路東側(cè)南行進(jìn)入江蘇省境內(nèi)，跨京福高速公路后，在徐州市東部新設(shè)徐州東站；繼續(xù)南行，進(jìn)

32、入安徽境內(nèi)，過宿州，于津浦線新淮河鐵路橋下游1.2km處跨淮河后新設(shè)蚌埠南站，在南京長(zhǎng)江三橋上游1.5km的大勝關(guān)越長(zhǎng)江后新設(shè)南京南站；東行至鎮(zhèn)江南6km處新設(shè)鎮(zhèn)江西站，沿滬寧高速公路北側(cè)東行，經(jīng)常州、無(wú)錫、蘇州，在蘊(yùn)藻浜橋通過黃渡線路所側(cè)向引入上海站，終到上海虹橋站。2 地形地貌線路主要穿行于冀魯平原區(qū)、魯中南低山丘陵區(qū)、黃淮沖積平原、淮河一、二級(jí)階地、長(zhǎng)江及其支流河谷階地、長(zhǎng)江三角洲平原區(qū)，局部通過剝蝕低山丘陵區(qū)。北京至廊坊為沖、洪積平原，地勢(shì)由西北向東南緩傾；廊坊至武清及滄州至濟(jì)南以北為沖積平原，廊坊至武清地勢(shì)由西北向東南緩傾；武清至滄州為近海沖積平原，地勢(shì)由西向東緩傾，其中天津市區(qū)及其

33、以南團(tuán)泊洼一帶地勢(shì)低洼，溝渠坑塘密布；滄州至濟(jì)南地勢(shì)由西南向東北緩傾。濟(jì)南以南至徐州屬魯中南低山丘陵區(qū)，地形起伏大，尤以濟(jì)南至泰安地勢(shì)陡峻，是全線海拔最高的地段。該段受區(qū)域構(gòu)造的影響，以剝蝕為主，沖溝發(fā)育，河谷下切明顯，丘間谷地發(fā)育有小型的沖洪積平原及盆地。徐州至上海段線路主要通過黃淮沖積平原、長(zhǎng)江三角洲平原區(qū)，局部通過剝蝕低山丘陵區(qū)。黃淮沖積平原平坦開闊，略向南傾，地面高程2040m?；春右患?jí)階地地勢(shì)低平，呈24°微坡傾向河床，二級(jí)階地呈壟崗地形，波狀起伏，坳溝發(fā)育，其間有殘丘出露，相對(duì)高差2030m。長(zhǎng)江及其支流一級(jí)階地地形平坦、開闊，地面高程在510m之間；高階地呈壟崗地貌，波

34、狀起伏，“梳狀”坳溝發(fā)育，階地面平緩，坳溝深420m，地面高程1040m。低山、丘陵集中分布于高塘集至至張八嶺間及南京至鎮(zhèn)江段，山頂高程在50200m之間，地勢(shì)起伏大，山坡自然坡度25°40°，地表植被發(fā)育，基巖多有出露。長(zhǎng)江三角洲平原區(qū)，地勢(shì)平坦寬闊，河渠縱橫，水塘密布，地面高程26m，由西向東微傾。3 地質(zhì)條件北京至濟(jì)南段地層主要為第四系沖積層、沖洪積層、海積層，一般以黏性土、粉土、砂類土為主，僅北京附近分布有厚層卵石土和圓礫土，城區(qū)、村莊及局部坑塘分布有厚度不等的填土。北京黃村至濟(jì)南普遍分布松軟層，松軟層底板埋深在618m范圍內(nèi)。北京至滄州及禹城附近地震動(dòng)峰值加速度0

35、.10g，分布有地震可液化層，液化層以飽和的粉、細(xì)砂及粉土為主。濟(jì)南至徐州段為魯中南低山丘陵及丘間平原，地表以剝蝕為主，部分地段基巖裸露。新生界地層有第四系洪、坡、殘積以及沖積、湖積層，主要巖性為新黃土、黏土、粉質(zhì)黏土、卵石土、碎石土、砂類土等，新黃土具濕陷性，一般濕陷系數(shù)為0.0150.071；韓莊運(yùn)河附近沖湖積黏土、粉質(zhì)黏土具弱膨脹性，局部具中等膨脹性；下第三系始、漸新統(tǒng)，巖性為泥巖、砂巖、含礫砂巖。出露基巖為古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，巖性為石灰?guī)r、頁(yè)巖、砂巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖等；太古界泰山群為花崗片麻巖；巖漿巖主要為太古代早期斜長(zhǎng)花崗巖和燕山期侵入輝長(zhǎng)巖。奧陶系、寒武系石灰局部

36、巖溶較發(fā)育，巖石表面沿裂隙發(fā)育有溶溝、溶槽，溶隙和溶洞絕大多數(shù)為全充填，橋梁基礎(chǔ)類型及橋式類型的選擇應(yīng)結(jié)合巖石的完整性及溶洞的大小和頂板厚度確定。石炭系及二疊系中含有多層可采煤層。 DK426+440DK426+960、DK427+960DK428+760兩段所經(jīng)地段分布有重力錯(cuò)移體。前者為路塹段，后者位于隧道洞頂之上。重力錯(cuò)移體形成時(shí)代久遠(yuǎn)，平面形態(tài)呈不規(guī)則舌型，受強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕作用，錯(cuò)移體規(guī)模已大大縮小，現(xiàn)已穩(wěn)定。徐州至池河為黃淮沖積平原及淮河一、二級(jí)階地，黃淮沖積平原及淮河一、二級(jí)階地主要出露上更新統(tǒng)粉土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、黏土（下蜀黏土），含鐵錳結(jié)核，厚245m，部分地段表層為第四系全新

37、統(tǒng)粉土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土，厚215m，下伏寒武、奧陶系白云巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r，白堊系泥巖、礫巖、泥質(zhì)砂巖，下元古界云母片巖、角閃巖、變粒巖等。黃淮沖積平原DK682DK739段廣泛分布松軟（液化）土地層，地基需加固。黃淮沖積平原、淮河及支流一級(jí)階地局部地段分布軟土及松軟土，地基需加固。地下水發(fā)育，主要為孔隙潛水，水位埋深14m。池河至丹陽(yáng)段線路通過剝蝕低山丘陵區(qū)及長(zhǎng)江河谷階地，低山丘陵區(qū)地層巖性主要為粉細(xì)砂巖、泥巖、長(zhǎng)石砂巖、千枚巖、石英砂巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r及侵入巖等。沉積巖受強(qiáng)烈的褶皺、斷裂影響，節(jié)理發(fā)育，侵入巖風(fēng)化層厚度變化大，球狀風(fēng)化發(fā)育，低山丘陵區(qū)地下水一般不發(fā)育，但在儲(chǔ)水條件

38、較好的構(gòu)造帶及巖溶發(fā)育帶水量較豐富。長(zhǎng)江高階地廣泛分布第四系上更新統(tǒng)黏土（下蜀黏土）。一級(jí)階地及高階地坳谷區(qū)局部分布軟土及松軟土。一級(jí)階地地下水較發(fā)育，主要為孔隙潛水，埋深13m，高階地地下水一般不發(fā)育。丹陽(yáng)至上海段線路通過長(zhǎng)江三角洲平原區(qū)，均為第四系地層覆蓋，系江河、湖泊、海相沉積形成，為黏土、粉質(zhì)黏土夾粉細(xì)砂層，其中丹陽(yáng)昆山段零星、斷續(xù)分布淤泥質(zhì)土，厚217m，昆山上海段廣泛分布淤泥質(zhì)土，最大厚度達(dá)38m。軟土強(qiáng)度低，壓縮性高。地下水上部屬孔隙潛水，水位埋深0.53m，下部砂層為良好含水層，具微承壓性。本線部分地段經(jīng)過的大部分地區(qū)因地下水超采形成漏斗區(qū)，存在地面沉降等現(xiàn)象，特別是廊坊、天津

39、、滄州、德州、丹陽(yáng)上海等地區(qū)。沿線有部分河流河水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性，天津至德州間部分溝渠內(nèi)的地表水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性。同時(shí)，北京至濟(jì)南間大部分地段地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級(jí)為H1、H2，其中天津至滄州部分地段環(huán)境作用等級(jí)為H3；濟(jì)南至上海部分地段具硫酸鹽侵蝕。2.1.2地震參數(shù)根據(jù)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306-2001）劃分，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及工點(diǎn)情況確定測(cè)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度（地震基本烈度）如下： DIK0+000DIK65+000 0.20g DIK65+000DK174+000 0.15g 2.1.3特殊土及不良地質(zhì)京滬廊坊段地質(zhì)中含有軟土及松軟土，

40、依據(jù)新建時(shí)速300-350km公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（上、下）（鐵建設(shè)（2007）47號(hào)），當(dāng)路堤基底以下25范圍內(nèi)的地基土不符合要求時(shí)，應(yīng)判定為松軟地基，并做工后沉降分析。本工點(diǎn)全部為松軟地基，底板埋深18.721.6，巖性為黏土、粉質(zhì)黏土、粉土，成因類型為沖積、海積和人工堆積。根據(jù)沉積特點(diǎn)，本工點(diǎn)軟土主要為第四系全新統(tǒng)沖積、海積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和泥質(zhì)黏土，局部為淤泥夾薄層粉細(xì)沙，分布詳見地質(zhì)縱斷面和地質(zhì)柱狀圖。 2.1.4土壤凍結(jié)深度土壤最大凍結(jié)深度0.7；標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度0.6。2.1.5河流水系京滬高速鐵路經(jīng)過地區(qū)的河流分屬海河、黃河、淮河、長(zhǎng)江四大水系。沿線河流密布，水利設(shè)施眾多。線

41、路經(jīng)過的主要河流有永定河、海河、子牙河、子牙新河、南運(yùn)河、漳衛(wèi)新河、馬頰河、徒駭河、黃河、大汶河、泗河、韓莊運(yùn)河、京杭大運(yùn)河、懷洪新河、淮河、滁河、長(zhǎng)江、九曲河、望虞河、婁江、青陽(yáng)港、蘊(yùn)藻浜等。2.1.6設(shè)計(jì)區(qū)段物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)京滬高速鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速為350km/h，要求路基工后沉降控制在15mm以內(nèi)。本段線路位于天津特大橋與青滄大橋之間，地形平坦，地勢(shì)開闊，以填方為主，路堤中心最大填高7.69m。地層分別為：粘土，厚23m；粉質(zhì)粘土，厚1015m；粉土，厚1012m；粉質(zhì)粘土，厚710m；粉土，未見底；其物理力學(xué)指標(biāo)見表1。水文地質(zhì)特征：地下水為第四系孔隙潛水，地下水埋深3.10m。地震加速度

42、為0.20g（地震的基本裂度為VIII度）。表2-1 區(qū)域巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)巖性天然含水量W天然重度天然孔隙比e0液限WL塑限WP液性指數(shù)IL塑性指數(shù)IP壓縮指數(shù)a0.1-0.2壓縮模量Es0.1-0.2天然快剪內(nèi)摩擦角粘聚力C%kN/m3%MPa-1MPa°kPa粘土35.018.70.98548.426.80.3821.60.52710.189.631.4粉質(zhì)粘土28.419.20.82031.518.70.6412.00.4999.789.020.3粉土24.419.90.68027.919.60.578.70.11715.6027.431.0粉質(zhì)粘土27.219.60.75

43、926.516.20.809.60.3508.819.513.9粉土20.120.50.57724.016.80.487.20.20914.1132.7162.2軟土的工程特性軟土是一種近代沉積的特殊土，它包括淤泥和淤泥質(zhì)土，一般是第四紀(jì)后期在濱海、湖泊、河灘、三角洲、冰磧等地質(zhì)環(huán)境下緩慢沉積所形成，它具有下列性質(zhì)：(1)含水量高天然含水量一般在5080，且大大超過液限含水量，呈軟塑狀態(tài)。（2)滲透性小由于體顆粒輕細(xì)，富含粉粒及黏粒，因而透水性差，滲透系數(shù)很低，K值一般介于3.5×6.5× cms， 因而地下水在土中長(zhǎng)期滯留，排泄困難。(3)孔隙比大土體呈海綿狀結(jié)構(gòu)。E值通

44、常大于10，有的甚至達(dá)到20以上，土體中有較大的孔隙水壓力。(4)高壓縮性壓縮系數(shù)為116MPa，屬高壓縮性土。公路路堤在填土白重、路面和人工結(jié)構(gòu)物的附加荷載作用下，產(chǎn)生較大的壓縮、沉降，而且這種沉降長(zhǎng)期難以消失。(5)抗剪強(qiáng)度低凝聚力c值一般只有57kPa，內(nèi)摩擦角僅有3°5°。，土體抗剪切變形差，填筑路堤高度有限制，即存在“極限填筑高度Hc”， 一般可以用Hc=3C估算，C值為不排水抗剪強(qiáng)度(kPa)。因此路堤填筑高度超過Hc，就必須很慢地填筑，等待土中孔隙壓力消散。(6)固結(jié)系數(shù)小Cr平均值為195×10 cms，土體完成固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，路堤穩(wěn)定需要一定時(shí)間作

45、保證。為使路基穩(wěn)定，施工時(shí)必須嚴(yán)格控制填上厚度和加土速度，使土體沉降速率和側(cè)向變形速率控制在允許范圍內(nèi)，以保證施工安全。軟土地基固結(jié)沉降主要計(jì)算方法有:分層總和法、太沙基一維固結(jié)理論、實(shí)測(cè)沉降過程曲線推算沉降量。2.3水位地質(zhì)特征2.3.1區(qū)域水文地質(zhì)特征京滬高速鐵路廊坊段勘探范圍內(nèi)地下水從地下水資源評(píng)價(jià)和地下水開采條件方面將地下水劃分為淺層地下水和深層承壓水，一般將埋藏較淺、由潛水及與潛水有水力聯(lián)系的微承壓力組成的地下水稱為淺層地下水，而將埋藏相對(duì)較深（一般70以下），與淺層地下水沒有直接聯(lián)系的地下水稱為深層承壓水。含水層巖性主要為粉、細(xì)砂及粉土層，呈透鏡體狀分布于黏性土層之中，含水層厚度一

46、般1030，滲透系數(shù)多小于10/，既有淡水，又有咸水。廊坊地區(qū)在自然條件下總的地下水補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)是：在水平方向上，淺層水和深層水由北向南形成補(bǔ)給，在垂直方向上，下伏含水巖組接受上覆含水巖組的滲透補(bǔ)給。淺層地下水有下列補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)：補(bǔ)給：地下水接受大氣降水入滲和地表水入滲補(bǔ)給，地下水具有明顯的豐、枯水期變化，豐水期水位上升，枯水期水位下降。徑流：由于含水介質(zhì)顆粒較細(xì)，水力坡度小，地下水徑流十分緩慢。排泄：排泄方式主要有蒸發(fā)、向深層承壓水滲透和人工開采。2.3.2場(chǎng)地水文地質(zhì)特征本場(chǎng)地地表水主要為溝渠水和線路左側(cè)的坑塘水。本場(chǎng)地內(nèi)表層地下水類型為第四系孔隙潛水，賦存于及其以下的粉、細(xì)砂及粉土層

47、中的地下水具有微承壓性，為微承壓水。表層潛水埋藏較淺，勘測(cè)期間地下水埋深0.62.5（高程0.962.76），賦存于人工填土層、全新統(tǒng)沖積、海積粉土和粉細(xì)砂中，以全新沖積分布相對(duì)穩(wěn)定的黏性土為隔水底層，主要接受大氣降水和地表水補(bǔ)給，排泄以蒸發(fā)為主，其水位變化受季節(jié)影響明顯，高水位期出現(xiàn)在雨季后期的9月份，低水位期出現(xiàn)在干旱少雨的45月份。潛水位年變化幅度的多年平均值約0.8該含水層主要由粉質(zhì)黏土與粉土、粉砂互層組成，其儲(chǔ)水量較高，但出水量不大，水平、垂直向滲透性差異較大。當(dāng)局部地段夾有粉砂薄層時(shí)，其富水性、滲透性相應(yīng)增大。微承壓水以全新統(tǒng)沖積分布相對(duì)穩(wěn)定的黏性土為隔水頂板，城際軌道交通工程影響

48、范圍內(nèi)微承壓水主要賦存于上更新統(tǒng)的粉土及粉細(xì)砂內(nèi)，分布相對(duì)穩(wěn)定的黏性土為相對(duì)隔水層，水位比表層潛水稍低。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了松軟土的工程特性，并對(duì)京滬高速鐵路廊坊段的地質(zhì)概況和水文條件做了詳細(xì)說(shuō)明。在這樣的不良地質(zhì)條件下填筑高速鐵路路基，宜采用CFG樁復(fù)合地基處理。本設(shè)計(jì)也打破了以往根據(jù)以控制承載力設(shè)計(jì)復(fù)合地基，然后驗(yàn)算沉降量的常規(guī)，推陳出新，以路基工后沉降量必須控制在15mm以內(nèi)為前提，設(shè)計(jì)出最合理的復(fù)合地基，然后驗(yàn)算承載力是否滿足，對(duì)以后的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路，下文以此主線展開。第三章CFG樁復(fù)合地基初步設(shè)計(jì)本章主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范的一些大致要求，進(jìn)行了復(fù)合地基參數(shù)的初步設(shè)計(jì)，設(shè)

49、計(jì)參數(shù)包括CFG樁樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距和樁體強(qiáng)度等級(jí)。3.1 京滬高鐵復(fù)合地基承載力確定京滬高速鐵路廊坊段復(fù)合地基設(shè)計(jì)的承載力為300kPa。3.2 京滬高鐵CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)3.2.1 樁長(zhǎng)的確定由地質(zhì)剖面圖和土地物理力學(xué)指標(biāo)分析，依照建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ79-2002的限制及經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)以往工程的實(shí)際研究成果，可以粗略的將樁長(zhǎng)確定在1525m。可以看出，場(chǎng)地層為可塑、中密、低壓縮性的粉質(zhì)粘土層，該層土的承載力特征值為200kPa，壓縮模量為4.81MPa，亦可作為樁端持力層。初步確定樁端落在層，初步選定樁長(zhǎng)為24m進(jìn)行計(jì)算。3.2.2 樁徑的確定樁徑取決于設(shè)計(jì)時(shí)所選用的施工設(shè)備。由于場(chǎng)

50、地土強(qiáng)度較高，且存在粉土層，不適宜采用擠土的振動(dòng)沉管工藝。擬采用非擠土的長(zhǎng)螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓CFG樁施工工藝，確定樁徑為400mm。3.2.3 樁間距的確定根據(jù)以往計(jì)算方法，在樁長(zhǎng)、樁徑確定后，在計(jì)算樁間距之前需先計(jì)算天然地基承載力、確定單樁承載力和計(jì)算復(fù)合地基承載力特征值：（1）確定天然地基承載力：路基地面在粘土層，依據(jù)鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范查得該層承載力特征值為190kPa。（2）計(jì)算單樁承載力：根據(jù)CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐的附錄一確定各土層的CFG樁的側(cè)阻力特征值為：粘土：34.2kPa 粉質(zhì)粘土：34.8kPa粉土：40.0kPa 粉質(zhì)粘土：45.2kPa樁端落在粘土層，端阻力

51、特征值取600kPa。單樁承載力特征值可按下式計(jì)算：（3）計(jì)算復(fù)合地基承載力特征值：從設(shè)計(jì)資料中取復(fù)合地基承載力特征值為300 kPa。（4）確定處理后樁間土承載力特征值通過查閱鐵路工程地質(zhì)勘查規(guī)范表D.0.01-8：表3-1 軟土地基基本承載力天然含水率（%）36404550556575基本承載力（kPa）100908070605040根據(jù)表2-1，知本區(qū)段w=35%，?。?）確定復(fù)樁間距:已知天然地基承載力特征值、單樁承載力特征值和復(fù)合地基承載力特征值之后，即可求得置換率，計(jì)算時(shí)取樁間圖強(qiáng)度折減系數(shù)，樁間土強(qiáng)度提高系數(shù)。置換率由下式計(jì)算得：取置換率m為0.0214 。當(dāng)采用正方形布樁時(shí)，樁間距為：由以往的經(jīng)驗(yàn)，在此選樁間距為1.5m進(jìn)行計(jì)算。3.2.4 樁身強(qiáng)度樁頂應(yīng)力為樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)滿足所以，取CFG樁樁體強(qiáng)度等級(jí)為C30。3.2.5 褥墊層的確定根據(jù)路基荷載和基底土質(zhì)情況，確定褥墊層厚度為50cm。3.2.6 樁體材料配合比根據(jù)工程要求，設(shè)置CFG樁樁體強(qiáng)度等級(jí)為C30，確定坍落度為3cm、混合料28天強(qiáng)度為20.1MPa的配合比。（1）用水量W：參照混凝土控制坍落度3cm時(shí)的用水量，單方用水量（2）水泥用量C：選用的普通水泥，由式計(jì)算得單方水泥用量。（3）單方粉煤灰用量F：W、C為已知，由式計(jì)算得粉煤灰用量。（4）單方石屑用量G1和碎石用