高速铁路软土地基处理技术研讨铁道工程.doc
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1、 中 文 摘 要高速铁路路基工程中经常会遇到软土问题,处理的质量与选择的方法将直接影响到轨道结构的稳定性与安全使用,因此软土地基的处理技术对高速铁路建设十分重要.本论文首先阐述了一般软土地基的处理方法,尤其是兰新高速铁路软土地基的特点,对目前常用的软土地基处理方法以及新技术进行总结,然后提出适合兰新高速铁路软土地基处理的方法,并发展和提出了高速铁路软土地基处理的新技术,对兰新高速铁路软土地基常用的处理方法及其施工工艺进行详细介绍.关键词:软土 高速铁路 特征 地基处理 English abstractHigh-speed railway subgrade engineering of soft
2、 soil we often encounter problems and handle quality and choice methods will directly affect the stability of track structure, so with safe use of soft soil foundation treatment technology is very important for high-speed railway construction. This paper firstly expounds the general of the soft soil
3、 foundation treatment method, especially lanzhou-xinjiang high-speed railway, the soft soil foundation for the common characteristics of soft soil foundation treatment methods and new technology was summarized, and then proposed suits the lanzhou-xinjiang high-speed railway processing method of soft
4、 soil foundation and development and proposed high-speed railway of soft ground treatment of the new technology, high speed railway lanzhou-xinjiang soft roadbed commonly used treatment and construction technology were introduced in detail. Keywords:Soft soil High-speed railway features Foundation t
5、reatment 目 录中文摘要- 1 -英文摘要- 2 -1.软土地基的概念及特征-4 -2.软基的破坏形式- 4 -3.一般软土地基处理方法分类、特点及应用范围- 5 -3.1换填垫层法- 5 -3.2深层密实法- 6 -3.3置换法- 6 -3.4排水固结法- 6 - 3.5化学加固法- 7-3.6加筋土法-7 -3.7 砂石桩法- 7-3.8塑料排水法- 9 -3.9袋装沙井法- 10-3.10真空预压法- 11-3.11其他加固法- 12-4.针对兰新高速铁路软基处理的技术方法- 13 -4.1换填法- 13 -4.2冲击碾压法- 14 -4.3强夯法- 15 -4.4挤实砂石桩-1
6、6 -4.5水泥土搅拌法- 16 -5.总结与建议-18 -参考文献- 20 -致谢- 21- 高速铁路软土地基处理技术研讨1软土地基的概念及特征 软土是在静水或缓慢流水环境中以细颗粒为主的近代沉积物,其天然含水量大、孔隙比大、压缩性高、承载力低、渗透性小,是一种呈软塑到流塑状态的饱和粘性土.软土一般为含有机质的饱和土,含水量较高、孔隙比较大、渗透性较差,压缩性较高,抗剪强度低.具有明显的结构性和流变性,具有变形量大、压缩稳定时间长、侧向变形较大等特征.通常我们把抗剪强度低、压缩性高、透水性差以及在动力荷载作用下容易液化地基称为软土地基.由于高速铁路轨道结构的基础修建在软土中,则此结构的地基就
7、称为高速铁路软土地基.软土作为特殊土的一种,有其独特的土力学性能:软土的天然含水量高,一般大于30%;孔隙比大,天然孔隙比e 1;压缩系数11 2 0.5 2 = MPa ;透水性低,竖向与水平渗透性不同,一般垂直方向的渗透性系数要小些;抗剪强度低,因为软土的内摩擦角接近于零,抗剪强度主要决定于内聚力;软土具有触变性与流变性.铁路在通过西北一带及沙漠戈壁地区时,常常会遇到软土地基问题,主要有路基沉降不稳定及变形过大;路基边破失稳外挤;路基基床病害等.由于软基变形对铁路路基运营期间造成了较大的危害,它影响了行车安全,增大了线路的养护维修量.从50 年代开始,铁路工程技术人员就针对路基工程遇到的软
8、土地基处理问题进行了大量的现场软基试验和研究.经过几十年的努力,通过提高现场勘察技术和手段、采用各种新的原位测试技术和方法、应用各种软基处理新技术和新方法,使铁路路基工程遇到的软土地基处理问题得到了较好的解决.2软基的破坏形式软土由于其不良的工程力学特性,对工程有极大的危害性,综合分析主要有以下几种形式:剪切破坏,由于地基抗剪强度不足以承受其上列车所施加的动、静荷载,造成破坏,表现为使邻近地基产生隆起;由于软土地基的高压缩性,发生不均匀沉降,使轨道结构的基础由于应力集中出现裂缝,最终使轨道结构遭到破坏,失去其使用功能;由于软土地基的高空隙比与高含水率,在使用中发生排水固结,发生不均匀沉降,使轨
9、道结构下沉量过高,影响使用功能.在工程应用实际中,由于铁路路基是承受静、动双向荷载,其受力的复杂性,决定其软土地基发生均匀沉降的可能性极小.3.一般软土地基处理方法分类、特点及应用范围经过长期工程实践已形成了多种形式的软土地基处理方法,如下:3.1 换填垫层法此法处理的经济实用高度为23m ,如果软弱土层厚度过大,则采用换填法会增加弃方与取土方量而增大工程成本.通过换填具有较高抗剪强度的地基土,从而达到增强地基承载力的目的,满足轨道结构对地基的要求.主要加固方法有换填、抛石挤淤、垫层、强夯挤淤几种.垫层法根据材料的不同可分为砂(砾石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层.
10、代表方法有砂垫层法及换填法.3.2 深层密实法适用于软土厚度3m 的中厚软土的加固,分布面积广的软基加固处理,其加固深度可达到30m .通过振动、挤压使地基中土体密实、固结,并利用加入的具有高抗剪强度的桩体材料置换部分软弱土体中的三相(气相、液相与固相)部分,形成复合地基,达到提高抗剪强度的目的.主要加固方法:强夯法、土(或灰土、粉煤灰加石灰)桩法、砂桩法、爆破法、碎石桩法(振冲置换法)、石灰桩法、水泥粉煤灰碎石桩(CFG 桩法)、粉喷桩法、旋喷桩法.代表方法有碎石桩法、强夯法、水泥粉煤灰碎石桩法、粉喷桩法.3.3 置换法由于深层密实法中的几种方法都有加入高抗剪强度的材料,置换软土中部分成分的
11、加固机理,与原有的土体共同组成复合地基,达到加固地基的目的,因此深层密实法有时也称为置换法.3.4 排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质粘土及冲填等饱和粘性土地基.软土地基在附加荷载的作用下,逐渐排出孔隙水,使孔隙比减小,产生固结变形.在这个过程中,随着土体超静孔隙水压力的逐渐扩散,土的有效应力增加,并使沉降提前完成或提高沉降速度.主要加固方法:堆载预压法、砂井法、袋装砂井、真空预压法、电渗排水法、降低地下水位法、塑料排水板法等.3.5 化学加固法即在软土地基中加入水泥或其它化学材料进行软土地基处理,适用于处理砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土,也可以在处理裂隙岩体及已有构筑
12、物地基加强中.水泥或其它化学材料注入土体后,与土体发生化学反应,吸收和挤出土中部分水与空气,形成具有较高承载力的复合地基.主要加固方法:粉喷桩、旋喷桩、注浆、水泥土搅拌法.3.6 加筋土法通过在路基中埋入高强度、大韧性的土工聚合物、拉筋、受力杆件或柴(木)梢排等方法加强路基的自身强度,增加抵抗地基变形沉降的能力.适用于软弱岩体、土体中的路堤与路堑.主要加固方法:加筋土路基、土工聚合物、土钉墙、土层锚杆、土钉、树根桩法、柴(木)梢排法.3.7 砂石桩法碎石桩和砂桩总称为砂石桩,又称颗粒土桩,是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后,再将碎石或砂挤压入已成的孔中,形成大直径的砂石所构成的桩体
13、.3.7.1砂石桩的加固机理:在松散砂土与粘性土中有所不同的,在松散砂土中主要是发挥砂石对软土的挤密作用、排水减压作用、和砂基预振效应,而在粘性土中主要是对软土(特别是饱合软粘土)的置换作用.3.7.2方法的特点是:加固期短,可以采用快速连续加载方法施工路堤,设备简单,工作面可以加大,对缩短工期十分有利.3.7.3施工步骤主要分两大部分:成孔加填料密实成桩.砂石桩法在19 世纪30 年代起源于欧洲,20 世纪50 年代引入我国后,在工业、交通、水利水电设施中得到广泛的应用,目前已形成了多种施工方法,主要有以下几种:振冲挤密法、沉管法、干振法、钻孔锤击法、振动气冲法、强夯置换法、水泥碎石桩法、裙
14、围碎石桩法、袋装碎石桩法等.在实际施工中,可以根据地质条件及机具设备情况选用合适的施工方法.3.7.4成桩材料要求:选用未风化的干净碎石、砾石、矿渣、碎砖及渗水性好的中粗砂等,含泥量应5%10%,碎石粒径最大应50m ,以免桩孔或振冲器磨耗过大.3.7.5施工机具:根据选用施工方法的不同,合理选用以下几种:振动打桩机,柴油打桩机、电动落锤、振动沉桩机、冲击成孔机、振冲器、起重设施、空气压缩机以及桩管、打桩架等.3.7.6施工中常发生的质量问题及注意事项:A.桩的施工次序一般是由里向外或一边推向另一边,有利于挤出部分软土.对抗剪强度低的粘性土地基,为减少制桩时对原土的扰动,宜用间隔跳打的方式施工
15、.B.在成孔过程中应首先严格控制水压、电流和振冲器在固定深度位置的振留时间,以防缩孔、塌孔.C.填料要分批加入,次数频繁,每次少进料,保证试桩标定的装料量.每一深度的桩体在未达到规定的密实电流时要继续加料振实,以防断桩、缩径.3.7.7质量控制:单可采用挖开的方法检查,并在施工中做好记录控制.施工质量的检验可以对碎(砂)石桩进行单桩荷载试验,也可采用动力触探试验,也可用标准贯入法、静力触探法检查处理前后的对比结果及桩间土的挤密效果.整体加固效果的检验可以进行单桩复合地基和群桩复合地基的大型试验.3.8 塑料排水板3.8.1加固原理:塑料排水板是一种复合土工材料,由芯板和滤膜组成,其加固软土地基
16、的机理是在软土地层中按一定的间距和布置形式打设塑料排水板,在软土中形成竖向排水通道,加速排水,特点是单孔水断面大,排水畅通、质量轻、强度高,耐久性好.3.8.2适用范围:当软土层较厚,路堤较高时,常用塑料排水板法加速固结沉降.3.8.3施工方法:插设塑料排水板塑料排水板桩头处理(铺设砂垫层)路基填筑.3.8.4施工用主要机械设备:插板机主要由工作装置、驱动装置和行走装置组成.工作装置由导向架和导管组成,导向架由角钢分段焊接,每段长6m ,段与段之间用螺栓连接.导管采用热轧无缝钢管制成.为适应在软土中行走多采用履带式,也有轮胎式.3.8.5施工注意事项:为方便机械设备移动及排水板桩头直立,可先将
17、地表清流水面后铺设砂垫层;为保证排水通道畅通,每根桩均采用一整条的排水板,不允许有接头,并应保持排水板不扭曲,透水膜不被撕破和污染;牵动排水板下沉的锚销与排水板连接可靠,并且锚销与导管下端口密封要严,以免泥砂进入排水板内阻塞排水通道;拔导管时应轻轻进行,以免带出排水板;打设完成后,人工扶正排水板外露的头部,并用砂土紧打管口洞口,轻拍砂土至紧密,保证桩头是直立的.3.8.6插设塑料排水板质量控制:在打设过程中,严格控制打桩机就位时导向架的垂直度,以保证桩身的垂直度,一般要求其斜度不超过深度的1.5%;因为在软土中,排水速度与距离的平方成正比,因此打设塑料排水板应严格控制平面位置,偏差位5cm ;
18、塑料排水板在插设过程中,若被导管带出,应在距废弃排水板附近补打.3.9 袋装砂井法3.9.1原理:袋装砂井是把砂装入长条形、透水性好的纺织袋内,然后用专门的机具设备打入软土地基内代替普通大直径砂井.袋装砂井既有大直径砂井的作用,又可以保证砂井的连续性,避免缩径现象.由于袋装砂井的直径小,材料消耗小,造价低,施工速度快,设备轻型,更适应在软弱的地基上施工.袋装砂井适用于软土层厚度5m ,且路堤高度的自重静压超过天然地基承载力很多时,常采用袋装砂井法.3.9.2材料要求:采用聚丙烯或其他抗拉强度能保证承受砂袋自重的纺织料,装砂后砂袋的渗透系数不小于砂的渗透系数.砂采用渗水率较高的中、粗砂,粒径0.
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