y软土地区地基处理

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1、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，软土地基处理技术对高速铁路建设十分重要。本设计概述了软土的定义，分类和主要的分布区域，软土路基工程的特点,并对高速铁路特点、发展现状，高速铁路路基的特点与现状做出了介绍.文章根据几种软土地基处理方法的具体理论和施工工艺,主要针对高铁软土地基，分别对以下三段里程进行了横断面设计，即:DK613+625、DK613+725及DK613+820。然后根据该路段的工程地质情况，对地基承载能力进行了验算。并采用分层总和法计算了天然沉降量，得出了三个断面处的沉降量分别为82.9cm、31。6cm

2、和55.4cm,均远远超过了规范要求的1。0cm.因此就三个断面处地基进行了CFG桩加固处理，进而计算出工后沉降量分别为0.69cm、0。33cm和0.44cm，均小于1。0cm，满足设计要求.关键词：高速铁路;软土路基；沉降计算；软土地基处理方法；CFG桩Abstract Soft soil engineering problems often encountered in highspeed railway subgrade， The quality and choice of treatment method will directly affect the stability and

3、safety of the track structure to use, so soft processing technology is very important for high-speed railway construction. This design outlines the definition of soft soil， classification and main distribution area, the characteristics of soft soil roadbed construction, and features high-speed railw

4、ay， development status, Article according to the specific treatment of several soft theory and construction technology, mainly for high-speed rail soft, respectively, of the following three paragraphs mileage conducted a cross-sectional design: DK613 +625, DK613 +725 and DK613 +820。 Then according t

5、o the section of the engineering geological conditions, the bearing capacity of the foundation checking。 And the use of natural stratification method to calculate the sum settlement, obtained three sections at the settlement were 82。9cm, 31。6cm and 55.4cm, are far greater than the regulatory require

6、ments of 1。0cm. Therefore carried out three sections at the foundation of CFG pile reinforcement， then calculate the amount of the settlement after labor were 0.69cm， 0.33cm and 0.44cm, were less than 1.0cm, meet the design requirements.Keywords： High-speed rail； soft soil roadbed; settlement calcul

7、ation; soft ground; CFG pile目 录摘 要I关键词：IAbstractII目 录III1绪 论11。1高速公路路基的特点11.2软土的成因类型及分布21。2.1软土的概念21。2。2软土的成因类型21.2.3软土的分布31.3软土的工程性质51。3。1软土的工程性质和力学性质51。3。2松软土的力学性质71.3。3软土地基常见工程问题82路基的横断面设计102.1工程地质条件102。1.1设计范围及类型102.1。2工程地质及水文地质概况102。2设计依据102。3路基横断面设计112.3。1高速铁路路基面形状112。3.2高速铁路路基面宽度122。3.3高速铁路路堤

8、横断面设计143沉降量计算163。1基本概念163.2软土路堤的沉降计算173.2.1地基中的应力分布183.2.2沉降量的计算184软土地基处理方案选择及设计254。1软土地基处理概述254.2软土地基的破坏形式264。3软土地基加固处理方法分类274。3.1置换及灌入固化物法284。3。2振密、挤密法284。3。3堆载预压及排水固结法294.3.4加筋法294。4断面CFG桩处理304.4。1基本理论304.4。2断面DK613+625处理344.4.3断面DK613+725处理374.4。4断面DK613+820处理39结 论43致 谢44参考文献45附录一 DK613+625 双线路基

9、断面图附录二 DK613+725 双线路基断面图附录三 DK613+820 双线路基断面图附录四 DK613+625处CFG桩处理设计图附图五 DK613+725处CFG桩处理设计图附录六 DK613+820 处CFG桩处理设计图44 / 481绪 论1.1高速公路路基的特点路基是轨道的基础，也称为是线下部结构，上部结构能否稳定，路基是关键.进入80年代后，随着经济和技术的日益先进，铁路建设朝着大重量、高密度、高速度的目标进发，为达成这一目标，就需要提出与之相适应的高标准，并要严格控制工程质量。自60年代日本建成世界上第一条高速公路以来，世界上出现了修建高速铁路的热潮。高速铁路的出现对传统铁路

10、的设计、施工、养护维修提出了新的挑战，在很大的程度上深化以及改变了传统铁路的设计观念。高速铁路路基工程有以下三个特点：（1)高速铁路的路基的多层结构系统高速铁路线路结构，已经突破了传统的轨道道床土路基这种结构型式，既有碴轨道，也有无碴轨道。对于有碴轨道,在道床与土路基之间，已经没有了将道碴层直接放在土路基上的做法，代之以多层结构系统。(2）控制变形是路基设计的关键控制变形是路基设计的重中之重，无论何种结构形式，路基设计的首要目标是为高速铁路提供一个平坦，均匀而且稳定的轨下基础.对于有碴轨道，因其道床与路基由散体材料组成，不够稳定，所以多次重复荷载作用下会造成路基与道床下沉,使轨道变得不平顺，这

11、是一种残余变形.同时,材料的刚度对轨道面的弹性变形也起关键性作用。众所周知，高速铁路对轨道变形有较高要求,这就回到了一开始谈到的那个问题，变形控制,是高铁设计要考虑的主要控制因素，特别是路基.（3)列车-线路整体系统相互匹配合理，路基很重要变形是一个很重要的问题，高速铁路在修建完成后，还要投入很大的资源养护维修来强化线路结构,因此，变形问题是轨下系统设计的难点.包括路基在内的轨下系统的垂向变形集中反映在轨面上，它是车轮、钢轨、道床以及路基的整个系统内的各部分相互作用的结果，在轮-轨系统相互作用的研究中，必须把各个系统当作一个整体来研究分析,在系统中,路基的参数（例如刚度)对分析结果是十分重要的

12、。所以说，在高速技术研究中，无认机车车辆、轨道结构或者路基专业,都应当把自已的问题放在整个系统中去考察，设计中所采用的设计参数应当使系统的各个部分相互间有合理的匹配。对于路基来说，这些参数主要是弹性系统、阻尼、参振质量、变形模量、动刚度、因有频率以及与之相联系的联系的密实度和含水量等.1。2软土的成因类型及分布1。2.1软土的概念我国的软土（softsoil）主要分布于渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲以及浙、闽沿海地区等地，以海相或湖相沉积为主,它们是在咸水或淡水中沉积形成、含有有机质和矿物质的细粒土，厚度数米至数十米不等，但在同一地区厚度的变化不大。包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥

13、炭质土等。软土是沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高和强度低的特点,多数还具有高灵敏度的结构性.主要包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土、泥炭、泥炭质土等性质。1.2。2软土的成因类型软土按沉积环境分类主要有下列几种类型：（1)滨海沉积滨海相：常与海浪岸流及潮汐的水动力作用形成较粗的颗粒（粗、中、细砂）相掺杂，使其不均匀和极松软,增强了淤泥的透水性能，易于压缩固结。泻湖相：颗粒微细、孔隙比大、强度低、分布范围较宽阔，常形成海滨平原。在泻湖边缘,表层常有厚约0。32.0m的泥炭堆积

14、。底部含有贝壳和生物残骸碎屑。溺谷相:孔隙比大、结构松软、含水量高，有时甚于泻湖相。分布范围略窄，在其边缘表层也常有泥炭沉积。三角洲相：由于河流及海潮的复杂交替作用,而使淤泥与薄层砂交错沉积，受海流与波浪的破坏，分选程度差，结构不稳定，多交错成不规则的尖灭层或透镜体夹层，结构疏松软,颗粒细小。如上海地区深厚的软土层中央有无数的极薄的粉砂层，为水平渗流提供了良好条件。（2）湖泊沉积湖泊沉积是近代淡水盆地和咸水盆地的沉积。沉积物中夹有粉砂颗粒，呈现明显的层理。淤泥结构松软，呈暗灰、灰绿或暗黑色,厚度一般为10m左右，最厚者可达25m。(3）河滩沉积主要包括河漫滩相和牛轭湖相.成层情况较为复杂，成分

15、不均一，走向和厚度变化大，平面分布不规则。一般常呈带状或透镜状，间与砂或泥炭互层，其厚度不大，一般小于l0m.（4）沼泽沉积分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，多以泥炭为主，且常出露于地表。下部分布有淤泥层或底部与泥炭互层。软土由于沉积年代、环境的差异，成因的不同，它们的成层情况，粒度组成，矿物成分有所差别，使工程性质有所不同。不同沉积类型的软土,有时其物理性质指标虽较相似,但工程性质并不很接近,不应借用。软土的力学性质参数宜尽可能通过现场原位测试取得。软土的工程特性:含水量较高，孔隙比较大；抗剪强度低；压缩性较高；渗透性很小；结构性明显；流变性显著.1.2.3软土的分布按工程性质结合自然

16、地质地理环境，软土分布可划分为三个地区-北部地区，中部地区,南方地区。各地区软土物理性质指标统计见表11表11 我国软土主要分布地区的物理性质指标统计区别海陆别典型地区沉积相土层埋深物理性质指标(平均值)天然含水量容重孔隙比饱和度液限塑限塑限指数液限指数有机质含量mg/cm3北部地区沿海天津塘沽连云港、大连等滨海034451.781.23934222191.257.5三角洲59401.791。11973519161。35中部地区沿海温州湾、宁波、舟山滨海232521.711.4198462424温州、宁波泻湖135511。671。61984725241。346.5福州、泉州弱谷125581。6

17、31。74955231261。911长江下游三角洲219431.761.24984023171。11内陆昆明的滇池高原湖泊771。541。9370281。2818。4洞庭湖、洪泽湖、太湖等平原湖泊471。741.314323199.9长江中下游、珠江下游、淮河平原、松辽平原等河漫滩471。751。2239171.44南方地区沿海香港、厦门滨海09611。631.65955327261。94珠江下游三角洲1101.581.675437241.3软土的工程性质1.3。1软土的工程性质和力学性质总结以上各地软土的物理指标，可看出软土最大的工程性质是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数高、

18、渗透系数小。在荷载作用下，软粘土地基沉载力低，地基沉降变形大,容易产生较大的不均匀沉降，而且沉降稳定历时较长。各地软土的特性可简单的总结如下：（1）孔隙比大、含水量高土的含水量()是指单位体积土中水的重量与干土重量的比值之百分数。即。我国淤泥质软土的含水量，一般为3550%；淤泥的含水量一般在5070%.松软土含水量往往与液限（指土从可塑状态变为流动状态时的界限含水量）呈正比关系变化，即随着液限增加，含水量液随之增加.含水量大是松软土的主要物理特征之一，在高含水量下，松软土的饱和度(孔隙中水的充满程度）一般都大于95%，处于饱和状态,即土中的孔隙几乎全被水所充满。孔隙比是指单位体积土中孔隙体积

19、与土颗粒所占体积之比,用小数表示。孔隙比大，又是松软土的一项重要物理性质指标,其大小反映了土中孔隙多少和土的松密程度，孔隙比愈大,说明土中孔隙所占的体积愈大，则土质愈松，愈易被压缩，土的力学强度愈低。松软土含水量与孔隙比之间有着密切联系，有学者将二者大量的数据建立了回归方程为，这二项物理指标，不但与其他指标关系显著，并对地基承载力也有显著的影响，由于松软土的含水量取值方便和可靠，而对孔隙比的试验值，易受取样时扰动影响，其可靠性和准确性的离散性较大，故地基基础设计规范中选择天然含水量作为确定软土地基容许承载力的第一指标.一般大于液限，高的可达200,孔隙比在1.42.1之间。各地软土含水量一般大

20、于40%,孔隙比大于1。1。（2）压缩性高土的压缩性常随着液限与含水量的增加而增高,松软土地基在荷载作用下沉降量大的主要原因就是在于松软土本身的高压缩性。值得注意的是，松软土地基上的建筑物沉降,往往是不均匀的,这一方面是由于上部建筑物的荷载与与外部荷载不同；另一方面，就松软土本身而言，是由于松软土厚度的变化与其压缩性的不均匀造成。由于松软土地基的沉降量很大，其上的建筑物是很容易出现超过允许程度的差异沉降和倾斜。松软土沉降量大，且不均匀，是松软土高压缩性的特征的反映，同时其渗透性弱,土中的孔隙水不易排出，故使建筑物沉降稳定时间很长。珠江三角洲地区软土压缩系数通常大于1.0MPa1,压缩模量Es多

21、在1.02.0MPa,其他地区软土压缩系数通常小于1。0MPa-1,压缩模量Es多大于2。0MPa.长江三角洲地区5m的填土沉降量为1。52。0m，渤海湾地区5m的填土沉降量为1。01.5m，珠江三角洲5m的填土沉降量为2。03。0m。（3)强度低松软土的抗剪强度小，且与加荷载速度及排水固结条件密切相关，在直剪试验中，固结快剪的数值一般为粘聚力c=520kPa,内摩擦角,快剪约为10kPa，。在三轴试验中，不排水剪的抗剪强度值很低,等于其最大、最小主应力差的1/2，即内摩擦角值=0，可见饱和软土的抗剪强度是与加荷速度和排水条件密切相关的，固结快剪试验数值要大些,这是因为土受荷后，孔隙水有排出的

22、机会，使土得到一定的固结，从而提高了土的抗剪强度。相反，如在快剪中那样，若在加荷后，立即进行剪切，土中的孔隙水来不及排出,孔隙水不能消散，剪切面上的有效压力不高，土的强度就会很低,因此，设计时，必须慎用剪切指标值，应据不同的施工方式，选取不同的试验手段,若地基土有排水条件时，则可选用固结快剪的试验值，而在基坑开挖施工中，不但没有加荷条件，反而是卸载条件，因此松软土中的孔隙水没有消散排走的条件，这时选择的松软土的抗剪强度宜选择快剪值为宜。珠江三角洲地区软土十字抗剪强度多小于20kPa,一般容许承载力在2045kPa;长江三角洲地区软土十字抗剪强度大多小于30kPa,一般容许承载力在5070kPa

23、；渤海湾地区软土十字抗剪强度大多小于40kPa，一般容许承载力在5080kPa。（4）透水性差淤泥和淤泥质土的渗透系数k值很小(cm/s），因而在压力作用下的固结过程时间很长；在加荷初期也易出现较高的孔隙水压力,这对地基强度有着很大的影响。松软土地基上很多建筑物在建成五年之后，地基仍然不稳定，每年仍有1cm以上的沉降量,一些高速公路的高填路基段,五年内松软土的总沉降量可达1m以上,而且仍不稳定，如浙江杭雨高速公路余姚段，五年过去了，沉降总量近2m，而且仍然在沉降，松软土这一特征，是工程界极为关注的难题。大部分的软土的渗透系数都在cm/s之间（5）具有触变性松软土具有因结构受扰动而强度降低的特性

24、，这一特性常用灵敏度来表示. 式(11）式中：原状结构软土的无侧限抗压强度。含水量不变，而原状结构受破坏的软土无侧限抗压强度.松软土的蠕变性也是比较明显的，在一长期固定应力作用下，松软土将产生缓慢的剪切变形，并导致抗剪强度的衰减，在固结沉降完成之后，松软土还可能继续产生客观的次固结沉降。上海等地许多工程的现场实测结果表明：当土中的孔隙水压力完全消散后，建筑物还在继续沉降.软土一旦受到扰动，土的强度明显下降，甚至呈流动状态.（6)流变性显著软土的长期抗剪强度只有一般土质搞剪强度的4080。1.3.2松软土的力学性质(1）剪涨性剪涨性是土基本力学特性之一，指土体在剪切时产生体积膨胀或收缩的特性。粘

25、土的剪涨性最早于1936年发现,但自到1954年提出著名的孔隙水压力公式: 式(1-2)土的这一重要特性才得到人们的重视.式中、为主应力增量。为超孔隙水压力增量，A、B为孔隙压力系数。当A1/3时，就意味着剪涨或剪缩。粘土的这种剪涨性也就意味着偏量响应和静水响应之间存在藕合效应。除了剪切应变之外,纯偏应力增量通常产生体积应变(膨胀或压缩)。不仅剪应力能引起剪应变,体积应力也会引起剪应变.剪应变的一部分与土的骨架的轻度偏斜相对应，荷载卸除后能恢复，它是弹性剪应变;另一部分则与颗粒之间的错动滑移相联系，为塑性剪应变，这种情况在接近破坏时的高应力水平尤其明显。（2）压硬性压硬性是另一个松软土的基本力

26、学特性。对于它的认识比较早，可见的对压硬性的最早描述是库仑摩擦定律。1。3。3软土地基常见工程问题软土地基常见工程问题主要包括下述几个方面：(1）地基承载力和稳定性问题在道路荷载（静力和动力荷载）作用下，地基承载力不能满足要求时，地基会产生局部或整体剪切破坏，影响道路的正常使用，引起道路破坏或边坡失稳.（2）沉降、水平位移及不均匀沉降问题在荷载作用下（静力和动力荷载），地基产生变形。当道路沉降或水平位移,或不均匀沉降超过相应的允许值时，将会影响道路的正常使用,甚至可能引起破坏。道路沉降量较大时,不均匀沉降往往也比较大,不均匀沉降对道路的危害较大。综合变形方面的工程特性有以下几个方面：变形量大软

27、土中的淤泥和淤泥质土，其孔隙比e大于1.0，受力后压缩量自然较大,有些软土含水量达60%以上,e大于1。5，则压缩性更高。更有泥炭类的软土含水量高达200%500%，土体大部分由水构成，荷载一加，水从孔隙中挤出，土就向泡沫塑料一样被挤出。压缩稳定所需时间长软土的颗粒组成以粘粒为主，尽管孔隙比大，但单个孔隙却很细，水在孔隙中流动较难，因此，渗透性很低，渗透系数一般在107cm/s10-8cm/s数量级。饱和土受荷后,水不能很快排出，变形也只能慢慢发展。在地基中,这一变形过程常延续数年，乃至数十年.侧向变形较大软土的侧向变形比一般土要大，而且侧向变形与竖向变形之比在相同条件下也比一般土要大，换句话

28、说，其泊松比要比非软土大。饱和软土受荷时，初期水来不及排出，土体体积不能收缩，便从侧向向外挤出,侧向膨胀的体积与竖向沉降的体积近于相等，泊松比接近于0。5.随着水的逐步排出，土体体积收缩,竖向沉降进一步发展，而侧向可能略有收缩.这时的泊松比小于0。5，达到0.4，乃至0。3以下。从最终稳定的变形来看，软土的泊松比一般高于非软土.我国的软土路基分布是十分广泛的，例如，已经建成的西宁线、西安南京线、秦沈客运专线、津浦线、浙赣线、大沙线、内昆线、成昆线、三茂线等,正在建设的有京津城际线、福厦线、温福线等。经过多年在软土地区的实践,对软土地区的路基设计理论、施工方法及加固措施等方面均积累了较丰富的经验

29、,当然也有很多的研究成果问世。2路基的横断面设计2。1工程地质条件2.1。1设计范围及类型设计范围：软土地区某高速铁DK613+500DK613+980路段路基工程设计,全长480m；设计类型：地基加固处理、基床处理及路基边坡防护.轨道类型：设计段DK613+500DK613+980为无碴轨道。2.1.2工程地质及水文地质概况（1）地形地貌：淮河平原二级阶地，垄岗及丘间谷地，地形稍有起伏，坡面平缓,辟为旱地，交通较便利。(2）地层岩性：素填土,褐灰色,软塑,含少量建筑垃圾，厚01.1m；黏土，褐灰色,软塑，含铁锰质结核,厚03m；黏土,褐灰色，硬塑，含铁锰质结核，厚09。6m；黏土,褐黄色棕黄

30、色，硬塑含铁锰质结核,厚01.72m；Klz泥质砂岩、砂质泥岩，泥岩、粉砂质泥岩，紫红色，全风化，岩芯呈土状，厚010。18m。(3）水文地质：地下水不发育，主要为第四系孔隙水，测时水位埋深0。42.4m。（4）物理地质：地震动峰值加速度为0。1g。2.2设计依据(1)路堤稳定安全系数：考虑列车荷载(ZK荷载）时1.25，架桥荷载条件下1。15，预压荷载条件下1.15。（2）无碴轨道路基工后沉降控制标准:一般不应超过10mm;路桥交界处的差异沉降不应大于5mm.(3)有碴轨道工后沉降控制标准:一般地段工后沉降不大于5cm,初年沉降速率小于2cm/a,桥台台尾过渡段工后沉降不大于3cm。（4）经

31、沉降分析，工后沉降不满足控制标准，地基需加固处理。采用指标：填土：20kN/，Cu=10kPa,u=。（5）黏土，软塑：W=23.3，r=19。9kN/,e=0。75，=45。34kPa，=9。7，=56。77kPa，=6.57=8。11MPa，=2.01MPa，N=11。(6）黏土，硬塑：r=19.9kN/，=8.30MPa，=2。10MPa。(7)桥头过渡段及部分路堤是填方段:地基采用CFG桩+垫层（碎石+中粗砂）加固.填高大于6m及填高小于3m时，垫层内铺设两层土工格栅，极限抗拉强度不小于100kN/m。CFG桩的设计要求桩体混合料试块标准养护28d立方体抗压强度标准值不小于10MPa.

32、复合地基设计强度如表21所示：表21 复合地基设计强度断面里程复合地基承载力（kPa）DK613+625274DK613+725306DK613+820389(8）基床底层及基床以下路堤填料来源于:石牛山取土场，为长石石英砂岩、强风化，属于A、B组填料，路堑挖方黏土，属K组填料；全强风化泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩等，弃除或做预压土。(9)本工点路基填筑施工期按9个月,填筑完成后放置调整（含预压)至少9个月。(10)本工点碳化环境按T2等级考虑,地表水、地下水具硫酸盐、二氧化碳弱侵蚀性。2.3路基横断面设计2.3。1高速铁路路基面形状水的危害是造成路基病害的重要原因,保证良好的排水条件是路基设计的

33、重要原则。路基面形状应设计为三角形路拱,由路基中心线向两侧设4%的人字排水坡.曲线加宽时，路基面仍应保持三角形。双线铁路中,并行不等高或局部单线地段的路肩高程高于双线铁路并行等高地段土质路堤的路肩高程，高出尺寸h按式（21）计算。 式（2-1)式中： 并行等高直线地段图纸陆地的标准道床厚度，m； 并行等高直线地段图纸陆地的标准路基面宽度，m； D并行等高直线地段图纸陆地的线间距，m； -并行不等高或局部单线直线地段的标准道床厚度，m； -并行不等高或局部单线直线地段的标准路基面宽度,m； 1.435-标准轨距,m； 钢轨的头部宽度，mm。2。3。2高速铁路路基面宽度铁路双线路基面宽度由线间距和

34、左右两侧线路中心以外轨道的铺设宽度和路肩宽度组成.（1)路肩的作用和宽度路肩的作用：加强路基的稳定性，防止道碴滚落到路基面以外，安设永久性和临时性的线路标志和信号标志,便于进行养路作业时堆放必要的材料，摆放和运送机具、车辆,以便于工作人员和行人的通行和避车.路肩宽度：铁路路基设计规范规定，路堤的路肩宽度不应小于0。8m，路堑的路肩宽度不应小于0。6m.（2）双线标准路基面宽度如图21和表2-2所示。图22 双线路堤标准横断面示意图（单位:m)（3） 路基高度路基高度是指路堤的填筑高度，是路基设计高程和地面高程之差。由于原地面沿线路横断面方向往往是倾斜的，因此在路基宽度范围内，两侧的高差常有差别

35、。表2-2标准路基面宽度轨道类型 设计最高速度 （km/h） 双线线间距 (m）路基面宽度(m）单线（m)双线(m)无砟轨道2504.68.613.23004.813。43505。013.6有砟轨道2504.68。813。43004.813.63505.013.8（4）基床厚度基床是铁路路基最重要的关键部位，其主要作用有以下几个方面：基床有足够的强度,它能抵抗列车荷载产生的动应力而不使基床破坏，能抵抗道碴压入基床土中，防止道碴陷槽等病害的形成，在路基填筑阶段能承受重型施工车辆走行而不形成印坑，以免留下隐患.石或级配碎石.基床具有足够的刚度,在列车荷载的重复作用下，塑性积累变形很小,能避免形成过

36、大的不均匀下沉而造成轨道的不平顺，增加养护维修的困难。在列车高速行驶时,基床的弹性变形应满足高速走行的安全性和舒适性的要求,同时还能保障道床的稳固。基床具有良好的排水性，能防止雨水浸入造成路基土软化，防止发生翻浆冒泥等病害。在可能发生冻害的地区，基床还有防冻等特殊作用基床表层基床表层是路基直接承受列车荷载的部分，又常被称为路基的承载层或持力层,因此基床表层的设计是路基设计中最重要的部分。高速铁路路基基床表层的厚度取为0。7m.为有利于自然降水的排出,基床表层和基床底层顶面都应设置4%的横坡.基床表层的防排水问题应在设计中引起重视，应在路基基床表层增设510cm沥青混凝土防排水层,表层总厚度不变

37、。基床厚度的确定列车动应力由轨道、道床传至路基本体，然后沿深度逐渐衰减.一般将动应力影响较大的部分定义为路基基床。压实土的动三轴试验表明，当动静应力比在0。2以下时,加载10万次产生的塑性累积变形在0。2%以下,而且很快能达到稳定.如果动静应力比小于0。1,动荷载影响就相当微小了。因此，一般将动静应力比1：5或1:10作为确定基床厚度的依据。我国对京沪高速铁路路基的研究表明，动静应力比为1：5时的深度约为3.2m,动静应力比为1：10的深度约为4。2m，如图2-6。考虑到高速铁路路基基床部分的填料为优质填料,且压实要求高,故一般采用动静应力比1：5为确定基床厚度的标准，因此,确定的京沪高速铁路

38、路基基床厚度为3。0m。2。3.3高速铁路路堤横断面设计（1） DK613+625处断面设计设计最高时速为350km/h。基床表层厚度为0.9m，基床底层厚1.6m，路堤高度为5m，路基面宽度为13。8m，双线线间距为5m，外侧路基面两侧设置4%的排水坡，设有排水沟。路堤填料为软土，详情见附图一。（2） DK613+725处断面设计设计最高时速为350km/h。基床表层厚度为0。9m,基床底层厚1.6m，路堤高度为7m，路基面宽度为13。8m，双线线间距为5m,外侧路基面两侧设置4%的排水坡，设有排水沟。路堤填料为软土，详情见附图二。（3）DK613+820处断面设计设计最高时速为350km/

39、h。基床表层厚度为0.9m，基床底层厚1.6m，路堤高度为3m,路基面宽度为13。8m，双线线间距为5m，外侧路基面两侧设置4%的排水坡,设有排水沟.路堤填料为软土，详情见附图三。3沉降量计算3。1基本概念工程建设中,经常会遇到软土地基的情况。软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、明显的结构性和流变性、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。鉴于软土的以上性质，在软土地基上修筑路基，若不加处理,往往会发生沉降、塌陷、侧向位移、开裂等病害,导致路基失稳。因此，软土路基的

40、稳定性问题是道路建设中的一个重要问题。影响软土路基稳定性的因素较多，包括路基的断面形式填土的高度和坡度、填土施工速率和路基土的性质,而且与软土成因类型、地层的成层情况、路基土的应力历史以及水的活动有关。很多学者的研究表明，在影响路基稳定性的诸多方面中，影响最大的是路基土的抗剪强度指标内聚力和内摩擦角，而土的容重影响则较小。软土路基稳定性分析目的是通过计算路堤在修筑过程中和完工后的稳定情况，选择合理的填筑速度和稳定加固措施,从而保证路堤在施工过程中和完工后的稳定.在天然的软土路基上,基底不作特殊加固处理，有不控制填土速度的快速施工方法修筑的路堤所能达到的最大高度,称为极限高度（或临界高度)。当路

41、堤的设计高超过此极限高度时，路堤或地基必须采取加固或者处理措施，以保证路堤的稳定和正常使用.软土路基的极限高度的大小，取决于软土地基的特性，包括软土的性质和成层情况、硬壳的厚度及填料的性质等，可通过稳定性分析计算确定。在施工条件允许范围时，也可通过工地现场填筑试验确定，这是确定路堤极限高度较可靠的方法。一般软土地区路堤的极限高度，通常为35m左右.考虑到软土的强度属性,计算软土路基的极限高度时通常近似的假设软土的内摩擦角0,并根据软土层的厚度和均匀性按以下方法估算。(1)均质薄层软土地基的路堤极限高度此时圆弧滑动面与软土层底面相切，则: 式(31)式中：容许填土的临界高度，m；C-软土的快剪黏

42、结力，kPa；填土的重度，kN/；稳定因数,其值与路堤坡角及深度因素值有关.(2)均质厚层软土地基的路堤极限高度软土层很厚时,滑动面不通过基底,极限高度下由下式计算：=5.22c/ 式（32)鉴于填土的重度,一般为175195kNm3,所以实际工程中可近似取=0.3。（3)非均质软土地基的路堤极限高度非均质软土地基，土层比较复杂,各层的性质不同，其路堤极限高度,需要用圆弧法计算确定.地基强度指标采用快剪法测定.在施工条件允许时，可根据工地填筑试验确定其极限高度.(4)有硬壳层的薄层软土地基的路堤极限高度覆盖在软土层上强度稍高的表层土称为硬壳层.当硬壳层厚度大于l.5m时，可考虑其应力扩散、提高

43、承载力、减少地基础沉降的效应。此时，路堤极限高度可按下式估算： 式（33)式中：H-硬壳层厚度,m；其余符号意义同前。3.2软土路堤的沉降计算软土路基上填筑的路堤在施工期间或工后都将会由于软土的固结而引起路基甚至路面的沉降变形,因此，软土路基上路堤填筑及沉降分析计算对工程质量控制、工期和施工组织都有重要的意义.软土地基上的路基沉降分析计算有以下几个主要目的：（1）对于以沉降为控制条件需进行预压处理的工程，通过沉降计算可估算堆载预压期间路基沉降的发展情况、预压时间、超载大小以及卸载后所剩余的沉降量，以便调整排水系统和加压系统的设置。（2）对于以稳定为控制的工程,通过沉降计算,估计施工期间因地基沉

44、降而增加的土石方量,估计工后尚未完成的沉降量，以便确定预留高度和宽度。(3)推算沉降量与时间之间的关系，作为加固地基应采取的依据,以及控制铺筑路面后的剩余沉降量的要求，为路面铺筑时间提供依据。3.2。1地基中的应力分布在路堤的重力作用下，地基内某一深度z处的垂直应力由两部分级成，即地基土的自重应力以及路堤荷载引起的附加应力。用公式表示为： 式（3-4）路堤填土为梯形分布荷载，在梯形分布荷载中心线下，任度Z处的垂直应力式中k为应力系数,利用辛克斯公式计算。q为填土的最大荷载，等于填土的自重应力与填土的最大高度之积.3。2。2沉降量的计算（1）地基沉降量计算基本原理和计算步骤：地基变形在其表面形成

45、的垂直变形量称为建筑物的沉降量。在外荷载作用下地基土层被压缩达到稳定时基础底面的沉降量称为地基最终沉降量。计算地基的最终沉降量，目前最常用的就是分层总和法.基本原理该方法只考虑地基的垂向变形，没有考虑侧向变形，地基的变形同室内侧限压缩试验中的情况基本一致，属一维压缩问题。分别计算基础中心点下地基中各个分层土的压缩变形量Si，认为基础的平均沉降量S等于Si的总和，即: 式（35）式中n为计算深度范围内的分层数。计算Si时，假设土层只发生竖向压缩变形，没有侧向变形，因此可用 式（36） 式（3-7)中的任何一个公式进行计算。（2）计算步骤划分土层各天然土层界面和地下水位必须作为分层界面；各分层厚度

46、必须满足Hi0.4B(B为基底宽度）.计算基地附加应力p0。计算各分层界面的自重应力sz和附加应力z；并绘制应力分布曲线。确定压缩层厚度满足的深度点可作为压缩层的下限。对于软土则应满足。对一般建筑物可按下式计算.计算各分层加载前后的平均垂直应力; 式（38）按各分层的p1和p2在e-p曲线上查取相应的孔隙比或确定a、Es等其它压缩性指标.根据不同的压缩性指标，选用公式计算各分层的沉降量Si.计算总沉降量S.（3）沉降量具体计算自重应力计算在没有修建建筑物之前，地基中由于土体本身的有效重量而产生的应力叫自重应力。所谓有效重量就是地下水位以上用自然容重,地下水位以下用浮容重.研究地基自重应力的目的

47、是为了确定土体的初始应力状态。如果把地基假定为半无限弹性体，则地基中的自重应力状态属于侧限应力状态，地基中的竖直自重应力和水平自重应力计算就变得十分简单,但在实际工程中人们多关心的是竖直自重应力，故通常说的自重应力即指竖直自重应力。由于土体中所有竖直面和水平面上均无剪应力存在，故地基中任意深度z处得竖直向自重应力就等于单位面积上的土著重量.若z深度内土的天然容重不发生变化时，则该处自重应力为式（3-9），若地基是由几个不同容重的土层组成时，则任意深度z处得自力为式(3-10）： 式（3-9） 式（310）式中：N地基中的土层数;第i层土的容重；地下水位以上用天然容重,地下水位一下用浮容重；第i

48、层土的厚度.附加应力计算对于天然土层来说,自重应力引起的压缩变形在地质历史上早已完成，不会再引起地基的沉降，附加应力则是由于修建建筑物以后在地基内新增的应力，因此它是使地基发生变形，引起建筑物沉降的主要原因。对于铁路路基来说，轨道和列车荷载换算土柱的荷载的长度是无穷大的，因此要根据条形面积上竖直均布荷载作用和三角形分布荷载作用来计算附加应力。当一定宽度的无线长条面积承受荷载，而且荷载在各个截面上的分布都是相同时,土中的应力状态即为平面应变状态，这时垂直于长度方向的任一截面内的附加应力的大小及分布规律都是相同的，而与所取截面的位置无关。1）条形面积竖直均布荷载当地基表面宽度为B的条形面积上作用着

49、均布荷载p时，（图31)，地基内任一点M的附加应力可利用式(311）和积分的方法求得。首先在条形荷载的宽度方向上取微分宽度，将其上作用的荷载视为线布荷载，则在M点引起的竖直附加应力为： 式(311）沿宽度B积分,即可得到整个条形荷载在M点引起的附加应力 式(3-12）令可得 式（3-13）写成简化形式为 式（314)2）竖直三角形分布荷载 条形面积上竖直三角形分布荷载（图3-2)在地基内引起的应力同样可以利用应力叠加原理，通过积分求得，公式如下： 式(315）写成简化形式为 式(3-16）DK613+625沉降计算如表3-1，其中沉降计算公式用式(35)，断面2与断面3计算同断面1。图3-1

50、竖直均布荷载 图3-2 竖直三角形分布荷载表31 断面DK613+625沉降计算深度z（m)自重应力（kPa）附加应力（kPa）平均自重应力（kPa）平均附加（kPa)比值Es（kPa）S1（cm）S（cm）119。2238。4999.6119。2512。42155002.16882.91236。9185。56645.75170。513.72724706.903354.6155.45863。45145.812.29824705。903472.3136。17081.15129.411。59424705。239590122。65698.85117.661.19024704.7636107.7112

51、。664116。55108.810.93324704.4057125.4104.949134。25101。850。75824704.1238143.198。741151.9596。150.63224703.8929160.893.559169。6591.310。53824703.69610178。589.054187.3587。080.46424703。52511196。285.878205.0583.290.40624703。37212213.981。4923222。7579。850。35824703。23213231。678.197240。4576.670.31824703.1041424

52、9.375。150258。1573。730.28524702.9851526772.350276。2570.990。25624702。87416285。569.663294.7568.420。23252301.3081730467。177314.1566.010.21052301.26218324。364。840334.4563.740.19026322。42119344。662。649354。7561。600.17326322。34020364。960。567375.0559。590.15826322。26421385。258。610395.3557。690.14526322.1912240

53、5。556。761415。6555。890。13426322.12323425。855.013435.9554.190。12426322。05824446.153.358456。2552。570.11526321。99725466。451。790476。5551。050。09726321.939由计算可以看出断面1沉降82。9cm1.0cm需要进行地基处理。DK613+725沉降计算如表3-2:表3-2 DK613+725沉降计算深度Z(m)自重应力(kPa)附加应力(kPa)平均附加应力（kPa)平均自重应力（kPa)比值S1（cm）S(cm）119。2125.139 62。570 9.60

54、0 6。5171。13731。6236.9126.144 115.06 45.750 2.5144.658354。6103.967 93.587 63。450 1.4743。788472.383。207 75。632 81。150 0.9323.06259068。056 62.764 98。850 0。6342.5416107。757。471 53.769 116。50 0.4612.1767125。450。067 47.431 134。20 0。3531。9208143。144.796 42.866 151。90 0.2821.7359160。840。937 39。475 169.60 0。

55、2321.59810178。538。013 36.863 187.70 0.1961.4921119735.713 34.773 207。10 0。1670。66412217.333.834 33.039 227。40 0。1451.25513237。632。245 31.553 247.70 0.1271.19814257。930.862 30.245 268.00 0.1121.14915278.229。629 29。00 288.30 0。1001。10416298。528.510 27。996 308。60 0.0901.06317318。827.482 27.004 328.90 0

56、.0821。025由表可以看出断面2沉降为31。6cm1。0cm，需进行地基处理.表33 DK613+820路堤断面处的沉降计算深度Z(m)自重应力（kPa)附加应力（kPa）平均附加应力(kPa）平均自重力(kPa)比值S1（cm）S(cm）119.2113.519 56。759 9。65。91 1。03155.35236。999.872 95.684 45.752.09 3。873354.691.496 88。366 63。451.39 3.577472。385.235 82.626 81.151。02 3.34559080.016 77.736 98.850。79 3.1476107。7

57、75.456 73。413 116.550.63 2。9727125。471.369 69。508 134.250.52 2.8148143.167。648 65.936 151.950。43 2.6699160.864.224 62.642 169。650。37 2。53610178.561。059 59。591 187.350.32 2.41211196。258.123 56。760 205.050.28 2.29712213.955。397 54.131 222。750。24 2.19113231。652.865 51。689 240。450。21 2.09214249.350.512 49.418 258.150.19 2。0001526748.324 47.306 276.250。17 1。91516285.546。289 45.341 295.650。15 0。86617305。844。394 43。512 315.950。14 0。83118326。142.629 41.806