铁工毕业论文

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1、湖南高速铁路职业技术学院毕业论文（ 2013届）论文题目：客运专线地基的处理技术及沉降计算分析姓 名： 宋 卓 彦 系（院）： 铁 道 工 程 系 专业名称： 铁 道 工 程 指导老师： 甄相国 隋瑞凌 2013 年 06 月 19 日.中文摘要随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，旅客对于乘坐车辆舒适度和速度的要求也越来越高，具体到铁路客运专线而言，对路基变形的要求也越来越严格。武广(武汉广州)客运专线设计时速为200kmh以上，要求全线一次性铺设无碴轨道，且地基工后沉降不大于1.5cm，其部分区段为深厚软土地基，并且松软土及其表层硬壳分布不均匀，传统的地基处理方法相对来说难以控制路基

2、的工后沉降，因此开展严格控制软土地基工后沉降的地基处理技术的研究课题十分迫切。 本文通过编程计算、有限元分析和模型试验，对武广线软土地基采用的处理措施进行了研究和分析。 首先，详细介绍了软土地基的常用地基处理措施，并参考复合地基、桩基础等沉降计算方法，研究不同地基处理措施的沉降计算方法，并用Visual Basic 6.0进行了编程实现。 进而分析研究武广客运专线深厚软土地基采用的地基处理技术，对实际工点进行工后沉降计算与分析，为武广客运专线的路基设计提供参考。 然后通过在室内填筑的1:10缩尺动态模型试验，对武广客运专线采用的一种新型地基处理措施桩板结构的沉降特性进行了研究分析，为今后桩板结

3、构的科研及设计提供了参考。 最后，研究分析地基沉降的预测技术。提出合理的预测方法，并根据已有的沉降观测资料预测出将来某时的地基沉降及地基的总沉降。关键词：软土地基 沉降计算 编程实现 动态模拟实验 沉降预测AbstractWith the development of the national economy and the improvement of peoples living standard, passengers for vehicle ride comfort and the speed are increasingly high requirements, specific t

4、o the railway passenger dedicated line, on the subgrade deformation requirements more stringent. The Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated Line (Wuhan - Guangzhou) design speed of 200km / h, requires all one-time laying ballastless track, and the foundation settlement after construction is not more th

5、an 1.5cm, the part of the section for deep soft soil and soft soil surface crust, and its distribution is not uniform, the traditional foundation treatment method is relatively difficult to control the subgrade the settlement after construction, the strict control of soft ground settlement after con

6、struction foundation treatment technology research is very urgent. In this paper, through the programming calculation, finite element analysis and model test, the treatment measures of soft soil foundation of Wuhan-Guangzhou line used for the study and analysis. Firstly, introduces the common founda

7、tion treatment measures of soft soil foundation, and the settlement calculation method of composite foundation, pile foundation, settlement calculation method of foundation treatment measures, and using Visual Basic 6 programming. Further analysis of foundation treatment technique of Wuhan-Guangzhou

8、 passenger dedicated line using the deep soft soil foundation, settlement calculation and analysis of the actual project work, provide a reference for the design of Subgrade of Wuhan-Guangzhou passenger dedicated line. Then through 1:10 scale dynamic model test indoor filling, on Wuhan-Guangzhou pas

9、senger dedicated line using a new ground treatment measures were analyzed settlement characteristics of pile slab structure, provides reference for the research and design of the pile-plank structure. Finally, analysis of ground settlement prediction technology. Reasonable prediction method is propo

10、sed, and based on the observational settlement prediction of total settlement someday the foundation settlement and foundation.Keywords: dynamic simulation experiment of settlement prediction of soft foundation settlement calculation目 录前言.11 绪论.22 软土地基处理方法.32.1桩板结构.32.2深层搅拌法.52.2.1概述.52.2.2工程应用情况.52

11、.2.3. 深层搅拌法的特点及适用性.52.2.4深层搅拌法的加固机理.62.2.5深层搅拌法的加固效果.72.3桩网结构. .8 3 复合地基变形计算.143.1加固区变形s1的计算.143.2桩端下卧层沉降计算.144 桩板结构沉降计算.174.1沉降控制标准.174.2 ZK标准荷载 . .174.3 桩板结构代表性断面的地质条件.174.4桩板结构设计资料.184.5桩板结构沉量计算.195 地基处理方法的施工工艺.255.1施工总程序.255.2施工方法.255.3检测与监测.28结 语.29参考文献.30致 谢.31前 言本论文主要研究客运专线地基的处理技术及沉降计算分析（以武广客

12、运专线为例），按照京沪高速铁路设计暂行规定，设计时速为350km/h的客运专线，路基工后沉降不应大于2cm，武广（武汉-广州）客运专线设计时速为300km/h以上，要求全线一次性铺设无喳轨道，其部分区段为深厚软土地基，并且松软土及其表层硬壳分布不均匀，传统的固结排水法相对来说难以控制路基的工后沉降，这时地基处理工程措施方案和施工机具的选择带来难题，本文针对武广客运专线采用的不同工程措施进行分析研究，提出了不同的地基的沉降计算方法。本文开展了以下工作：（1） 收集资料，研究软土的性质，软土地基常用的处理方法，对软土地基采用地基加固并进行沉降量的计算；（2） 对武广客运专线采用桩板结构加固；（3）

13、 对不同高度的路堤、路堑采用不同的桩长加固，计算沉降量，并求出每种路堤、路堑所需的最佳的桩长；（4）分析软土不同的压缩模量，采用不同的桩长进行加固时的沉降量变化；（5）介绍了桩板结构施工方法。1. 绪论我国铁路正在实现跨越式发展，新建高速铁路客运专线和改造既有铁路提速建设方兴未艾，由于高速行车要求其提供一个高平顺和稳定的轨下基础，控制变形是路基设计的关键，以往，对路基可能产生的变形可能认识不足，认为路基只要能保证一定的强度，不致发生稳定性破坏，就满足要求，事实证明，路基变形是制约列车速度的重要因素之一，在低速清况下，路基变形造成的影响不太突出，即便有不均匀沉降，对于低速情况行车并不构成严重影响

14、，可以通过起道作业改善这一问题，这也是长期以来路基不在重视的一个症结所在，在高速情况下，路基在重复荷载作用下所产生的累计沉降和不均匀下沉所造成的轨道不平顺将严重影响列车运行速度，舒适度和线路养护工作量，此外，高速行车过程中路基所产生的弹性变形直接反映到轨面的弹性变形，对列车的高速走行条件也有重要的影响，弹性变形过大则行车速度不能提高，因而变形问题成为高速铁路路基的主要控制因素。路基沉降变形主要包括：列车行使中对路基面的弹性变形；长期行车引起的基床积累下沉（塑性变形）；路基本体土及地基的压缩下沉。随着客运专线的大规模建设开展，地基沉降变形控制问题越来越得到建设着的重视，地基沉降变形标准也也经历了

15、认识，实践，再认识的发展历程，沉降控制标准逐渐提高，客运专线路基工程设计应体现“先进，成熟，安全，可靠，经济”的原则。高速旅客列车要求路基轨下基础提供高平顺的轨道系统，按照（京沪高速铁路设计暂行规定），路堤基底以下25米压缩层内的地基土不符合基底条件（对武广线主要事粘性土，标准比贯入阻力大于1.2MPa，地基容许承载力不小于0.15MPa）时，应做工后沉降分析，路基工后沉降不大于2cm。另外，再铺设无喳轨道的路基地段，轨道高度调节器要求路基工后沉降量不应大于2cm。2. 软土地基处理方法2.1桩板结构桩板结构是适用于处理深厚软土地基的一种路基结构，该结构再德国钮伦堡-英戈尔施塔特高速铁路及荷兰

16、-比利时高速铁路软土地质情况复杂的线路上应用，取得了成功，但是我国铁路，尤其是高速客运专线中采用桩板结构处理深厚软土地基尚属首次，其结构形式，设计方法等都需要进行研究确定，该结构主要由钢筋混凝土桩基和钢筋混凝土承台板组成，其主要的工作机理是：通过承台将上部荷载传递到桩体，桩体把荷载扩散到桩间土，下卧层或桩基层岩石层，从而达到控制软土路基沉降及变形破坏的目的。因而它是一种新型结构。桩板结构是一种较为灵活的结构形式，大致可以分为一下三种：（1）独立墩柱式独立墩柱式桩板结构为桩基与承台板直接相连的结构，承台板直接固结或铰接于桩上，此时承台板为多跨连续双向板结构。（2）托梁式 托梁式有桩基，托梁于承台

17、板三部分组成，托梁连续架于横向桩基上，其上再与承台板相连，桩基与托梁固结，承台与托梁固结或铰接，此时承台板为多跨连续的单向板，再局部活载作用下为双向板。（3）复合式复合式则为独立墩柱式和托梁式的组合结构，中跨采用独立墩柱式，而边跨采用的是托梁式。武广客运专线桩板结构拟采用托梁式，具体结构见图2-1。承台板为现浇钢筋混凝土板，托梁为现浇钢筋混凝土梁，桩基为钻孔灌注桩，桩与托梁要固结，1#，4#托梁与承台板搭接，2#，3#托梁与承台板固接，通过构造缝措施减小了收缩徐变，温度应力的影响。考虑工程技术条件等因素，桩板结构采用三跨为一联，相邻联处共用托梁和桩基，从而避免了悬挑段易受列车荷载冲击破坏的不利

18、影响，相邻联的板间横向预留2cm宽的伸缩缝，考虑到温度应力，收缩徐变以及施工的难易（主要是模板的安置，拆除以及混凝土的浇注等）等因素，桩板结构跨度不易过大，参照铁路桥板中最大板跨不易超过10m的原则，综合考虑轨道结构的设计，伸缩缝设置以及方便施工等因素，跨度采用5m，考虑双线行车对板的动力作用问题，承台板采用上下行线双板分隔设置，以降低横向挠曲变形，减小单线过车对桩板结构整体使用性能的影响，承台板的宽度模拟路肩宽度和轨道宽度等确定，其宽度采用24.99m（双线），中间预留2.0cm构造缝，承台板几何尺寸主要是对承台板高度的优化，关于承台板的高度，参照铁路桥规中钢筋混凝土简支梁高度取值，造价较为

19、合理的取0.8m托梁的长度设计为10.4m，即再每隔板的外侧加宽20cm；托梁的宽度设计为1.6m，当托梁高度在0.7-1.2范围内，造价经济，为降低结构造价，从高度考虑，设计托梁高度选用1.0m.桩基设计要包括：桩经，桩长和桩间距等，桩板结构桩间距确定为线间距，即5.0m，综合考虑方便施工和经济节约两方面因素，桩径设计为1.0m，桩长应考虑承载力和变形两方面的要求，并通过技术经济分析和施工能力考察最终确定。2.2深层搅拌法2.2.1概述 深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种较新的地基处理方法。它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械边钻边往软土中喷射浆液或雾状粉体，在地

20、基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使喷入软土中的固化剂与软土充分拌和在一起，由固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学作用，形成抗压强度比天然土强度高得多，并具有整体性、水稳性的水泥加固土桩柱体，由若干根这类加固土桩柱体和桩间土构成复合地基。所谓“深层”搅拌法是相对“浅层”搅拌法而言的。最初的浅层搅拌加固法深度一般小于13m。2.2.2工程应用情况深层搅拌水泥土桩问世以来，发展迅速，应用广泛。国外的深层搅拌机械采用了高新技术，实现了施工监控的自动化，确保了施工质量，目前尚未见到失败的工程例证。其工程应用中，设计方法比较保守，置换率高达4080，桩体设计强度取值一般不超过0.6MPa

21、。深层搅拌水泥土桩在我国应用10余年来，应用范围不断扩展，形成了我国的特色。深层搅拌桩率先用于10层综合楼的地基处理，大量用于8层左右的多层建筑物地基处理以及道路工程中。根据我国国情开发的价格低、机型轻便的搅拌机械，在软土地基加固中取得了显著的社会效益和经济效益。要保证施工质量，必须注意工程的科学管理，严把质量监督关，在质量控制上可以从两方面入手：一是施工过程中的质量控制，即找到能控制施工期间的进尺速度与喷灰量的仪器，动态地监控这些参数，保证喷灰均匀而连续，使喷灰质量符合设计要求。二是成桩后的质量检测，一旦发现问题马上进行处理，对施工过程中的控制结果及时反馈，确保施工质量满足设计要求。2.2.

22、3深层搅拌法的特点及适用性深层搅拌法加固软土技术，其独特的优点如下：(1)深层搅拌法由于将固化剂和原地基软土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了原土，无须开采原材料，大量节约资源。(2)针对拟加固土质和加固目的，可以自由选择加固材料，包括水泥粉、水泥浆、石膏、矿渣、粉煤灰、砂或碎石粉末等，设计比较灵活。如果事先加以混合，可以同时喷射两种以上的混合加固材料。(3)可以自由选择加固材料的喷入量，能适应于多种土质。(4)除机械挤土的夯实水泥土桩外，其施工工艺震动和噪音很小，减少了对环境和原有建筑物的影响，可以在市内密集建筑群中施工。(5) 土体加固后重度 基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降。(6)

23、 与钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，并降低了造价。(7) 根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式。(8) 施工速度快，国产的深层搅拌桩机每台班（8h）可成桩100150m。人工成孔夯实水泥土桩速度更快。(10)国产粉喷桩有一定的粉尘污染，采用水泥浆时亦有一些浆液污染。日本等国采用了封闭的输送供给系统，雨天也能施工，基本消除了环境污染。深层搅拌法最适用于加固各种成因的饱和软粘土。深层搅拌法可用于增加软土地基的承载能力，减少沉降量，提高边坡的稳定性，多数适用于以下情况： 作为建筑物和构筑物的地基加固。 高速公路、铁道和机场场道以及高填方路堤等。 进行大面积地基加固

24、，以防止深基坑开挖时坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降。 对深基坑开挖中的桩侧背后的软土加固，以增加侧向承载能力；作为地下防渗墙，以阻止地下渗透水流。2.2.4 深层搅拌法的加固机理深层搅拌法是用固化剂水泥浆和石灰与外加剂（石膏等）通过特制的深层搅拌机械输入到软土中并加以充分拌和，固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学作用，改变了原状土的结果，使之硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥土和石灰土。由于土质不同，其固化机理也有不同。水泥加固土的强度主要来自水泥水化物的胶结作用，在水泥水化物中水化硅酸钙对强度的贡献最大。另外对于软土地基深层搅拌加固技术来说，由于机械的切削搅拌作用，在水泥

25、土中不可避免的会产生强度较大的和水稳定性叫好的水泥石区和强度较低的图快区，两者在空间相互交替，从而形成一种独特的水泥石结构。因此，水泥和土之间搅拌的越充分，土块被粉碎的越小，水泥分布到土中越均匀，则水泥土的结构强度离散性越小，其宏观的总体强度也越高。 桩体强度及其影响因索由于土和水泥水化物之间的物理化学反应过程进行缓慢，因此水泥土柱体的强度随时间增加不断增长。与普通混凝土相比，粉喷桩的桩体强度较低，一般设计桩体强度在1.04.OMPa之间，是普通混凝土的约1/10。影响桩体强度的因素很多，但主要因素有:水泥掺合比、水泥标号、龄期、土的含水量、土中有机质含量、外掺剂及其土体围压等，其中以龄期、水

26、泥掺合比、土的含水量影响最为显著。另外，加固土含水量对水泥土的强度有明显影响，含水量愈小，无侧限抗压强度愈大，反之，就愈小。当含水量达到一定值后，按规范推荐的最大掺合比已经不能保证达到设计强度要求，因此，从经济、合理、有效的角度，在保证水泥土桩强度满足规范要求的前提下，对于含水量较小的软土可适当降低掺合比，而对软土含水量过大的软土宜增加掺合比，最大掺合比可大于20%，具体掺合比的选用应根据试验确定。2.2.5深层搅拌法的加固效果 有硬壳层时从加固效果看，当浅部存在硬壳层时，其复合地基效果较好，处理后建筑物变形较小，一般可控制在10cm以内；而对于有些地区，由于浅部均存在较厚的吹填土，经深层搅拌

27、法加固后，其复合地基效果相对较差，处理后建筑物变形一般较大。因此，在设计时，应尽量利用浅部的硬壳层，或采取一定措施后使浅部形成一个硬壳层，以提高深层搅拌桩复合地基的效果。 有机质含量高时当有机质含量较高时，会阻碍水泥水化反应，影响水泥土的强度增长。对有机质含量较高的明、暗滨填土及冲填土，在考虑采用深层搅拌法进行加固处理时，应予特别慎重对待。实践表明，在这种情况下，即使在滨域内加大桩长，也仍然得不到理想的效果；但若采取提高置换率、增加水泥掺入量、长短桩结合等措施，往往可使加固效果得到较明显的提高。当用于处理泥炭土地基时，宜通过试验确定其适用性。 有侵蚀性环境时在某些软土地区，地下水中有大量的硫酸

28、盐(如沿海海水渗入地区)，硫酸盐与水泥发生反应，对混凝土具有结晶性侵蚀。使用普通水泥拌制的水泥土受硫酸盐溶液侵蚀后会出现结晶性开裂、崩坏而丧失强度。如选用抗硫酸盐的水泥，使水泥土中产生的结晶膨胀物质控制在一定数量范围内，则可大大提高水泥土的抗蚀性能。 存在不同成分的矿物质时水泥加固土的室内试验表明，有些软土的加固效果较好，而有些不够理想。一般认为，含有高岭石、多水高岭石、蒙脱石等粘土矿物的软土加固效果较好；而含有伊利石、抓化物和水铝英石等矿物的粘性土，以及有机质含童较高、酸碱度(PH值)较低的粘性土加固效果较差。2.3桩网结构（1）概述 迄今的文献尚无关于“桩网复合地基”的任何系统提法。根据资

29、料总结出的定义是：桩网复合地基，是指天然地基在地基处理过程中，下部土体得到竖直向增强体“桩”的加强从而形成桩土复合地基加固区，并在该区上部铺设水平向增强体“网”从而形成加筋土复合地基加固区，使网桩土协同作用、共同承担荷载的人工地基。“桩网复合地基”这种综合地基处理方法所下的定义，其意图是突出强调桩、网、土三者在承担荷载的过程中都起作用，都有贡献，即三者协同作用，构成一个整体，共同承载。虽然它们在承载过程中的作用大小和方式可能不同，但无论从力学机理还是从设计、施工方法上来讲，都不能忽视，这与以往只过分强调某一部分，比如强调桩、轻视网、忽视土的倾向是不同的。（2）桩网复合地基的组成综合已有的研究成

30、果，并考虑到普遍性，可见，“桩网复合地基”这一体系由以下五部分共同组成：上部（路堤）填土。 上部网（一层或几层，铺设于桩头之上）。 中间砂石褥垫层及可能存在于垫层中的网。 下部一般为非刚性桩（如散体材料桩或柔性桩、木桩，当然也可能会是刚性桩）及桩间土（一般为天然软粘土）。 下部桩土复合地基加固区下的天然软土层或持力层。其中的核心部分是桩和网。（3）桩网复合地基的优点 桩网复合地基具有桩体、垫层、排水、挤密、加筋、防护等综合效能。 比较容易实现在天然软土地基上快速填筑稳定的高路堤或堤坝。 布置成疏桩（或称稀桩），采用减沉桩理论进行设计和施工，可大幅度降低工程建设成本费用。 沉降相对小而快，工后沉

31、降较易控制，可缩短工期，相对加快工程进度。 不需预压期，施工方便。（4）桩网复合地基的协同作用整个桩网复合地基体系由上到下，分成加筋土（路堤）、褥垫层、桩土加固区三部分，分别进行阐述。 加筋土（路堤）网土协同作用过程：网与土组成加筋土，也称为水平向增强体复合地基。这种形式的复合地基对铁路、公路、城市道路和水利大坝来说可构成加筋土路堤（堤坝）；对其他形式的建（构）筑物来说，则是加筋处理后的地基。网与土之间存在着共同作用，网主要处于受拉状态，这种共同作用是通过界面摩阻力（界面摩阻力=咬合力+摩擦力+粘着力）来实现的，也称为“张力膜”效应。在工作过程中，网的拉力作用发挥不甚明显，拉力的发挥往往还不到

32、其极限抗拉强度的10%。由于网的铺加和张力膜效应，网将网上土体自重连同上部荷载传递给下部桩土复合地基。又有于网自身的刚度较小，有时无法起到很好的传递作用，为此可把网加强成垫，即用网与砂石垫层共同组成一个复合褥垫，使其具有更大的刚度，可较明显地扩散应力、减少应力集中、降低上部土体所传来的荷载，从而提高整个体系的承载力，减少沉降及差异沉降。网土界面处理及其分析计算方法：在荷载作用下，水平向增强体复合地基中的应力和变形分析，通常有三种处理方法：第一种是“分离式”有限元分析方法；第二种是“复合模量” 有限元分析方法；第三种是经验解析法。在采用第一种方法进行分析计算时，将网和土用界面单元联接起来，即采用

33、“网单元+界面单元+土单元”的模型进行有限元分析计算。网和土之间的接触情形在数学和力学上都比较难于描述，其中对网和土之间界面单元的认识和选取特别重要，目前代表性的有Goodman（1968年）四结点单元、Desai（1985年）薄单元等；至于网，由于基本只承受拉力，在有限单元法中，常采用一维拉杆单元进行模拟；土单元则可采用平面三角形单元、四边形单元等。在采用第二种方法时，将网和土作为某种复合体，即加筋土复合体，采用复合参数，如复合土体抗剪强度、复合土体模量等进行整体有限元分析计算。在采用第三种方法时，同第二种一样，将网和土作为某种复合整体，全部采用复合参数，如复合抗剪强度、复合变形模量等；然后

34、按经验进行解析计算。土工合成材料加筋土的破坏模式：通常的破坏形式有：加筋体以上土体剪切破坏（也称薄层挤出破坏）；加筋体在剪切过程中被拉出、或与土体产生过大相对滑动而破坏；加筋体在剪切过程中被拉断而产生剪切破坏等。影响破坏模式的因素有：天然地基土的强度；加筋体材料性质及刚度；加筋体的埋深、层数、锚固长度等布置形式；荷载性质。对具体工程，应通过综合分析才能确定其破坏模式。 褥垫层 褥垫层的含义：褥垫层是桩网复合地基中，上部建（构）筑物（如加筋土路堤等）与下部桩土加固区之间的柔性过渡层。 褥垫层位于上部加筋土复合体以下，桩头之上，一般用级配粗砂、砂碎石、碎石等材料做成。不宜用卵石，因为其咬合力弱，易

35、受施工扰动而使厚度不均匀。所用砂石等材料的粒径宜为0.82cm。褥垫层厚1050cm，均匀压密。为保证其具有适当的刚度和整体性以更好地传递荷载，根据需要，可将网与砂共同组成一个复合褥垫层。 褥垫层的作用：a. 保证桩土共同承担荷载。在一定范围内，褥垫层厚度越大，上部荷载被调整到桩间土上的部分越多，桩间土的承载作用发挥得越充分，桩土共同承担荷载的过程就越协调。由于桩所承担的荷载较之传统设计方法有所减少，则所用桩数可相应减少，既方便施工，又节约投资。b. 调整桩土竖向荷载分担比。在一定范围内，褥垫层厚度越大，竖向荷载被调整到桩间土上的部分越多，桩间土的承载作用发挥得越充分，桩所承担的竖向荷载就会降

36、低。c. 调整桩土水平荷载担比。在一定范围内，褥垫层厚度越大，水平荷载被调整到桩间土上的部分越多，桩所承担的水平承载就会下降，直至桩顶和桩间土的水平剪应力接近相等。d. 缓解基础底面的应力集中。在一定范围内，增大褥垫层厚度，可以很明显地减少基础底面的应力集中，当厚度不小于30cm时，应力集中现象基本消除。褥垫层有一个合理的厚度。如厚度过小，桩对上部建筑物的基础将产生很显著的应力集中，设计时要考虑桩对基础的冲切作用，这势必导致基础加厚。若基础承受水平荷载，还有可能造成桩身断裂，另外桩间土的承载力不能充分发挥。褥垫层的厚度也不宜过大，试验证明，当褥垫层的厚度超过一定范围（如50cm）时，褥垫层的刚

37、度变大，导致桩土应力比接近1，此时桩承担的荷载太小，桩土等同荷载，实际上复合地基中桩的设置已失去意义，上部建筑物的变形将增大。综合分析，并总结大量的实践经验，考虑到技术上可靠、经济上合理，褥垫层的厚度宜取2030cm，最大不超过50cm。褥垫层的工作机理：桩在柔性褥垫层或下卧层有一定的刺入变形，这是复合地基形成并共同发挥的必要条件，刺入变形的大小与桩、土、垫层或下卧层三者的模量比有关，也与桩径及置换率等有关。当荷载加于复合地基之初，荷载通过褥垫层的分配作用，将较多部分传向刚度较大的桩，较少部分传向桩间土。随着荷载的增加和桩间土因固结压缩而下沉，传到桩上的荷载分量遂逐渐增大，而传到桩间土的荷载分

38、量逐渐减少。如垫层和下卧层刚度较大，则接触底面有与土相脱离的趋势，荷载趋向于更多地由桩来承担，接近于形成桩基。如垫层和下卧层刚度较小，或桩承担的荷载分量过大，则当桩间土被压缩下沉时，桩势必会在桩顶褥垫层或桩尖土处产生刺入变形，伴随着这一过程，褥垫层中粒状散体材料就不断调整补充到桩间土表面上，基础始终通过褥垫层与桩间土保持接触，桩间土始终参与工作，这时桩间土承担的荷载分量会有所增加，迫使桩间土进一步固结压缩。垫层的作用使桩的刺入变形与桩间土压缩变形经历着一个反复循环的动态过程，这一过程伴随着桩间土压密，或孔压消散、强度增长，最终达到平衡。 桩土加固区复合地基中的桩划分为刚性桩、非刚性桩两大类。有

39、文献继续将非刚性桩再分为柔性桩（或称半刚性桩）、散体材料桩。前者是指无需桩周土的围箍即能自立、桩身强度和刚度较小、压缩量较大、单桩沉降以桩身压缩为主、受桩端持力层性状影响不大的复合地基竖向增强体；后者是指需要依靠桩周土提供的被动土压力维持桩体成型和平衡、承担上部荷载的复合地基竖向增强体。非刚性桩是相对于刚性桩而言的。在均质地基中，在荷载作用下，非刚性桩的桩体压缩应变自上而下逐渐减小，桩与四周土体之间的相对位移也由上而下逐渐减小。非刚性在多数情况下不可能像刚性桩那样将荷载传递到桩端，荷载沿桩体深度方向的传递是不均匀的，桩侧摩阻力由上而下逐渐减小，桩侧摩阻力的发挥远早于桩端端阻力的发挥。非刚性桩的

40、桩体变形和桩侧摩阻力均主要发生在所谓“临界桩长”的范围内，在此范围以外所占比例很小。“临界桩长”，也称为“临界深度”或“有效装长”，其大小如何确定，是非刚性桩复合地基一个重要的理论和工程实践问题。若能合理确定临界桩长，则能使其一方面满足工程需要，一方面又不使实际桩长超过临界桩长而造成浪费。桩土加固区的破坏模式：实践表明，一般情况下，桩体的破坏先于桩间土，继而引起复合地基的全面破坏，桩和桩间土同时破坏的情况是极少见的。具体有桩体刺入破坏、桩体鼓胀破坏、整体剪切破坏、整体滑动破坏等多种形式。影响破坏模式的因素很多，如复合地基上部的结构形式、复合地基本身的结构形式、桩体材料性质及其刚度、桩间土的性质

41、、荷载形式等，对具体工程应综合分析才能加以确定。桩间土与桩下土的性状：桩间土的承载力比相同土质的天然地基土承载力大。这主要有三方面的原因：在桩的设置过程中，桩对桩间土的挤密作用，使桩间土的密实程度提高；在桩的设置过程中，由于振动、挤压、扰动等因素，使桩间土中出现超孔隙水压力，土体强度暂时时有降低，但在复合地基施工完成后，随着时间的推移，原地基土的结构强度有所恢复，同时超孔隙水压力消散，桩间土的有效应力增加，抗剪强度提高；桩体材料性质也对桩间土的强度施以有利的影响，例如石灰桩的设置，由于石灰的吸水、放热以及离子交换等物理化学作用，深层搅拌水泥土桩、高压旋喷桩也如此，又如碎石桩、砂桩等具有良好的透

42、水性能的桩体的设置，以及尚未完全凝结固化的CFG桩、深层搅拌水泥土桩、高压旋喷桩，都是很好的竖向排水体，有利于桩间土的排水固结，桩间土的抗剪强度提高，从而使桩间土的承载力得到提高。在工程实用上，由于桩间土的承载力比天然地基土承载力大，当其难于计算时，往往用天然地基土承载力作为桩间土的承载力，方便又安全。桩网复合地基的设计思想桩网复合地基在路基荷载条件下的设计思想是：以控制工后沉降为首要目标，允许复合地基发生较大总沉降，但要求绝大部分沉降在施工期完成，严格控制工后沉降量；考虑桩、网、土三者协同作用，桩、土共同承载；在网的作用下，充分发挥桩间土的承载潜力，不足部分由桩补偿；由于只控制占总沉降量很小

43、部分的工后沉降量，因而相对普通复合地基和桩基而言，用桩数量大为减少，可布置成疏桩；依靠桩、土共同承担荷载，进而达到减少桩数、降低工程建设成本、加快工程建设进度、提高技术经济效益的目的。3. 复合地基变形的计算当前，复合地基变形计算的理论正处在不断发展和完善当中，还无法更精确的计算，其应力场而为变形计算提供合理的模式，因而复合地基的变形计算多采用经验公式。在各类使用计算方法中，往往把复合地基变形分为两个部分：加固区的变形量和下卧层的变形量。地基应力场近似的按天然地基进行计算。3.1加固区变形量的计算 （1） 按复合模量计算变形：将复合地基加固区中增强体和土体视为一个统一的整体，采用复合压缩模量来

44、评价其压缩性。采用分层总和法来计算其压缩量。复合模量可按侠士求得： （2） 按桩间土应力计算变形：该方法是考虑CFG桩复合地基一般置换率较低，忽略桩的存在，根据桩间土实际分担的荷载，求出附加压力，按照桩间土的压缩模量来计算复合土层压缩变形。另外一种方法是桩身压缩量法，它假定在荷载作用下，桩体不发生上下刺入，通过装身的压缩量来计算加固区的变形。显然，这种计算方法不适合高粘结强度桩复合地基。CFG桩复合地基加固区变形计算方法通常采用上述两种方法。3.1.2 桩端下卧层沉降计算复合地基下卧土层的变形是由通过桩传递的应力和由桩间土传递的应力所产生，变形量通常采用分层总和法计算。附加应力计算方法有压力扩

45、散法、等效实体法、改进的Geddes法等。CFG桩复合地基由于其置换率m较低和设置褥垫层，考虑到桩间处应力集中范围有限，下卧土层内的应力分布可按褥垫层上的总荷载计算，即作用在褥垫层底面的压力仍假定为均布，并根据通用的Boussinesq半无限空间解求出复合体底面以下的附加应力，由此计算下卧层变形量。复合地基最终变形量可按以下公式计算： 式中：加固区范围土层分层沉降计算范围内土的总分层数；基础地面以下第i层土的平均附加应力；加固区范围内的桩土复合压缩模量，MPa；基础地面以下第i层土的压缩模量，MPa；沉降计算修正系数，根据当地沉降观测资料及经验确定，也可参考表3-1取值。表3-1 变形计算经验

46、系数(MPa)2.54.07.015.020.01.11.00.70.40.2表3-1中，为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应按照下列公式计算16： 其中：第i层土压缩应力系数沿土层厚度的积分值；基础底面下第i层土的压缩模量值，MPa；桩长范围内的复合土层按复合土层的压缩模量取值。图3-1：CFG桩计算示意图4. 桩板结构沉降计算4.1沉降控制标准无碴轨道路基工后沉降按无碴轨道扣件可调高量减去5mm控制，无碴轨道要求路基的工后沉降不大于20mm，不均匀沉降不大于20mm/20m，不同结构物间过渡段的工后沉降差造成的折角应小于1/1000。路基施工完成或施加预压荷载后，应至少有6个月的沉降观

47、测和调整期，经系统分析评估，沉降稳定且工后沉降满足要求后方可铺设无碴轨道。4.2 ZK标准荷载按京沪高速铁路设计暂行规定执行，轨道和列车荷载换算土柱高度及分布宽度见表4-1所示。表4-1 轨道和列车荷载换算土柱高度及分布宽度列车活载种类设计轴重（kN）钢轨（kg/m）轨枕（根/(km）道床厚度（m）道床顶宽（m）道床坡度分布宽度（m）计算高度（m）土的重度（kN/m3）1819202122ZK活载2006016670.353.61:1.753.43.02.82.72.62.4中荷载2206016670.353.61:1.753.43.43.23.02.92.84.3桩板结构代表性断面的地址条件

48、武广线DK2062+200-DK2062+420.85段有不良地质岩溶，特殊岩土软土，拟采用桩板结构进行地基处理。软土（软粉质粘土）：呈软塑性流塑性，在该段呈层状连续分布，其成层性差，厚0-11m，局部微含有角砾，底部DK2062+280段由于排水不畅，存在一层力学性质较差的软弱层，最厚达11m，上部硬壳为硬塑状粉质粘土及碎石土，最浅埋深为20m，软土其空隙比大，含水量高，压缩模量小，物理力学性质差，据静探揭示，其平均贯入阻力为390-690kPa，基本承载力为49-82kPa，压缩模量为2.23-3.28Mpa，对工程影响较大，设计施工时应引起重视。测区覆盖土层为第四系全新统冲击层（Q4a1

49、），下伏基岩为上古生界泥盆系中统东岗岭组（D2d）灰岩及页岩，分述如下：（1）第四系全新统冲击层软土：褐黄，褐灰色，流塑软塑，微含少量砾，呈层状分布，主要分布于下伏基岩接触低洼地带，一般单层厚0-11m，属级普通土。 粉质粘土：褐黄，褐黄色，流塑软塑，微含少量砾，呈层状分布，主要分布于下伏基岩接触低洼地带，一般单层厚度是011m，属级普通土。碎石土：棕黄色，中密，潮湿饱和，含约60%的碎石及角砾，石质成分为砂岩和石英，粒径为2-20mm；余为角砾，成尖棱状。厚03m，属级硬土。（2）上古生界泥盆系中统东岗岭组 灰岩：灰白色，深灰色，隐品质结构，中厚层状：全风化及强风化层缺失：弱风化层节理裂隙发

50、育，质坚性脆，岩溶较发育，属级此坚石。4.4桩板结构设计资料取DK2062+260断面为桩板结构的代表性断面，路基机构形式为路堑，断面地层由上至下分别为：第一层，h=24.05；第二层，桩端位于灰岩之上，承台板尺寸为15100.8，容重为25kN/m3；桩长定为18m，桩径为1.0m，桩数为8，桩的弹性模量为3.0107kPa。桩板结构采用无喳轨道形式，沉降计算按双线有车进行考虑。计算荷载包括路基填土自重、轨道结构自重和列车活载等，其中列车荷载为ZK活载。根据京沪高速铁路设计暂行规定，取换算土柱宽、高分别为3.4m、2.7m（路基填土容重为20kN/m3情况）。压缩层厚度确定标准为：。具体土的

51、性质见表4-2。上图为桩板结构地基实图.4.5桩板结构沉降计算（1）列车荷载作用时的总沉降计算：荷载计算计算图如图4-1所示，作用在承台板上的各种力的计算，按照京沪高速铁路设计暂行规定中的ZK活载，按照双线双何来考虑，按照公式（3-7）计算，计算结果如下：列车荷载：P1=3.42.715220=5508 kN；钢轨自重：P2=0.16415=36.6 kN；扣件重： P3=0.244515=14.4 kN；轨道板重：P4=25150.362.82=756 kN；承台板重： P5=0.8101525=3000 kN；钢筋混凝土基础自重：P6=0.33.61525=405 kN表4-2 DK206

52、2+200-DK2062+420.85段岩土物理力学指标建议值指标岩土名称压缩模量Es0.1-0.2/MPa压缩模量Es0.3-0.4/MPa天然块剪综合内摩察角/0固结块剪基底摩察角/0边坡率垂直水平垂直水平粘聚力c/kPa内摩察角/0粘聚力c/kPa内摩察角/0临时永久软土(Q4a1)流软塑2.5/55/2027/粉质黏土(Q4a11)硬塑5.24.98.37.62714/40210.3511碎石土(Q4a1)中密/45/0.4511灰岩(D2d)W2/65/0.532. 指标岩土名称基本承载 力0/KPa密度/g/cm3液限L/塑限p/天然空隙比e0天然含水 量/压缩系数a0.1-0.2

53、/MPa压缩系数a0.3-0.4/MPa垂直水平垂直水平软土(Q4a1)流软塑551.843.727.91.140.80.47/0.24/粉质黏土(Q4a11)硬塑1501.846.931.41.034.50.40.40.20.2碎石土(Q4a1)中密3502.2/灰岩(D2d)W28002.3/所以承台底面的接触应力为: kN/m2 图4-1 桩板结构计算图 沉降计算采用等待实体法计算桩端附加应力，与桩底附加应力相同。不考虑桩土之间的摩察力，采用18米长的桩进行加固，计算其沉降量。下卧层共6米深。表4-3中是列车荷载作用时附加应力系数的计算。计算沉降量的公式为：表4-3 列车荷载作用时附加应

54、力系数的计算深度(米)Z/ba/biZiiZiiZ=00.01.00.2500004992Z=20.20.24960.49920.4904Z=40.41.00.24740.98960.4642Z=60.60.24231.45381.4538由于桩长L=18米小于25米，且下卧层没有嵌岩层之上，所以取=1.7.查表计算出: = =0.125沉降量计算: = =15.4 (mm)（2）无列车荷载作用时的总沉降计算： 荷载计算计算图如图所示，作用在承台板上的各种力的计算，按照京沪高速铁路设计暂行规定中的ZK活载，按照双线双何来考虑，计算结果如下：钢轨自重：P2=0.16415=36.6 kN；扣件重

55、： P3=0.244515=14.4 kN；轨道板重：P4=25150.362.82=756 kN；承台板重：P5=0.8101525=3000 kN；钢筋混凝土基础自重：P6=0.33.61525=405 kN所以承台底面的接触应力为: kN/m2 沉降计算采用等待实体法计算桩端附加应力，与桩底附加应力相同。不考虑桩土之间的摩察力，采用18米长的桩进行加固，计算其沉降量按公式（3-7）。下卧层共6米深。表4-4中是表示无列车荷载作用时附加应力系数的计算。表4-4 无列车荷载作用时附加应力系数的计算深度(米)Z/ba/biZiiZiiZ=00.01.00.2500004992Z=20.20.24960.49920.4904Z=40.40.24740.98960.4642Z=60.60.24231.45381.4538由于桩长L=18m大于17米，且下卧层没有嵌岩层之上，所以取=1.7.查表计算出: = =0.125沉降量计算: = =6.6 (mm)所以，采用18米桩长的桩板结构加固软土地基时，产生的沉降量为: (mm)