软土地基设计毕业设计

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1、目录摘 要3Abstract4第1章 绪论51.1 软土的定义类型成因及工程性质51.1.1 软土的定义51.1.2 软土的类型51.1.3 软土的成因61.1.4 软土的工程性质61.2 软土地基处理的意义71.3 主要软土地基处理方法简介71.4 课题的主要研究内容9第2章 路基横断面的设计112.1 线间距112.2 路肩宽度112.3 路基面宽度112.4 基床厚度和路堤厚度确定122.5 边坡坡率122.6 填料选择122.7 路基横断面图12第3章 软土地基处理143.1 CFG桩复合地基法143.1.1 概述143.2. CFG桩设计计算143.2.1 确定桩长143.2.2 确

2、定桩径143.3 确定桩间距143.4 确定天然地基承载力153.5 计算单桩承载力153.6 计算复合地基承载力标准值153.7 褥垫层厚度及材料的选用163.8CFG桩施工173.8.1施工准备173.8.2 CFG桩振动沉管灌注施工。17不得造成桩顶设计标高以下的桩体断裂和扰动桩间土。183.9 袋装砂井处理软土地基施工方案设计193.9.1 袋装沙井处理地基原理193.9.2 袋装砂井的优点193.9.3 袋装砂井的设计计算193.9.4 袋装砂井的施工工艺22施工流程：223.10 袋装沙井与CFG桩处理方法的比较233.10.1原理233.10.2 垫层233.10.3 时间上23

3、3.10.4 综合比较23第4章 天然地基的沉降计算244.1设计资料244.2沉降理论244.3 地基土分层254.4 计算土的附加应力254.5 计算各分层沉降及总沉降量28第5章 路基稳定性检算295.1 概述295.2 条分法的概念305.2.1条分法305.2.2圆弧滑动条分法305.3 滑动面圆心辅助线的确定315.3.136法确定圆心辅助线315.4 滑动面计算点的确定325.5 稳定系数计算325.5.1 参数的选取325.5.2稳定系数计算32第6章 CFG桩复合地基工后沉降计算346.1 CFG桩复合地基工后沉降计算346.2 路基工后沉降366.2.1 工后沉降产生的原因

4、366.2.2 减少工后沉降的措施37第7章 路基基床表层加固及坡面防护设计387.1 路基基床表层加固387.1.1基床结构387.1.2 基床表层的作用387.1.3 基床表层厚度387.1.4 基床表层填料397.1.5 基床表层加固措施407.2 路堤坡面防护407.2.1 路堤坡面防护常见形式：417.2.2 冲刷防护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个掺入料剂量符合规定。458.1.2 改良施工工艺分类458.2基床表层施工工艺流程及技术要求468.2.1主要机械设备配置468.2.2施工方法及工艺468.3 基床表层

5、级配碎石或级配砂砾石压实度保证措施48第9章 软基路堤施工监测509.1 软基路堤施工监测的原则509.2 软基路堤施工监测的目的509.3 软基路堤施工监测应注意的问题519.4 软基路堤施工监测测量仪具519.4.1非电测式519.4.2电测式529.5 控制点的布设与观测529.5.1 水准点的布设529.5.2 监测断面及沉降观测点布置539.6 地表沉降观测539.6.1 沉降观测的精度指标及频率539.6.2水准测量的精度与方法539.7 土体内部沉降观测549.7.1 用分层沉降仪测分层沉降549.7.2 用剖面仪测剖面沉降54第10章 总结和展望5510.1 总结与展望55参考

6、文献56致谢57摘 要本文为软土地基设计。首先,主要分析了软土的概念、成因、工程性质。其次根据现有资料确定参数，设计路堤横断面，选择最不稳定的横断面进行稳定性分析。再次,根据软土地基的工程性质,分别用袋装砂井、CFG桩对软土地基处理的处理方案进行设计,对这两种处理方案进行技术经济比较后,选择CFG桩处理软土地基。然后,采用条分法和分层总和法对路基分别进行稳定性检算和沉降计算,并提出减少工后沉降的措施。然后,对路基进行基床表层加固和坡面防护设计,最后提出路堤填筑方案和变形监测方案。通过分析计算得出结论,设计方案和施工方法是比较合理的。关键词：客运专线 软基处理 稳定性分析 沉降计算 变形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 绪论1.1 软土的定义类型成因及工程性质1.1.1 软土的定义软土又称淤泥类土或有机类土，一般是指主要由细粒土组成的孔隙比大（e1.0）天然含水量大于或等于液限压缩性高（压缩系数0.1-0.20.5MPa-1）强度低（不排水抗剪强度小于30kPa）和具有灵敏结构性的土层。是

11、一种结构疏松软弱，颜色呈灰、灰蓝灰绿和灰黑的黏性土。1.1.2 软土的类型表1-1 我国软土类型类 型厚度（m）特征分布概况 滨 海 沉 积滨海相60200面积广，厚度大，常有夹砂层，极疏松，透水性较强易于压缩固结沿 海 地 区三角洲相560分选性差，结构不稳定，粉砂薄层多，又叫错层理，不规则尖灭层及透镜体泻湖相260颗粒极细，孔隙比大，强度低，常夹有薄炭泥层 溺谷相颗粒极细，孔隙比大，结构疏松，含水量高分布范围较窄湖泊沉积湖相525粉土颗粒占主要成分，层里均匀清晰，泥炭层多是，透镜体，但分布不多，表层多有小于5m的硬壳洞庭湖太湖鄱阳湖洪泽湖周边，古云梦泽边缘地带河滩沉积河漫滩相 牛轭湖相20

12、成层情况不均匀，以淤泥软黏土为主，含砂与泥炭夹层长江中下游珠江下游及河口淮河平原松辽平原谷底沉积谷地相10呈片状带状分布，靠山浅，靠谷中心深，谷底有较大的横向坡，颗粒由山前到谷中心逐渐变细西南南方山区或丘陵地区1.1.3 软土的成因我国沿海地区内陆平原山区盆地及山前谷地，分布有各类淤泥类土。沿海沉积的淤泥类土，分布广，厚度大，土质疏松衰弱，大致可有四种成因类型：（1）泻湖相沉积，主要分布于浙江温州宁波等地。地层较单一，厚度大，分布范围广，常形成海滨平原。（2）溺谷相沉积，主要分布于福州市闽江口地区。表层为耕土和人工填土，以及较薄的（25m）致密黏土和亚黏土，以下便为厚515m的高压缩型低强度的

13、淤泥类土。（3）滨海相沉积，主要分布于天津的塘沽新港和江苏连云港等地区。表层为35m厚的褐黄色亚黏土，以下便为厚达数十米的淤泥类土，常夹有黏土和粉砂交错形成细微带状构造的粉砂薄层或透镜体。（4）三角洲相沉积，主要分布于长江三角洲、珠江三角洲等地区，属海陆相交替沉积，软土层分布宽阔，厚度均匀稳定，因海流与波浪作用，分选程度较差，多交错斜层理或不规则透镜体夹层。内陆和山区湖盆地沉寂的淤泥类土，分部零星，厚度较小，性质变化大。主要有三类：（1）湖相沉积，主要分布于滇池洞庭湖等地区颗粒微细均匀，富含有机质，层较厚，一般不夹或很少夹砂层，常有厚度不等的泥炭夹层或透镜体。（2）河流漫滩相沉积，主要分布于长

14、江松花江中下游河谷附近。淤泥类土常夹于上层亚砂土亚黏土之中，呈带状或透镜体，产装厚度变化大，一般厚度小于10m，下层常为砂层。这种淤泥类土为局部淤积，成分厚度和性质变化较大。（3）牛轭湖相沉积，与湖相沉积相近，但分布较窄。且常有泥炭夹层，一般呈透镜体埋藏于一般冲积层之下。1.1.4 软土的工程性质(1)软土的灵敏度高，灵敏度一般在2-10之间，有时大于10，并具有显著的流变特性。(2)渗透系数小，一般在110-4110-8cm/s之间。沉降速度慢，固结完成所需时间长。而大部分淤泥和淤泥质土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉砂、细砂、粉土等，故在垂直方向的渗透性比水平方向要小。(3)

15、压缩性高，淤泥和淤泥质的压缩系数一般为0.71.5Mpa-1，最大达4.5Mpa-1，且随着土的液限和天然含水量的增大而增高。(4)抗剪强度低，软土的快剪黏聚力小于10kPa，快剪内摩擦角小于5度，固结快剪的强度略高，凝聚力小于15kPa，内摩擦角小于10度。(5)含水量高淤泥和淤泥质土的含水量多为50%70%，液限一般为40%60%，天然含水量随液限的增大而增加。(6)孔隙比大天然软土的孔隙比往往要比同一垂直压力下的重塑土的孔隙比高出0.20.4。（7）具有触变性由于软土的结构性在其强度的形成中占据相当重要的地位，所以触变性也是软土的一个突出特点。软土的触变性是指土体强度因受扰动而降低，又因

16、静置而增长的特性。软土中因打桩扰动引起孔隙压力增加，随后因孔隙压力消散而引起地面沉降和负摩擦的问题早就有人研究过。曾有文献报道了打桩后，软土的十字板强度平均降低6kPa。这些现象也充分说明保护天然软粘土结构性具有重要意义。1.2 软土地基处理的意义现如今我国铁路已经不能满足经济社会发展对运输的需求，根据铁道部运输局副局长苏顺虎的叙述：2007年，我国铁路全路每天的用车满足率仅35%左右，而近年来我国煤炭、电力以及建材等大宗物资运输需求旺盛，0307年全国铁路货运发送量年均增长8.7%，低于全国GDP 增幅以及煤炭、钢铁产业和发电量的增幅。我国铁路运输已经成为亟待解决的全国性问题，已经不能满足经

17、济快速发展的需求。这一问题的解决途径，除了提高现有线路的运输效率之外，增加铁路建设也是迫在眉睫。而我国地域辽阔，从沿海到内陆、山区到平原，分布着各种各样的地基土。这些地基土中，不少为软弱土和不良土。其中，软粘土地基是在工程实践中遇到最多而需要进行人工处理的不良地基。软土广泛分布在我国东南沿海、环渤海和部分内陆地区，这些地区的许多工业与民用建筑、公路、铁路、港口码头和水利等工程常常不得不兴建在软粘土地基上。因此，对软粘土的深入研究具有重要的现实意义。1.3 主要软土地基处理方法简介软土路基在路桥建设领域非常多见，软基处理已成为铁路建设的一个技术难关，是工程造价的重要组成部分，以下是铁路软土路基施

18、工的几种常用加固及处理方法。1 软土路基常用加固方法当路堤经稳定验算或沉降计算不能满足设计要求时，必须对软土地基进行加固。加固的方法很多，常用的方法有以下几种：（1）砂井: 砂井是利用各种打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼并灌入中、粗砂形成砂柱。由于这种砂井在饱和软粘土中起排水通道的作用，又称排水砂井。砂井顶面应铺设垫层，以构成完整的地基排水系统。砂井适用于软土层厚度大于5m时，最大有效处理深度18m。（2）CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）是指用振冲、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后，将水泥、粉煤灰、碎石、石屑（砂）加水拌和形成的混合料灌注压入已成的孔中，

19、形成较大直径的桩体，从而与周围软土形成复合地基，它是近年来新开发的一种地基处理技术。（3）水泥搅拌桩是一种应用较广泛的地基加固方法,根据水泥水化的化学机理，其施工工艺主要有两种:一种称为，先在地面把水泥制成水泥浆,然后送至地下与地基土搅和,待其固化后,使地基土的物理力学性能得到加强;另一种，采用压缩空气把干燥,松散状态的水泥粉直接送入地下与地基土拌和,利用地基土中的孔隙水进行水化反应后,再行固结,达到改良地基的目的。目前我国水泥搅拌桩施工较多采用喷浆工艺。（4）土工格栅是在聚丙烯（PP）或高密度聚乙烯（HDPE）板上打孔，然后加热进行单向或双向拉伸，提高高分子键的定向排列性，从而得到高强、低延

20、伸的补强材料。它与过去用挤压成型HDPE热焊成网相比较，抗拉强度为后者的510倍，初期接线变形系数是410倍，而破坏时的应变只有10%15%.土工格栅在抗化学药品性、耐腐蚀性等方面都较好，但存在紫外线照射易老化或使用温度限制（-50+80）等问题。在材料中掺入碳黑后，能提高其耐候性（5）塑料排水板: 塑料排水板是带有孔道的板状物体， 插入土中形成竖向排水通道。避免路基外侧地表及地下水进入路基范围，当填筑路基时，荷载作用于软基，地下水由于受挤压和毛细作用沿塑料排水板上升至砂垫层内，由砂垫层向两侧排出，从而提高基底承载力。因其施工简单、快捷，应用较为广泛。最大有效处理深度18m。（6）袋装砂井:

21、井径对固结时间的影响没有井距那样敏感。但一般砂井如果井径太小，既无法施工，也无法防止因地基变形而断开失效。因此，现在广泛采用网状织物袋装砂井，其直径仅8cm左右，比一般砂井要省料得多，造价比一般砂井低廉，且不会因施工操作上的误差或地基发生水平和垂直变形而丧失其连续性。最大有效处理深度18m。（7）排水砂垫层: 排水砂垫层是在路堤底部地面上铺设一层较薄的砂层。主要就是将软基中地下水排至路基两侧，以利地基稳定，并且有效防止弹簧现象向上反射。（8）土工织物铺垫: 在软土地基表层铺设一层或多层土工织物，可以减少路堤填筑后的地基不均匀沉降，又可以提高地基的承载能力，同时也不影响排水。对于淤泥之类高含水量

22、的超软弱地基，在采用砂井及其他深层加固法之前，土工织物铺垫可作为前期处理，以提高施工的可能性。（9）预压: 在软土地基上修筑路堤，如果工期不紧，可以先填筑一部分或全部，使地基经过一段时间固结沉降，然后再填足和铺筑路面。最大有效处理深度30m。（10）挤实砂(碎石)桩: 挤实砂桩是以冲击或震动的方法强力将砂、石等材料挤入软土地基中，形成较大的密实柱体，提高软土地基的整体抗剪强度，减少沉降。最大有效处理深度20m。（11）旋喷桩: 是用于加固饱和软粘土地基的一种技术，它利用水泥作为固化剂，通过工程钻机，将旋喷注浆管置入预定的地基加固深度，通过钻杆旋转，徐徐上升，将预先配制好的浆液，以一定的压力从喷

23、嘴喷出，冲击土体，使土和浆液搅拌成混合体，经过物理化学作用生成一种特殊的、且有较高强度、较好变形特性和水稳性的混合柱体，对提高软土地基承载力、减少地基的沉降量有明显效果，是一种人工复合地基。最大有效处理深度20m。（12）换土: 采用人工或机械挖除路堤下全部软土，换填强度较高的黏性土或砂、砾、卵石、片石等渗水性材料，最大有效处理深度3m。（13）反压护道: 反压护道是在路堤两侧填筑一定宽度和一定高度的护道。其利用力学平衡以保持路基的稳定。软基处理施工技术难度较大，质量要求高，如掌握不好，极易出现偏差且因其为隐蔽工程。以上介绍的几种工地常用的处理软土基础的方法，还要根据工程施工环境与地质情况、项

24、目等级与工期要求、成本控制等因素采取不同的处理方案，有时几种方法可以交替或一起使用。1.4 课题的主要研究内容根据铁路客运专线路基设计规范，充分考虑软土地基的工程特点，设计满足规范要求的软土地区路堤，分析软土地基的特点，提出软土地基的处理措施，设计两种(袋装砂井、水泥搅拌桩、土工格栅（土工格室）、CFG桩等)能够满足客运专线工后沉降要求的处理方案，并进行经济技术比较，选择其中一种方案进行路基稳定性检算和工后沉降计算，分析路基工后沉降产生的原因，提出为减少路基工后沉降应该采取的措施，设计基床表层加固防护方案，设计路堤坡面防护方案，熟悉路堤填料的改良方案和路基基床表层的填筑工艺，设计路基变形检测方

25、案，包括所用仪器，布点方案，测试频次。本文主要采用CFG桩处理地基，对处理后地基进行稳定性检算；应用固结理论进行沉降计算，并对工后沉降进行分析。第2章 路基横断面的设计2.1 线间距由于高速列车运行时会产生列车风，相邻线路高速列车相向运行时所产生的空气压力冲击波易震碎车窗玻璃，使旅客感到不适，甚至影响列车运行的平稳性，故高速线路的线间距较普通铁路有所增大。其大小取决于机车车辆幅宽、轨距、高速列车相遇产生的风压以及考虑将来铺设度线道岔等条件。我国京沪高速设计速度350km/h，同时考虑到机车类型等，线间距采用5.0m。本设计初步设计为线间距为5m。2.2 路肩宽度路肩虽不直接承受列车荷载作用，但

26、它对保证路基受力部分的稳固十分重要。路肩宽度选择同时满足敷设接触网支柱，安放通信信号设备，埋设必要的线路标志，通行养路机具等要求。路肩宽度取决于以下几个因素：(1)路基稳定的需要。特别是浸水以后路堤边坡的稳定性。(2)满足养护维修的需要。(3)保证行人的安全，符合安全退避距离的要求。(4)为路堤压密与道床边坡坍落留有余地。我国京沪高速铁路路肩宽度亦根据所采用的机车外形车辆幅宽列车长度，参考其他国家的资料考虑了上述要求后，提出路基两侧均为1.4m的标准。2.3 路基面宽度(1)直线地段路基面宽度此设计为双线客运专线， 以京沪高铁为背景，采用路堤宽度13.8m。(2)曲线地段路基面加宽值曲线地段路

27、基面加宽值应在曲线外侧按下表2-1的数值加宽。曲线加宽应在缓和曲线内渐变。表2-1 曲线地段路基面加宽值曲线半径（m）路基外侧加宽值（m）续表曲线半径（m）路基外侧加宽值（m）11000140000.37000110000.4550070000.52.4 基床厚度和路堤厚度确定在我国客运专线一般采取基床厚度表层0.7m，基床底层厚度2.3m，本设计路堤厚度采用5.8m。2.5 边坡坡率依据软土路基规范16规定，设计整个路堤上部边坡坡率设为1:1.5，下部反压护道坡率设为1:1.75，反压护道与路堤设计连接处设置反压护道平台，宽度设为2m。2.6 填料选择基床表层填料选用采用级配碎石，基床底层填

28、料选用A、B组填料或改良土，路堤底层采用A、B、C组填料。2.7 路基横断面图曲线轨道的外轨设置超高、外侧道床加厚、道床坡脚外移，故曲线外侧的路基面应予加宽，其加宽值按各级铁路的最大允许超高值计算。曲线外侧路基面的加宽量应在缓和曲线范围内向直线递减。双线路基面的加宽值处考虑单线加宽值以外，还应根据双线间距、外轨超高、道床厚度、及其坡度路拱形状等。本设计采用三个具有代表性的横断面来说明一下，路基横断面宽度在直线段采用13.8m，在缓和曲线采用14.0m，在圆曲线采用14.2m。路基横断面示意图见图2-1所示，具体布置见附录B图01。图2-1直线段横断面图图2-1 直线横断面图图2-2缓和曲线横断

29、面图图2-3圆曲线横断面图第3章 软土地基处理3.1 CFG桩复合地基法3.1.1 概述CFG桩是由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动沉管打桩机或其它成桩机制成的一种具有一定粘结强度的桩。桩体材料为碎石，石屑等中等粒径骨料，可改善级配。粉煤灰作为细骨料，可以和低强度水泥作用。CFG桩是在碎石桩的基础上发展起来的，从严格意义上来说，应该是一种半柔半钢性桩。是近年来发展起来加固软土地基的一种新方法。但它又不同于碎石桩，碎石桩在荷载作用下将会产生鼓胀变形，当桩周土为强度较低的软粘土时，桩体易产生鼓胀破坏，而CFG桩是一种低强度混凝土桩，可充分利用桩间土的承载力，共同作用，具有较好的技术性能

30、和经济效果。3.2. CFG桩设计计算3.2.1 确定桩长从地质条件和土的物理力学指标可以看出，路堤标高15m以下为砂粘土，厚度为12m，是较理想的桩端持力层，设计时把CFG桩端落在这一层上，桩长初步确定为15m。3.2.2 确定桩径桩径取决于设计时所选用的施工设备，一般设计桩径为350400mm，本设计中初步定为400 mm。3.3 确定桩间距一般桩间距s=(35) d，桩间距的大小取决于设计要求的复合地基承载力和变形、土性与施工机具。在桩长、桩径确定后，计算桩间距之前需确定天然地基承载力标准值、计算单桩承载力和计算复合地基承载力标准值。3.4 确定天然地基承载力由路堤标高可以看出，路堤基底

31、落在亚粘土层层，该层承载力标准值为90 kPa。3.5 计算单桩承载力查文献7中的附表1确定各土层CFG桩的极限侧阻力标准值 亚粘土：50 kPa 软土：20 kPa 粘土：66 kPa桩端落在砂粘土层上，极限端阻力标准值取2000 kPa。单桩承载力标准值可按式 （3-1） (3-2)式中，CFG桩单桩承载力标准值，kN；桩的周长，m； 第i层土与土性和施工工艺有关的极限侧阻力标准值，kPa； 第i层土厚度，m；与土性和施工工艺有关的极限端阻力标准值，kPa；K安全系数，取2.0； CFG单桩截面面积，m。 （3-3） （3-4）kN3.6 计算复合地基承载力标准值复合地基承载力标准值可由下

32、式(3-5)计算： （3-5）式中，复合地基承载力标准值，kPa；天然地基承载力标准值，kPa；面积置换率；CFG单桩截面面积，m； 桩间土提高系数， 为加固后桩间土承载力标准值，取1.0；桩间土强度发挥系数，宜按地区经验取值，无经验时可取=0.750.95，取0.9； CFG桩单桩承载力标准值，kN。桩间距初步设为1.4m，布桩形式采用正方形。 （3-7）式中， CFG单桩截面面积，m； CFG单桩影响面积，m。kPa3.7 褥垫层厚度及材料的选用褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层有关，褥垫层有如下作用：(1)保证桩、土共同承担荷载刚性桩复合地基通过设置

33、褥垫层，在上部荷载作用下，桩体一定程度“刺入” 褥垫层中，使桩间土充分发挥作用，保证桩、土共同承担荷载。如不设置褥垫层，在桩体沉降很小的情况下，上部荷载主要由桩体本身承担，与桩基可作用机理相近，桩间土不能充分发挥作用。(2)调整桩、土应力比随着褥垫层厚度的增加，复合地基桩、土应力比变小，直至接近于1。(3)减少基础底面的应力集中当不设褥垫层或褥垫层较薄时，桩对基础的应力集中很显著，需要考虑桩对基础的冲切破坏；当褥垫层厚度大到一定程度时，基础反力接近于天然地基的反力分布，已不存在基础底面的应力集中，无需考虑桩对基础的冲切破坏。(4)调整桩、土水平荷载的分担刚性桩复合地基不设置褥垫层时，水平荷载主

34、要由桩来分担，随着褥垫层的设置和增厚，桩枯承受的水平荷载逐渐减小。当褥垫层厚度大到一定程度时，水平荷载主要由桩间土来承担，这样桩体发生水平折断的可能性就很小，在复合地基中失去工作能力的机会就很小。褥垫层的合理厚度为5060cm，一般为路基填高的10%20%，褥垫层材料宜采用中砂、粗砂、级配碎石或碎石等，最大粒径不宜大于30cm，本设计中褥垫层厚度取50cm。褥垫层材料采用中砂。最终施工参数确定为：CFG桩直径：500mm；CFG桩长：15m；间距排距：1.4m1.4m；每排CFG桩数：2223根；褥垫层厚度：50cm。3.8CFG桩施工3.8.1施工准备（1）核查地质资料，结合设计参数，选择合

35、适的施工机械和施工方法。（2）测量放样，平整场地，清除障碍物。（3）选用的水泥、粉煤灰、碎石及外加剂等原材料应符合设计要求，并按相关规定进行检验。（4）按设计要求进行室内配合比试验，选定合适的配合比。（5）施工前进行成桩工艺试验，确定施工工艺和参数，试桩数量应符合设计要求且不得少于2根。3.8.2 CFG桩振动沉管灌注施工。3.8.2.1振动沉管灌注施工（1）机械按设计桩位就位。（2）振动沉管至设计深度。沉管过程中每沉1米应记录电流表电流一次，并对土层变化处予以说明。（3）用搅拌机拌合水泥、粉煤灰、碎石混合料，检查其坍落度。坍落度、拌合时间应按工艺性试验确定的参数进行控制，且拌合时间不得少于1

36、min。向管内一次投放混合料，投放数量按试桩时的数量进行，投料后留振510s。（4）拔管速率应按试桩确定参数进行控制，拔管过程中不允许反插，如上料不足，须在拔管过程中空中加料，不允许停拔再投料，拔管至桩顶。施工桩顶标高宜高于设计标高50cm，浮浆厚度不超过20cm。（5）桩顶采用湿黏土封顶。（6）机械移位。（7）施工流程工作垫层铺设测量放样桩机桩位对中振动沉管沉管终孔灌注混合料振动拔管成桩及检验桩机移位图-CFG桩振动沉管灌桩施工流程图3.8.2.2开挖表土，截桩。不得造成桩顶设计标高以下的桩体断裂和扰动桩间土。3.8.2.3褥垫层宜采用静压法施工。3.8.2.4施工控制（1）cfg桩的数量、

37、布置形式及间距符合设计要求。（2）桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求。（3）褥垫层厚度和密实度应符合设计要求。（4）cfg桩施工中，每台班均须制作检查试件，进行28d强度检验。成桩28d后应及时进行单桩承载力或复合地基承载力试验，其承载力、变形模量应符合设计要求。Cfg桩施工允许偏差应按下表的要求控制表3-1CFG桩施工允许偏差序号项目允许偏差1桩位（纵横向）50mm2桩身垂直度1.0%3桩体有效直径不小于设计值3.9 袋装砂井处理软土地基施工方案设计3.9.1 袋装沙井处理地基原理袋装砂井是在合成材料编织袋内充填中粗砂，装入地基孔内，以加速地基排水固结。其原理是软土地基在荷载作用下，土体的孔

38、隙水通过袋装砂井竖向排至路基表面，孔隙水压力逐渐消散，有效应力渐渐提高，地基发生固结沉降，地基强度相应增大。再经设置砂垫层作为横向排水通道将水排至路基边沟排水固结法是处理软土地基的有效方法之一，它可以解决沉降与稳定问题，使地基的沉降在加载预压期间基本完成，减少工后沉降量，提高了路基质量，现在工程中多采取袋装砂井、砂垫层和土工格栅配合使用来加固软土地基。袋装砂井是近年来竖向排水井工艺的发展，是砂井排水法的延续。根据固结理论，砂井的直径越大，间距越密，对某一固结度而言所需的时间越短，或者某一时间内所达到的固结度越大。在同一井径的情况下，砂井间距减少一半，固结时间约缩短3倍；同一间距条件下，井径增大

39、一倍，固结时间约只减少三分之一。因此，缩短间距比增大井径对加速固结的效果更好，所以应采用“细而密”的原则布置砂井。3.9.2 袋装砂井的优点(1)袋装砂井的直径细小，小用砂量少，其费用约为普通砂井的40%，造价低廉；(2)由于编织袋是一个整体，能保证砂井的连续性和密实性，不会因地基变形而切断，使用效果良好；(3)砂井直径细小，施工时对土层扰动小；(4)由于砂井断面小，重量轻，减少施工设备的重量，提高了施工效率。3.9.3 袋装砂井的设计计算3.9.3.1 砂井直径的确定为满足地基排水固结的要求，沉降过程中不易被截断和被周围土淤塞，一般要求袋装砂井的直径在710cm3。本设计取8.4cm。3.9

40、.3.2 砂井间距的确定砂井间距是指两砂井中心间的距离，一般为1.0m2.0m，井距直接关系着排水固结的速度。井距愈小，固结愈快。因此设计时采用“细而密”的方案 砂井的平面布置有两种形式：正方形和正三角形排列。该设计采用正三角形布置，在实际计算中，砂井的有效影响范围看作一等体积的等效圆柱体。径井比n范围15303，径井比取20。径井比公式 （3-8）式中，有效排水范围内等效圆直径（cm）；砂井直径（cm）。图3-1 袋装沙井平面示意图等效直径与砂井间距S的关系式 (3-9) 根据式（3-9）等效圆直径和砂井间距分别=168cm，S=160cm。因此，设砂井中心间距S=1.6m。3.9.3.3

41、砂井深度的确定砂井深度即砂井的长度，应根据地基土层情况及路堤高度而定。从该工程所处的地质情况来看，软土厚度6.6m，处于粘土和亚粘土之间。为了达到更好的排水效果，设计袋装砂井贯穿软土、粘土层、砂黏土层并与下部透水层相通。袋装砂井长度取15m。3.9.3.4 砂井排距的确定和总桩数的确定 D=0.866S=1.4m取为123个 3.9.3.5 砂垫层的设置在加固地基时，路堤底部铺设30cm砂垫层以沟通砂井，将砂井渗透出来的水分引出路堤坡脚之外。垫层和砂井的分布宽度应稍大于路堤宽度。为了提高地基承载力，也可以在垫层中加设土工织物，减少路堤的侧向变形。在砂材料紧缺的情况下，垫层用砂沟代替以节约砂砾材

42、料的使用。砂沟即横向每排砂井顶部设置砂沟一条，再纵向设置数条砂沟以相连贯通。3.9.3.6 固结度计算要保证固结度U=95%，已知cm2/s，cm2/s，由于软土层下有中粗砂，上层有砂垫层，此固结排水属双面排水，竖向排水距离H=15.3/2=7.65m。假定填土期限为6个月，且荷载是逐渐增加的，则固结时间应从加荷时间的一半算起，即固结时间为3个月。(1) 竖向排水固结度的计算（3-10） （3-11） （3-12）式中，Tv竖向固结时间因数；竖向固结系数，本设计取cm/s；H排水砂井深度，此设计为双面排水，应为土层厚度的一半即垂直向最大渗径H=15/2=7.5m=750cm；(2) 径向固结度

43、的计算 （3-12） n井陉比；de有效排水范围内等效圆直径（cm） （3-13）(3)平均固结度的计算（3-14）3.9.4 袋装砂井的施工工艺施工流程： 排除地表水整平原地面铺设下垫砂垫层打入套管机具定位测设放样振动拔管拔出套管机具移位埋砂袋头摊铺上层砂垫层图-2袋装沙井施工流程图（1）在整平地面后，铺设30cm的砂垫层，用压路机或推土机稳压34遍；在桩管垂直定位后，将可开闭底盖的套管一直打到设计深度，准备一个比砂井设计长度还要长2m左右的砂袋，下端放入30cm左右的沙子作为压重，将砂袋放入套管中，并使之沉到要求深度，把袋子固定到装沙子用的出料口，用漏斗将沙子装入袋中。装满砂子后取下袋子，

44、拧紧套管上盖，然后一边把压缩空气送进套管，以免将砂袋带上来，一边提升导管。提升完后一个袋装沙井就完成了，注意及时砂井头埋置好。（2）另一种方法是先将砂袋装好备用，待成孔后沉入砂袋。沉入砂袋时，原则上应用桩架将砂袋垂直吊起沉入。当受桩架高度限制（袋装砂井长度超过桩架高度）时，可采用两节套管，砂袋输入时用人工输入，管口装设滚轮，拔出导管时为避免将砂袋带出，也可采用向砂袋内注水的办法。最终施工参数确定为：袋装砂井直径：8.4cm；砂井长：15m；间距排距：1.6m1.4m；每排砂井数：23根。3.10 袋装沙井与CFG桩处理方法的比较3.10.1原理袋装砂井加固软土路基的原理是：在含水量大、孔隙比大

45、、压缩性高、软土深厚的软土地基中打入砂袋，以此作为排水通道，增加土层的排水途径，缩短排水的距离。在上部荷载的作用下，产生的附加应力使土颗粒间的孔隙水通过插在软土层中的砂井排出地层外面，以达到土颗粒间的位移密实，从而大大加速了地基的固结与沉降，提高软土路基的承载力和抗剪能力，从而保证路堤和地基的稳定。袋装砂井可以解决沉降与稳定问题，沉降问题即是使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使铁路路堤在使用期间不产生不利的沉降或沉降差。稳定问题即加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。 而CFG桩采用振动沉管法施工使复合地基的承载力发生改变提高地基的力学性能，对土体产生振动和挤压，

46、使土得到“挤密作用”，使加固后桩土的力学性能大为改善，从而使复合地基的承载力显著提高。3.10.2 垫层 袋装沙井砂垫层与砂井贯通将砂井渗透出来的水分引出路堤坡脚之外。CFG桩桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基，目的是将地基承载力均匀分布给整个地基使地基应力重分配。因此在承载力方面袋装沙井只是利用了原有地基的承载力而CFG桩则是利用桩和桩间土形成的复合地基共同承担地基应力从而使承载力大大提高。3.10.3 时间上 袋装沙井需要的排水固结时间长，对于施工工期要求短施工紧张的路段不适用尤其现在的客运专线要求工期比较紧张，而CFG桩则能在较短时间内达到所需强度满足施工要求。3.10.4 综

47、合比较CFG桩和袋装砂井加固软土地基对的方法都要使用成孔机械，所以在机械使用方面，两种方法造价差不多。砂井沉降量远大于搅拌桩，一般达到搅拌桩沉降量的2倍以上。在当前工程建设对工后沉降要求越来越高的情况下，特别是客运专线、高速铁路，砂井是无法满足的，而CFG桩则完全能满足工后沉降的要求。因为砂井沉降量大，在路基填筑预留沉降量的选择上技术难度相应也比较大。工后沉降大，也会增加铁路以后的运营成本，一方面是补充道碴，另一方面还需加强轨道的养护。同样，用水泥搅拌桩加固软基其整体稳定性比袋装砂井要好很多。所以采用CFG桩相对来说还是比较合理的。第4章 天然地基的沉降计算4.1设计资料表4-1土层地质资料表

48、土、石名称厚度（m）含水量（%）粘聚力（MPa）内摩擦角（）容重（g/cm3）亚粘土2.045.6681.66软土6.651.2861.56粘土6.449.75101.68砂粘土1236.320351.71 4.2沉降理论地基沉降的一般规律是，负载荷载大，沉降大；反之，附加荷载小，沉降小。软土层厚的路段沉降大，而软土层薄的路段沉降小，由此造成路基纵横向沉降不均匀，尤其在桥头过渡段，不均匀沉降问题更加突出。粘性土地基沉降是由机理不同的三部分组成，固结沉降、瞬时沉降、次固结沉降。固结沉降是指饱和与接近饱和的粘性土在基础荷载作用下，随着超静孔隙水压力的消散，土骨架产生变形所造成的沉降。固结沉降速率取

49、决于孔隙水的排出速率。瞬时沉降是指加载后地基瞬时发生的沉降。由于基础加载面积为有限尺寸，加载后地基中会有剪应变产生。对于饱和的粘性土加载瞬间土中水来不及排出，在不排水或恒体积状况下，剪应变引起侧向变形而造成的瞬时沉降。次固结沉降是指主固结过程结束后，在有效应力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形。变形速率与孔隙水排除速率及土层厚度都无关。因此，本设计不考虑次固结沉降。地基沉降一般用分层总和法进行分析计算。分层总和法是假定地基土为直线变形体，在外荷载作用下的变形只发生在有限厚度的范围内，将压缩层厚度内的地基土分层，分别求出各分层的应力，然后用土的应力应变关系式求出各分层的变形量总加起来即为

50、地基的沉降量。软土路基沉降量是由固结沉降Sc和侧向变形引起的瞬时沉降Sd组成。因此软土路基总沉降量可表示为：。其中固结沉降量Sc，可按单向压缩分层总和法计算，如式（4-1）所示（4-1）式中，地基中各分层的天然孔隙比；受荷载后各分层的稳定孔隙比；各分层的厚度。4.3 地基土分层根据地基情况，地基以下2m厚的亚粘土设为一层，软土层6.6m，可分为分别为2.2m厚的三层，粘土层6.4m，可分为3.2m和3.2m。如图4-1所示。2m亚粘土=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软土粘土砂黏土图4-1地基土分层4.4 计算土的附加应力双线铁路换算土柱时，根据铁路特殊路基设计规范中的双线路基地基沉降2d2bDEOH0图4-2 路堤基底面附加应力计算草图计算时，列车荷载可按单线有荷计算和查参考文献5表3-4，取换算土柱高2.8m，宽3.4m。在计算作用在路堤底面上的路堤荷载和列车与轨道荷载时，是将路堤和作用在路基面上的列车与轨道荷载以一无限长、条形三角棱体和三角形棱体顶点加一竖向的集中荷载来表示，如图4-2所示。集中荷载可由单位延米长路堤上列车与轨道荷载减去路堤顶面待填充的三角

52、形土重得出，如式（4-2）所示。（4-2）式中，P列车与轨道荷载（kN）；b路基面宽之半（m）；m路堤边坡坡率；路堤填料容重（KN/m3）。代入数据得，kN0当时，则令kN/m即假定计算图形是由有重量的路堤本体和无重量的虚拟三角棱体以及连续集中荷载PO=P所组成。按照弹性理论，集中荷载传到地基顶面时在路堤中心线处的垂直应力分量表达式为 （4-3） 式中，三角形高 （m）； （4-5）m （4-6）arctan1.5=0.985（rad）（4-7）路堤自重在路堤中心线的应力因此，地基顶面中心线处的垂直应力为 kN/m（4-8）Z（m）a/Zb/ZI24.353.4520.4980.996121.

53、7633.24.22.071.6420.4890.978119.5645.526.41.361.0820.4680.936114.4257.848.61.010.8020.4370.874106.8570.1611.80.740.5820.3900.78095.3691.92150.580.4620.3480.69685.09113.68180.480.3820.3160.63277.26134.98210.410.3320.2850.57069.68156.28240.360.2920.2580.51663.08177.58表4-2中轴线上地基中各点附加应力的计算 注:设地下水位2m4.5

54、计算各分层沉降及总沉降量沉降计算时，通过计算出的应力，查文献11图曲线可得孔隙比，然后计算沉降量。未作处理的沉降计算如表4-3所示。表4-3未处理地基沉降计算表深度Z（m）分层厚（cm）土层自重（kPa）平均自重（kPa）附加应力（kPa）平均附加应力（kPa）平均总应力（kPa）孔隙比孔隙比沉降量（cm）0200016.6122.25122138.60.820.9210.42233.2121.7622039.36120.66160.021.131.2814.174.245.52119.5622051.68116.99168.671.121.2613.636.457.84114.4222064

55、.00110.64174.641.101.2211.908.670.16106.8532081.04101.11182.151.091.2016.0011.891.9295.36320102.8090.23193.031.081.1611.1115113.6885.09则：cm侧向变形引起的沉降量计算查文献2得 E=3000kPa， =0.4， q=122.25kPa 查文献2图得F=0.65 总沉降： 第5章 路基稳定性检算 5.1 概述路基是铁路的重要组成部分，路基的强度和稳定性是保证铁路正常使用的基本条件，特别是由于软土地基松软，在软土地区修筑路堤，最常见的问题就是失稳，引起失稳的根本原

56、因在于土体内部某个面上的剪应力达到或超过了它的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏，因为土中的水分过大，土粒被水膜包围而分散得过远，含水量越大，水膜越厚，水分不能排除，由于水的密度比土的密度小，因此土的密度反而下降了，可能会产生各种破坏现象，如施工期发生路堤开裂、坍滑；施工及运营期间出现长期不断的路堤下沉，或突然大量的下降、滑移等现象。这些现象中最严重的是路堤整体坍滑，滑弧切入地基软弱土层之中，因此，软土地基路堤的稳定分析是设计工作中的一项重要内容。当地基承受荷载后，地基内部将产生应力和变形。土体受力后引起的变形分为体积变形和形状变形。体积变形主要是正应力导致土体体积缩小压实，不会引起土体的破坏。而形状

57、变形将由剪力引起土体侧向变形和隆起，当剪应力超过一定限度时，土体将产生剪切破坏，变形将不断的发展，最终导致路堤边坡的失稳，造成整个路堤的毁坏。决定软土地基稳定的因素是多方面的，它不仅取决于路堤的断面形式、填土高度、加荷速率、地基土性质，而且与软土成因类型、地层成层情况等有关。软土地基稳定分析的方法较多，由于均质软土路基的滑动多呈弧形滑面，一般当路堤的填料为黏性土或含有30%以上的细粒土时多采用圆弧法进行检算。圆弧滑动面法在路堤中应用最多的是条分法和毕肖普法。5.2 条分法的概念5.2.1条分法是以极限平衡理论为基础，以土质边坡为研究对象，逐渐发展和完善起来的系列边坡以及滑坡稳定性分析方法。其基本出发点是假定土体是理想塑性材料，把土条作为一个刚体，按极限平衡的原则进行力的分析，完全不考虑土体本身的应力应变关系。瑞典条分法是条分法中