高速鐵路黃土路基沉降分析及控制畢業(yè)設計

畢業(yè)論文任務書題目高速鐵路黃土路基沉降分析及控制學生姓名學號班級專業(yè)鐵道工程承擔指導任務單位導師姓名導師職稱一、主要內(nèi)容(1)黃土的介紹；(2)路基產(chǎn)生沉降的機理分析；(3)沉降對高速鐵路的危害；(4)高速鐵路對路基施工后沉降的要求以及依據(jù)；(5)黃土路基沉降的基本規(guī)律及影響因素分析；(6)控制路基沉降的施工方法與技術措施；二、基本要求(1)制定設計進度計劃，嚴格執(zhí)行，按期獨立完成設計任務。(2)設計方法步驟可參考設計指導書，對于設計疑難問題，首先應獨立思考與查閱有關資料，確實不能解決時，可向指導教師提出答疑。(3)了解高速鐵路嚴格控制路基沉降的原因和目的。(4)熟悉高速鐵路設計與施工的相關規(guī)范，明確各種地基上高速鐵路施工的步驟與關鍵技術及控制指標。(5)明確高速鐵路路基產(chǎn)生沉降的原因，熟悉各種地沉降控制的施工工藝和技術措施熟練運用所學知識、參考資料分析實際工程問題。(6)熟悉客運專線路基設計的特殊要求，了解黃土路基工后沉降的控制方法。(7)能夠結(jié)合施工方案進行路基穩(wěn)定性計算和沉降計算。三、主要技術指標鐵路客運專線。設計速度350km/h，軌道類型為重型。四、應收集的資料及參考文獻[1]陳仲頤，周景星，王洪瑾．土力學[M]．北京：清華大學出版社，2005.[2]龔曉南．復合地基設計和施工指南[M]．北京：人民交通出版社，2003.[3]池淑蘭，孔書祥．路基工程[M]．北京：中國鐵道出版社，2002.[4]中華人民共和國鐵道部．鐵路路基設計規(guī)范TB10001—2005[S]．2005．[5]范云．地基加固技術[M]．石家莊：石家莊鐵道學院，1999.五、進度計劃第1-4周開題報告。路基沉降機理及其危害分析，熟悉各種控制沉降的施工方法與技術措施；第5-8周 控制沉降施工方法與技術措施經(jīng)濟技術比較，沉降監(jiān)測方案設計。撰寫設計說明。第9周整理、裝訂教研室主任簽字時間年月日畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名：日期：

學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期：年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導師簽名：日期：年月日

畢業(yè)論文開題報告題目高速鐵路黃土路基沉降分析及控制學生姓名學號班級專業(yè)課題研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國人口眾多，隨著中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市化進程加快，我國鐵路呈現(xiàn)客流量大、集中、行程長的特點。為實現(xiàn)我國鐵路事業(yè)跨越式的發(fā)展鐵路，客運專線已開始在我國大力修建。目前，京滬、武廣、石太、鄭西、京石等鐵路客運專線已相繼開工?？瓦\專線列車運行速度快，技術標準高，對路基的要求嚴格，控制路基變形已成為高速鐵路路基的最大特點。自20世紀60年代第一條高速鐵路在日本建成以來。世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了競相修建高速鐵路的熱潮，國外鐵路發(fā)展的方向是重載及高速鐵路，高速鐵路的出現(xiàn)對傳統(tǒng)鐵路的設計，施工和養(yǎng)護維修提出了新的挑戰(zhàn)，在許多方面深化和改變了傳統(tǒng)的設計方法和觀念。我國幅員遼闊，地質(zhì)情況復雜多變，其中黃土在我國分布廣泛，給鐵路工程建設帶來了較大的影響和隱患，成為鐵路工程的關鍵問題之一，現(xiàn)在鐵路修筑經(jīng)驗表明，作為支撐路堤的地基不允許發(fā)生基底破壞，也不允許發(fā)生不能滿足適合使用要求的過大工后沉降和和沉降速率。我國鐵路路基主要病害現(xiàn)象的路基下沉，有不少是因為基底變形所致，對支撐高速鐵路路基的地基來說。除了強度要求外，還有變形條件要求。日本東海道新干線建成后，由于軟土地基沉降造成軌道狀態(tài)不良，不能達到設計速度和運量的要求。吸收了經(jīng)驗教訓之后日本對支撐高速鐵路路基的地基提出了強度要求，對不符合強度要求的地基要采取加固和減少工后沉降的措施。其他許多國家也相應的提出了各種地基加固措施。目前國內(nèi)外對黃土地基的處理主要有墊層法、強夯法、水泥攪拌樁、孔內(nèi)深層強夯擠密法、淺層阻水方案和深層散水方案、沖擊壓實技術、灰土樁擠密法等。二、研究方案本畢業(yè)設計為高速鐵路黃土地基沉降控制。依據(jù)客運專線鐵路路基設計規(guī)范，滿足等級標準要求的黃土路基上鐵路客運專線路堤設計的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：1路基沉降的原因及路基對強度、填料的要求路基沉降的原因包括路基填土、路堤填料的不當、地下水的影響等；客運專線無碴軌道路基的填料要求；客運專線無碴軌道路基沉降的控制理念；客運專線無碴軌道路基沉降的控制要求。2.設計黃土路基處理措施及影響因素黃土路基的處理措施有：墊層法、強夯法、水泥攪拌樁、孔內(nèi)深層強夯擠密法、淺層阻水方案和深層散水方案、沖擊壓實技術、灰土樁擠密法等。并分析了各種措施的處理效果；影響路基沉降的因素分為人為因素和自然因素；控制路基工后沉降的主要途徑、步驟和措施。3路基設計和沉降計算地基設計包括樁網(wǎng)地基和非樁網(wǎng)復合地基。樁網(wǎng)地基設計包括CFG樁樁網(wǎng)復合地基和灰土擠密樁；非樁網(wǎng)地基設計包括板樁結(jié)構、DDC樁和水泥土擠密樁；介紹了樁網(wǎng)的加固原理，沉降計算模式、各種機構設計以及沉降計算方法和公式。4.沉降監(jiān)測從沉降監(jiān)測的目的、監(jiān)測內(nèi)容及要求出發(fā)，進一步介紹介紹沉降監(jiān)測的基本要求、技術要求、監(jiān)測設備的選擇、觀測元件的埋設說明、沉降觀測的步驟和頻率、觀測資料的應用等。5.總結(jié)與展望。三、預期達到的目標1.設計出的路堤能夠滿足《鐵路客運專線路基設計規(guī)范》；2.充分考慮黃土路基的工程特點，熟悉黃土路基工程處理措施；3.掌握路基穩(wěn)定性檢算和沉降計算的原理和方法；4.了解減少工后沉降應該采取的措施；5.熟悉路基加固防護方案；6.通過理論聯(lián)系實際，進一步鞏固和加強已學專業(yè)理論知識，加深理解，做到學以致用。同時，培養(yǎng)自己分析實際問題、運算、繪圖等基本技能。鍛煉自己閱讀參考書籍及運用有關手冊、規(guī)范和技術標準等解決實際問題的能力。四、進度計劃第1-4周開題報告。路基沉降機理及其危害分析，熟悉各種控制沉降的施工方法與技術措施；第5-8周 控制沉降施工方法與技術措施經(jīng)濟技術比較，沉降監(jiān)測方案設計。第9周整理、裝訂指導教師簽字時間年月日高速鐵路黃土路基沉降分析及控制摘要高速鐵路代表了世界鐵路現(xiàn)代化發(fā)展的大趨勢，是21世紀交通運輸?shù)闹卮蟪晒?，是人類的共同財富。隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，交通運輸需求激增，我國鐵路客運專線建設已經(jīng)進入一個高速發(fā)展的時期，由于高速鐵路運行速度快、技術標準高、對路基的要求嚴格，控制路基變形沉降已經(jīng)成為客運專線路基的最大特點。路基變形最明顯、危害最大的問題是路基沉降。路基沉降控制是一個涉及因素較多、具有較大不確定性的工程難題。路基沉降包括路基施工沉降和工后沉降，工后沉降尤其發(fā)生幾率大、危害嚴重。本論文從黃土的性質(zhì)和特性，路基沉降的原因、危害，控制路基沉降的措施、路基工后沉降的機理，控制路基工后沉降的必要性、步驟、措施、各種措施的特點，路基沉降計算、監(jiān)測等方面分析了路基沉降。關鍵字：黃土路基工后沉降控制方式沉降計算監(jiān)測AbstractHigh-speedrailwayrepresentstherailwaymodernizationdevelopmenttrendinthe21stcentury,istheimportantachievementoftransportation,isthecommonwealthofmankind.Alongwiththerapiddevelopmentofeconomy,thetransportationdemand,ChinarailwayPDLsurgehasenteredarapiddevelopmentconstructionperiod，Duetothehighspeedrailwayrunningspeed,thetechnicalstandardofroadbed,strictcontrolofsubgradesettlementofdeformationandhasbecomethebiggestcharacteristicofPDLroadbed.Themostobviousharm,roadbeddeformationofthebiggestproblemsistheembankmentsettlement.Embankmentsettlementcontrolisonewhichinvolvesmanyfactors,haslargeuncertaintiesofengineeringproblems.Embankmentsettlementincludingsubgradeconstructionsettlementandpost-constructionsettlement,post-constructionsettlementrisk,particularlyseriousharm,Thispaperfromthenatureandcharacteristicsofloessembankmentsettlement,thereasonandharm,thecontrolmeasuresofembankmentsettlementandroadbedsettlementmechanism,Controlofsubgradesettlementafterthenecessity,stepsandmeasures,andthecharacteristicsofmeasures,embankmentsettlementcalculation,monitoringofembankmentsettlement.KEYWORDS：siennaembankmentsettlementcontrolmodesettlementcalculationdetectio目錄第1章緒論 11.1選題背景及意義 11.2我國鐵路路基現(xiàn)狀 11.3黃土 11.3.1黃土的顆粒組成會及結(jié)構 21.3.2黃土的多孔性 21.3.3黃土的濕陷性與變形特性 31.3.4黃土的結(jié)構性問題 4第2章路基沉降 42.1路基沉降 42.1.1路基沉降的原因 42.2路基不均勻沉降的影響和危害 62.2.1路基不均勻沉降對鋪軌施工的影響 62.2.2路基對稱將對高鐵運營的危害 62.3客運專線無砟軌道路基填筑的壓實標準 62.4客運專線無砟軌道路基沉降的控制要求 82.4．1沉降控制標準 82.4.2客運專線無砟軌道路基的填料要求 8第3章路基沉降的控制及計算 113.1影響路基沉降的因素 63.1.1影響沉降穩(wěn)定的自然因素 113.1.2影響沉降穩(wěn)定的人為因素 113.2濕陷性黃土路基處理方法及效果評價 83.2.1試驗段工程地基處理方法 83.2.2地基處理效果方法 83.2.3濕陷性黃土路基的沉降控制措施 83.3路基工后沉降 143.3.1路基工后沉降組成分析 143.3.2工后沉降控制的重要性與特點 153.4控制工后沉降的主要途徑 153.4.1加強技術培訓及明確控制標準 163.4.2重視黃土地質(zhì)核查 163.5工后沉降的控制步驟 163.5.1施工前的控制措施 163.5.2施工過程中的控制措施 173.5.3加強路基沉降分析與預測 173.5.4做好路基沉降觀測 183.6地基設計 183.6.1樁網(wǎng)地基設計 19CFG樁樁網(wǎng)復合地基 19灰土樁樁網(wǎng)結(jié)構 243.6.2樁板結(jié)構 26整體構造分析 27結(jié)構幾何尺寸優(yōu)化 27承臺板設計 28托梁設計 28樁基設計 293.6.3DDC樁 32適用性及沉降控制機理分析 32沉降計算模式 33復合地基下部土體的沉降 333.6.4水泥土擠密樁 35水泥土其它影響因素及有關性能研究 35水泥土擠密樁的加固原理 363.7地基沉降計算 363.7.1地基沉降計算基本原理 363.7.2CFG樁的沉降計算 363.7.3樁板樁基承載力、沉降計算 39第4章路基沉降監(jiān)測 404.1路基沉降監(jiān)測的目的 404.2路基沉降的監(jiān)測內(nèi)容及要求 404.2.1沉降觀測基本要求 414.2.2路基沉降監(jiān)測的技術要求 424.3合理選擇觀測設備。 434.4觀測元件埋設說明 434.5沉降觀測操作要求 444.6沉降觀測時間、頻率 444.7沉降觀測資料的應用 45第5章結(jié)論與展望 475.1結(jié)論 475.2展望 47參考文獻 48致謝 49

第1章緒論1.1選題背景及意義我國幅員遼闊，鐵路經(jīng)過的地區(qū)比較復雜，路基作為鐵路的重要組成部分，是承受軌道結(jié)構重量和列車荷載及各種附加力的基礎，路基本體必須有足夠的強度和一定范圍內(nèi)的變形，所以作為承載高速鐵路的基礎—路基的設計得到越來越廣泛的重視，把路基作為土工結(jié)構物來設計的理念在路基設計中逐步得到體現(xiàn),在一般情況下，路基給工程帶來的主要難題是沉降變形及其各種處理措施條件下的固結(jié)問題，所以路基沉降變形問題是高速鐵路設計中所要考慮的主要控制因素。為了確保列車安全、平穩(wěn)運行，路基必須具有強度高，剛度大、穩(wěn)定性、耐久性好，不易變形等優(yōu)良特性。隨著我國既有線大面積提速改造及快速鐵路、高速鐵路的修建，如何解決路基沉降這個屢屢出現(xiàn)的問題就被提上日程。1.2我國鐵路路基現(xiàn)狀長期以來，我國新建鐵路沒有把路基當成土工結(jié)構來對待，而普遍冠名為土石方。在“重橋隧，輕路基，重土石方數(shù)量，輕質(zhì)量”的傾向下，路基翻漿冒泥、下沉、邊坡坍滑、滑坡等病害經(jīng)常發(fā)生，使新建鐵路交付運營多年仍不能達到設計速度與質(zhì)量，經(jīng)濟效益與社會效益較差。運營鐵路路基技術狀態(tài)不佳，強度低，穩(wěn)定性差，嚴重威脅鐵路運輸和安全，已成為鐵路運輸?shù)闹饕∪醐h(huán)節(jié)。如今，全國鐵路網(wǎng)已相繼完成四次提速，開發(fā)了一批最高運行速度為140～160KM/h的“快速列車”。運營時速為200KM1.3黃土通常將具有以下特性的土稱為黃土；顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色；顆粒組成以粉粒(0.05～0.005mm)為主，含量一般在60%以上；有肉眼可見的大孔隙、較大孔隙，一般在1.0mm左右；富含碳酸鹽；垂直節(jié)理發(fā)育。公路工程中，根據(jù)黃土沉積年代不同，可將黃土分為新黃土(如馬蘭黃土Q3、Q4)、老黃土(離石黃土Q12、Q22)、紅色黃土(午城黃土Q11.3.1黃土的顆粒組成會及結(jié)構黃土的顆粒組成以粉粒為主，其含量可達50%以上，其中粗粉粒(0.05～0.01mm)含量大于細粉粒(0.01～0.005mm)含量。黃土中的粘粒、細粉粒和腐殖質(zhì)膠體，大部分被膠結(jié)成集?；蚋≡谏傲＜按址哿５谋砻?，或聚集在大顆粒間的接觸點處。黃土中的粉粒和集粒共同構成了支承結(jié)構的骨架，較大的砂粒“浸”在結(jié)構體中由于其排列比較疏松，接觸連接點少，構成了一定數(shù)量的架空孔在結(jié)構體中，而在接觸連接處沒有或只有少量的膠結(jié)物質(zhì)。常見的膠結(jié)物質(zhì)有聚集在連接點處的粘粒，易溶鹽及沉積在該處的CaCO3、MgCO3等。研究表明，黃土的粉粒含量越大，其孔隙比越大，干密度越小，其濕陷性越明顯。粘粒的存在對濕陷性有抑制作用，當粘粒含量大于30％時，濕陷性幾乎減弱到不復存在，當然這與粘粒的結(jié)構、性質(zhì)及分布有關。在顆粒大小中，小于0.01mm1.3.2黃土的多孔性黃土中的孔隙，呈垂直或傾斜的管狀，以垂直為主，上、下貫通，其內(nèi)壁附有白色的膠結(jié)物，一般為CaCO3,這種膠結(jié)對黃土起著加固作用。一般將黃土的孔隙分為以下三類：①大孔隙，直徑約0.5～1.Omm，肉眼就可辯識；②細孔隙，是架空結(jié)構中大顆粒的粒間孔隙，肉眼看不見，可在放大鏡下觀察到：③毛細孔隙，由大顆粒與附在其表面上的小顆粒所形成的粒間孔隙，肉眼更看不見。由這三種孔隙形成了黃土的高孔隙性，故又將黃土稱為“大孔隙土”。黃土孔隙率一般在35％～60％之間，有沿著深度逐漸減小的趨勢；在地理位置上，自東向西，自南向北，黃土孔隙率有增大的規(guī)律。一般認為黃土的孔隙是引起黃土濕陷的主要原因，但有資料表明壓實黃土仍存在大孔隙，也具有濕陷性，表明這不是黃土濕陷的根本原因，但它為黃土濕陷提供了足夠的空間【1】。1.3.3黃土的濕陷性與變形特性濕陷性是指土在自重或附加應力與自重共同作用下受水浸濕后產(chǎn)生急劇而大量的下沉。浸水濕陷只在士體自重作用下產(chǎn)生的黃土稱為自重濕陷性黃土，而浸水濕陷在土體自重與附加應力共同下產(chǎn)生的黃土稱為非自重濕陷性黃土。根據(jù)自重濕陷量與總濕陷量可對濕陷性場地進行濕陷等級與濕陷類型劃分。非自重濕陷性場地的濕陷起始壓力一般大于土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較弱，濕陷性事故較少，自重濕陷性場地的濕陷起始壓力小于其上覆土的飽和自重壓力，濕陷敏感性較強，濕陷性事故多。黃土與其它粘土的區(qū)別在于黃土對含水量的變化極為敏感，含水量的高低嚴重影響土的濕陷性和承載力的高低，含水量低時，土的濕陷性強烈，但承載力卻很高，隨著含水量的增加，土的濕陷性逐漸減弱，承載力隨之急劇下降，而壓縮性卻得以提高。根據(jù)大量土樣的試驗資料統(tǒng)計結(jié)果表明，黃土的濕陷性與飽和度成直線反比關系，見表l-l，即飽和度愈低，土的濕陷性愈強，土的濕陷性隨著飽和度的增大而降低。表1-1飽和度Sr與濕陷系數(shù)6s的關系飽和度(％)濕陷系數(shù)范圍濕陷系數(shù)中值＜300.09～0.1370.12030～400.04～0.1180.08640～500.02～0.1000.06050～60＜0.02～0.0840.0460～700～0.0600.03＞700～0.03＞0.015者只占3.4%黃土的壓縮性反映黃土地基在外荷載作用下產(chǎn)生壓縮變形的大小，主要取決于土的密實程度和含水量，三者的關系見表l-2。表1-2黃土變形模量與含水量和孔隙比的關系土類含水量（%）孔隙率（%）變形模量（Mpa）黃土10～1747～4822.5～32.06～846～4822.0～28.08～1447～4919.0～22.0黃土狀粉質(zhì)粘土12～1843～4510.0～40.022～2545～488.0～1.525～3040～457.0～黃土的結(jié)構性問題結(jié)構性應該是描述土物理本質(zhì)中比粒度、密度、濕度重要的一個側(cè)面。它的重要性早為太沙基所指出，也早為一系列學者所重視。如果說結(jié)構性對任何土都是重要的，那么，對黃土就更是不可避免的，具有更大的意義。研究黃土的結(jié)構性及其在力和水作用下的變化規(guī)律對整個土力學研究的對象都會有很大的輻射作用。目前，將黃土受力、水作用后結(jié)構由損傷到破壞作定量描述的固體力學方法，因其可以回避在尋求獨立表示土結(jié)構性參數(shù)上的困難，使結(jié)構性關系的建立出現(xiàn)了新的跳躍。但它仍然遇到了建立不同濕密狀念土在受到外力作用過程中損傷變量正確表述的困難．顯然，如果能夠找到一個能合理反映土的結(jié)構性及其隨水與力的作用而變化的土結(jié)構性參數(shù)，無疑會使問題的解決更加直觀、更加靈活，會使土力學的參數(shù)體系更加完善．文獻中關于綜合結(jié)構勢這一新指標的提出及對其合理性、靈敏性、穩(wěn)定性與普遍性的檢驗的相關研究表明：(1)黃土的結(jié)構可視為一個由單粒、集粒或凝塊等骨架單元共同形成的空間結(jié)構體系．它的單元形態(tài)(單粒的礦物碎屑與集?；蚰龎K)確定了力的傳遞性能和土的變形性質(zhì)，它的連接方式(點接觸、面接觸)確定了土的結(jié)構強度，它的排列方式(大孔隙、架空孔隙、粒間孔隙)確定了土的穩(wěn)定性．單粒點接觸、架空孔隙占優(yōu)勢的結(jié)構，濕陷性大；集?；蚰龎K，面接觸、粒間孔隙占優(yōu)勢的結(jié)構，濕陷性?。?2)黃土結(jié)構性的研究，應既注意揭示土顆粒排列的幾何特征(以孔隙分布特征最為敏感)，又注意揭示土顆粒聯(lián)結(jié)(物理的和化學的，而以化學的為最敏感)的力學特征，同時將結(jié)構與組成相結(jié)合，探討黃土的非均質(zhì)性，各向異性．(3)從黃土力學的觀點來看，結(jié)構性研究的根本目的在于揭示結(jié)構性對土力學行為的影響及內(nèi)在聯(lián)系，因此，將土的微觀結(jié)構與宏觀力學行為相結(jié)合是一條正確的研究途徑．(4)黃土的結(jié)構性問題在其結(jié)構聯(lián)結(jié)沒有遭到破壞以前表現(xiàn)為它維持結(jié)構可穩(wěn)性的能力，它和顆粒聯(lián)結(jié)的特性與穩(wěn)定性有關；在結(jié)構聯(lián)結(jié)遭到破壞以后表現(xiàn)為結(jié)構可變性的能力，它和顆粒的排列特性與均勻性有關．第2章路基沉降的原因及影響2.1路基沉降路基裸露在自然界中，整個路基經(jīng)常受到自重、列車荷載和各種自然因素的作用。由于水、溫度和各種荷載的作用，路基的各部分將產(chǎn)生可恢復和不可恢復的變形，那些不能恢復的變形，將引起路基標高和邊坡坡度、形狀的改變，甚至造成土體位移和路基橫斷面幾何形狀的改變，危及路基及其各組成部分的完整和穩(wěn)定，形成路基的危害2.1.1路基沉降的原因由于壓實度不足，往往導致填方路基的不均勻沉降變形，路基兩側(cè)出現(xiàn)縱向裂縫，路基土體壓實度不足的主要原因有以下幾點:(1)施工受實際條件的限制。路基施工時，天氣太干燥，局部路堤填料粘土土塊粉碎不足致使路基壓實度不均勻;暗埋式構造物處因構造物長度限制使路基邊緣不能超寬碾壓，致使路基邊緣壓實度不夠;某些加減速車道與行車道沒有同步施工，當拼接處理得不好時，其拼接處也會產(chǎn)生壓實度不足的情況。(2)考慮到施工安全和進度，使得壓力或壓力作用時間不足，路基壓實不充分，致使路基壓實度達不到規(guī)范要求。(3)由于填方土體的最佳含水量控制不好，壓實效果達不到規(guī)范要求。(4)在填方路堤施工中，當路堤施工到一定高度以后，路堤邊緣土體往往存在壓實度不足問題，對于較高的填方路基，通常都要做相應的處治。填方土體壓實度不足，其結(jié)果是土體前期固結(jié)壓力小于自重應力和各種附加應力之和，在自重作用下就會發(fā)生沉降變形，這些附加應力主要來自以下幾個方面:①車載，尤其超載情況;②含水量變化造成土體容重的改變;③地下水位升降而導致浮力作用改變;④土體飽和度改變，引起負孔隙水壓力改變。這些附加應力引起土體中有效應力改變，從而導致土體發(fā)生壓縮變形。在公路施工過程中，對填料、級配很難得到有效的控制，填料常常是開挖路塹、隧道掘進產(chǎn)生的方法，這些填料性質(zhì)差異大、級配也相差很遠。一方面，在施工過程中，如果分層碾壓厚度過大，小顆粒填料和軟弱物質(zhì)很難得到有效壓實，在荷載的長期作用下，回填料會產(chǎn)生不協(xié)調(diào)沉降變形，路面會產(chǎn)生局部沉陷，剛性路面還可能產(chǎn)生裂紋。另一方面，由于回填料的性質(zhì)不一樣，特別是有的回填料具有膨脹性，在路基排水系統(tǒng)局部失效后，水的滲入會使路面局部隆起，影響行車舒適度，嚴重的會使路面破壞。在地下水的交替作用下,路基土體內(nèi)含水量反復變化,土體容重在一定范圍內(nèi)波動,更為重要的是由毛細管張力引起的負孔隙水壓力可以達到相當?shù)臄?shù)值,再加上水的軟化、潤滑效應,可以使土體產(chǎn)生沉降變形。路基或地基中地下水的動態(tài)特征對路基不均勻沉降影響很大，路堤及其地基中的地下水主要補給來源有3種類型，即地下水側(cè)向補給、降雨補給、地表水側(cè)向補給。其動態(tài)變化及潛蝕作用影響到土體中的有效應力分布、土體的結(jié)構特征和土體強度從而導致路基的不均勻沉降。2.2路基不均勻沉降的影響和危害2.2.1路基不均勻沉降對鋪軌施工的影響路基不均勻沉降會增加施工難度和施工強度，在鋪軌時需要再度調(diào)整路基整體的高度使其達到統(tǒng)一，因扣減可調(diào)整量很小并要預先填高一定量為工后沉降留有空間以便達到設計標高，還要考慮未來行車后各不同時間段各路段不同土質(zhì)以及路橋過渡段不同沉降量。2.2.2路基對稱將對高鐵運營的危害路基是路面的基礎,路基不均勻沉降必然會引起路面的不平整,導致路面產(chǎn)生許多病害,主要表現(xiàn)為坑凹、起拱、波浪、接縫臺階、碾壓車轍、橋頭或涵洞兩端路面沉降、橋梁伸縮縫的跳車等,破壞了線路平順通暢，不僅難以滿足客運專線高速行駛的要求,而且還會加大運輸成本,增加運輸時間,增加養(yǎng)護維修費用，減少使用壽命，降低社會經(jīng)濟效益，降低旅客舒適度，危及行車安全等。2.3影響路基沉降的因素2.3.1影響沉降穩(wěn)定的自然因素地形地形不僅影響路線的選定與線形設計．也影響到路基設計。平原、丘陵、山嶺各區(qū)地勢不同，各區(qū)的水和溫度的情況也不相同。平原區(qū)地勢平坦，地面水易于積聚，地下水水位較高，因此路基需要保持一定的最小填土高度，力求不低于自然區(qū)劃和土質(zhì)所規(guī)定的臨界高度：丘陵區(qū)地勢起伏，山嶺區(qū)地勢陡峭。如果排水設計不當，或地質(zhì)情況不良，易降低路基的強度與穩(wěn)定性，出現(xiàn)水毀、邊坡坍方、路堤沿山坡的滑動等壞現(xiàn)象。氣候氣候條件，如氣溫、降水、濕度、冰凍深度、日照、年蒸發(fā)量、風向和風力等，都影響路基水溫情況。在一年之中．氣候有季節(jié)性的變化，因此路基水溫情況也隨之變化。氣候還受地形的影響，例如山頂與山腳、山南與山北，就有所不同。即所謂“小區(qū)地形與小區(qū)氣候”．因此路基水溫情況也有所差異。大氣的溫度變化使路基的溫度也發(fā)生相應的變化．并造成土基內(nèi)不同深度處溫度出現(xiàn)差異。在溫度差的影響下，土基中的水分以液態(tài)或氣態(tài)由熱處向冷處轉(zhuǎn)移，并積聚或凝結(jié)在該處。從而使土基中的濕度分布發(fā)生變化．特別是在季節(jié)性冰凍地區(qū)，濕度積聚現(xiàn)象更為嚴重。水文地質(zhì)水文條件指地面徑流、河流洪水位、常水位及其排泄條件、有無積水和積水期的長短以及河岸的沖刷和淤積情況等。水文地質(zhì)條件指地下水位、地下水移動情況、有無泉水、層間水等。所有這些。都會影響路基的穩(wěn)定性，如處理不當，往往會導致路基出現(xiàn)各種病害2.3.2影響沉降穩(wěn)定的人為因素作用于路基的荷載有路面路基的自重(靜載)和機車的輪重(動載)。靜載在土基內(nèi)部產(chǎn)生的應力隨深度的增加而增加；相反，動載在土基內(nèi)部產(chǎn)生的應力隨深度的增加而減少。且車型不同．動載在土基內(nèi)部的應力作用深度也不相同。隨著交通運輸?shù)呐畈l(fā)展，交通量逐年增長，在很大程度上影響路基的穩(wěn)定性。正確的施工方法也是保證路基穩(wěn)定性的重要因素。就土質(zhì)路堤而言，既要選擇良好的土填筑路基，同時還要選用正確的填筑方法和合適的施工機械。通常采用水平分層填筑法自下而上逐層填筑，并在土的含水量控制于最佳范圍同時進行充分壓實。保證達到《路基施工規(guī)范》規(guī)定的壓實度，使路基具有足夠的強度和穩(wěn)定性。相反，如果填筑方法不正確，壓實不充分。土基在車輛荷載的重復作用下就會出現(xiàn)不同程度的變形沉陷。從而造成路面破壞。養(yǎng)護措施包括一般措施及在設計、施工中未及時采用而在養(yǎng)護中加以補充的改善措施。通過及時養(yǎng)護可以保證路基在使用期限內(nèi)具有較高的強度和穩(wěn)定性。

第3章路基沉降的控制客運專線路基沉降控制的主要目的是控制路基沉降，以確保高速列車的行車安全，盡量滿足旅客對舒適度的要求，并減少日常維修工作。3.1濕陷性黃土路基處理方法及效果評價3.1.1試驗段工程地基處理方法試驗段工程地基處理方法對濕陷性黃土的地基處理應達到兩個目的，其一是消除處理范圍內(nèi)的濕陷性，其二是提高地基承載力，提高地基的變形模量，減少壓縮(固結(jié))變形試驗段采用多種地基處理方法，改變黃土結(jié)構，增加土密度，達到消除黃土的濕陷性的目的。首先進行局部地表處理，挖除耕植土后，換填改良土和沖擊碾壓進行加固處理，再采用樁基和碎灰土墊層處理，同時輔以土工布和土工格柵?？幽寡ㄌ帲韧诔鏊赏?，再用灰土夯填，然后再用鉆灌注水泥砂漿進行填實處理。3.1.2地基處理效果方法對濕陷性黃土地基處理的成功經(jīng)驗地分析研究得出：當濕陷性黃土厚度不大于3m時，灰土墊層種經(jīng)濟有效的方法(但一般需要較大的翻挖地，不利于冬、雨季施工)。深度相對較大(4～6m且環(huán)境影響要求較低時，可選擇強夯法，但它的有效性與夯擊的最佳擊數(shù)(9～12擊)、夯錘的底面積(錘重l0～15t，錘底面上靜壓力宜為20～25kPa)、及地基土的含水量(最好為最優(yōu)含水量附近)有關更大深度(大于8m3.1.3濕陷性黃土路基的沉降控制措施(1)對試驗段濕陷性黃土、松軟土、地震液化土段地基，根據(jù)初步設計采用換填、強夯、灰土擠密樁、CFG樁、水泥攪拌樁、旋噴樁、碎石土墊層加鋪土工格柵等多種地基處理方法進行加固，消除黃土的濕陷性和地震液化土的液化性，并對松軟土進行加固經(jīng)檢測達到《京滬高速鐵路設計暫行規(guī)定》和設計要求后轉(zhuǎn)入下道工序施工。(2)在基礎處理前首先進行局部地表處理，提高地基上部的密實度，減少路基的工后沉降?；A加固后保證地基系數(shù)K30≥90MPa／m、壓實系數(shù)I>0.95。(3)路堤填筑按照“三階段、四區(qū)段、八流程”水平分層(每層松鋪厚度不超過30cm)填筑。推土機粗平，平地機精平，YZ18～20型振動壓路機壓實；填料的最佳含水量、碾壓遍數(shù)、碾壓速度及鋪設寬度等按現(xiàn)場填筑試驗段確定的施工參數(shù)進行，根據(jù)壓實黃土的濕陷性隨含水量的減小而增加，隨干容重的增大而減小的試驗分析特性，施工中填料含水量偏差控制在最佳含水量的-1％～3％之間，填料的干密度大于15.5kN／m以消除濕陷性；每填高1.5m左右采用YCT25型沖擊式壓路機碾壓一次，碾壓遍數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。路堤分層填筑主要控制質(zhì)量達到壓實系數(shù)≥0.95，地基系數(shù)≥90MPa／m，靜態(tài)變形模量Ev2>45(4)路基基床表層所采用的級配碎石，基層采用的改良黃土均有嚴格的材質(zhì)、粒徑和級求。為保證達到設計標準，設帶自動計量裝置配碎石拌和站和改良土拌和站對填料進行集中拌和或改良，確保基床底層和基床表層的壓實質(zhì)達到規(guī)范規(guī)定的標準。(5)為滿足工程進度及施工質(zhì)量要求，施工中采用機械化作業(yè)。選用大噸位石方挖掘、運輸及重型振動壓實機械(過渡段選用小型振動壓實機械配合)，并配備級配碎石攤鋪、拌和等特種機械。(6)為控制堤身的沉降，施工中加強檢測與試驗，確保路基填料特性和質(zhì)量、工程措施及施工全過程受控。根據(jù)德國高速鐵路施工經(jīng)驗，在基床底層和表層施工質(zhì)量控制標準中增加靜態(tài)變形模量、Ev2控制指標。在路堤分層填筑質(zhì)量檢測中，也增加靜態(tài)變形模量控制指標Ev2。通過綜合指標控制，達到消除或減小路基工后沉降量的目的。(7)黃土路基基底的沉降最突出的是濕陷性下沉，其次是壓縮下沉和增濕變形引起的下沉,控制黃土路基濕陷性下沉和增濕變形下沉,施工中采取的防排水措施有以下幾個方面。①雨天不進行路堤填筑施工，并對剛填筑層采取覆蓋防雨水滲人保護措施。②為確保路基填筑過程中不被沖刷破壞，每層填筑時應嚴格按設計要求做好路拱以利排水，并在兩側(cè)路肩頂鋪設臨時磚砌擋水埝和急流槽。③路堤與路塹施工前先做好臨時排水系統(tǒng)，在施作臨時排水系統(tǒng)時應與永久排水系統(tǒng)統(tǒng)籌安排，盡量做到永臨結(jié)合，臨時工程按永久工程標準施作。④加強道床及路基的防排水設施，防止路基面的雨水滲人路基。雙線之間鋪筑瀝青防水層，道床面雨水通過橫坡直接排出路基兩側(cè)，通過兩側(cè)排水溝排走。曲線雙線之間鋪筑瀝青防水層，隔一定距離設置集水井，縱向設置縱向排水管匯集，通過橫向排水管排至兩側(cè)排水溝。⑤加強路基兩側(cè)地表防排水設施，防止路基外地表水浸人路基。⑥防止地表水侵蝕地基，阻斷路基外地表水與地基的滲水通道。對整個線路經(jīng)過地段，因線路的修建而改變了原有地表的排水系統(tǒng)。所以要對線路兩邊附近的地表坑洼地段進行回填，加強排水，防止形成匯水坑造成滲水通道。⑦加強防洪措施，對路基兩側(cè)的溝渠進行補充匯水面測量和流量計算。根據(jù)計算結(jié)果對有可能產(chǎn)生洪水的溝渠加設截水溝、急流槽、導流堤等防洪設施。3.2路基工后沉降路基的工后沉降，是指軌道工程鋪設后在路基荷載和列車荷載作用下，路基發(fā)生的剩余沉降，即最終形成的總沉降量與路基竣工鋪軌開始時的沉降量之差?？瓦\專線路基沉降控制的主要目的是控制路基的工后沉降，以確保高速列車的行車安全，盡量滿足旅客對舒適度的要求，并減少日常維修工作。客運專線建設具有其自身的特殊性，如線路長、地質(zhì)情況變化大、工期長，路基沉降過程實際上就是多級填筑過程中多方面因素共同作用的結(jié)果。沿線路基大都采用了不同形式的地基處理方法以滿足客運專線對道路的平順性要求，如地基沖擊壓實、CFG樁法復合地基等。3.2.1路基工后沉降組成分析路基沉降按其組成成分劃分，包括路基填筑部分沉降和地基沉降兩部分。路基填筑部分沉降屬壓密沉降，是由填料自重及線路上部結(jié)構和機車車輛的運行引起的，與填料種類、壓實密度、預壓荷載及預壓時間有關，分3個時間段完成：第一階段是路基施工階段的下沉，不影響工后沉降；第二階段是路基施工完成，線路上部結(jié)構和機車車輛重量未加載階段的下沉；第三階段是線路上部結(jié)構施工完成后的下沉。后兩部分的沉降量影響工后沉降。3.2.2工后沉降控制的重要性與特點(1)工后沉降控制是影響線路不平順性的重要因素。工后沉降大小決定了高速鐵路線的平順性，理解線路平順性的重要性，就理解了工后沉降控制重要性。以軌道連續(xù)高低不平順波長40m、幅值5mm為例，時速300km時，將產(chǎn)生頻率2Hz、半幅有效值0.13(2)工后沉降控制是一個有時間性、過程性的問題。首先，工后沉降起算時點非常重要。在秦沈客運專線修建之初，有人認為起算點是在整個工程完工后，也有認為應在鋪軌完成后。隨著認識的深入，才確定工后沉降起算點應在鋪軌開始時起算。從對工后沉降控制本身目標的實現(xiàn)來說，這更加合理。應認識到的是，在其他方面相同的情況下，起算時間點越往前推越嚴格；其實并非起算點一定要在鋪軌前，但如果起算點推后，一方面控制的標準應相應改變，而且如果在鋪軌后再確認不滿足工后沉降，則有關補救措施就難以實施·其次，有一個終止時間點的問題。由于每項工程都有壽命期，比如說高速鐵路的壽命期為100年，免維修期更短。盡管為保證工后沉降控制的實現(xiàn)，宜取更嚴格的標準，但是提高標準涉及成本大小乃至目標的實現(xiàn)性，故考慮該問題具有實際意義。工后沉降控制的時間性還表現(xiàn)在：不僅要求能夠最終滿足工后沉降控制的要求，還應該盡快滿足。這一點的重要性就表現(xiàn)在對工期的影響上；反過來，合理的工期對工后沉降控制目標的實現(xiàn)也是至關重要的。客運專線路基工后沉降控制標準的確定，既要考慮列車對路基的要求及線路維修能力，也要考慮前期建設投資與后期養(yǎng)護費用的經(jīng)濟比較，在保證客運專線列車高速、安全與平穩(wěn)運行的前提下，應取得經(jīng)濟上的合理平衡。3.3控制工后沉降的主要途徑目前工后控制沉降的主要應對措施有：①加強基地處理②加強填筑過程控制③預留沉降量④補砟抬道；同時還應加強施工前的預防，具體措施有：3.3.1加強技術培訓及明確控制標準(1)由于承包商對工后沉降控制缺乏經(jīng)驗，可聘請專家現(xiàn)場指導。加強技術培訓，大力培訓沉降觀測人員、整理分析人員、計算預測人員，從控制方案、預測分析、觀測操作上采取主動預控措施。(2)制定路基工后沉降控制標準。工后沉降及沉降差控制標準一般采用四項指標：工后沉降、不均勻沉降、錯臺、折角。200km／h無砟軌道線路工后沉降控制標準采用渝遂線試驗段控制標準，見表表3－1工后沉降及沉降差控制標準表工后沉降不均勻沉降差異沉降錯臺折角≤30mm≤20mm/20m≤5mm≤1/10003.3.2重視黃土地質(zhì)核查(1)加強黃土地質(zhì)核查，使采取的技術措施達到沉降預測與實際相符。(2)在選定黃土的物理力學指標時，必須注意其地理環(huán)境、地貌單元、微地貌、沉積年代及成因類型等條件影響所產(chǎn)生的差異性，同時掌握這些自然條件與黃土性質(zhì)之間的規(guī)律。(3)黃土分布評價、濕陷性評價、現(xiàn)場浸水試驗以及微觀電鏡分析是了解黃土的重要手段。3.4工后沉降的控制步驟3.4.1施工前的控制措施(1)制定控制標準。制定控制標準是進行工后沉降控制的基礎，在施工前應根據(jù)設計規(guī)范要求的沉降值以及具體可能采用的施工工藝制定好沉降控制標準。(2)加強地質(zhì)普查。在施工前根據(jù)設計文件，除對設計進行加固外(粉噴、碎石、CFG、壓填片石、換填普通土等)軟土地段地質(zhì)情況進行核查外，還應對其它地段進行地質(zhì)調(diào)查，并要求所有路基基底均應進行貫入試驗，當試驗值不能滿足基底要求時，應及時與設計部門聯(lián)系，采取相應的基底加固措施，以確保路基基底承載力滿足設計要求。3.4.2施工過程中的控制措施(1)制定施工工藝標準。根據(jù)工后沉降的設計及規(guī)范要求，結(jié)合施工單位的施工機械、填料、施工方法等，首先進行試驗段的填筑，尤其是地基處理、過渡段施工等應進行試驗，根據(jù)試驗參數(shù)，制定合理的確保填筑質(zhì)量的施工工藝標準，在路基填筑施工過程中必須嚴格按照制定的工藝標準實施。(2)加強路基基底處理。根據(jù)設計，對黃土路基地段按照要求進行加固處理，注意在加固過程中必須嚴格按照設計施工。加固范圍必須滿足設計要求，路基基底加固完成后，必須找有資質(zhì)的部門進行檢驗檢驗基底承載力滿足設計要求后方準進行路堤填筑工。(3)做好路基綜合排水。路基施工期間及完成后應立即做好綜合排水系統(tǒng)，確保施工期間以及運營期間路基排水系統(tǒng)順暢，路基不滲不沖。(4)確保路基邊坡穩(wěn)定，控制邊坡填筑質(zhì)量。在路基填筑過程中，邊坡也是一個軟弱點，為確保邊坡質(zhì)量，在施工過程中采取超寬填筑(一般超寬50cm)、邊坡夯拍，路基填高達到一定高度的，路基邊坡鋪設土工隔柵進行加固，路基大于2.5m的，應全部采用骨架護坡進行防護，并全部進行綠化，以確保邊坡穩(wěn)定，避免邊坡填筑(5)做好橋涵、堤塹過渡段的處理。由于橋涵為剛性結(jié)構物，路基為柔性，橋涵不會發(fā)生下沉現(xiàn)象，路基一定會產(chǎn)生工后沉降，因此必須做好橋涵過渡段的填筑。橋涵過渡段一般采取級配碎石進行填筑，在填筑過程中必須與路基同步施工，并嚴格按照規(guī)范要求進行填筑，做到強度、剛度變化的平穩(wěn)過渡。3.4.3加強路基沉降分析與預測(1)沉降問題包括填方路堤本身的沉降、黃土地基的壓縮變形以及黃土地基的濕陷變形，各類變形均包括沉降量與沉降過程兩個方面。地基壓縮變形和濕陷變形有較成熟的計算方法(主固結(jié)沉降采用分層總和法)對路堤本身沉降變形現(xiàn)行公路、鐵路規(guī)范均沒有規(guī)定可參照水利土壩設計規(guī)范采用分層總和法計算。(2)工后沉降量的延續(xù)時間考慮在實測曲線擬合的基礎上外延預估，與計算值對比分析。實測曲線的擬合常用三點法和雙曲線法。為了分析沉降過程，按維固結(jié)理論計算得到瞬時加載的沉降—時間曲線，按加載過程采用實際填筑高度—時間關系進行修正，由修正后的曲線預估工后沉降及其完成所需的時間。(3)沉降分析、預測采用半經(jīng)驗半理論模式，根據(jù)實測資料不斷調(diào)整計算參數(shù)、模型，使預測與實測盡量吻合，確保實際工后沉降滿足要求。(4)積極開展地質(zhì)核查、沉降預測等專題研究，以科研成果指導沉降分析、預測。3.4.4做好路基沉降觀測(1)路基沉降觀測的主要目的是確定無砟軌道工程的施工時間及工后沉降量，確保工后沉降量滿足要求。(2)地基沉降觀測采用在地基表面埋設沉降板加接桿測試，路基沉降采用在路基表面埋設沉降板、觀測樁測試，路堤和地基深層沉降采用鉆孔埋設沉降磁環(huán)分層測試。(3)沉降觀測以二等幾何水準測量高程，觀測精度不低于1mm(4)每次觀測完畢，及時繪制沉降點的時間—填土高度—沉降量的關系曲線。3.4.5客運專線無砟軌道路基填筑的壓實標準鐵路路基壓實質(zhì)量是保持線路穩(wěn)定與平順，保證列車能高速、安全運行的重要條件，而控制和檢測壓實質(zhì)量的標準、方法和設備，則是保證壓實質(zhì)量的重要措施?？瓦\專線鐵路路基質(zhì)量檢測參數(shù)主要包括地基系數(shù)，動態(tài)模量，空隙率n(或壓實系數(shù)K)，變形模量四項指標?？障堵蕁是土體中空隙體積與土的三相體積的比值，而壓實系數(shù)K是指工地碾壓時達到的干容重與相應的擊實試驗得到的最大干容重之比，即相對理論壓實的比例，均反映土體的松密程度；地基系數(shù)：是表示土體表面在平面壓力作用下產(chǎn)生的可壓縮性的大小，是我國原有鐵路規(guī)范對路基壓實質(zhì)量的強度檢測指標；變形模量是通過圓形承載板和加載裝置對地面進行第一次加載和卸載后，再進行第二次加載，測得的應力—位移曲線上0.3與0.7之間的位移割線斜率確定，用來分析土體的變形性質(zhì)和承載能力；動態(tài)變形模量是指土體在一定大小的豎向沖擊力和沖擊時間作用下抵抗變形能力的參數(shù)，可直接用于評判路基的壓實質(zhì)量。雖然地基系數(shù)值是反映路基土強度及變形關系的參數(shù)，但試驗的荷載—沉降曲線是一次加載得出的，其沉降包括了填料的彈性變形和塑性變形。計算變形模量的荷載-沉降曲線是在逐級加載后，逐級卸載，再二次加載得出，可認為其沉降(變形)消除了填料的塑性變形，測試結(jié)果離散性小，更能反映路基土的真實強度，比地基系數(shù)更科學、更合理。靜態(tài)變形模量和地基系數(shù)都是采用小于300mm的靜態(tài)平板載荷試驗儀，通過在壓實填土表面做靜壓試驗測得，二者反映的都是靜態(tài)應力作用下土體抵抗變形的能力，而鐵路路基承受的是列車運行時產(chǎn)生的動荷載，采用可以有效地反映列車在高速運行條件下產(chǎn)生的動應力對路基的真實作用狀況，是客運專線路基質(zhì)量檢測的發(fā)展方向。表2-2是客運專線路基填筑質(zhì)量檢測參數(shù)、：與三項指標的對比情況。表2-2、與三項指標的對比項目載荷板直徑300㎜300㎜300㎜預加載0.01MPa（以前0.035MPa）第二次加載三次沖擊荷載與地面接觸耦合一般好差加載等級0.04MPa不少于6級動態(tài)施加脈沖寬度18ms項目加載控制當1min的沉降量不大于該級荷載沉降量的1%時加下一級荷載120s后加下一級荷載最大荷載或終止試驗加載的標準總沉降量超過1.25㎜或荷載強度超過估計的現(xiàn)場實際最大接觸壓力，或達到地基屈服點0.5MPa或沉降大于5㎜7.07KN計算公式為曲線上s=1.25㎜所對應的荷載Ev2=0.225/（+)為最大平均標準應力，,為待定系數(shù)=22.5/s,s為實測荷載板下沉幅值3.4.6客運專線無砟軌道路基沉降的控制要求3.4.7客運專線路基作為無砟軌道結(jié)構的基礎，對路基的沉降變形非常敏感，要求沉降控制在非常小的范圍內(nèi)。我國擬建的客運專線無砟軌道在汲取國外沉降控制經(jīng)驗的基礎上，圍繞線路運營、結(jié)構允許變形，從路基竣工后扣件可調(diào)整的總沉降量，20m結(jié)構長度范圍內(nèi)的不均勻沉降、路基與橋涵之間差異沉降形成的錯臺，以及軌道結(jié)構單元之間形成的折角等多方面對路基變形都作出了嚴格規(guī)定，如表2-3、表2-4。表2-3工后沉降及沉降差控制標準一般情況允許工后沉降均勻地基長20m允許工后沉降不均勻沉降錯臺差異沉降折角㎜30㎜5mm表2-4路基工后沉降控制標準設計速度km·h-1軌道結(jié)構類型一般地段工后沉降量／mm過渡段工后沉降量／mm沉降速率(mm／a)250有砟軌道1005030300／350有砟軌道503020250／300／350無砟軌道工后沉降≯l5mm；長度大于20m沉降比較均勻路基，工后沉降量≯30mm，且Rsh≥0.4路橋、路隧間差異沉降≯5m，折角≯1／3.4.8客運專線無砟軌道路基的填料要求針對快速鐵路對填料及壓實標準的高要求，一方面要在施工中積累資料，同時需要開展大量的室內(nèi)外試驗研究工作，研究制定填料適用性試驗方法與判別標準，建立一套適合我國地域特點，適用于路基設計，施工的填料分類。由于地域不同，路基填料也千差萬別，這就要求在勘測設計階段和施工前對土源進行詳細判別。工程實踐表明，采用優(yōu)質(zhì)的填料可以減少路基的后期沉降，且有較高的安全儲備，能保證路基穩(wěn)定。國內(nèi)外對高速鐵路的路基沉降觀測結(jié)果也表明，采用級配良好的粗顆粒填料可大大減少路堤的后期沉降，因此，只要能滿足上述要求者才可作為高速鐵路路堤填料。鐵路路基填料的分類主要依據(jù)土類和小于0.075mm細顆粒含量兩個指標來劃分的，并考慮與壓實要求相關性質(zhì)和適用條件分成A、B、C、D、E五個組，如表22-1我國鐵路路基填料分類組別填料A組B組C組碎石類級配良好的碎石、含土碎石級配不好的碎石、含土碎石，細粒含量為15%-30％的土質(zhì)碎石細粒含量大于30％的土質(zhì)碎石礫石類級配良好的粗圓礫、粗角礫、細圓礫、細角礫，級配良好的含土粗圓礫、含土粗角礫、含土細圓礫、含土細角礫級配不好的粗圓礫、粗角礫、細圓礫、細角礫，級配不好的含土粗圓礫、含土粗角礫、含土細圓礫、含土細角礫、細粒含量為15%-30%的土質(zhì)粗圓礫、土質(zhì)粗角礫、土質(zhì)細圓礫、土質(zhì)細角礫細粒含量大于15‰30％的土質(zhì)粗圓礫、土質(zhì)粗角礫、土質(zhì)細圓礫、土質(zhì)細角礫砂類土級配良好礫砂、粗砂、中砂，含土礫砂、含土粗砂、含土中砂級配良好細砂，級配不好的礫砂、粗砂、中砂、細粒含量大于15％的含土礫砂，含土中砂，含土粗砂級配不好的細砂，含土細砂，粉砂細粒土低液限粉土，粉質(zhì)黏土，黏土路基填料和壓實質(zhì)量也是控制路基沉降的一個方面，填料選擇和壓實質(zhì)量控制不好，將會加大路基的工后沉降或路基與結(jié)構物之間的不均勻沉降。國內(nèi)有關客運專線及高速鐵路的規(guī)范已對無砟軌道路基填料及壓實標準進行了嚴格的限定：基床表層采用級配碎石，基床底層采用A、B組填料或改良土；基床以下的路堤應優(yōu)先選用A、B組填料和C組的塊石、碎石、礫石類填料，當選用C組細粒土填料時應根據(jù)土源性質(zhì)進行改良后填筑。設計施工中應嚴格限制填料粒徑，特別是A、B組填料，個別線在施工過程中反映填料粒徑過大(但滿足規(guī)范要求的基床底層不大于10cm，基床以下不大于15cm)，填料難以達到壓實標準，建議基床底層填料粒徑不大于5cm沿線土質(zhì)較差地段宜首選遠運粗粒土填筑路基，其次是物理改良和級配改良．應慎用少用化學改良土，化學改良土從經(jīng)濟效應、工期效應、環(huán)保效應等方面考慮都不宜大量采用，且填筑質(zhì)量難以保證，化學改良土的水穩(wěn)定性對路基本體壓密沉降的影響程度很難預見。3.5通過地基設計來控制黃土路基沉降3.5.1樁網(wǎng)地基設計對在地基部分土體中設置的豎直向增強體“樁”是受力主體，與樁間土形成樁土加固區(qū)，承擔上部荷載，并傳遞到下部較為堅硬的持力層上。在該加固區(qū)上部鋪設含高強度土工合成材料的加筋墊層“網(wǎng)”，形成柔性拱區(qū)(上部與下部之間的柔性土拱過渡區(qū))。樁網(wǎng)復合地基中的樁起承載作用，是力學要求；而高強度網(wǎng)則是結(jié)構要求，目的是調(diào)整樁土豎向荷載分擔比與樁土應力比使樁—網(wǎng)—土協(xié)同作用，共同承擔荷載以減小整體沉降及不均勻沉降。高速鐵路典型的“樁網(wǎng)結(jié)構地基”體系主要由以下四部分共同組成：(1)上部路堤；(2)中間網(wǎng)墊層；(3)下部樁及樁間土；(4)下部樁土復合地基加固區(qū)下的天然軟土層或持力層。其中的核心部分是樁和網(wǎng)。CFG樁樁網(wǎng)復合地基CTG樁(CementFly．a(chǎn)shGravelPile)是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱．它是由水泥、粉煤灰、碎石樁、石屑或是砂加水拌和形成的高粘結(jié)強度樁，和樁間土、網(wǎng)墊層一起形成樁網(wǎng)復合地基．通過調(diào)整水泥摻量及配比，其強度等級在C15～C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型．CTG樁復合地基實驗研究是建設部“七五”計劃課題，于1988年立題進行實驗研究，并用于工程實踐．該技術已在全國23個省，市廣泛推廣應用，據(jù)不完全統(tǒng)計，該技術已在1000多個工程中應用。和樁基相比，由于CFG樁樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載能力，工程造價一般為樁基的～，經(jīng)濟效益和社會效益非常顯著【2】。CFG樁復合地基減小工后沉降的主要原理表現(xiàn)在以下三個方面：通過在土體中打設CFG剛性樁，使樁土承擔不同的應力，樁承擔較多，而土承擔較少，減少了土體所承受的荷載，從而減少了土體的壓縮量；通過CFG樁對土體的擠密作用及對樁周土體的脫水作用等，改善周圍土體的顆粒大小及其物理力學性能指標；部分荷載通過CFG樁體傳遞至相對承載力較高壓縮層較低的下臥層，在加固區(qū)土層壓縮量減小的同時，下臥層的壓縮量會相應有所增加。碎石樁系散體材料，本身沒有粘結(jié)強度，主要靠周圍土的約束傳遞基礎傳來的垂直荷載.土越軟，對樁的約束作用越差，樁傳遞垂直荷載的能力越弱．CFG樁針對碎石樁承載特性的一些不足，加以改進而發(fā)展起來的．CFG樁采用螺旋鉆機或振動沉管樁機等設備進行成孔，是一種具有較高粘結(jié)強度的剛性樁．與一般的柔性樁復合地基相比，用CFG樁處理地基時，可大幅度提高地基承載力，并可通過調(diào)節(jié)復合地基樁長、樁距及樁體材料配比等指標較大幅度調(diào)節(jié)復合地基承載力的變化區(qū)間，特別是天然地基承載力較低而設計要求的承載力較高，用柔性樁復合地基難以滿足設計要求時，CFG樁復合地基則有明顯的優(yōu)勢．CFG樁復合地基可用于填土，飽和及非飽和粘性土，松散砂土等。它是一種低強度砼樁，可以充分利用樁間土的承載力，共同作用并可傳遞荷載到深層地基中去，具有較高的承載力，承載力提高幅度在2.5～3倍，由于通過CFG樁處理過的復合地基具有承載力高、沉降變形小、變形穩(wěn)定快、工藝性好、灌注方便、易于控制施工質(zhì)量和工程造價較低等特點，因此具有較好的技術性能和經(jīng)濟效果。由于CFG樁復合地基技術具有以上施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制、工程造價低廉的特點，目前已經(jīng)成為北京及周邊地區(qū)應用最普通的地基處理技術之一．CFG樁一般不用計算配筋，并且還可利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作摻和料，進一步降低了工程造價．CFG樁適用范圍較廣，就基礎型式而言，CFG樁既可適用于條形基礎、獨立基礎，也可用于筏基和箱型基礎；就土性而言，CFG樁可用于處理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥質(zhì)土等地基。既適用于擠密效果好的土，又適用于擠密效果差的土，具有加速土體固結(jié)、沉降變形小、沉降穩(wěn)定快等特點．1、CFG樁樁網(wǎng)復合地基主要工程特性(1)承載力提高幅度大、可調(diào)性強。CFG樁樁長可以從幾米到20多米，并且可全長發(fā)揮樁的側(cè)阻力，樁承擔的荷載占總荷載的百分比可在40～75％之間變化，使得復合地基承載力提高幅度大并具有很大的可調(diào)性。當?shù)鼗休d力較高時，荷載又不大，可將樁長設計得短一點，荷載大時樁長可設計得長一些．特別時天然地基承載力較低而設計要求得承載力較高，用柔性樁復合地基一般難以滿足設計要求，CFG樁復合地基則比較容易實現(xiàn)．(2)適應范圍廣。CFG樁可用于填土、飽和及非飽和粘性土，既可用于擠密效果好的土，又可用于擠密效果差的土．當其用于擠密效果好的土時，承載力的提高既有擠密分量，又有置換分量；當其用于不可擠密土時，承載力的提高只與置換作用有關．當土是具有良好擠密效果的砂土、粉土時，振動可使土擠密，樁間土承載力可有較大幅度的提高，CFG樁是適合的。(3)剛性樁的性狀明顯。對柔性樁，特別時散體樁，如碎石樁、砂石樁，它們主要是通過有限的樁長來傳遞垂直荷載。當樁長大于某一個數(shù)值后，樁傳遞荷載的作用已顯著減小。CFG樁像剛性樁一樣，可全長發(fā)揮側(cè)阻，樁落在好的土層是時，具有明顯的端承作用。對于上部軟下部硬的地質(zhì)條件，碎石樁將荷載向深層傳遞非常困難，而CFG樁因為具有剛性樁的性狀，向深層土傳遞荷載時其重要的工作特性。(4)樁體的排水作用。CFG樁在飽和粉土和砂土中施工時，由于沉管和拔管的振動，會使土體產(chǎn)生超孔隙水壓力．較好透水層上面還有透水性較差的土層時，剛剛施工完的CFG樁將是一個良好的排水通道，孔隙水將沿著樁體向上排出，直到CFG樁體結(jié)硬為止。(5)時間效應。利用振動沉管施工，將會對周圍土產(chǎn)生擾動，特別是對靈敏度較高的土，會使結(jié)構破壞、強度降低．施工結(jié)束后，隨著恢復期的增長，結(jié)構強度會有所恢復．在復合地基的承載力提高期間，既包含了樁間土結(jié)構強度的恢復，也包括了樁、土間相互作用的加強．加固后地基士的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有減小，重度和壓縮模量有所增大．對于粉砂層振密效果比較明顯，可大幅度提高樁間土的承載能力，有松散狀態(tài)變?yōu)橹忻懿⒔咏軐崰顟B(tài)。(6)復合地基變形小。復合地基模量大、地基沉降量小是CFG樁復合地基重要特點之一．對于上部和中間有軟弱土的地基，用CFG樁加固，樁端放在好的土層上，可以獲得模量很高的復合地基，上部構造物的沉降不大。2、樁網(wǎng)復合地基的加固(1)樁網(wǎng)復合地基加固機理。樁網(wǎng)復合地基是指在地基處理過程中，下部土體得到豎向增強體“樁”的加強形成復合地基加固區(qū)，在樁頂?shù)玫剿较蛟鰪婓w“網(wǎng)”的加強形成復合地基加固區(qū)，從而使網(wǎng)、樁、土三者協(xié)同作用，構成一個整體共同承擔上部荷載的人工地基。樁網(wǎng)復合結(jié)構由5部分組成：①上部路堤填土；②網(wǎng)或由網(wǎng)組成的加筋土；③網(wǎng)與樁頂之間的砂石墊層；④樁土加固區(qū)；⑤樁底下部的天然地基或持力層。樁網(wǎng)復合地基由4部分組成：①拱上路堤填土；②柔性拱區(qū)；③樁土加固區(qū)；④下臥層。突出強調(diào)樁、網(wǎng)、土三者在承擔荷載過程中的協(xié)同作用，這與以往強調(diào)樁、輕視網(wǎng)、忽視土的理念不同。網(wǎng)土(加筋土)協(xié)同作用時，網(wǎng)主要處于受拉狀態(tài)，這種作用是通過界面摩阻力(咬合力、摩擦力、粘著力)來實現(xiàn)。由于網(wǎng)的鋪設和張力膜效應，網(wǎng)將土體自重連同上部荷載傳遞給樁土復合地基，由于網(wǎng)的剛度較小，無法起到有效的傳遞作用，故常常在網(wǎng)的下部鋪設墊層，組成復合褥墊層以提高剛度，可明顯擴散應力，減小應力集中，降低上部土體傳來的荷載，從而提高整個體系的承載力，減小沉降及沉降差。(2)CFG樁樁網(wǎng)復合地基的主要加固效應。①樁體效應因為材料本身的強度與軟土地層強度不同，在荷載作用下，CFG樁的壓縮性明顯比樁間土小，因此基礎傳給復合地基的附加應力，隨地層的變形逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。大部分荷載將由樁體承受，樁間土應力相應減小，于是復合地基承載力較原有地基承載力有所提高，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。這一點正是碎石樁與CFG樁受力情況不同的根本點。因為碎石樁樁體材料是松散碎石，自身無粘結(jié)度，依靠周圍土體約束才能承受上部荷載．而CFG樁樁身具有一定的粘結(jié)強度，在荷載作用下，不會出現(xiàn)壓脹變形，樁承受的荷載通過樁周摩阻力和樁端阻力傳至深層地基中，其復合地基提高幅度也較碎石樁為大．于是，CFG樁常發(fā)生刺入破壞，而碎石樁常發(fā)生的壓脹破壞和整體破壞。②擠密振密作用CFG樁采用振動沉管法施工時，由于振動和擠壓作用使樁間土得到擠密，特別是在砂層中這一作用更加顯著。砂土在強烈的高頻振動下，產(chǎn)生液化并重新排列致密，而且在樁體粗骨(碎石)填入后擠入土中，使砂土的相對密實度增加，孔隙率降低，干密度和內(nèi)摩擦角增大，改善土的物理性質(zhì)，抗液化能力也提高。③網(wǎng)墊層作用保證樁與土共同承擔荷載；調(diào)整樁與樁間土的荷載分擔比例；減少和減緩路基底面的應力集中，提高路基整體的穩(wěn)定性。④排水固結(jié)作用與一般的碎石樁復合地基一樣，采用沉管灌注施工CFG樁，在施工和成樁后的一段時間內(nèi)，都會在不同程度上降低地層中地下水的含量，最終達到改善地基土物理、力學性質(zhì)的目的．在飽和的粉土和砂土中施工時，由于沉管和拔管的振動，會使土體產(chǎn)生超孔隙壓力。在上層有相對隔水層時，施工完畢的最初CFG樁因其本身材料的性質(zhì)決定了它將是一個良好的排水通道，孔隙水將沿著樁體向上排出，直到CFG樁硬結(jié)為止．這樣的排水過程還包括CFG樁樁體坍落度小，含水量很小的混凝土類材料水解吸水的過程。有資料證明，這一系列排水作用對減少孔壓引起地面隆起和沉陷，對增加樁間土的密實度和提高復合地基承載力極為有利。3、CFG樁復合地基沉降的影響因素(1)置換率對沉降的影響復合地基中樁體的面積置換率(簡稱置換率m)，就是指在地基處理時，樁體面積與處理地基面積的比值，即，其中為樁體橫截面積；為加固地基的基礎底面積；，為總樁數(shù)。有承臺約束時，，其中為樁徑，為承臺半徑。置換率是復合地基的一項重要技術參數(shù)，與樁徑大小、樁的排列方式、樁距大小均相關，對CFG樁復合地基的沉降控制起著重要作用，表4－1為在不同置換率情況下，樁頂處、土表面處與承臺沉降的大小情況。表4-1不同置換率的沉降大小對比置換率m樁項處沉降／mm土表面處沉降／mm承臺沉降／mm樁徑變化承臺半徑變化樁徑變化承臺半徑變化樁徑變化承臺半徑變化0.06256.703.557.804.637.874.720.1122.857.002.94從表4-1可以看出，通過增加置換率以減小沉降的方式中，減小承臺半徑時沉降的減小幅度遠大于增加樁徑時沉降減小的幅度。這是因為當基底均布荷載不變時，減小承臺半徑就會減小總荷載，無疑沉降減小也更明顯。因此，當需要控制沉降時，增加樁數(shù)(相當于減小樁間距)比增大樁徑更有效。(2)下臥層土性對沉降的影響對于樁體材料、樁長、樁徑、樁長范圍內(nèi)土層的性質(zhì)、面積置換率均相同的兩個復合地基，其中一個樁端落在堅硬的土層上，另一個樁端則落在軟土層上，通過現(xiàn)場試驗得到兩種情況下的Q—s曲線,樁端落在堅硬土層上，單樁承載力、復合地基承載力和復合地基模量比樁端落在軟土層上的要高，這充分說明下臥層土性對樁的下刺入變形下有很大的影響，若下臥層土越堅硬，樁向下刺入就越困難，下刺入變形量下也就越小，樁長范圍內(nèi)土的壓縮變形量相應也就越小。(3)基礎寬度對沉降的影響眾所周知，對天然地基，當荷載強度相同時，基礎底面寬度越大，沉降量就越大，這是因為路基下某一深度的附加應力系數(shù)隨寬度的增加而增大，同時壓縮層厚度也相應增大。同樣地，當復合地基的置換率、樁長及土性都相同時，給定荷載下的加固區(qū)變形量S1、下臥層變形量S2以及總的壓縮量S都會隨路基底面寬度增加而增大。綜合考慮樁長(L)和基礎寬度(B)兩個因素的影響，在其條件相同時，L／B值越大，下臥層壓縮變形量越小，總的沉降變形也越小；且當L／B=6時，下臥層壓縮變形量占總壓縮變形量的百分比很小。(4)