2019软土地区铁路路基病害及整治方案

软土地区铁路路基病害及整治方案　　兰州交通大学毕业设计　　第一章绪论　　第一节软土　　一、软土的定义　　一般而言，软土是指近代水下沉积的饱和粘性土，是淤泥、淤泥质粘土、泥质粉土、泥炭、泥炭质土等一类土体的简称，广泛分布在我国沿海内陆平原或间盆地。不同地域软土的成因、结构和形态各不相同，但都具有基本相同的物理力学特征:天然含水量高、天然孔隙比大、渗透系数小、压缩性高、强度低，可呈灵敏性结构。软土作为工程建筑特的地基，于其承载力低、往往会产生不同程度的坍滑或沉降陷。　　具体该如何定义软土，各行业部门如建筑、铁路、公路、港工等，根据行业特点和习惯，给出的定义或判定条件不尽相同。　　定义1，认为软弱土是指淤泥、淤泥质土、充填土、杂填土或其他高压缩性土。其中淤泥是在静水或缓慢流水环境中沉积并经生物化学作用而形成，为天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于的粘性土;天然含水量大于液限而天然孔隙比小于、但大于或等于的粘性土或粉土称为淤泥质土。 　　定义2，将软土解释为天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状的粘性土，如淤泥、淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。淤泥和淤泥质土的特征解释为，在静水或缓慢流水环境中沉积，经生物化学作用而形成的饱和粘性土，含有机质，天然含水量大于液限。当孔隙比大于时称为淤泥;天然孔隙比小于而大于时称为淤泥质土。当土的烧失量大于5%时，称有机质土;大于60%时称为泥炭。　　定义3，含有大量亲水的胶体颗粒，具有海绵状结构的松散体，其性质为天然孔隙比大、含水量高、透水性小、强度低、压缩性大。　　定义4，在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的饱和软弱粘性土。对软土的主要特征描述为:天然含水量高(接近或大于液限)，孔隙比大(一般大于)，压缩性高，强度低，渗透系数小。　　定义5，中定义软土为滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土，天然含水量≧35%，天然孔隙比≧，十字板剪切强度t2。于对软土的次固结性状仍了解不够，无论对于它的机理、变化规律、影响因素、计算方法和试验测定等都有待进一步深入探讨。　　14　　兰州交通大学毕业设计 　　土地基沉降量S还可以利用观察到的建筑物的若干随时间(t1、t2等)变化的沉降值Stl、St2、St一t关系等，推算该建筑物的后期沉降St及最终沉降S。常用的推算方法是将实测的沉降一时间(St一t)曲线拟合为指数曲线、双曲线等而用数学方法推算St或　　S。具体详见土力学教材。　　综上所述，软土地基的沉降应为　　图次固结沉降　　上述三种沉降之和，即SSdScSs，但是于瞬时沉降和次固结沉降的计算方法和理论还处于初步阶段，故工程上也常用将一维固结沉降计算的结果乘以一个沉降计算经验的修正系数ms计算　　SmsSc　　　　在《公桥基规》规定：当软土压缩模量Es＝～时，ms＝~，以提高其计算精度。于软土地基沉降的复杂性，ms的取值尚待补充完善。　　第二章软土地区铁路路基病害的类型及原因　　第一节路基病害类型　　铁路路基病害按表现形式可分为翻浆冒泥、路基下沉、挤出变形、边坡坍方、边坡冲刷、陷穴、滑坡、水侵路基等。　　一、翻浆冒泥　　 路基强度因含水过多而急剧下降，在行车作用下发生裂缝、鼓包、冒泥等现象，称之为翻浆。翻浆冒泥一般易发生于基床土质不符合要求的部位，特别是以细粒土作路基　　15　　兰州交通大学毕业设计　　填料、风化石质作基床，降雨量大的路堤和路堑地段为病害多发地段一定条件的含粘粒、粉粒的基床表层土在和列车反复振动的作用下，发生软化或触变、液化，形成泥浆。列车通过时轨枕上下起伏使泥浆受挤压抽吸而通过道床孔隙向上翻冒，造成道碴脏污、板结进而使道床降低或丧失弹性。轨道几何尺寸变化．危及行车安全。翻浆冒泥分为土质基床翻浆、风化石质基床翻浆和裂隙泉眼翻浆。　　二、路基下沉　　路基下沉主要是路基填筑密度不够和强度不足所致，表现形式有路基下沉、道砟囊或道砟袋。填方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象，为路堤沉陷。于路基土密实度不足或地基松软。在水、荷重、自重及振动作用下发生局部或较大面积的竖向变形。一般经过列车运行一段时间后。下沉会趋于缓解。但有时冈荷重增加或水的作用使沉降速率加大。局部下沉也会造成陷槽使线路不平顺。下沉分为基床下沉、堤体下沉和基底下沉。　　三、挤出变形　　 表现形式有路肩隆起、侧沟被挤，路肩外挤和边缘外膨。主要是于土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动，基床内的土经常处于软塑状态，在基床内的影响深度较大，在列车荷载的作用下，基床上发生剪切破坏，发乍外挤变形。外挤是因为基床强度不足引起，。外挤分为路肩隆起、。　　四、边坡坍方　　坍方的表现形式有剥落、碎落、滑坍和崩坍。剥落、碎落、滑坍主要发生在路堑边坡。剥落是指边坡表层土壤，岩石风化成零碎薄片，从坡面上脱落下来的现象，剥落碎屑的堆积。会堵塞边沟，影响路基稳定。　　碎落是岩石碎块的一种剥落现象．落石产生的冲击力可使路基、路面遭到破坏，威胁行人及车辆的安全。崩坍是大量土石脱离坡面翻滚于边坡下部形成倒石堆或岩堆的现象。　　崩坍的土石方往往造成交通中断，也是危害最大的路基病害。崩坍的发生主要是路堑的开挖使原有自然坡面失去平衡所致。滑塌是指边坡上的大量土石沿着一定滑动面整体向下滑移的现象。　　16　　兰州交通大学毕业设计　　五、边坡冲刷　　边坡冲刷指较高大的土质路堑、路堤边坡、岸坡的路堤边坡）或严重风化的软质岩石边坡受到水流的冲蚀、冲刷作边坡冲刷用向形成冲沟或冲坑为边坡冲剧。边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟。 　　六、陷穴　　陷穴指路基下及其附近存在洞穴，其坍塌可引起基床和道床突然沉落．轨道悬宅，中断行车，甚事造成列车颠覆。陷穴病害分为黄土陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。　　七、滑坡　　滑坡指影响路基稳定的土体滑动。分为边坡的深层滑动、路基滑移及山体滑坡。　　八、水浸路基　　水浸路基指实际浸水超过设计水位的路基．被水浸或淹没，引起一定的沉降或局部坍塌，当路堤缺乏足够的防护和加固设备时，导致路基稳定性受到影响或破坏。　　第二节路基病害原因　　路基病害的原因是多种多样的，但是每一种病害都有着发病的原因和机理，总结起来主要有两个方面。首先病害的产生是于路基所处地段的地质状况造成的；其次病害的产生与铁路所在的地区气候有着很大的关系。地质状况是路基病害产生的内因，气候变化以及列车的振动式导致病害的外因。对一条具体的铁路线路来说，于地质状况的客观性，即使它也在发生着不断的变化，但从宏观角度讲仍然是较为稳定的状态。所以，在很大程度上决定铁路路基病害的是气候条件和列车行驶时产生的振动荷载。 　　研究表明，路基在列车轮轴荷载的长期作用之下，铁路路基的渐进性损坏，主要表现在过大的塑性变形，长期的塑性变形将会导致铁路路基土的塑性流动，最终导致路基病害的发生。相关的研究证明，以上这些病害的产生，很大程度上是因为铁路荷载条件下的抗剪强度的特性。随着土质饱和度的加大，土的动强度将呈现明显降低的趋势。位于轨道下面的路基土，于受到了多次的反复挤压以及土的固结，而形成了较大的累积塑性形变。特别是在雨季的时候，路基基床填土的含水量达到最饱和，动强度明显减小，致使道床的稳定性下降，影响了铁路的正常使用。　　17　　兰州交通大学毕业设计　　一、路基下沉　　路基基床土质不良。产生路基基床病害的地段路基土多数为低强度的土质，如母岩风化后形成的粘土。　　排水不畅。于地表、地下排水设施不足，道床污染严重，特别近几年来工务部门为了增加路基宽度便于养护维修，在路肩两侧作了浆砌或干砌条石路肩，增大了路基基床压应力，堵塞了路基面的排水通道，使路基基床产生浆冒泥与道渣陷槽而酿成基床土的承载能力不足则发生下沉和从基床两侧隆起。 　　基底软弱。修建复线时，路堤基底和老路基边坡未作任何处理。原地表土质松软，强度不足，路堤稳定性差，承载力低。　　列车动荷载的影响。路基基床是轨道结构的基础，不但承受着线路上部建筑的静载而且承受着列车循环作用的动载，翻浆冒泥等浅层病害和下沉挤出变形等较深层的病害，均与路基基床动应力有关。当基面动载超过基床土体的承载能力时，随着列车荷载的作用，道床会不断地“切入”基床土体内，导致线路持续下沉。　　二、挤出变形　　具体表现为路肩隆起、侧沟被挤等,是土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动引起的。于路基基床里面的土长期处于软塑状态，在行驶列车荷载的影响下，路基基床发生了剪切性的路基破坏，造成了路基的外挤变形。导致外挤变形的原因是于路基基床的强度不够造成的，发生在基床内部的影响深度常常比较大。　　三、翻浆冒泥　　路基翻浆冒泥是土质、水、温度、路基面与行车荷载等多种因素综合作用的结果。其中土质、水和温度是形成路基翻浆冒泥的几个基本条件，而行车荷载是形成路基基床翻浆冒泥的外部因素。路基填料 　　路基填料的性质决定了路基施工质量和难易程度。路基填料性质好、级配合理，路基施工容易，路基填筑质量也容易控制和保证；路基填料性质不良，级配不合理，在路基施工过程中，需要通过各种改良措施来满足规范要求。路基填料按其渗水性可分为渗水土和非渗水土。大量实践经验表明，容易发生翻浆冒泥地段，土质基面的渗透系数范围为×105～×107cm/s；石质基面的渗透系数范围为×105～×　　18　　兰州交通大学毕业设计　　107cm/s；其矿物成分主要以伊利石、蒙脱石或以其中之一为主。因此，在新建路基或　　者路基维修加固处理时，采用换填路基材料，需慎重使用。水　　水是路基病害产生的主要因素。路基翻浆冒泥的实质，就是水在路基中的迁移、相变的过程。路基中的水包括地表水和地下水。地表水渗入路基土体中会降低土的抗剪强度，引起路基产生各种病害；地下水使粘性土和泥质岩石中的路基土体含水量增加，抗剪强度降低，在列车荷载和其他外力作用下，会产生较为严重的基床翻浆冒泥等病害。温度 　　温度是路基翻浆冒泥产生的原因之一。温度对路基的影响主要体现在冻害方面。没有一定的冻结深度或冰冻指数就难以形成冻胀和路基的翻浆冒泥，在同样冻结深度或冰冻指数的条件下，冻结速度和0℃以下气温作用的特点对路基翻浆冒泥的形成有很大影响。如初冬时，气温冷暖交替变化，温度在0℃到℃之间长时间波动，就会使大量水分聚流到距路面很近的地方,形成严重的路基翻浆冒泥。如果冬季一开始就很冷，冻结线下降很快，水分来不及向上迁移，土基上部聚冰少路基翻浆冒泥就较轻或不出现。此外，春融期间的气温变化及化冻速度对路基翻浆冒泥也有影响。如春季开始化冻时，天气骤暖，土基急剧融化，则会加重路基翻浆冒泥。温度的变化主要是引起路基中水的迁移和相变，从而引起路基可能产生翻浆冒泥。相对于水，温度是一个间接因素。因此，在优选路基填料和确保路基施工质量的条件下，只要做好路基的排水设施，基本上可以避免因温度的变化而带来的对路基的不利影响。列车荷载　　列车荷载是产生路基基床翻浆冒泥的外在因素。翻浆冒泥病害的产生与作用在基床土上的列车动荷载密不可分。列车荷载在基床中产生的动应力很大,而且在路基的前进方向和横断面方向分布都不均匀。列车荷载与机车车辆轴重、列车运行速度、轨道的技术条件和状态密切相关。反复的列车荷载作用对路基的影响非常大，一般认为在一定的运量范围内，运量与路基的翻浆冒泥病害的产生几乎成直线的比例关系。　　四、路基边坡滑塌　　路基边坡是路基的重要组成部分,对路基稳定起着重要的作用。路基边坡坍方根据其形成的条件及原因,一般可分为:剥落、碎落、滑坡、和崩坍等形式。剥落: 边坡土石方表层或风化岩石表面,在湿热、冻融等物理作用下,表面发生胀缩现象,零碎薄层从边坡上脱落。碎落:路基土石方碎块从边坡上剥落的现象。一般发生在挖方路基或半挖半　　19　　兰州交通大学毕业设计　　填路基路堑边坡度较陡(大于45°)处;边坡上岩石破碎和风化严重引起块状碎屑沿坡面向下滚动。滑坡:路基边坡土体或岩石,沿一定滑动面向下滑动的现象。边坡在水的作用下土体软化、泥化、冲刷引起滑坡;边坡施工时于坡度较陡(大于50°),边坡较高(大于10～20m)而土石方压实度低于施工标准而引起滑坡;边坡挖方施工时内挖外堆,外边坡变陡,同时增加坡面荷载,切削坡脚后路基边坡下缺少应有的支撑和加固而引起滑坡。崩坍:路基边坡上的土体或岩层在重力作用下坍落下滚的现象。风化、冻融物理作用使得边坡上的岩石机械破碎而发生崩坍;较陡、较高边坡工程施工时边坡下部或坡脚被掏空或挖空,使得上部土石方失去支撑而形成崩坍;爆破、地震、季节性雨、雪等也是边坡崩坍形成的因素。　　五、边坡冲刷 　　边坡冲刷指的是在比较高的土质构成的路堑、铁路路基边坡等经常受到水流的冲刷、侵蚀作用，而产生的冲沟或者冲坑称之为边坡冲刷。铁路路基边坡冲刷的类型主要有：边坡冲沟以及边坡淘刷两种。较高大的土质路堑、路堤边坡、岸坡(滨河、河滩、海滩和水库、水塘的路堤边坡)或严重风化的软质岩石边坡受到水流的冲蚀、冲刷作用而形成冲沟或冲坑称为边坡冲刷。边坡冲刷分为边坡掏刷和边坡冲沟。　　六、水浸路基　　水浸路基指的是路基的实际浸水情况超过了设计水位的路基，路基被水淹没或者浸泡，造成一定程度的下沉或者局部的坍落，当路堤缺乏充足的加固时候，会破坏路基的稳定性。实际浸水超过设计水位的路基，被水浸或淹没，引起一定的沉降或局部坍塌，当路堤缺乏足够的防护和加固设备时，导致路基稳定性受到影响或破坏。　　第三章路基病害检测及整治措施　　第一节铁路路基病害的检测方法　　为了有效的整治软土路基铁路路基的病害，首先要进行准确到位的病害检测，深入的分析路基病害的原因。按照铁路既有线路的特征，铁路路基的检测不能影响或者少影响列车的形式，因此需要采取的监测手段，要最大程度上实现快速、准确，减少因为病害检测造成的不便。检测时候可以采用轻型动力触探，地质雷达等先进的检测手段来完成，检测的具体手段和方法有：在病害多发地段进行开挖横沟，查明路基的几何特征。　　20 　　兰州交通大学毕业设计　　其次使用探地雷达法以及瞬态面波法，对铁路路基试验区段范围内的路基，做大面积的扫描检测。使用探地雷达法能够直观的反映铁道道床的几何特点，表层分辨率高等特点，能够很好的探测路基的结构。瞬态面波法表层状况，因为石碴的散射，以及高频限制等原因，不能精确的反映，探地雷达技术能够有效的弥补瞬态面波法的缺点。　　对铁路路基强度，路基刚度等参数的分析，重型动力触探是进行路基力学性能的探测为主，是按照击数×10cm-1来标线路基各个位置的力学性能的参数指标，击数越高表明路基土质的性能越好，路基的强度也就越，能够从不同深度位置来测试出不同深度下土的力学性能，以更好的进行路基状况的分析。轻型动力触探与重型动力触探原理基本上是相同的，只是重型动力触探以击数×30cm-1来展现铁路路基，每个位置的力学性能指标。针对现有的铁路线路的特征，对现有路基测试要按照原位以及区段测试相结合的测试措施，这样能够实现对既有铁路路基的基本状况，进行一个综合的评价，为铁路路基病害的预防和处理提供实际的资料。　　第二节路基病害的整治　　路基病害的整治要根据产生病害的不同部位和不同原因,采用针对病害特点的整治措施,主要有以下措施。　　一、路基面防排水 　　路基面防排水措施是在基床表层形成封闭层,可以采用中粗砂+复合土工膜、中粗砂+复合排水板或采用高分子聚合材料作为封闭层。中粗砂+复合土工膜作为封闭层的设计比较常见,适用于补填高度较大的段落。基床加固后,清除表层的道砟之类的浮土,做出路拱后在其上设置封闭层,而后向上补填。中粗砂+复合排水板适用于补砟厚度相对较小的地段。挖除道碴,填筑中粗砂厚,中间夹铺一层复合防排水板,其上铺道碴厚,路肩两侧设挡碴墙。病害严重路段可采用高分子聚合材料作封闭层,高分子聚合筑路剂为一种新型的高分子土工聚合材料,液状,可溶于水,反应后形成不溶于水的凝胶体,它依靠材料中分子间的聚合反应,形成立体网状结构,将土颗粒紧紧连结成一个整体,改善天然土的基本性能,使土体具半刚半柔特性,强度及抗渗性能显著提高。利用P.P.T材料改良土体的工艺,施工快,操作简单,凝胶时间可调,处理厚度薄,特别适合目前铁路客货车流量大、要点时间短的情况。　　21　　兰州交通大学毕业设计　　二、基床加固　　路基基床加固主要是提高路基的强度和刚度,经常采用的措施有补填、水泥土挤密桩和无砂混凝土桩。补填措施适用于路基沉降较大、补砟较多的地段, 下部填筑体承载能力基本良好或经过加强处理,设置排水封闭层后向上补填A、B组土或改良土,然后按照标准道床厚度铺砟、铺轨。水泥土挤密桩常用于基床承载力较差的地段的基床加固,加固深度在既有路基面以下～,水泥土挤密桩布置在枕木间。无砂混凝土桩的桩径、布桩方法和成孔都与水泥土挤密桩类似,与水泥土挤密桩不同的是桩孔内填碎石后注浆,注浆材料采用水泥-粉煤灰。采用桩对既有基床部位加固后,还需在既有路基面上部设置封闭层,并向上补填至设计路肩高程。　　三、基床以下部位加固　　基床以下部位的加固就是对填筑体的加固,常用措施有旋喷桩加固和花管注浆方案。旋喷桩加固措施主要针对与那些沉降量大、填筑体受水害已久,路基形态变化较大,承载力严重不足的地段,如下沉严重的路桥涵过渡段和区间路基地段。花管注浆的注浆材料为水泥-水玻璃。　　四、加宽路基面宽度　　路基下沉、冲刷等原因造成路肩宽度不足,采取帮宽、设置挡砟墙等方式加宽路基面至符合要求,路肩宽度满足路堤、路堑的要求。　　五、坡面加固　　路堤坡面加固可采用浆砌片石肋条、拱型骨架护坡或路堤墙。浆砌片石肋条用于坡面高度不大于的坡面。肋条上部接挡砟墙或镶边,沿路基坡脚处设一道条形基础, 各肋条下部与条形基础相接。拱型骨架护坡用于填高大于3m,既有坡面无防护、路堤帮宽后恢复坡面防护地段。路堤墙适用于为不出现新征用地,帮宽受到限制地段,坡脚处设路堤墙收坡,墙高根据地质资料和现场条件确定,一般不宜超过4m,挡墙以上边坡采用拱型骨架护坡。既有边坡溜塌时,清除滑塌体,重新帮填路堤,坡脚处设护脚墙加固,并砌筑或恢复拱形骨架护坡。　　路堑坡面加固可采用重新砌补、整修或桩板墙加固。对于既有堑坡稳定,坡面仅有少量损毁地段,对损毁坡面重新砌补、整修。对于既有堑坡稳定、坡面损毁较为严重,有鼓胀开裂或有较长的横向贯通裂缝地段,分段拆除重新砌筑坡面,并在坡面中部设一　　22　　兰州交通大学毕业设计　　道耳墙。对于边坡较高且不稳定,或有滑动倾向时,在坡脚处设桩板墙,桩间设外挂挡土板。使之有利于加宽路基面,增设排水沟,并有利于边坡稳定。　　第四章路基病害治理　　以整治湘黔K121+处软土(裂土)路基病害为例,对既有线铁路路基病害进行整治　　第一节工程概况　　一、工程地质 　　K121+141～K121+455段路基属高填方路段,基底为软土淤泥,灰～深灰色,软～硬塑,软土厚～40m不等,且多数地段软土厚度均超过5m,地下水位高且较丰富。原设计是采用～的片石挤淤处理,路基边坡坡度定为1:,且用干砌片石骨架护坡,内铺草皮。线路于1996年底正式开通运营后,多次发生溜坍,其中最大一次中断行车达18h,最后采用铺设临时便线的办法恢复运营。　　二、溜坍原因分析如下:　　(一)自然环境恶劣　　该段路基施工是集中在雨季进行的,回填土又为裂土,土方施工采用机械运输,人工夯填。填土密实度难以达到设计要求。再加上雨水浸湿,土体吸水膨胀,晒干后收缩,这样就在新旧土体间形成一个贯通的滑动面,引起边坡溜坍。(二)设计上的不足　　该段高填路基全长有314m,基底为厚～不等的软土淤泥。而设计只采用～厚的片石抛填,基底软弱层处理不彻底是显然的。再者该段路基高,设计边坡为1：(按《铁路工务技术手册—路基》中对路基边坡坡度规定:设计边坡应为1：以上)。总之,边坡较陡,抛填片石挤淤不够,地下水位较高,没有把水排出路基面,这些都是造成边坡溜坍的潜在原因。(三)利用极限高度理论来分析路基的稳定性　　cc=,C=19KN/m3(式中:HC为填土的极限高度; cc为软土粘聚力,C为填　　土密度)。　　hc==　　23　　兰州交通大学毕业设计　　从极限高度理论得出采用快速施工路基一次最大填高为,而路基设计填高为,理论证明路基失稳是可能的。　　第二节整治方案　　一、铺设氯丁橡胶封闭地表水和增设支撑盲沟疏导地下水。　　提出方案　　该段软土路基地段是娄底站开站的控制地段,于工期紧,雨季赶工,填土密实度　　图路基病害整治方案设计　　未能达到设计要求,抛填片石没有严格按规范填一层、压一层的标准做,而是将片石抛填至后,用40t重型机械碾压。基底处理质量存在严重问题导致基底失稳,边坡溜坍。　　表软土路基病害整治方案比较　　整治方案工程造价工期运营影响大效果方案1大面积开挖翻田较低施工进度快，工期短两线间处理不彻底方案2采用地下连续墙高工期长，工作面小一般较彻底方案3每5m设一段坡角墙较高工期较长方案4 设抗滑桩加固　　较大较好较小桩与桩间不好处理高工期长，施24　　兰州交通大学毕业设计　　工慢方案5采用氯丁橡胶封闭地表水；边坡坡度改缓，并每隔5m设支撑盲沟一道；增设反压护道翻挖坍体，基地抛填片石整治方案的比选　　通过以上对该段软土(裂土)路基病害产生原因进行的分析,可知存在的主要问题有:地质不良,基底淤泥处理不好;边坡坡度太陡;边坡排水和道床排水不畅。　　我们本着对运营干扰少、工期短的原则,提出了5种整治方案进行比选,最后确定采用方案5(见表)。路基病害的整治　　基底处理:翻挖部分淤泥(2～4m);抛填片石挤淤至,然后填土至地面高处;抛填片石和填土过程中,采用40t重型机械分层碾压(每一层碾压一次)直至设计标高。　　将该段路堤高度大于12m的边坡的坡度改为1：,且每隔5m设支撑盲沟一道,以排除路基内地下水,降低地下水位,提高软土强度。　　路基面整体铺设氯丁橡胶以封闭地表水,保持软土干燥,提高软土强度。路堤溜坍部分,重新翻挖晒干后,再用重型机械分层夯实碾压,每层不超过,工作速度不大于4km/h。翻挖时,为防止临时便线的坡脚溜坍, 设置钢轨桩进行防护加固。　　坡脚增设反压护道,宽15m,高5m。根据以上设计资料,对该段路基进行稳定检算。现以K121+处断面为例进行检算。　　根据《地质及路基》一书:列车及轨道荷载的换算土柱高度为,分布宽度为,且假定ED1、ED2、ED3、ED4、ED5为五段破裂圆弧(即五个贯通滑动面),利用半图解法及条分原理进行稳定计算,稳定计算公式为　　K=(Nitan+C*L+T)/Ti　　式　　i低施工速度快，工期短小较好式中:K为边坡的稳定系数;为土的摩擦角;C为土的粘聚力;L为条块破裂圆弧长度)。　　25　　兰州交通大学毕业设计　　取该断面边坡坡率为1:，有砟轨道，路堤高8m；砟道宽度为，取填土容重为19kN/m3，内摩擦角φ=11°，粘聚力c=kPa,设计轴重200kN,查表可得换算土柱高度为。　　表轨道和列车荷载换算土柱高度计分布宽度列车活载设计轴轨道形式分布设计高度m宽度土柱重量18CRTSI型板式无砟轨道CRTSI型双快式无砟轨道CRTSI型板式无砟轨道有砟轨道　　 　　危险圆弧的圆心位置应和危险圆弧位置的出现部位相对应，在边坡稳定性计算中，危险圆心的辅助线，可近似地换算土柱高边缘，做一水平面，在做与水平线成36度角的直线，则可认为路堤滑动时最小稳定系数的圆心在这条36度线上，此线称为最危险圆心的辅助线。在最危险圆心的辅助线上取5个点，做5条圆弧，得到相应的温度系数，并找出Kmin值。具体计算及图表如下。　　在36度线上取第一个圆形，得到如图所示的第一个滑动条块，其圆形为O1　　19202122种类ZK活载20026　　兰州交通大学毕业设计　　图圆弧条分法计算图　　对图的第一个条块进行分块计算，得到圆弧条分法计算表,公式计算得K=。　　表断面一条分法计算表　　分块号距圆心的水平距离sinθicosθi分块面积wi分块重量Q=γwi抗滑力下滑力TiKNi=QcosθiTi=QsinθiNtanclTT123456789(m)　　　　(㎡)(kN)　　(kN)　　(kN)　　(kN)　　K=　　27　　兰州交通大学毕业设计　　在36度线上取第二个圆形，得到如图所示的第二个滑动条块，其圆形为O2　　图断面一条分法计算图 　　对上图的第二个条块进行分块计算，得到圆弧条分法计算表。公式计算得K=　　表断面一条分法计算表　　分距圆心块的水平号距离-1(m)sinθicosθi分块面积wi(㎡)分块重量Q=γwi(kN)抗滑力下滑力TiKNtanclTTNi=QcosθiT=Qsinθi(kN)(kN)　　(kN)　　k=　　123456789　　28　　兰州交通大学毕业设计　　在36度线上取第三个圆形，得到如图所示的第一个滑动条块，其圆形为O3　　图断面一条分法计算图　　对上图的第三个条块进行分块计算，得到圆弧条分法计算表。公式）计算得K=　　表断面一条分法计算表　　分块距圆心的sinθcosθ分块面分块重i抗滑力下滑力TiKNtanclTTi积wi量Q=γwiNi=QcosθiT=Qsinθi号水平距离(m)12345671357911　　(㎡)(kN)(kN)(kN)　　(kN)　　k=　　在36度线上取四个圆形，得到如图所示的第一个滑动条块，其圆形为O4　　29　　兰州交通大学毕业设计　　图断面一条分法计算图　　进行分块计算，得到圆弧条分法计算表。公式计算得K= 　　表断面一条分法计算表分距圆块心的号水平距离(m)sinθicosθi分块面积wi分块重量Q=γwi抗滑力下滑力TiKNtanclTTNi=QcosθiT=Qsinθi(㎡)　　(kN)(kN)(kN)　　(kN)　　k=-11123354759611　　789　　在36度线上取第五个圆形，得到如图所示的第五个滑动条块，其圆形为O5　　30　　兰州交通大学毕业设计　　图断面一条分法计算图　　对上图的第五个条块进行分块计算，得到圆弧条分法计算表。公式计算得K=　　表断面一条分法计算表　　分距圆块心的号水平距离-112345678　　sinθicosθi分块面积wi分块重抗滑力量Q=γwi下滑力TiKNtanclTTNi=QcosθiT=Qsinθi(m)13579(㎡)(kN)(kN)(kN)　　(kN)　　k=　　15　　31　　兰州交通大学毕业设计　　确定最危险滑动面如图所示。　　图最小稳定系数确定图　　图可以确定最危险滑裂面稳定系数为Kmin=,即Kmin=在～之间,理论上满足设计的要求。　　二、花管注浆技术 　　设计资料表明:各地层从上至下为:(0)人工填土;(1)粉质粘土，褐黄色，软塑;(2)淤泥质粘土，灰色，流塑，局部含少量腐殖质和贝壳碎屑;(2)－1粉土，灰色，稍密，饱和，以粉粒为主，粉粒含量高;(3)－1粘土，棕黄色，硬塑。(主要加固地层的物理力学指标为:W1=%，W2=%，W3=%;e1=，e2=，e3=;γ1=，γ2=，γ3=kN/m3;cu1=，cu2=，cu3=kPa;　　u1=°，u2=°，u2=°)　　水文地质条件:地下水主要为第四系孔隙潜水，较发育，水位埋深－。软基加固方案:左侧全断面采用旋喷桩加固，既有线软土路基采用侧向花管注浆加固，直径50cm,间距2m，梅花形布置，深度至(3)－1顶面。加固方案横断面见图2。　　软土路堤工后沉降控制值:正线△S≤20cm，桥路过渡段△S≤10cm，站线△S≤30cm。　　施工顺序为:先施工既有线外侧旋喷桩、浆喷桩→再施工第一排花管注浆→再次施工第二排花管注浆，花管注浆一次性完成。　　32　　兰州交通大学毕业设计　　K121+141～K121+455段加固方案(单位:m)　　施工中，应严格按照花管注浆试验确定的工艺参数控制。(一)浆液的配比应符合设计要求。水灰比一般按∶1控制。 (二)发生冒浆、跑浆时按2%的比例添加水玻璃。　　(三)花管注浆的孔深、孔径、倾角应符合设计要求，孔径，倾角8°。(四)孔深允许偏差±;孔径和倾角允许偏差严格控制在1%以内。　　(五)施工前，应布置观测点，测量钢轨轨面标高及位移，在路堤两侧坡脚外2，10m处各设置一排观测桩，纵向间距10m。施工过程中要求24小时不间断监控(每天定点定时测量观测不少于两次，并记录)，轨面几何尺寸不得有Ⅲ级以上超限，路堤面沉降每昼不得大于8mm，边桩水平位移不超过8mm。　　当变形监测数据发生变化时应停止施工，数据稳定后再跳一根桩施打，数据发生变化时再停止施工，数据稳定后再跳二根桩施打。当测量数据没有变化时依排施工，Ⅲ级及以上超限应及时消灭。　　三、综合整治方案　　对已通车运营的线路，软基病害整治的原则是在保证行车和施工安全前提下，针对病害发生的内在原因，采取目的明确、行之有效的补强加固措施。本工点基底变形特征是路基一侧下沉，路堤坡脚外有隆起或侧向牵引式变形，均发生在CFG桩加固地段，显　　33　　兰州交通大学毕业设计 　　示地基强度和侧向约束不足。因此，病害整治结合类似病害整治工程经验，采用提高地基强度、加强侧向约束的补强措施。同时遵照彻底根治、不留后患的原则，根据变形情况和地质条件，确定整治范围。分段整治方案　　(1)DK121+141～DK121+181段地基加固方案　　路堤右侧边坡范围内CFG桩中间插打旋喷桩，桩径，纵向间距，正方形布置;坡脚外增设三排旋喷桩，三角形布置，间距。加固深度至桩长进入硬塑粉质黏土或基岩全风化层内不小于。在原管桩与旋喷桩之间未补强区采用花管注浆，注浆孔从路堤倾斜打入，沿线路方向钻孔间距，横向3排。(2)DK121+181～DK121+253段地基加固方案　　为加强侧向约束及避免人为因素的影响，左侧路堤坡脚以外设5排旋喷桩，桩径，三角形布置，间距m，加固深度至卵石土内不小于;两侧路堤坡脚范围内地基采用花管注浆补强加固，沿线路方向孔间距，横向两侧各5排。注浆孔从路堤边坡倾斜打入，倾斜的角度应使注浆孔均匀分布在软基内。　　DK121+253～DK121+455补强设计横断面(单位:m)　　(3)DK121+253～DK121+455段地基加固方案　　在确保施工安全间距前提下，左侧边坡范围内CFG桩中间插打旋喷桩，桩径，纵、横向间距，正方形布置; 左右两侧坡脚外各设三排旋喷桩，三角形布置，间距。加固深度至硬塑粉质黏土或基岩全风化层内不小于。中间地基采用斜孔注浆。　　34　　兰州交通大学毕业设计　　沿线路方向孔间距，横向两侧各3～4排，注浆孔从路堤两侧边坡倾斜打入(见图)。施工要点　　1施工前在坡脚处先用人工挖槽探明CFG桩位置，按施工图方案推测出CFG桩平面布置图，并绘制成图，在图上按中间插布的方法画出旋喷桩和花管注浆孔位置，现场再根据桩位布置图用经纬仪放孔，机械引孔后进行旋喷桩施工。　　2旋喷桩和花管注浆施工前均应进行工艺试验，以检测工艺和设备是否适宜，确定技术参数是否满足设计要求。　　3施工顺序:旋喷桩应从路基内侧向外逐桩施工，待施工至坡脚时花管注浆再同步实施。　　4施工中应加强轨面高程及路基变形监测，观测断面密度为沿线路每10m一个，施工过程中每天测量两次，精度按二级测量标准。路基面高程变化每昼夜不大于5mm，边桩水平位移不超过5mm。　　当变形监测数据发生变化时应暂停施工，稳定后再施工。　　5高压旋喷桩采用单管法，浆液材料选用普通硅酸盐水泥，水灰比∶1。水泥用量125～135kg/m，坡脚外桩上部3m可减至115～125kg/m。水泥土标准养护条件28d 龄期立方体试块抗压强度不低于。　　6旋喷桩施工质量检测应满足相关规范要求。　　7花管注浆采用75mm钻探引孔，自路堤边坡按设计角度打入软基下部持力层内不少于2m。　　8花管注浆应跳2孔施工。　　9注浆材料选用普通硅酸盐水泥，水灰比∶1。采用一次性注浆，以1m为一个注浆段。注浆压力10m以下～;10m以上～，注浆流量10～14L/min。　　10严格控制注浆速度、压力和注浆量，终止条件应满足:①10m以下注浆压力达到，持续注浆10min;②10m以上注浆压力达到，持续注浆10min。　　35　　兰州交通大学毕业设计　　第一章绪论　　第一节软土　　一、软土的定义 　　一般而言，软土是指近代水下沉积的饱和粘性土，是淤泥、淤泥质粘土、泥质粉土、泥炭、泥炭质土等一类土体的简称，广泛分布在我国沿海内陆平原或间盆地。不同地域软土的成因、结构和形态各不相同，但都具有基本相同的物理力学特征:天然含水量高、天然孔隙比大、渗透系数小、压缩性高、强度低，可呈灵敏性结构。软土作为工程建筑特的地基，于其承载力低、往往会产生不同程度的坍滑或沉降陷。　　具体该如何定义软土，各行业部门如建筑、铁路、公路、港工等，根据行业特点和习惯，给出的定义或判定条件不尽相同。　　定义1，认为软弱土是指淤泥、淤泥质土、充填土、杂填土或其他高压缩性土。其中淤泥是在静水或缓慢流水环境中沉积并经生物化学作用而形成，为天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于的粘性土;天然含水量大于液限而天然孔隙比小于、但大于或等于的粘性土或粉土称为淤泥质土。　　定义2，将软土解释为天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状的粘性土，如淤泥、淤泥质土，以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。淤泥和淤泥质土的特征解释为，在静水或缓慢流水环境中沉积，经生物化学作用而形成的饱和粘性土，含有机质，天然含水量大于液限。当孔隙比大于时称为淤泥;天然孔隙比小于而大于时称为淤泥质土。当土的烧失量大于5%时，称有机质土;大于60%时称为泥炭。　　定义3，含有大量亲水的胶体颗粒，具有海绵状结构的松散体，其性质为天然孔隙比大、含水量高、透水性小、强度低、压缩性大。 　　定义4，在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的饱和软弱粘性土。对软土的主要特征描述为:天然含水量高(接近或大于液限)，孔隙比大(一般大于)，压缩性高，强度低，渗透系数小。　　定义5，中定义软土为滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土，天然含水量≧35%，天然孔隙比≧，十字板剪切强度<35Pka或静力触探总贯入阻力小于75kPa。　　定义6,天然孔隙比大于或等于，且天然含水量大于液限的细粒土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭土等，其压缩系数大于，不排水强度小于30kPa。　　兰州交通大学毕业设计　　关于软土定义，除以上所述外还有一些，但大同小异，在此不一一叙述。概而言之，工程界通常口语称呼的软土指天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、承载力低的土。　　二、我国软土的类型、特征及其分布　　软土按沉积环境分类主要有下列几种类型：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。主要分布在连云港、大连、天津、湛江、香港、厦门等地。 　　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～的泥炭堆积。底部含有贝壳和生物残骸碎屑。主要分布在温州、宁波。　　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。主要分布在福州、泉州、海南。　　三角洲相：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。主要以长江中下游的南边、上海、珠江下游广州地区。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。主要分布在洞庭湖、太湖、洪泽湖、鄱阳湖四周地区，云南的滇池地区。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。常见于长江中下游地区、滨海平原、松辽平原。沼泽沉积 　　为沼泽相，分布在地下水、地表水排泄不畅的低洼地带，如京津唐高速公路通过的天津南淀。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。浅海沉积　　2　　兰州交通大学毕业设计　　主要为海相，多位于海湾区域内。河流如海携带的动植物残骸经生物化学作用，形成灰色或灰绿色淤泥和淤泥质土。它的主要分布区域在天津塘沽。丘陵谷地沉积　　为丘陵谷地相，其特征为片状、带状分布，靠山边浅，谷中心深，具有较大的横向坡，颗粒山前到谷中心逐渐变细。主要分布在贵州六盘水地区。人工吹填　　它的特点是颗粒成分与挖泥船作业区域的土质相同，但吹填沉积过程中又有局部的分选，靠近出水口处颗粒较粗，远离水口处颗粒较细。如如天津塘沽东突堤，深圳南油开发区。　　软土于沉积年代、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。　　三、软土的工程性质 　　软粘土的特性和一般粘性土不同，根据我国某些地区软土的物理力学性质指标的统计值并根据大量的工程实践，可对沿海地区软土的主要物理力学性质分析如下，(一)天然含水量高　　天然软粘土的含水量一般在34%～72%之间，其值一般大于液限，属于流动状态，天然孔隙比在～之间，故一般属于淤泥或淤泥质土，其中淤泥质土占多数。液限变化在34%～58%之间，大多在34%～43%的范围内，塑性指数变化在13～30之间，大多数在15～20的范围内，属于中等塑性的无机土。(二)压缩性大　　压缩系数一般在～之间，属于高压缩性土，其压缩性往往随液限的增大而增大。于软粘土大多为第四纪后期的沉积物，通常属正常固结土。但一些近期沉积的软土，则为未完全固结土，即欠固结土。(三)渗透性小　　渗透系数大部分为10-8～10-7cm/s之间，所以在荷载作用下固结很慢，强度不易提高。当土中有机质含量较大时，甚至会产生气泡，堵塞排水通道，降低其渗透性。对于夹有薄砂层的粘土，其水平向渗透性可能会显著增大，渗透系数可达10-5～10-4cm/s。所以，该类土层的固结速率也比均质粘性土要快得多。　　3　　兰州交通大学毕业设计　　(四)抗剪强度低 　　一般在快剪情况下，粘聚力在10kPa左右，内摩擦角在0o～5o之间。固结快剪粘聚力与快剪相比差别不大，内摩擦角一般在15o～20o之间。　　软土的强度大小与排水条件有密切关系。在荷载作用下，如果土层有良好的排水条件，那么经过固结后，它的强度随有效应力的增大而增加，反之，如果土层没有排水固结，则随荷载的增大，它的强度可能随剪切变形的增大而衰减。根据统计分析，软土在深度10m以内的平均十字板剪切试验强度一般为5~20kPa，深度每增加lm，其强度平均增加1~2kPa。(五)流变性十分显著　　在剪应力作用下，土体产生缓慢的剪切变形，剪应力越大，剪切变形越明显，当剪应力达到一定值后，长期作用下土体可能会剪坏。此时的剪应力值一般小于常规试验方法得到的抗剪强度值，该值称之为长期抗剪强度，它一般为常规试验方法的抗剪强度的40%～80%，而且土的塑性指数愈大，其值愈小。但在实际工程中，地基在荷载作用下的固结作用可能会抵消其降低值，因而具体设计中常常不考虑土的流变特性。(六)显著的结构性 　　特别是海相沉积的软土，一旦受到扰动(振动、搅拌或搓动等)，其絮凝状结构受到破坏，土的强度将明显下降，甚至产生流动状态。软土受到扰动后强度降低的特性一般常用灵敏度来表示。因此，在高灵敏度粘土地基上进行地基加固或基坑开挖时，应力求避免土的过分扰动。另一方面，软土扰动后，随着静置时间的增长，其强度又会逐渐有所恢复，但一般不能恢复到原来结构的强度。(七)构造较复杂　　滨海相沉积的软土层，于受潮汐水流等因素的影响，其上部往往形成厚度达3m以上的所谓“硬壳层”，下部则为夹粉细砂透镜体的淤泥质土或夹粉砂的层状淤泥质土，有时局部有薄的泥炭层。而三角洲沉积的软土层则往往为淤泥质土与薄砂层的交错层。对于湖泊沉积的软土层而言，于沉积过程受季节性的影响较大，因此下部软土层的淤泥质土与粉砂的层状构造更为明显，有时还存在较厚的泥炭层，从而造成软土层在构造上具有各向异性和成层性的特点。(八)粘粒含量较高，且常含有有机质　　粘土粒的矿物成分一般为高岭土、蒙脱石和水云母等，而以水云母最为常见。于粘土矿物颗粒很小，一般呈薄片状，且表面带有负电荷，在粘土颗粒四周吸附着大量的　　4　　兰州交通大学毕业设计　　偶极化分子。所以，在沉积过程中，软土层常形成絮凝状结构，是造成软粘土天然含水量大的原因之一。　　(九)一般具有较大的吸力或吸附力　　研究表明，软土对建筑物的吸力三部分组成，即软土与建筑物底面的粘结力、真空负压(即负的孔隙水压力)和软土对建筑物侧面的摩阻力。其中，真空负压是最主要的因素。 　　第二节软土地基加固处理的现状　　软土地基加固就是将低承载能力和大压缩性的原装土加固到足以承担地基所需的强度和施工后沉降要求，又是为了较小地基的渗透性。为了达到上述目的，通常有二类方法：一类是对天然地基土进行土质改良；另一类是在天然地基中插入﹝也包括置换﹞采性较好的材料，如砂石、土工合成材料、混凝土、钢管等。土质改良的方法又可以分为下述几类：预压使软粘土产生排水固结；振密、挤密松散土体；灌入固化物使之与天然地基土体形成复合土体，如水泥；冻结或烧结天然地基土体以改善其物理力学性质。　　各种地基处理方法获得的人工地基可以分为两类：一类是对天然地基土体全部改良，如预压﹝排水固结﹞法、强夯法、原位压实法、换填法。另一类是形成复合地基。它可以可以复合土与天然地基土形成，如低强度桩复合地基法，树根桩复合地基；也可以插入的塑料与得到改良﹝如挤密﹞的天然土体形成，如振冲挤密碎石桩复合地基。软土地基加固方法主要有换填土法、排水固结预压法、强夯法、砂石桩法和搅拌桩法等。　　第三节软土地基处理方法　　近几十年来，大量的土木工程实践推动了软弱土地基处理技术的迅速发展，地基处　　物理处理置换排水挤密加筋搅拌化学处理灌浆 热加固热学处理冻结表地基处理方法的分类　　理的方法多样化，地基处理的新技术、新理论不断涌现并日趋完善，地基处理已成为基础工程领域中一个较有生命力的分枝。根据地基处理方法的基本原理，基本上可以分为如表所示的几类。　　5