硕士论文软土地区铁路复线路基工程施工关键技术研究精选

'硕士论文软土地区铁路复线路基工程施工关键技术研究分类号：10710．20069017谖步犬海硕士学位论文软土地区铁路复线路基工程施工关键技术研究王恒博导师姓名职称裴建中副教授申请学位级别论文提交日期 学位授予单位答辩委员会主席高江平教授学位论文评阅人吴国雄教授申爱琴教授_ontheofConstructionStudyKeyTechnologiesforEmbankmentof TechniquesDouble-??TrackinginsoftsoilRailwayregionADissertationSubmittedfortheofMasterDegreeCandidate：WangHengboProf．PeiSupervisor：AssociateJianzhongChinaUniversity，Xi’an， Chang’an论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。El论文作者签名：曼扫鳓乙1。年‖月p 论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。保密的论文在解密后应遵守此规定论文作者签名：委物描切f??年月l口Et导师签名：厶f。年6月lo日摘要随着我国新建铁路蓬勃发展、高速铁路陆续上马的同时，改建扩能的复线铁 路建设也在稳步推进。本文以某软土地区铁路客运专线复线路基工程施工为依托，对客运专线复线铁路工程施工中的软土地基处理、复线路基施工技术及复线铁路施工期间若干问题等方面进行了有益的探索，结合工程实际情况确定出了具体的实施方案，对同类型工程具有借鉴意义。在软基处理中提出根据软基厚度选择换填垫层法、抛石挤淤法和打振动沉管CFG桩法进行施工，并且经过一段周期的观测，发现沉降基本满足要求。在路基工程施工方案选择时，根据其选择原则，结合复线施工的特点，选择了一套较为可行的路基施工方案。在分析国内外填料 分类方式和存在问题的基础上，提出了路基填料分类的修改方案，结合工程实际情况和实验分析数据，选择使用了机制山砂替代河砂的方案。结合工程中的路堤、路堑施工的水害问题，提出了常见路堤、路堑施工水害防治的一些措施。在施工过程中的时空管理上，结合既有线行车对数和工程的实际情况，经过比较分析，选择了在夜间设置矩形天窗的施工方式。关键词：路基，复线施工，软基处理，替代材料，天窗AbstractWiththeChina"slaunchedoneafteranotheratthesameailwayprojeettime，double-track constructionisalsothisadouble-trackinsoftsoilprogressingsteadily．Inpaper，railwayconsmacfionresearchofforthedirectionoftheinthecommonsubgradekeytechnologiesprojectsofttreatment，alternativematerialsselection，waterandroadbedgrounddamagepreventionconstructioncarriedoutsomeusefulcombinedwithtoprogramsexploration，engineeringactual determinethesituationworkoutainsoftspecificimplementationplans．Madegroundtreatmentofsoftbaseunderthecushionthicknessforchoicefillingmethod，riprapagentoverwhelmedFranceandVibroCFGmethodofconstruction．Theroadbedplayingpileconstructionschemeinaccordancewithselection，theofchoiceofroadbedprinciplesconstructionwiththecharacteristicsofthisamorefeasible plan，combinedproject，chooseconstructionthetimeandconstructioninmanagement，subgradeprograms．Duringprocessspacecombinedwiththelanetothenumberandtheactualsituationintheexistingproject，throughainthetheconstructionmethods．analysis，chooserectangularskylightupcomparativenight，setIntheofdomesticandinternationalandofclassification，basedonthe analysispackingproblemstotheclassificationembankmentcombinedwithproposedchangesprogramfilling，practicalandofdata，choosetoUSethemechanismtoriversandengineeringexperimentalanalysisreplacemountainsand．Withintheembankment，theconstructionofwaterengineeringcuttingdamagecommonembankment，thewaterandconstructionofproblem，acuttingdamageprevention eontroImeasures．construction，soRfoundationKeywords：subgrade，double-tracktreatment，skylightII目录第一章绪论…………………………………………………………………………11．1问题的提出……………………………………………………………………11．2国内外研究现状…………………………………………………………………l1．2．1国内外软基处理技术研究现状………………………………………．1 1．2．2国内外复线路基施工方案研究现状…………………………………。41．3依托工程概况…………………………………………………………………51．4主要研究内容及技术路线……………………………………………………51．4．1主要研究内容…………………………………………………………．51．4．2技术路线………………………………………………………………。6第二章复线路基施工软土地基处理技术研究……………………………………82．1复线软土路基处理方案概述…………………………………………………8 2．2依托工程地基处理方案………………………………………………………92．2．1换填施工………………………………………………………………112．2．2碾压片石施工………………………………………………………．．12第三章复线路基施工技术………………………………………………………．163．1复线路基工程施工方案研究………………………………………………．163．1．1填料选择………………………………………………………………163．1．2复线工程路堤及路堑施工……………………………………………323．2工后沉降观测分析…………………………………………………………35 第四章复线铁路施工期间若干问题研究………………………………………．474．1既有线改造的实施…………………………………………………………．．474．1．1利用行车间隙施工……………………………………………………474．1．2封闭线路施工――开天窗……………………………………………494．1．3天窗开设方案研究……………………………………………………5l4．2复线施工路堑排水与防护问题研究………………………………………。534．2．1复线施工路堑排水问题研究…………………………………………53 4．2．2复线施工路堑防护对策研究…………………………………………．534．3复线施工路堤排水与防护问题研究………………………………………．54Ⅱl4．3．1复线施工路堤排水问题研究…………………………………………544．3．2复线施工路堤防护对策研究…………………………………………．54第五章结论与展望…………………………………………………………………565．1主要结论………………………………………………………………………565．2展望 …………………………………………………………………………………………………．．57参考文献……………………………………………………………………………．58致j射……………………………………………………………………………………………………………。60IV长安大学硕士学位论文第一章弟一早珀T匕绪论1．1问题的提出目前，全世界铁路总营业里程为120多万km，而我国铁路现有营业总里程7．3万km，仅占世界铁路的6％。随着我国经济的不断发展，铁路的“瓶颈"制约越来越严重。 解决铁路运输“瓶颈’’制约问题，已经成为关系国民经济和社会发展大局，关系广大人民群众切身利益的一项紧迫任务，这就要求铁路不断挖掘运输潜力，扩大运输能力，加快发展步伐。扩大铁路运输能力，主要有两个途径：一个是靠外延扩大再生产，加快铁路新线建设；一个是靠内涵扩大再生产，挖掘铁路运输潜力。而中国铁路运输挖潜的空间已经越来越小了，解决铁路运输“瓶颈’’问题，最根本的办法是加快铁路新线建设。去年提出的四万亿投资计划，基础设施建设就有15000亿，其中又以铁路建设为主要方向。近几年，我国高速铁路蓬勃发展，而随着国务院批准建设武广、郑西、石太、 京津、合宁、合武、温福、福厦、甬温9个客运专线项目的立项，京沪高速铁路的上马，铁路建设将掀起新的高潮。据悉到“十一五"末，我国铁路营业总里程将超过9万km，到2012年底，我国铁路营业里程将达到11万km以上，其中客运专线和城际铁路将达到1．3万km，复线率和电气化率分别达到50％以上，建成新客站800多座。在新建线路蓬勃发展的同时，改建扩能的复线建设也在稳步推进。从全国铁路工作计划新线铺轨3690km，复线铺轨3150km，新线投产4613km，复线投产3438km，电气化投产6401km。可见，改建扩能的复线建设在我国的铁路建设中占有重要的地位。软土在我国分布较为广泛，主要存在于沿海和内陆地区。随着基本建设的不断发展， 在涉及软土的地区兴建铁路、公路等项目将会日益增多，而且工程建设中软基处理的费用所占比例较大，并且处理效果对工程建设质量产生至关重要的影响，因此对软基处理问题的研究成为工程建设者不容回避的课题，改进或提高软基处理方法具有重大的学术价值和社会效益。1．2国内外研究现状1．2．1国内外软基处理技术研究现状目前国内J"l-软基处理方案大体上分为砂砾垫层法包括抛石挤淤法、开挖置换法、轻型材料及超轻型材料置换法、排水固结处理法包括砂井与袋装砂井预压固结法、排 第一章绪论水板预压固结法、真空预压或堆载预压排水固结法、复合地基加固处理法包括碎石挤密桩法、振冲法、树根桩法、水泥搅拌桩法、石灰搅拌桩法、CFG桩法等和其他处理法包括强夯法、反压法、冷热处理法、高真空击密法。每种方法各有特点，应视不同的情况，选择不同的方法。1砂砾垫层当路堤高度小于极限高度的2倍、软土层较薄或雨季施工时，采用砂砾砂垫层，使填土与基底之间设一排水层，从而使路基在受到填土荷载后，迅速地将软弱路基土中 的孔隙水排出，加快固结速度，提高路基的承载力，减少沉降，防止地基局部剪切变形。在软土厚度不大于2m时，利用透水性材料进行置换填土，可降低压缩性，提高承载力，提高抗剪强度，减少沉降量，改善动力特性，加速土层的排水固结。2真空预压或堆载预压排水固结法根据全国沿海软土地区地基处理工程经验，对于原泥面以下原有软土层中的淤泥、淤泥质土等饱和粘性土地基，采用在软土中打设竖向排水通道后，进行预压，使软土达到排水固结效果，消除沉降，以提高软土的强度，是较经济合理的地基处理方案。真空预压方案是在软土中打设塑料排水板，进行真空预压方案。在处理中国沿海港口超软基， 均取得了成功。在国内公路、铁路工程软路基处理中得到了广泛的推广和应用，例如沪宁高速公路，京津塘二线高速公科131。堆载预压方案与真空预压方案相类似的另外一种排水固结方案是堆载超载预压方案，即打设塑料排水板，进行堆载预压堆载强度80kPa，原泥面以下原有软土层经固结沉降后，再卸载达到设计标高。3水泥搅拌桩复合地基法按照国内外软基处理的工程经验以及规范规定，软基处理的方案很多，水泥搅拌桩复合地基，也是常采用的软基处理方案，其原理是在软土地基中搅拌掺入一定量的水泥等固化剂，使之固化，利用水泥和软土之间所产生的一系列物理――讹学反应，使软土 硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基，进而提高土体的强度。这种方法在京沪高铁上海段等软基处理工程中使用过。由于水泥搅拌桩施工质量难以控制，施工过程中容易发生掺灰量少，搅拌不均匀、断桩等情况，因此处理效果不好。4强夯法这种方法是将很重的锤一般为100_-400kN从高处自由落下落距一般为6_oOm2长安大学硕士学位论文给地基以冲击力和振动，从而提高土的强度并降低土的压缩性，改善土的振动液化条件 和消除湿陷性黄土的湿陷性等作用。同时，夯击能还可以提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。在实施强夯时，重锤由高空落下，产生强大的动能震动源作用于地基土。此时，动能转化为波能，从震源向深层扩散，能量释放于一定范围的地基中，使土体得到不同程度的改善。强夯法开始时仅用于加固砂土和碎石，经过几十年的发展，它已适用从砾石到粘性土的各种地基土，这主要是由于施工方法的改进和排水条件的改善，强夯法在国内砂性土地区应用广泛，诸如秦皇岛港、唐山曹妃甸港以及山东日照港等砂性土地基经常采用。 强夯法加固软土地基的关键性问题就是土的粒径、土层特性及含水量。根据经验一般认为：含水量大于60％、孔隙比大于1．5、粒径小于0．005m／n的粘粒占30％以上的饱处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。另外强夯法的加固效果决定于地基土的渗透性，所以必须创造排水通道。5高真空击密法高真空击密法是由上海港湾软地基工程有限公司于2003年发明的。自科研到应用六年来“高真空击密法"以其造价低较常规方法节约30％左右，工期短较常规方法节省50％左右，质量可控，施工环保等优势，己成功在上海、宁波、广东、江苏的机场、 港口、道路、堆场和工业厂房等各种软土地基处理工程得到应用，施工面积超过5000万平方米。主要设计思想：首先针对淤泥及淤泥质粘土，通过插打滤管，让淤泥质土在真空压力和回填土或覆水荷载作用下排水固结，使淤泥质土的压缩变形快速完成，减小工后沉降，提高强度，完成深层加固；然后，通过高真空击密法对上部填土包括容易破坏的浅部软土或吹填砂性土地基进一步密实，在地基土浅层形成刚度较大的硬壳层，同时达到提高承载力、加大施工沉降和减少工后沉降的目的。6真空联合堆载预压法真空预压技术经近50年的理论研究和工程实践探索，己在许多港口、码头、机场 和堆场等工程建设中得到应用。真空联合堆载预压法是在真空预压法和堆载预压法基础上发展起来的软基加固方法。具有真空预压和堆载预压的双重效果，通过抽真空形成负压，当真空度达80kPa以上，相当于一次性施加4_5m高度的填土荷载。对于道路采用真空联合堆载预压法加固软土地基，可利用路基填土作堆载，使土体在真空荷载和堆3第一章绪论载联合作用下发生固结强度得到较大提高；同时，由于真空产生负压，使土体产生向内收缩变形，可以抵消因堆载引起的向外挤出变形，地基不会因填土速率快而出现稳定性 问题，因此，真空联合堆载预压法比单纯的真空预压法、堆载预压法效果更好。根据太沙基有效应力原理可知，真空预压是通过减少孔隙水压力来增加土体的有效应力，只改变土体的球应力，而不产生剪应力，土体只产生向预压区内的收缩变形，由此可知真空联合堆载预压法具有以下几个特点：口1①抽真空时，土体只产生向“内”的收缩变形，真空荷载可一次性施加，而不会出现土体会象常规堆载时因荷载过大而产生失稳破坏的现象。②在联合堆载过程中，土体本身在真空荷载作用下向内收缩变形，可以抵消因堆载产生的侧向挤出变形，从而加快加载速率。 0在真空联合堆载过程中，一方面堆载促进土体孔隙水压力升高，另一方面真空预压又促进孔隙水不断经排水通道排出，孔隙水压力不断降低，由堆载引起的超孔隙水压力很快消散，固结速度加快，土体强度自然增长。④真空联合堆载预压是真空荷载和路堤堆载两者相叠加，某种程度上相当于在常规堆载预压的基础上增加了真空荷载这部分超载，其加固深度、固结速度明显大于常规堆载预压，因而可缩短预压工期、减少工后沉降。真空联合堆载预压法是一种实用且经济的大面积处理软土地基的有效方法，施工过程中的稳定性可以得到保证，工后沉降和不均匀沉降较小。1．2．2国内外复线路基施工方案研究现状 复线路基施工方案的选择除了结合施工的特点，选择行之有效的施工方案，制定施工工艺、质量保证措施之外，还应该注意新老路基结合部的不均匀沉降。现在国内外解决不均匀沉降的方案大体有以下几种：1开挖台阶法这种方法是最常见的处治方法，陈星光在其硕士论文中对台阶的开挖尺寸进行了有限元模拟，得出了台阶高度和宽度的合理开挖范围，并根据工程实际情况提出了合适的处治方案。2土工合成材料 为了使新旧路堤紧密衔接形成整体，减少新老路堤的不均匀沉降，新旧路基结合部位经常采用土工合成材料处理。S．P．Corbett9i等，通过现场测试研究了土工合成材料在4长安大学硕士学位论文加宽路基边坡中的设计和施工方法，认为加筋材料用于路基加宽工程具有很大的优势。JuhaForsman和Veli．Matti发现使用土工合成材料可以降低由于路堤自重引起的水平应力，从而减少水平位移，有效地防止路面开裂；Ludlow．S等路基加宽工程的有限元分析表明，加宽路基工程中可以有效的减小路基的侧向位移：杨茂等成功地将土工合成材料应用于我国内蒙古5103线 喇嘛湾至大饭铺段公路改建中，解决了路基下沉和新旧路基土体结合处路面反射裂缝等公路病害问题。3间隙法Den在施工方法方面，A．N．GVan．Meurs及A．VanBerg提出了间隙法，即先在距离老路基一定距离外填筑部分新路基，两者之间留有一定间隙，然后再填筑空隙，由于新路基填土自重作用下的固结会使新老路基间隙下的软土强度和水平应力提高，因而可以减小填土对老路基产生的附加变形。 另外日本对软土地基上的不均匀沉降控制方面进行了多方面的研究，由于新建路堤重力的影响，老路堤也会产生沉降，向新路堤一侧倾斜，这就导致路基面的不平顺，可以采取的措施有，在原有路堤外侧路肩处打入竖直板桩，使新旧路基隔离在板桩两侧，减小新路基对旧路基的连带沉降。另外，可以在新路基地基上加挤压桩，石灰桩等来减小地基的沉降。1．3依托工程概况研究的软土地区铁路复线路基工程所处地区属低丘区，白云质灰岩。m～3．0地层表层为杂填土，松散，成分复杂，层厚1．5 m，以碎砖、碎石、混凝土块为主，局部浜填土含大量有机及腐殖物，明浜区域为浜淤泥，有大量需要处理的软基。而且工程设计要求时速高、技术标准高，必须满足技术标准、满足工后沉降、一次达标为原则进行总体施工安排。1．4主要研究内容及技术路线1．4．1主要研究内容将主要对软土地区铁路复线路基工程施工过程中的关键问题进行研究：1软基处理技术研究本工程在建设过程中将会遇到大量的软土地基，在施工以前首先要考虑当地软基的5 第一章绪论特点以及形成原因并进行分析研究，然后结合本工程的特点，选择有效的软基处理方式，这是软基处理施工的关键。2复线路基工程施工方案研究要结合本工程的特点选择一套行之有效的路基施工方案。另外需要注意的是本工程是既有线改造工程，由于新老路基下路基沉降的差异、新老路基强度及刚度的差异、新老路基结合部处理方式的失当以及施工因素的影响都会引起新老路基结合部沉降差异的存在，采取何种有效的措施，保证加宽路基与老路基的整体性，防止新老路基沉降差 异，也将是需要研究的问题。3既有线施工改造的实施既有线施工改造的实施一般有两种方法。一种是利用行车间隙进行施工，另外一种是封闭线路施工――开天窗，本工程将通过对两种方案的比较，选择适合的实施方案。对既有铁路进行改造是提高运能，节约能源，实现铁路现代化的重要手段。由于我国铁路干线运输繁忙，运量和运输组织已近饱和，因此在这种情况下进行改造，存在着两种干扰：一种是施工对运输的干扰：另一种是运输对施工的干扰。本文将仅对工程中运输对施工的干扰进行研究。路基填料的替代材料选择，在工程施工中最好使用河砂， 但实际施工中，往往缺乏河砂，因此不得不考虑使用替代材料一机制山砂，将分析该地区机制山砂是否可以替代河砂。复线施工水害防治，水害防治是每个工程必须重视的问题，因此结合工程实际，对比相似工程，选择合适的防护措施非常必要。1．4．2技术路线通过查阅大量的文献资料，并分析总结现场勘查资料，以解决路基施工、既有线改造过程中出现的各种问题。技术路线流程图如下：6图1．1技术路线流程图7第二章复线路基施工软土地基处理技术研究 第二章复线路基施工软土地基处理技术研究2．1复线软土路基处理方案概述人们运用地基处理技术已经有很长的历史了。地基处理技术可以追溯到两千年前，经过漫长的历史岁月，我国积淀了丰富的地基处理技术。据文字记载，我国在两千年前，就己采用了软土中夯入碎石等压密土层的夯实法，在建筑中经常采用的灰土和三合土的换土垫层法，是我国的传统技术。近50年来，国外的软土地基处理方式也有了突飞猛进的发展，老方法得到改进，新方法不断涌现。在60年代中期开始，从不同的理论出发，分别提出了“加筋法"、“土工聚合物"、“砂井预压’’和“塑料排水带"、“强夯法” 和“振动水冲法”。从提高土的抗拉强度思路中，发展了土的“加筋法"；从如何有利于土的排水和固结这一基本观点出发，发展了土工聚合物、砂井预压和塑料排水带；从如何进行深层密实处理的方法考虑，采用加大击实功能的措施，发展了“强夯法"和“振动水冲法"等。此外在国际上还曾召开了多次软基处理会议，例如1981年6月召开了第十届国际土力学及基础工程会议，1982年在美国召开了第二届土工织物国际会议，1986年在维也纳召开了第三届国际土工织物会议，1983年在赫尔辛基召开了第八届欧洲土力学及基础工程会议。这些会议的召开，形成了不少成果，总结了许多地基处理技 术，而其中更多的是创新，产生了很多新技术、新工艺，比如第八届欧洲土力学及基础工程会议文献中几乎全是有关软土地基处理的课题，包括有原位测试、深层加固、加速土的固结、加筋土、土的稳定以及地基加固的设计和施工等。建国60年来，我国在软土地基处理方面也做了大量的工作，产生了一些新技术、新工艺，并且引进了不少国际上的新技术、新工艺用于工程实践当中。特别是改革开放以来，针对软土地基处理，不同的部门召开了很多全国性的专题会议。比如1979年铁道部召开了强夯加固会议；1980年、1981年交通部召开了以软土地基处理为主题的专题讨论会。自从1981年在上海举行了第一届地基处理讨论会以来，国内已经举行了1l 届地基处理讨论会。2010年1月海南大学在海口承办了第十一届地基处理讨论会。在历次的会议上都将地基处理作为主要的议题，每次会议都产生了很多成果。软土地基的强度低、沉降大的弱点，不能满足建筑物构筑物的强度要求。针对这两个特点，出现了许多具有针对性的软土地基处理方式，按照不同的理论，大致可以分为：1加外力法加外力法是迫使土体内的水分、空隙减小，从而使颗粒的间距减8长安大学硕士学位论文 少，土体的密度增加，最终达到提高土体承载力的效果。这种方法一般常见的方法有：排水固结法、置换法和振密挤密法，三种方法在工程实践中，都有很多种处理方式。排水固结法在工程实践中有堆载预压法、砂井预、袋装砂井法、塑料排水板、井点降水法、真空预压法、电渗预压法，这些方法适用于厚度较大的饱和软粘土地基，但需要进行预压；置换法在工程实际中，常用的方法有振冲置换法、碎石桩法、石灰桩法、强夯置换法、水泥粉煤灰碎石桩法CFG桩，适用于软弱粘土地基；振密、挤密法在工程实践中常用的方法有表层压实法、重锤夯实法、强夯法、振冲挤密法、土桩法、砂桩法、爆破法，适用于部分砂性土、粉土和部分粘性土； 2化学加固法在地基中添加化学添加剂，将土体颗粒胶结在一起，从而使土体的刚度增大，最终达到提高地基承载力的目的。在工程实践中常用的方法有注浆法、深层搅拌法、旋喷法，适用于砂性土，粘性土和湿陷性黄土；3改善地基应力和变形条件此种方法是设法将不均匀的外荷载作用在地基表层，变成均匀的应力分布和应变分布，将地基的受力条件改善，稳定性得到提高，这种方法在工程实践中常用的做法有砂垫层法、拌合土垫层法、反压护坡法，此种方法一般适用于浅层软土、湿陷性黄土；4加筋法通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等减小沉 降，提高地基承载力，这种方法在工程实践中常用的做法有土工聚合物、加筋土土层锚杆、土钉、树根桩法，这种方法一般用于回填土、做挡墙等。结合铁路改造，复线建设，要慎重选择软土地基的处理方式。在选择地基处理方式的时候，要充分考虑到软土地基处理方式对既有线的影响。一般情况，在选择软土地基处理方式的时候要从以下两个方面考虑：1在选择软土地基处理方式的时候，首先要搞好前期勘察设计工作。根据软土岩性特征和物理力学指标，通过比较分析，选取合适的软土路基处理方法。当软土路基不能满足承载力或稳定要求时，这些方法对路基加固是有效的措施，加固的方法参见上述内容。 2根据上述要求，在选择软土地基处理方式的时候，要考虑对既有线的影响，一般情况下，为了避免对既有线的破坏，不考虑使用重锤夯实法、强夯法等软土地基处理措施。2．2依托工程地基处理方案依托工程现场土质为出露于地表的碳酸盐系岩石，在亚热带的湿热气候条件下经过9第二章复线路基施工软土地基处理技术研究风化、淋滤和红土化作用而形成并覆盖于基岩上的一种棕红或褐红或褐黄色的高塑性黏土12¨。主要为第四系的残积、坡积类型，其中以残积为主。红粘土湿度状态的主要特征 为从地表向下土体有逐渐变软的规律。地层上部的红粘土呈现坚硬或者硬塑状，硬塑状态的土占红粘土层的大部分，构成有一定厚度的基础持力层。向下逐渐过渡为可塑、软塑状态，这些土多埋藏在溶沟或溶槽的底部。这种由上至下状态的原因，一方面系地表水向下渗滤过程中，靠近地表部分的水容易蒸发，愈往深部则水愈容易聚集保存下来，另一方面也可能是直接由下卧基岩裂缝水的补给和毛细作用所致。表2．1红粘土按湿度状态分类红粘土因受基岩起伏的影响和风化深度的不同，其厚度变化很大。红粘土中的裂隙普遍发育，主要是竖向的，也有斜交和水平的。它是在湿热交替的气候环境中，由于土 的干缩而形成的。裂隙破坏了土体的完整性，将土体切割成块状，水沿裂隙活动，对红粘土的工程性质非常不利。斜坡或陡坡上的竖向裂隙为土体中的软弱结构面，沿此面可形成崩塌或滑坡。此外，红粘土层中还可能存在由地下水或地表水形成的土洞。【151红粘土的物理性质指标因地区的不同而有所差异，但概括起来其物理力学性质具有下述特点：①明天然状态下红粘土中的水以结合水为主，而自由水较少。②饱和度较大一般有Sr85％，常处于饱和状态；③天然空隙比大e1．1～1．7，密度小； ④塑性指数高；⑤高分散性：⑥抗剪强度高，压缩性低；⑦收缩性明显，失水后强烈收缩，原状土体的线收缩率一般为2．5％～8％，最大可达14．0％。浸水后膨胀性轻微；⑧不具有湿陷性。10长安大学硕士学位论文2．2．1换填施工 本标段软土路基填料根据设计文件优先选用A、B组填料及弱风化红色砂、泥岩。禁止采用全风化红色砂岩、泥岩和D组填料。采用软质岩块石填料时，填筑最大粒径为100"--"150咖，个别不宜大于200inln，小于5Cu16---50，曲率系数Cl～3。表2．2基床以下路堤填筑及压实标准●仆1百，1：J：L●葛●’，^I；；：F―rr删l桩号“。压实度呦结果分析一“’。V吖一1”。…试甯量％酢m3试样g／c干密m3度焉器 从上表可以看出，换填后路基压实度满足设计要求。第二章复线路基施工软土地基处理技术研究2．2．2碾压片石施工1工艺要点与技术措旅①施工前先进行抛填深度，下卧层横坡探测，确定施工方案。②抛填先从地基中部开始，中部向前突进后再渐次向两侧扩展，以使淤泥向两旁挤出。当淤泥下卧层有较大横坡时，抛石应从高的一侧向低的一侧扩展，并在低的一侧多抛一些。⑨片石采用不易风化的石料，片石块径不小于30era，片石强度应满足设计要求。④ 抛填片石露出水面0．Sm后，用较小石块填塞垫平，采用重型碾压机械反复碾压至密实，压实密度应满足设计要求。⑤按设计要求铺设碎石垫层和砂砾石垫层。2质量标准抛石挤淤质量标准见表。表2．5抛石挤淤施工表2．2．3水泥搅拌桩施工CFG桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水搅拌形成的高粘结强度桩，与碎石桩相比，CFG桩复合地基可通过增加桩长或打至坚硬土层来提高地基承载力，且其具有沉降量小，沉降稳定快等优点。 建筑CFG桩复合地基试验研究是建设部七五计划课题，于1988年立项进行试验研究，其成果于1992年由建设部组织鉴定，1994年被建设部、国家科委列为国家级全国重点推广项目。1997年被列为国家级工法，现已列入国家行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002。[10l地基沉降控制试验研究》在上海安亭试验工点进行了CFG桩复合地基试验并取得了一系列研究成果。武广客运专线、沿海铁路等均采用CFG桩处理土质地基，其设计计算方法依据为《建筑地基处理技术规范》。广深线采用CFG桩处理涵洞基础、京津城际线在CFG桩顶设置C30钢筋混凝土板的结构型式均可归于刚性基础范畴。【ll】 12在进行水泥搅拌桩施工时，首先根据设计选用固化剂和外加剂，一般情况下固化剂常采用325号以上普通硅酸盐水泥作为固化剂，掺入量根据设计要求而定，一般控制在剂按设计要求可选用木质素磺酸钙、石膏、氯化纳、氯化钙、硫酸纳，可按设计要求掺入一定量的粉煤灰。为了确保水泥搅拌桩的质量，施工前现场取样做室内配合比试验，按照设计要求通过试验确定固化剂用量、水灰比和外加剂用量，要求拌和的灰土早期强度高、龄期强度满足设计要求，配置的灰浆要流动性好、不离析、便于泵送、喷搅。通过试验了解强度 的增长和龄期关系，便于施工安排。施工前要求清理场地，并做好施工机械进、出场地及材料运输的道路；施工场地清理后即进行定位测量，确定定位轴线，随后分段放设井位桩，根据浆体喷射搅拌桩布置范围及间距，在现场采用小木桩或竹片桩准确定出每个桩位置。定位前，对每井位进行编号，以免桩号混乱，防止偏位或漏打。定出桩位确定标高以便控制好搅拌桩的设计深度。为控制桩入土深度，在搅拌机架上划出标尺，以确保桩底标高符合设计要求。搅拌机到达指定桩位，对中，桩位偏差不得大于50nun。使搅拌机基本垂直于地面，要注意平整度和导向架垂直度，偏差不得超过l％。 启动搅拌机电机，搅拌头在原地搅拌l～3rain待搅拌头转速正常后放松起吊钢丝绳，使搅拌头沿导向架边搅边下沉，下沉速度由电气控制装置的电流监测表控制，工作电流不应大于额定值70A，一般不超过0．5"---0．6m／min。下沉时不宜冲水，当遇到较硬13第二章复线路基施工软土地基处理技术研究土层下沉较慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水对成桩强度的影响，此时应适当调整配合比和适当减少用水量。记录员按规定的表式填写下沉速度、深度和相关的技术参数。在搅拌头下沉同时，后台拌制固化浆液，浆液要搅拌均匀，加筛过滤，现制现用， 不得停放过久，在压浆前按配合比拌匀后到入集料斗。在预拌浆液前，水泥要过筛。砂浆稠度为8至12cm。记录员按规定表式填写拌制固化剂的配合比等技术参数。m。待浆液到搅拌头下沉到达设计深度标高后，开启灰浆泵，泵送距离宜小于50达喷浆口，再按规定的提升速度边喷浆边提升搅拌头，使浆液和土体充分拌和直至设计顶面标高加预留量。在成桩过程中，凡由于电压过低或其他原因造成停机，使成桩工艺中断的，在搅拌机重新启动后，将搅拌叶再搅拌下沉0．5m后再继续成桩。搅拌头喷浆 提升的速度和次数必须符合施工工艺的要求。记录员按规定表式记录喷浆每米提升速度m／s，深度记录误差不得大于50mm，时间记录误差不得大于5J，施工中发现的问题及处理情况均应注明。搅拌头喷浆提升至设计顶面标高加预留量时，关闭灰浆泵，搅拌头重复下沉或按设计要求在桩顶下局部部位重复下沉、提升、拌和一次，此时集料斗中浆液正好排空。为使原土和固化剂搅拌均匀，也可再次将搅拌头边旋边进入土中直到设计深度后，再边旋边提升提出地面。记录员按实际情况作出记录，并注明注入的固化剂用量。在施工前必须取得具有资质试验室的固化土及其配合比试验并提供配合比和检测报告。 浆液倒入集料斗时要加筛过滤。为防止泥浆离析，可在灰浆机中不断搅动，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续，随时检查浆液比重。搅拌下沉不应冲水，当必须冲水下沉的桩，喷浆提升前要将输水管中的水排净。各类管线接头必须扎紧，防止滑水漏浆。每日完工须做清洗，如发生故障停机超过半小时，要拆卸管路，排除灰浆，全面清洗。检查和抽查固化剂的拌制质量，记录各类技术参数，主要技术参数有：每根桩的固化剂、外掺剂用量，深层搅拌机下沉、上提速度，电流电压读数，下沉深度，注浆泵压 力和流量，成桩周期时间等。发生供浆中断时，应立即查明原因，研究处理办法并实施。重新起动搅拌间隔不宜超过10"--"16h，并将搅拌头沉入已拌土层半米后再继续搅拌，若超过允许时隔，须采用适宜的补救措施。为了确保搅拌桩质量，成桩后7天内，采用轻型动力触探N10检查桩的质量，并14长安大学硕士学位论文按设计要求取试件做无侧限抗压强度试验。表2．6钻孔取芯回次记录表从钻孔取芯记录情况看，236．A桩钻进深度为10．8m，芯样连续，、完整性，胶结 情况较好，表面光滑，断口基本吻合，芯样基本呈柱状，骨料大小分布均匀，不存在气孔、蜂窝麻面现象，但存在两处轻度夹泥，其一处在距桩顶8．20"-"8．25m；另一处在距m。桩顶9．65""9．76表2．7芯样试验选取从上表可以看出，桩体上、中和下位置的抗压强度分别为25．6、26．2和27．2MPa，整桩平均抗压强度为26．3MPa，其抗压强度满足强度等级C20的设计要求。15第三章复线路基施工技术第三章复线路基施工技术 3．1复线路基工程施工方案研究复线铁路在路堑、路堤施工过程中，填料选择要充分的利用施工地点的资源，考虑造价、环境、工程质量等方面的原因；另外在施工的过程中，要充分考虑差异沉降的控制，编制相应的施工方案。3．1．1填料选择国内外土的工程分类法可归纳成以下两大体系[41。1美国最早提出土的联合分类系统，通常称为“统一分类法"，是目前公认的较为完善的分类方法，该方法主要根据土的粒径大小、颗粒级配、细粒含量、相邻粒组含量以及塑性指标塑性指数、液限 进行划分。首先考虑粒组的主要成分，然后用颗粒级配、细粒含量和塑性等反映土性的指标加以描述，之后清晰地反映在定名里，同时用明确的标准符号表达出来。它主要适用于路堤、土坝和建筑工程的地基土分类。2以前苏联为主的“粒度成分法”，通常称为“粒径累积法”，根据土类的土的粒径大小和塑性指数进行划分。该分类法依据单一，不能很好地反映土性，对于细粒土来说，只使用单一塑性指数指标来定名，没有考虑到液限对土性的显著影响，如塑性指数相同时，液限越高，土压缩性越大，容易引起路基下沉过大或发生翻浆冒泥等路基病ti，舌。 这两个分类体系在我国不同的工程部门的标准中均有体现，见表3．1。从表可以看出，世界各国基本上采用“统一分类法”体系，我国除建设部和铁道部以外，其它部门也都使用“统一分类法"。表3．1国内外采用的分类体系规范所属国家及部门规范名称规范制定时间分类体系ASTMD2487-69．OO美国1969年制定、1983年修改统一分类英国BSCS．5930．1981 1968年制定、1981年修改统一分类德国DIN．18196-70．881966年制定、1970年修改统一分类国外1969年公布草案、1972年通．．日本JOSCS．72统一分类过粒度成分、苏联CNMNII-15―741974年正式公布 塑性指数16长安大学硕士学位论文无论是“统一分类法"还是“粒径累积法"，都认为土的粒径大小和塑性是影响土强度的重要指标，颗粒越大、透水性越好，塑性指数越小，强度也越高。因此，分类时首先将土按粒径大小依次分段划组，原则上每一组内的土性基本接近，随着粒径变细，粒组范围应越来越小。美国麻省理工学院曾提出用“2”字打头划分粗粒界线，如块石和碎石用200mm划分，碎石和砾用20mm划分，砾和砂用2nlnl划分，该划分方法已 被许多国家所接受并逐渐在各种规范中得到应用。经过一段时间的使用后，认识到卵石从200mm到20mm粒径范围太大，因此将卵石粒径范围改为200mm到60mill，见表3．2。除个别国家外，国内外有关规范的粒组界限已基本趋于统一。表3．2国内外有关规范的粒组界限铁道部TBl0077．2001200加20．0750∞5999200∞20．074O∞2水利部SL237．1中国交通部JTJ051．93200∞20．0740∞2200加20．075O∞5 建设部GB50007．2002国标GBJl45．90200∞20．0750∞5AASHTO7820．05302美国ASTM694J50．0740∞∞5300乃两俺4J50．075ASTMD2487―200017第三章复线路基施工技术 土的粒径级配是控制土性的又一重要指标，土的级配状况是依据土的粒径级配曲线，确定不均匀系数Cu和曲率系数Cc进行区分的，当Cu_5，Cc1～3时，属良好级配；此时，土中细颗粒可充填粗颗粒间的孔隙，使之密实。如Cu5或者Cc不在1--3之间，表示土粒级配范围窄或级配曲线不连续、呈台阶状，属于不良级配，此时土中孔隙大，难于压实。各国土的颗粒级配划分标准见表【5J。表3．3各国级配标准的划分级配不好国家规范名称级配好均等粒度台阶式粒度 水利部SL237．1999C注5，Ccl～31．93交通部JTJ05C注5，C产1~3不能同时满足中国建设部GB50007-2002Ct乏_5，Cfl一3左侧条件铁道部TBl0001．99C庀5，Ccl~3国标GBJl45．90Ctr__5，Ccl,--3砾粒土Ctr24，1雯c叠 美国ASTM-D2487-00砂粒土Ctr-2_6．19构不能同时满足砾粒土Cu乏．4，1嘞q左侧条件美国ASTM―D2487-69砂粒土Ct乏．6．1璺：c≮918长安大学硕士学位论文 实践经验证明，土中细粒的含量和成份会改变土的性质，如：定名为碎石土，理应具有松散状、透水性好，堆筑的边坡较陡等优点，但如果该土含粉粒或粘粒超过一定的比例，则会变成透水性不好的土，其抗剪强度也会变成由细颗粒控制，石质路堤就变成了土质路堤。大量试验分析表明，细粒小于土总重的5％时，在土粒中起不到填充作用，所以在定名时可不予考虑；当细粒含量在50／o,-,15％时，它填充颗粒间的部分空隙，使土的透水性、压实性有所改变；而当细粒含量超过15％时，大部分粗颗粒不再起骨架作用，土的性质变成由充填物细颗粒控制。表3．4中汇总了各国细粒含量的划分情况，从表中可以看出，我国现行铁路'