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1、高速铁路软土地基加固与处理技术,高速铁路路基的地基条件 作为支承路堤的地基不允许发生基底破坏，也不允许发生不能满足适合使用要求的过大工后沉降和沉降速率。,高速铁路软土地基加固与处理技术,日本规定对支撑高速铁路路基的地基提出了强度要求。对不符合强度要求的地基要采取加固和减少工后沉降的措施。许多国家对路堤(尤其是低路堤)的基底相应提出了强度和土质的要求，不符合要求者均要采取措施进行加固处理。,高速铁路软土地基加固与处理技术,高速铁路软土地基加固与处理技术,*重载铁路 *准高速铁路*高速铁路地基满足标的要求时，一般不作沉降检算。但是，对于黏性土地基，则应根据路堤高度作工后沉降量计算。路堤建成后铺设无
2、缝轨道时，路基其工后沉降量超过允许值(一般地段不应大于5 cm，沉降速率应小于2cm/年，桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于3 cm)时，需采取加固措施。,高速铁路软土地基加固与处理技术,高速铁路软土地基加固与处理技术,前提： 地基处理的目的、加固原理、施工程序、技术要求、质量标准和检测方法,高速铁路软土地基加固与处理技术,铁路系统常用的地基处理方法浅层处理：换填法，抛石挤淤法、砂垫层法、土工合成材料（土工格栅、土工格室）垫层法。排水固结法：袋装砂井、砂井、塑料排水板 堆载预压、真空预压、井点降水复合地基：水泥搅拌桩、粉喷桩、旋喷桩、砂桩、碎石桩强夯：强夯置换,高速铁路软土地基加固与处理技术
3、,高速铁路路基的地基条件不允许发生发生基底破坏，也不允许发生过大的工后沉降和沉降速率。以往只对基底强度作要求，不允许地基破坏，对地基变形未重视。提速后的铁路路基病害，大部分为地基变形所致。高速铁路路基的设计理念正由强度设计向变形控制设计转变高速铁路路基地基，强度和刚度要求并重。,高速铁路软土地基加固与处理技术,日本东海道新干线：工后沉降小于10cm*铁路：工后沉降小于30cm*准高速铁路：工后沉降小于20cm秦沈客运专线：工后沉降小于15cm*高速铁路：工后沉降小于5cm,高速铁路软土地基加固与处理技术,地基处理方法的选择软土层厚度小于3米时，浅层处理。一般路基，软土层较厚，排水固结法。路桥过
4、渡段：复合地基松软地基、液化地基：软土地基厚，施工受地域影响，采用粉喷桩。,高速铁路软土地基加固与处理技术,浅层处理法：1、换填法（1）加固原理：根据土中附加应力的分布规律、让垫层承受上部较大的应力，软弱土层承受较小的应力。（2）作用： 提高持力层承载力；减少沉降量；加速软土层的排水固结；防止冻胀；消除膨胀土的胀缩作用。,高速铁路软土地基加固与处理技术,（3）要求宽度；填料与压实标准（4）检验方法：压实系数、地基系数。2、抛石挤淤法石料要求、抛填顺序；检验方法。3、砂垫层法（含反滤层）4、土工合成材料垫层*搭接问题；多层铺设；砂垫层要求；压实问题,高速铁路软土地基加固与处理技术,排水固结法：原
5、理：孔隙水排出，孔隙体积减小，地基产生固结变形。目的：解决沉降与稳定问题组成： 排水系统： 水平排水体：砂垫层 竖向排水体：砂井、袋装砂井、塑料排水板加压系统：堆载法、真空预压法、降水法、电 渗法、联合法,高速铁路软土地基加固与处理技术,设计方法堆载预压设计分级加载：当前期荷载增加到足以承受下级荷载时。利用天然地基土抗剪强度计算第一级允许荷载P1计算第一级荷载下地基强度增长值Cu1计算P1作用下达到所需固结度所需时间t1根据Cu1计算施加的第二级荷载P2=5.52Cu1/K依此类推计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量，确定预压时间。,高速铁路软土地基加固与处理技术,砂井排水固结设计
6、砂井设计 直径和间距；深度；排列方式；布置范 围；砂料砂井地基固结度设计太沙基一维固结理论地基稳定分析：瑞典条分法沉降计算：分层总和法,高速铁路软土地基加固与处理技术,施工方法袋装砂井：设备：履带式双管砂井机；门架式袋装砂井机； 井架式袋装砂井机材料：砂袋聚乙烯、聚丙烯、聚酯施工顺序：清理场地：开挖排水沟，清表填筑土拱坡：设计路幅宽度范围内回填至高出原地面20cm，以4%横坡形成拱，碾压密实。填筑砂垫层：均匀、等厚,高速铁路软土地基加固与处理技术,机具定位打设套管孔口检查起吊，下砂袋坝套管检查砂井入土深度质量控制：砂料质量及含泥量套管长度与直径，桩尖活门开启情况灌砂的饱满度垂直度砂袋的外露长度
7、,2)操作要点 (1)排水坡及排水砂垫层的设置 首先清除加固范围内地表的草皮及其它杂物，再将地表构筑成坡度不少于3%的路拱，并满足密实度要求。 严格把握砂子进料关，按设计要求铺设均匀等厚的排水砂垫层。,(2)主要材料选定 砂袋:采用透水性、耐水性、韧性强的聚丙烯编织布制作，长度比设计井深长200cm。砂料:选用渗水率高的干燥中粗砂，含泥量3% .(3)机具定位 根据袋装砂井布置范围及间距，用竹板桩准确定位每个砂井位置，机具定位时保证桩锤中心与地面定位在同一个点上，并用经纬仪控制桩锤导向架垂直度。,(4)安设套管及桩尖 套管选用根据砂井直径而定，不可太小，也不可太大，并在套管上刻画出控制标高的刻
8、度线。 活瓣式桩尖固定在套管上作为一个整体，套管定位利用起吊设备将其吊起，上端送入桩帽内，下端用人扶住准确安插在定位点上。,5)套管打入 当套管吊起定位后即可开锤施打，开始时落锤要轻缓，防止套管突然倾斜，套管入土深度距设计深度2m时，控制锤击频率，防止超深。 (6)运、下砂袋 砂袋运输采用特制车辆，严禁在地上拖拉。 下砂袋将整个砂袋吊起，从端部放入套管口，缓慢顺直放入，防止砂袋扭曲和砂袋破损。,(7)拔出套管 拔管时应先启动激振器，后提升套管，要连续缓慢进行，中途不得放松吊绳，防止因套管下坠损坏砂袋，当带出长度大于0. 5m时重新补打。 (8)袋头处理 套管拔出后，砂袋应露出孔口30cm以上，
9、并将其垂直埋入砂垫层中，若砂袋不满，及时向袋内灌砂补到足够为止。,5、施工中常见故障处理 1)在打入套管成孔过程中，如连续出现打入深度超过设计深度时，要更换较轻振动锤。 2)下砂袋时，必须保证砂袋到达套管底部，如出现砂袋下不去的情况，可能是管内进入杂物，要拔出套管，检查桩尖活门，排除管内杂物。,高速铁路软土地基加固与处理技术,塑料排水板施工顺序：装靴定位插设上拔切断移位,复合地基,1、定义由两种刚度（模量）不同的材料（桩体与桩间土）所组成，在相对刚性基础上两者共同分担上部荷载，并协调变形的地基。2、分类桩体按成桩采用的材料分为：散体土类桩：碎石桩、砂桩；水泥土类桩：水泥搅拌桩、粉喷桩、旋喷桩混
10、凝土类桩：CFG桩,复合地基,按成桩后桩体的强度分：柔性桩：散体土类桩半刚性桩：水泥土类桩刚性桩：混凝土类桩3、复合地基的作用机理桩体作用垫层作用：桩土复合地基垫层加速固结作用 碎石桩，砂桩具有良好的透水性，加速地基固结。水泥土类桩与混凝土类桩也可加速地基固结。挤密作用 砂桩、碎石桩施工过程中由于振动，挤压，排土作用等原因，使桩间土起到一定的密实作用。,复合地基,加筋作用 复合地基提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。4、复合地基的破坏模式刺入破坏混凝土类桩鼓胀破坏碎石桩整体剪切破坏滑动破坏5、应力特性、承载力与变形特性桩土应力比复合地基承载力复合地基,复合地基,6、粉喷桩 6.1特点 通过
11、特殊装置将压缩空气和粉体固化材料，经过高压软管和搅拌轴送到搅拌叶片的喷嘴喷出。借助叶片的旋转，在叶片的背后产生孔隙，安装在叶片背后的喷嘴将压缩空气连同粉体固化材料一起喷出，混合气体在孔隙中压力急剧降低，使固化材料黏附在旋转产生孔隙的土中，转到半周另一叶片将土和粉体固化材料搅拌混合在一起。,复合地基,6.2 施工工具搅拌主机，粉体固化材料供给机，空气压缩机，搅拌翼，动力部分。6.3 施工工序开工钻孔对位钻孔至设计深度打开送料阀门，关闭送气阀门，喷粉。确认粉到达桩底，提升钻头，继续喷粉。提升至设计标高，停止喷粉。打开送气阀，关闭送料阀，空压机不停，搅拌钻头升至桩顶，停止提升，转2min。在钻至复搅
12、深度，反钻提升，复搅。提升至地面，停主电机，空压机,复合地基,6.4操作要点试桩不少于2根，确定施工参数：钻进速度，提升速度，搅拌速度，其流量，空气压力。必须钻到设计深度。复搅时（停止喷粉），重叠长度不小于1米。,复合地基,7、水泥搅拌桩7.1 施工程序钻机就位预搅下沉按设计确定的配合比，制备水泥浆提升、喷浆、搅拌重复上、下搅拌清洗移位,复合地基,7.2施工注意事项在顶端0.30.5m时，上覆压力较小，搅拌质量较差，场地整平标高应比设计标高高出0.30.5m。制桩到地面，然后将上部0.30.5m差的桩段挖去。垂直度偏差1.5% ，桩径偏差4%。试桩，确定施工参数。浆液不得离析，泵送应连续。搅拌
13、下沉不易水冲。因故停浆，搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，恢复后喷浆提升。,复合地基,8、挤密砂桩 将砂桩打入软土地基，使密实的砂柱体挤密软弱土层，形成复合地基。有外荷载作用时，应力向砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应减小。根据我国在淤泥质粘土上打桩前后的荷载试验，其沉降量可比天然地基减小2030，因而适用于对沉降要求较严的工程。同时，砂桩与砂井一样，在土中形成排水通路，能加速地基土固结沉降的速率，改善地基的整体稳定性，提高地基的承载力。,复合地基,挤密砂桩采用中、粗混合砂料，含泥量不得大于5，也可用砂与角砾的混合料。设计规则规定，灌砂要密实，灌砂率不应小于90砂桩直径根据置换率要
14、求以及施工机械、成桩方法等综合因素考虑，宜用较大直径。我国目前常用30cm，最大5070cm，国外多用6080cm，最大可达150200cm。桩在平面上布置成三角形或正方形；桩长不应小于危险滑弧的深度；对于厚度不大的软土，桩长应穿透软弱层。砂桩顶面应铺以砂垫层以利排水。,砂桩适用于松散砂土、人工填土、粉土或杂填土等地基，可以提高地基的强度，减少地基的压缩性，或提高地基的抗震能力，防止饱和软弱土地基液化。砂桩适用于松散砂土、人工填土、粉土或杂填土等地基，可以提高地基的强度，减少地基的压缩性，或提高地基的抗震能力，防止饱和软弱土地基液化。 成桩方法有振动沉管法和锤击成桩法。振动沉管法是使用振动打桩
15、机将桩管沉人土层中，并振动挤密砂填料。锤击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管引入土层中，并用内管夯击密实砂填料，实际上这也就是碎石桩的沉管法。,(1)材料选择砂桩的填料宜用级配较好的中粗砂，也可用砾砂。对于饱和软粘土，因为原地基较软弱，侧限不大，为了利于成桩应选用级配好、强度高的砂砾混合料；填料中最大颗粒尺寸由桩管直径和桩尖的构造决定，以能顺利出料为宜，但最大不应超过50cm。 关于材料的含水量：在饱和土中施工时，砂的含水量宜采用饱和状态；在非饱和且能形成直立桩孔孔壁的土层中用捣实法施工时，含水量采用79。,(2)施工顺序 施工时应注意打桩先后位置次序：为使砂桩进展顺利，挤密砂桩宜从路之一侧向
16、另一侧施打，或由中心向两边施打。从道路纵向而言，宜从道路一端向另一端施打，避免由两端向中间施打，以减少挤密砂桩施工的困难。(3)施工机械 砂桩机械通常包括桩机架、桩管及桩尖、提升装置、挤密装置(振动锤或冲击锤)、上料设备及检测装置等。高能量的振动砂石桩机配有高压空气或水的喷射装置，同时还配有自动记录桩管贯人深度、提升量、压人量、管内砂石位置及变化以及电机电流变化等的检测装置。,一次拔管法施工工艺 首先，用振动沉桩机将安有活瓣式或脱离式管靴的导管，在规定的桩孔位置垂直就位；然后，将桩管沉入软土层中，并达到设计高程(略深一个桩靴的深度)；之后，用装砂漏斗或采用空压机将砂灌入导管；灌满之后，封闭管口，通入压缩空气或者加入水，缓慢提起导管直到地面，再拔管的同时边振动边输入压缩空气(或水)使活动瓣门开启(或脱离式桩靴离开导管)，桩管中的砂通过压缩空气的力量或水的作用落人孔中，形成砂桩。,逐次拔管法 、施工工艺 首先，将带有桩靴的导管在规定的位置垂直就位；然后，将桩管沉入软土到设计高程；之后，用料斗向导管内灌装砂子；灌满之后，在振动以及向导管输送压缩空气的条件下，边振动边将导管拔起一定高度，停止拔
