高速铁路地基加固技术.docx

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高速铁路地基加固技术

摘要

我国地域辽阔，幅员广大，自然地理环境不同，土质各异，地基条件区域性较强。

随着当前经济建设的蓬勃发展，有时不得不在地质条件不好的地方从事建设。

因此，就需对天然软弱地基进行加固。

高速铁路是20世纪交通运输领域的重大成果，是一个专业面极广，技术先进成熟的庞大系统工程，是人类的共同财富。

而地基作为路基支承，绝不允许发生基底破坏，也不允许发生过大的工后沉降和沉降速率。

对支承高速铁路路基的地基来说，除了强度要求外，还有变形条件和抗震要求。

因此，高速铁路对地基要求相应较高。

目前，国内外地基加固方法众多，很多方法还在不断发展和完善中。

每一种处理方法都有它的适用范围和局限性，因而选用某一种地基加固方法时，一定要根据地基土质条件、工程要求、工期、造价、料源、施工机械设备条件等因素综合分析后确定。

本设计综合国内外现行的各种地基加固方法，结合地下建筑工程，交通运输等个专业内容进行设计。

通过查阅各种科技文献，参考专业资料，本设计对地基加固技术进行了专业，透彻的分析，系统的阐述了高速铁路地基加固技术的基本知识和基本原理。

关键词：

安全荷载计算地基加固

Abstract

China'svastterritoryandvast,geographicaldifferences,differentsoil,thestrongfoundationofregionalconditions.Withthecurrentvigorousdevelopmentofeconomicconstruction,andsometimeshadtogeologicalconditionsinpoorareasinthebuilding.Therefore,theneedfornaturalweakfoundationreinforcement.

High-speedrailwaytransportinthe20thcenturythemajorachievementsofthearea,isaprofessionalfaceawideandadvancedtechnology,maturehugeproject,isthecommonwealthofmankind.Thefoundationsupportedasaroadbed,inthebasementmustnotbeallowedtodestroy,orallowtoomuchinthepost-settlementandsettlementrate.Supportinghigh-speedrailwayroadbedontheground,apartfromthestrengthofdemand,thereareanti-seismicdeformationconditionsandrequirements.Therefore,high-speedrailwaydemandsonhigherground.

Atpresent,domesticandforeignfoundationstrengtheningmanyways,arestillmanywaystocontinuetodevelopandimprovein.Eachapproachhasitsscopeandlimitations,thuschooseacertainkindoffoundationstrengtheningmethods,thefoundationmustbebasedonsoilconditions,engineeringrequirements,Time,cost,sourcematerials,constructionmachineryandequipmentconditionsandotherfactorscomprehensiveanalysisDetermined.

Theintegrateddesignofthevariousdomesticandforeignfoundationstrengtheningtheexistingmethodofundergroundconstruction,transportation,andotherprofessionalcontentdesign.Availablethroughvariousscientificliterature,informationandprofessionalinformation,thetechnicaldesignofthefoundationstrengtheningaprofessional,thoroughanalysis,thesystem'shigh-speedrailwayonthefoundationstrengtheningthebasictechnicalknowledgeandbasicprinciples.

Keywords:

securityloadcalculationfoundationstrengthening

目录

第1章绪论........................................................................................................................1

1.1课题研究的目的意义.............................................................................................1

1.2国内外研究现状.....................................................................................................2

1.3课题研究方法.........................................................................................................3

第1章高速铁路路基荷载基本理论和计算方法...............................................................4

2.1基本理论.................................................................................................................4

2.2静荷载计算方法.....................................................................................................5

2.3动荷载计算方法.....................................................................................................8

第3章地基加固方案.......................................................................................................12

3.1软土地基加固........................................................................................................13

3.1.1软土的工程性质..................................................................................................13

3.1.2软土地基加固措施.............................................................................................16

3.2盐渍土地基加固....................................................................................................20

3.2.1盐渍土的工程性质...........................................................................................21

3.2.2盐渍土地基的设计施工与加固.......................................................................24

3.3其他常见土质地基加固........................................................................................27

第4章工程实例..................................................................................................................32

4.1秦沈客运专线路基新技术....................................................................................32

4.2各提速铁路地基加固措施....................................................................................37

参考文献...............................................................................................................................42

致谢.......................................................................................................................................43

附录.......................................................................................................................................44

第1章绪论

1.1课题研究的目的意义

1　水泥土搅拌法加固机理

水泥土搅拌法是用于加固饱和软基的一种新技术,它是用

水泥、粉煤灰等作为固化剂,通过特制的机械,在地基深处将软土

和固化剂强制搅拌,由固化剂和软土之间产生一系列物理—化

学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加

固土,从而提高地基强度和增大变形模量,形成优质地基。

该地

基不同于钻孔桩、打入桩地基,为复合型地基。

2　施工中注意事项

2.1　在沿海地区用水泥土搅拌法加固深层软土地基,必须确定地下水的侵蚀类别,经试验,用普通水泥拌制的水泥土受硫酸盐溶液侵蚀会出现结晶性开裂、崩坏、丧失强度,选用抗硫酸盐侵蚀水泥,使水泥中产生的结晶膨胀物质控制在一定数量范围内,则可大大提高水泥土的抗侵蚀性能。

2.2　为保证桩端施工质量,当浆液达到出浆口后,喷浆底座30秒,使浆液完全到达桩端。

特别是设计中考虑桩端承载力时,该点尤为重要。

2.3　搅拌机喷浆提升速度和次数必须符合施工工艺的要求,要有专人记录搅拌每米下沉和提升的时间。

深度记录误差≯100mm,时间记录误差≯5s。

2.4　基坑开挖时,要注意保护桩头质量,在基底标高以上0.3m宜采用人工开挖.

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

世界上第一条铁路于1825年诞生于英国,至今已有180多年。

在那以前地面的交通运输工具主要就是马车。

与马车相比,火车运量大,速度快,具有明显优越性,因而得到迅速发展。

１９世纪末到二十世纪初是铁路大发展的时期。

作为一种新兴的运输方式，铁路运输具有集中，大宗，便捷，安全，全天候的优势，对于西方资本主义经济的发展是功不可没的。

随着经济的迅速发展，科技的不断提高，传统铁路已不能满足社会发展的需求。

２０世纪６０年代以来，高速铁路在世界发达国家崛起。

百年铁路重振雄风，传统铁路再展新姿。

铁路发展进入了一个崭新的阶段。

高速铁路的蓬勃发展，在世界范围内引发了一场深刻的交通革命。

高速铁路因为具有安全性高，能耗少，效益好等一系列技术经济优势而发展迅速，但也有许多问题是不容我们忽视的，地基加固便是其中的一个重要方面。

现代铁路修筑经验表明，作为支乘路基的地基不允许发生基底破坏，也不允许发生过大的工后沉降和沉降速率。

以往的铁路设计标准，只考虑对基底强度作要求，即不允许发生基底破坏，而对其变形的要求没有给予重视。

日本东海道新干线建成后，由于软土地基沉降造成轨道状态不良，不能达到设计速度和运量的要求。

在吸取了东海道新干线经验教训后，日本对支乘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或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。

前联邦德国在地基条件差的地方修建新线路基时，采取了各种加固措施，如振动捣固，混凝土喷浆，化学加固，砂浆或排水管构筑，土层加固，更换土层等。

１.２.２　国内研究现状

我国铁路长期以来一直是各种运输方式的骨干。

直到２０世纪５０年代初期，铁路运输还是卖方市场，买票难，乘车难。

９０年代以来，各地纷纷建设高速公路，几乎所有的高速公路都与铁路平行，民航事业也飞快发展，铁路事业一度陷入低谷。

究其原因，铁路速度太慢是原因之一。

１９９５年，铁道部领导决定，在既有线上在不做大的改造的条件下进行普遍提速，并逐步发展建设高速铁路。

自从２０世纪６０年代，世界上第一条高速铁路开通运营以来，世界上已有近１０个国家的３１万多公里各种类型的高速铁路投入运营。

多数国家的高速铁路都取得了良好的社会和经济效益。

在铁路运输业，尤其是客运业很不景气的时候，给新兴铁路注入了一剂强心针。

我国更是提出了建设京沪高速铁路的计划。

京沪高速铁路沿线地区包括北京，上海，天津三个直辖市以及河北，山东，安徽，江苏等省份，沿线地形复杂，地基加固便显得尤其重要。

我国铁路路基主要病害是路基下沉。

除因填土压实度不足造成外，还有不少是因基底变形所致的。

对支乘高速铁路路基的地基来说，除了强度要求外，还有变形条件要求。

此外，即使发生地震，也不致发生破坏和下沉。

为确保上部轨道结构的平衡性，减少养护维修工作量，高速铁路必须严格控制沉降变形。

因此，对地基的要求相应较高。

根据日本，法国及德国的经验，满足高速铁路的轨道平顺性，除要严格控制路基的均匀沉降外，不均匀沉降更为关键。

路基与桥台及路基与横向结构物过渡段地层变化较大处和不同地基处理措施连接处，是不均匀沉降容易产生的常见部位。

故在地基处理和路堤设计中应采取逐渐过渡的方法，减少不均匀沉降，以满足轨道平顺性要求。

建国以来，我国在地基工程的建设上取得了难能可贵的成绩，特别是对特殊土地基，以及各种复杂地形，地质，气候条件下的地基。

无论在科研，工程实践水平，测试技术上都有很大发展和提高，积累了丰富的经验。

随着我国高速铁路，重载铁路和大运量铁路的兴建，对铁路地基工程的质量和标准提出了新的要求。

虽然过去５０年来地基工程取得了很大成绩，但为了适应上述要求，还存在着一些必须重视，急待解决的问题。

首先是地基施工必须满足技术标准要求的问题，尤其是基床直接受动荷载和季节循环的影响，并与轨道结构相互作用。

没有稳定可靠的基床，轨道强度再高，也不能适应运量增长的要求。

所以，在施工时就要严格把关，对基床土质和密度加强检测，健全施工管理制度。

地基质量问题已逐渐被人们认识和重视，根据运输发展的紧张趋势，提高客货列车速度和增大运量，已成为提高运输质量的主要目标。

因此。

只有保证施工质量，才能改变地基在铁路工程结构中历来是最薄弱环节的现状。

其次，应继续组织地基科研工作，如抗滑支挡工程中，黏性土抗滑桩中桩上荷载的研究；软土地基加固措施及设计计算方法的研究，运筹管理原则在施工中的应用；养护工作中处理基床病害的新材料，新技术的开发等。

借鉴国外高速铁路经验，为了满足京沪高速铁路设计速度的要求，必须严格控制路基的工后沉降量。

规定有碴轨道路基工后沉降量一般地段不大于５cm.桥台与台尾路堤的沉降不同，将造成轨道不平顺，导致轮轨动力作用加剧，因而影响轨道结构的稳定，影响列车高速安全，舒适运行。

因此对台尾过渡段工后沉降量控制较一般地段更为严格，要求工后沉降量不大于3cm。

因为沉降速率过快，即在短时间内沉降过大，会造成维修困难而危及行车安全。

同时，维修量加大，会影响线路的通过能力，故还规定了年工后沉降速率应小于2cm。

目前，国内外对地基处理方法名目繁多。

本设计只针对几种常用加固方法加以简单介绍，并列出工程实例，使自己对高速铁路地基加固技术有一个整体认识。

1.3课题研究方法

212　布设桩位根据设计加固范围绘制桩位平面布置图,在图上定出桩位并将每桩桩号标于其上。

“桩号”主要指桩所在的排数及位数,如12-5,意为此桩为第12排（自左向右）的第5根桩（从小里程往大里程）。

测量班根据加固范围先定出控制桩,再按设计要求定出桩位,将桩号标在桩上。

通过图纸及现场桩位双重布控,确保桩体对号入座,施工现场情况也能得到及时反馈,避免漏打、重打。

213　试验桩

试验桩主要检验设计的桩径及桩距等能否满足施工要求,确定桩体密实电流、留振时间及填料量等施工技术参数。

桩体呈梅花型布置的试验桩为7根,呈矩形布置的试验桩为9根。

3　加固效果检验

加固效果检验在成桩28d后进行,内容有桩身密实度、桩间土强度和复合地基强度。

（1）桩身密实度检验采用重型动力触探法,检验数量不少于总桩数的5%;单桩平均击数不小于设计击数为合格（设计击数不小于7击/100mm）。

小于设计击数的连续长度不大于500mm,累计长度不大于桩长的15%。

最小击数不少于计击数的70%。

合格的桩数不应低于90%,如低于90%,再抽检总桩数的5%,如合格率仍不超过90%,则应补桩。

（2）桩间土强度检验采用静力触探法,检验点不少于总桩数的3%。

（3）复合地基强度检验采用载荷板试验进行,压板面积应不小于单桩加固面积,试验数量不少于总桩数的1%,且不少于3点。

4　结束语

本段软土地基加固共完成振冲碎石桩5366根,检验了其中的5%即269根,合格率达100%,地基承载力达到250kPa以上。

采用振冲碎石桩加固软土地基,施工工艺简单,可操作性强,质量容易控制,但是施工过程排放的污水中有泥浆,不利于环境保护;另外,振动沉管机移位的效率较低,有待厂家进一步改进。

第2章高速铁路路基荷载基本理论和计算方法

　2.1基本理论

　　路基荷载是指作用在路基面上的应力。

它包含两部分，一部分是线路上部结构的重量作用在路基面上的应力，即静荷载；另一部分是列车行驶时轮载力通过上部结构传递到路基面上的动应力，即动荷载。

。

1　工程概况

滨绥铁路干线325K+850～326K+000段路基,015m

道渣下部地层依次为:

煤灰渣013m,粉质粘土017m,亚粘

土及淤泥夹层415m。

铁路一侧3m处沿铁路走向有一条深

115m的引水渠,其水面与铁路路轨高差仅1m。

由于粉质

粘土的抗压强度低,尤其经水浸后,粘土的弹塑性系数变大。

在火车经过时,铁轨产生较大的弹性变形,受疲劳破坏。

由

于车轮与铁轨撞击而产生的振动使砂土液化,粘土的抗压强

度进一步降低,流动性加大,使靠近水渠一侧的轨道比另一

侧低4mm。

使滨绥线火车在该路段限速行驶,大大影响铁

路的运输能力。

为提高火车运行速度,保障交通安全,铁路

部门曾对该路段进行隔水防渗等方法进行处理,但均未收到

良好效果。

我们针对地层及地理条件,在火车照常运行的情况下,

决定采用钻孔压浆的方法对该铁路路基进行恢复加固,提高

路基抗压强度,建立防渗墙隔水。

经现场边施工、边测试,该

方法效果显著,轨道高程恢复正常,路基抗压强度增加3倍,

满足了火车高速运行的要求。

2　施工设备及工具

211　钻机

由于施工设备只能在铁路和引水渠之间3m宽的场地

上施工,要求设备体积小、质量轻,故选用我校自行研制的

SNG-1型振动钻机进行钻孔施工。

该钻机总质量130kg,

动力机与主机之间软轴连接。

钻机功率515kW。

钻进能

力:

钻孔直径56mm,钻孔深度30m,适于软塑粘土及砂土

层。

钻机解体性强,搬迁、移位极为方便。

钻机、卡夹给进机

构合为一体,结构简单。

主机工作原理如图1所示。

振动器

与外壳,上、下卡圈刚性连接。

控制手柄在外壳的轨迹槽内

可转动,具有上、中、下3个位置。

双偏心轮振动器产生的上

下振动经外壳传给上、下卡圈。

当控制手柄处于上位时,通

过上钢球座压缩上弹簧,下弹簧伸长推动钢球座上移,上排

钢球松开钻杆,下排钢球在卡圈斜面的作用下夹紧钻杆;当

振动器外壳振动下移时,下卡圈通过钢球带动钻杆向下振动

钻进;振动器外壳上移时,由于钻杆不动,下卡圈与钢球脱离

松开钻杆。

振动器再向下振动时,又通过钢球卡住钻杆向下

钻进,如此往复进行。

当控制手柄处于下位时,则下排钢球

处于松开状态,上排钢球处于工作状态,振动器上振时卡住

钻杆,下振时松开钻杆,这样可实现提钻。

而当控制手柄处

于中位时,上、下两排钢球均处于松开状态,这时钻杆可自由

上、下窜动。

图1　SNG-1型钻机主机工作原理示意图

1—上弹簧;2—外壳;3—上卡圈;4—控制

手柄;5—钢球座;6—下卡圈;7—振动器;

8—下排钢球;9—上排钢球;10—钻杆

212　注浆设备

采用北京探矿机械厂生产的SNB-90型往复式泥浆泵

2台,分别灌注水泥浆和水玻璃。

该泵流量、压力分8级,最

低流量18L/min,最高泵压5MPa,满足了施工要求。

213　钻具

钻杆为ª42mm普通地质钻杆,钻头为自行研制的三翼

硬质合金全面钻头,底锥角70°。

孔内注浆管为ª2514m