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铁路实习报告

毕业设计（论文）

题目：

黄土地区铁路路基处理措施

专业：

高速铁道技术

班级：

高铁3123

学号：

03305120241

姓名：

高馨

指导老师：

安宏科

起止日期：

2014.12.08-2014.12.30

诚信承诺

本毕业设计（论文）是本人独立完成，没有任何抄袭行为，如有不实，一经查出，本人自愿承担一切后果。

承诺人：

年月日

毕业设计（论文）总成绩评定表

班级

高铁3123

姓名

高馨

学号

03305120241

设计（论文）题目

黄土地区铁路路基处理措施

成绩

指导教师评分

答辩评分

总成绩

指导教师评语：

指导教师签名：

年月日

系毕业设计（论文）答辩小组评语：

答辩小组组长签名：

年月日

注：

1.根据专业具体实际情况，如未安排答辩环节，答辩评分及答辩小组评语可不填写。

摘要

在上覆土自重应力作用下，或者在自重应力和符合应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性黄土，属于特殊土。

在湿陷性黄土地基上进行工程设计时，必须考虑因地基湿陷性引起附加沉降对工程可能造成的危害，选择事宜的地基处理方法，避免或消除地基的湿陷或因少量湿陷所造成的危害。

湿陷性黄土是一种特殊性质的土，其土质较均匀、结构疏松。

在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。

当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附和下沉，强度迅速降低。

湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力。

关键字：

湿陷性黄土；湿陷性黄土工程设计；湿陷性黄土地基处理

第一章湿陷性黄土工程特征

1.1引言

本章通过黄土土体特征、工程性质指标、我国黄土分区和郑西高速铁路陕西段沿线黄土的特性的论述分析，可以得出黄土的相关区域性参数，从而为后面的研究提供依据。

1.2湿陷性黄土土体特征

1.2.1关于黄土的定义和范畴

黄土是地球上分布十分广泛且性质十分特殊的一种沉积物。

最近，长安大学孙建中教授在所著的《黄土学》中对黄土给出了简明而深刻的定义，并且建立了一个黄土类岩石的名词体系（图1.1）。

图1.1黄土名词系统图（《黄土学》孙建中2005）

所谓黄土就是“风尘堆积”。

广义的黄土分为新近纪以来沉积的疏松而未成岩的黄土类土和新近纪以前已经高度成岩的坚硬的风成粉砂岩，从其中又可分为原生黄土和次生黄土（黄土状土）。

1.2.2黄土与黄土的湿陷性

全球地表黄土分布主要集中于中纬度干旱、半干旱地区，其分布面积达1300万km2（约占陆地总面积的9.3%），分布在如法国的中部和北部，东欧的罗马尼亚、乌克兰、俄罗斯、保加利亚等，美国沿密西西比河流域及西部不少地区。

黄土是陆相沉积的一种特殊土，在第四纪干旱、半干旱气候下和漫长的地质历史过程中经历各种地质作用改造，且仍然处于演化中的地质体，一般具有以下特征：

1、颜色以黄褐、灰黄、淡黄为主，也有棕红、棕黄、棕黄等色；

2、具孔隙，孔隙比在0.7～1.1之间，为松散结构状态；

3、质地较均匀，颗粒成份以粉粒（0.075～0.005mm）为主，约占50%～75%；

4、含碳酸钙量一般在10%～30%左右，含有少量中溶盐和易溶盐，夹钙质结核；

5、层理特征不明显，可见堆积间断的剥蚀面，且分布有棕红色的古土壤层；

6、土体节理发育呈垂直柱状；

7、一般情况下，其具较低含水率，遇水很易崩解；

8、土体上部具有湿陷特性，易产生潜蚀最终形成陷穴。

从黄土的成因来讲一般分为原生和次生黄土，风成黄土即原生黄土被认为不具层理的，而次生黄土（原生黄土经流水冲刷、搬运和重新沉积形成的黄土）一般具层理及夹。

圆砾或卵石夹层。

黄土的湿陷性是黄土地区主要而常见的工程地质问题，所谓湿陷变形是指黄土在一压力作用下，浸水产生显著附加下沉的现象（不同时代黄土湿陷特性见表2.1）。

非湿陷性黄土地基的设计和施工与一般粘性土地基无甚差异，故本文仅讨论与我国工程建设关系密切的湿陷性黄土。

表1.1中国黄土湿陷特征（摘自规范）

时代

底层划分

说明

全新世（Q4）黄土

新黄土

黄土壮土

一般具湿陷性

晚更新世（Q3）黄土

马兰黄土

中更新世界（Q2）黄土

老黄土

离石黄土

上部部分土层具湿陷性

早更新世（Q1）黄土

午城黄土

不具湿陷性

注：

全新世（Q4）黄土包括湿陷性黄土（Q41）和新近堆积（Q41）黄土

1.2.3我国的黄土及黄土湿陷性

中国黄土在全国版图以北西西～南东东走向的带状分布（其沿昆仑山、秦岭以北，阿尔泰山、阿拉善和大兴安岭一线以南分布），黄土带的东端向南北两个方向展布处于北纬30～49º之间，由北自松嫩平原北部，向南达长江中下游。

而北纬34～45º之间是构成中国黄土的主要地域，此区域黄土最为发育、地层最全、厚度最大（详见图1.2）。

中国黄土的面积，据郑洪汉根据刘东生等1965年出版的《中国黄土分布图》（底图，1/200万）测量的结果得中国黄土面积为440000km2，黄土状土面积为191840km2，两者总和为632520km2。

黄土占中国面积的4.4%，黄土状土占1.9%。

王永焱（1982）测得黄土面积为631000km2。

所以一般可以说，中国黄土类土的面积为63万km2。

1.2.4黄土地基湿陷性的影响主要因素

1、黄土的湿陷机理

图1.2我国湿陷性黄土分布

黄土的湿陷现象是一个复杂的地质、化学、物理等综合问题，尽管解释黄土湿陷原因的观点各异，但总体可分为两个方面：

分别为外因和内因。

湿陷现象产生的外因归结于黄土受水的作用和土体上部压力的作用，其内因是因为黄土土体的自身结构特征及组成物质成分。

2、黄土湿陷性的影响因素

黄土的物质成分：

对于黄土的内部结构特性和湿陷强弱的影响因素主要为土体内含有的中胶结物的多少、成份和颗粒的组成和分布。

中国黄土湿陷性由西北向东南递减的特点，这与砂粒含量自西北向东南方向减少而粘粒含量增多是一致的。

此外对黄土湿陷特性有着较大的影响还包括黄土土体内的盐类以及其存在状态。

黄土的物理性质：

含水量、孔隙比等土体的物理性质也影响着黄土的湿陷性。

一般情况，饱和黄土（饱和度Sr≥80%）的湿陷性已减小或者消失，黄土土体的湿陷变形量在天然含水量一致的情况下随湿度增减成正相关；从孔隙比来说，天然孔隙比的大小（或天然含水量越小）则黄土土体湿陷性大小也是正相关关系。

作用于黄土体上部的外加压力也是影响湿陷的一个因素。

土体湿陷量随着上部压力增大而增加，当其上部压力超过某一数值后，湿陷量随着压力再增加反而减少。

1.2.5黄土地基的湿陷性评价

从湿陷性黄土地基方面来讲，正确评价其湿陷性具有很重要的作用，主要从以下三个方面进行：

首先确定黄土土体浸水后是否具有湿陷性（一定压力下）；其次从自重还是非自重来判别场地的湿陷类型；最后湿陷黄土地基的湿陷等级是根据湿陷性的强弱程度来判定。

1、湿陷系数

黄土土体的湿陷量大小与上部的压力有关，湿陷性的强弱、有无可按室内压缩试验测定的湿陷系数δs来衡量（土体浸水后上部给定某一压力）。

在工程中，主要用δs判别黄土的湿陷性，依据黄土规范，非湿陷性黄土δs<0.015，湿陷性黄土δs≥0.015。

2、湿陷起始压力

如前所述，黄土的湿陷量与压力有很大关系。

湿陷起始压力psh（kPa）即为黄土所受压力低于该数值土体在浸了水的情况下只产生压缩变形而无湿陷，它是黄土湿陷性研究中的一个非常重要的指标，其分析方法有双线法或单线法。

3、场地湿陷类型

在我国的工程实践中，判定场地的湿陷类型主要根据实测自重湿陷量或计算自重湿陷量△zs来进行，按照规范中其计算公式如下：

公式1.1

式中δzsi—第ｉ层黄土体的自重湿陷系数；ｈｉ—第ｉ层黄土土体的厚度（mm）；β—因地区土质而异的修正系数。

4、黄土地基的湿陷等级

在湿陷性黄土地区，根据地基下各土层累计的计算自重湿陷量和总湿陷量△S的大小来判定湿陷等级，判定依据参见表2.2，计算公式如下：

公式1.2

式中δsi—第ｉ层黄土体的湿陷系数；ｈｉ—第ｉ层黄土土体的厚度（mm）；β—地基土修正系数（考虑地基土的侧向挤出和浸水机率等因素）。

5、湿陷性黄土的湿陷起始压力psh值

（1）基于静载试验结果在p-ss（压力与浸水下沉量）曲线上其转折点所对应的压力即为湿陷起始压力值。

（2）基于室内试验结果在p-δs曲线上湿陷系数为δs＝0.015所对应的压力即为湿陷起始压力值。

湿陷性黄土地基的湿陷等级（详见表1.2）

表1.2湿陷性黄土地基的湿陷等级（摘自规范）

非自重湿陷性场地

自重湿陷性场地

ΔZS≤70

70＜ΔZS≤360

ΔZS＞350

ΔS≤300

Ⅰ（轻微）

Ⅱ（中等）

-

300＜ΔS≤700

Ⅱ（中等）

Ⅱ（中等）Ⅲ（严重）

Ⅲ（严重）

ΔS＞700

Ⅱ（中等）

Ⅲ（严重）

Ⅳ（很严重）

注：

当湿陷量的计算值ΔS＞600mm、自重湿陷量的计算值ΔZS＞300mm时，可判为Ⅲ级，其他情况可判断为Ⅱ级。

1.3我国的湿陷性黄土工程性质指标

1.3.1黄土的分布及特征

依据现有的研究成果（王永焱等，1990），中国黄土从大的范围上可以划分为9个典型的大区，分别为陇西地区、陇东陕北地区、关中地区、山西地区、河南地区、河北地区、山东地区、河西走廊地区和晋陕宁边缘地区。

我国黄土的粒度成分由西向东的变化情况是：

六盘山以西粘粒少，六盘山和吕梁山之间粘粒增多，吕梁山以东和河南地区则粘粒下降或持平。

在六盘山和吕梁山之间南北区域内黄土土体内砂粒减少而粘粒增加。

从各时代黄土土体的粘聚力来看，六盘山以东的陇东—陕北地区比在六盘山以西的陇西地区的高；从内摩擦角来看，陇西地区均要大于陇东—陕北地区，而陇东—陕北地区又大于关中地区；从塑性指数来看，关中地区均大于陇西地区和北部边缘地区；从含水量来讲，西部和北部低于东部和南部地区。

1.3.2黄土的的工程性质指标

从埋深的角度，岩土的工程性质在某一深度处也必然存在一个明显的渐变或突变，因此，此处主要是探讨主要物理参数随着埋深的变化规律。

依据目前收集到的资料，分别就不同类型黄土的物理参数随深度的变化规律进行分析。

1、Q3黄土物理参数随埋深的变化规律如下图

图1.3Q3黄土含水量与埋深之关系图1.4Q3黄土密度与埋深之关系

图1.5Q3黄土孔隙比与埋深之关系图1.6Q3黄土饱和度与埋深之关系

图1.7Q3黄土压缩系数与埋深之关系图1.8Q2黄土含水量与埋深之关系

2、Q2黄土物理参数随埋深的变化规律

图1.9Q2黄土密度与埋深之关系图1.10Q2黄土孔隙比与埋深之关系

图1.11Q2黄土饱和度与埋深之关系图1.12Q2黄土压缩系数与埋深之关系

3、Q1黄土物理参数随埋深的变化规律如下图所示。

图1.13Q1黄土含水量与埋深之关系图1.14Q1黄土密度随埋深之关系

图1.15Q1黄土孔隙比与埋深之关系图1.16Q1黄土饱和度与埋深之关系

通过上述说明可知黄土在不同的区域有不同的特性，在不同的区域各方面参数存在差异，这样在下一步研究过程中更具针对性；在黄土的工程性质及参数的回归分析中，从不同时代、不同类型的黄土所具的参数特征通过分析得出其具普遍性和规律性，参数之间存在某种关联，通过总结可以得知与沉降有关的如不同时代黄土的压缩模量、埋深、含水率及压缩系数之间的线性关系，从而为后边沉降分析提供依据。

1.4湿陷性黄土地区郑西高速铁路陕西段地基土体特性

我国在湿陷性黄土地区建设的第一条高速铁路即为郑西高速铁，其陕西境内段沿线所经地貌单元有：

黄土台塬区、黄河和渭河高阶地区、渭河及其支流一级阶地区、华山山前洪积扇区等。

沿线地表广布第四系全新统、上更新统的风积、冲积、洪积新黄土；黄土台塬下部主要分布的是老黄土，其为中、下更新统风积形成。

分述如：

1、第四系全新统冲积砂质、黏质黄土（Q4al3）

主要分布于渭河一级阶地土层上部，厚度2～18m。

浅黄色（局部浅灰黄色），土质较均匀，土体中主要为粉粒，可见孔隙，坚硬～可塑（局部呈软塑），Ⅱ级普通土。

σ0=100～160kPa。

此区域分布的黄土多数具Ⅰ～Ⅱ级非自重湿陷性。

表1.3第四系全新统冲积砂（黏）质黄土（Q4al3）物理力学性质指标统计表

单位

最大值

最小值

平均值

标准值

变异系数

样本个数

含水量

（%）

41.8

4.2

23.28

5.63

0.24

577

密度

（g/cm3）

2.17

1.39

1.87

0.14

0.07

567

干密度

（g/cm3）

1.88

1.22

1.51

0.11

0.07

567

孔隙比

1.214

0.424

0.80

0.13

0.16

567

饱和度

%

100

11.7

80.60

78.80

0.23

567

孔隙比

%

54.8

29.8

43.86

4.15

0.09

441

颗粒密度

（g/cm3）

2.75

2.67

2.70

0.01

0.00

584

液限

%

54.8

21.2

28.92

3.40

0.12

579

塑限

%

33.7

14.9

18.91

1.71

0.09

579

塑性指数

-

21.1

5.3

10.1

2.14

0.21

579

液性指数

-

1.7

＜0

0.43

0.51

1.49

572

湿陷系数

-

0.060

-

-

-

-

579

自重湿陷系数

-

0.068

-

-

-

-

579

压缩系数

MPa-1

1.19

0.08

0.32

0.15

0.48

537

压缩模量

MPa

19.3

1.69

6.48

2.81

0.43

537

2、第四系全新统洪积砂质、黏质黄土（Q4pl3）

主要分布在洪积扇区（华山山前、骊山山前），厚度2～10m，浅黄～浅灰黄色，土质不均匀，局部夹薄层砂类土，含漂石、块石、卵砾石等，土体中小孔隙发育，Ⅱ级普通土，硬塑～软塑，高～中等压缩性，σ0=100～150kPa。

此区域分布的黄土多数具Ⅰ～Ⅲ级非自重～自重湿陷性。

表1.4第四系全新统洪积砂（黏）黄土（Q4pl3）物理力学性质指标统计表

单位

最大值

最小值

平均值

含水量（w）

%

26.3

19.8

22.508

密度p

g/cm3

1.99

1.53

1.803

干密度pd

g/cm3

1.66

1.27

1.471

孔隙比e

1.133

0.631

0.853

饱和度Sr

%

85.6

48.8

73.017

孔隙比n

%

53.12

38.69

45.75

比重Gs

2.729

2.707

2.71

液限WL

%

34.80

25.4

30.283

表1.5第四系全新统洪积砂（黏）黄土（Q4pl3）物理力学性质指标统计表（续）

单位

最大值

最小值

平均值

塑限WP

%

20.2

16.5

18.658

塑性指数IP

13.8

8.9

11.625

液性指数IL

0.87

0.1

0.344

压缩系数α1-2

MPa-1

1.172

0.206

0.713

压缩模量Es1-2

MPa

8.515

1.677

3.311

湿陷系数δs

0.036

自重湿陷系数

0.032

直剪试验

内摩擦角

20.5

20.5

18.65

凝聚力

kPa

26.6

26.5

26.55

3、第四系上更新统风积砂质黄土、黏质黄土（Q3eol3）

主要为渭河二级阶地和黄土塬上部的上部土层，厚度10～40m，土质较均匀，可见孔隙及虫孔，节理较发育，硬塑～可塑（局部坚硬），Ⅱ级普通土，高～中等压缩性，σ0=120～160kPa。

此区域分布的黄土多数具Ⅱ～Ⅳ级自重湿陷性。

4、第四系中更新统风积砂质黄土、黏质黄土（Q2eol3）

主要为黄土台塬区域地层，厚度超过100m。

浅棕黄色（局部夹棕红色古土壤），上部结构疏松，下部较致密，硬塑状为主，Ⅲ级硬土，σ0=200～250kPa。

Ⅳ级围岩。

5、第四系下更新统风积砂质黄土、黏质黄土（Q1eol1）

主要为黄土台塬区域地层，厚度20～50m不等。

浅棕黄色（局部夹棕红色古土壤），土质较均匀，坚硬～硬塑，Ⅲ级硬土，σ0=230～280kPa。

Ⅳ级围岩。

第二章湿陷性黄土的勘察与设计

2.1湿陷性黄土的勘察

2.1.1摘要

我国土地辽阔，自然地理环境差异很大，各地地质条件也不尽相同。

在建设过程中，各种地基和基础事故时有发生。

本部分就如何勘测湿陷性黄土做出讨论。

2.1.2湿陷性黄土场地岩土工程勘察的一般规定

1、在湿陷性黄土场地进行岩土工程勘察，应查明以下内容，并应结合建筑物的特点和设计要求，对场地、地基做出评价，对地基处理措施提出建议。

①黄土地层的时代、成因；②湿陷性黄土层的厚度；③湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力随深度的变化；④场地湿陷类型和地基湿陷等级的平面分布；⑤变形参数和承载力；⑥地下水等环境水的变化趋势；⑦其他工程地质条件。

2、工程地质测绘。

除符合一般要求外，还应包括下列内容：

①研究地形的起伏和地面水的积聚、排泄条件，调查洪水淹没范围及其发生规律；②划分不同的地貌单元，确定其与黄土分布的关系，查明湿陷凹地、黄土溶洞、滑坡、崩坍、冲沟、泥石流及地裂缝等不良地质现象的分布、规模、发展趋势及其对建设的影响；③划分黄土地层或判别新近堆积黄土，应分别符合《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025－2004）附录B或附录C的规定；④调查地下水位的深度、季节性变化幅度、升降趋势及其与地表水体、灌溉情况和开采地下水强度的关系；⑤调查既有建筑物的现状；⑥了解场地内有无地下坑穴，如古墓、井、坑、穴、地道、砂井和砂巷等

3、取样。

采取不扰动土样，必须保持其天然的湿度、密度和结构，并应符合Ⅰ级土样质量的要求。

在探井中取样，竖向间距宜为1m，土样直径不宜小于120mm；在钻孔中取样，应严格按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025－2004）附录D的要求执行。

取土勘探点中，应有足够数量的探井，其数量应为取土勘探点总数的1/3～1/2，并不宜少于3个。

探井的深度宜穿透湿陷性黄土层。

勘探点使用完毕后，应立即用原土分层回填夯实，并不应小于该场地天然黄土的密度。

4、对黄土工程性质的评价，宜采用室内试验和原位测试成果相结合的方法。

5、对地下水位变化幅度较大或变化趋势不利的地段，应从初步勘察阶段开始进行地下水位动态的长期观测。

2.1.3湿陷性黄土的岩土工程勘察要点

通过岩土工程测绘和调查、勘探查明以下内容：

1、查明湿陷性黄土的地层时代、岩性、成因、分布范围。

2、查明不良地质作用的成因、分布范围，对场地稳定性影响程度及发展趋势。

3、查明地下水条件及季节性升降变化的可能性。

4、查明湿陷性黄土的物理力学性质指标。

包括常规试验指标和c、、δs、δzs等指标。

5、进行湿陷性评价，划分湿陷类型和湿陷等级。

6、确定湿陷性黄土的承载力。

7、提出湿陷性黄土地基的处理措施。

消除地基土的全部湿陷（对甲类建筑物）或部分湿陷量（对乙、丙类建筑物），常采用垫层法：

夯实法：

挤密法、桩基础、预浸水法、单液硅化或碱液加固法等处理方法。

2.1.4湿陷性黄土场地勘察要求

1、场址选择或可行性研究勘察阶段。

场址选择或可行性研究勘察阶段应进行下列工作：

①搜集拟建场地有关的工程地质、水文地质资料及地区的建筑经验；②在搜集资料和研究的基础上进行现场调查，了解拟建场地的地形地貌和黄土层的地质时代、成因、厚度、湿陷性，有无影响场地稳定的不良地质现象和地质环境等问题；③对工程地质条件复杂，已有资料不能满足要求时，应进行必要的工程地质测绘、勘察和试验等工作；④本阶段的勘察成果，应对拟建场地的稳定性和适宜性做出初步评价。

2、初步勘察阶段。

初步勘察阶段应进行下列工作：

①初步查明场地内各土层的物理力学性质、场地湿陷类型、地基湿陷等级及其分布，预估地下水位的季节性变化幅度和升降的可能性；②初步查明不良地质作用和地质环境等问题的成因、分布范围，对场地稳定性的影响程度及其发展趋势；③当工程地质条件复杂，已有资料不符合要求时，应进行工程地质测绘，其比例尺可采用1:

1000～1:

5000。

初步勘察勘探点、线、网的布置，应符合下列要求：

（1）勘探线应按地貌单元的纵、横线方向布置，在微地貌变化较大的地段予以加密，在平缓地段可按网格布置。

勘探点的间距按下表确定。

表2.1初步勘察阶段和详细勘察阶段勘探点间距要求

场地类型

初步勘察阶段勘探点间距/m

详细勘察阶段勘探点间距/m

甲类建筑物

乙类建筑物

丙类建筑物

丁类建筑物

简单场地

120~200

30~40

40~50

50~80

80~100

中等复杂场地

80~120

20~30

30~40

40~50

50~80`

复杂场地

50~80

10~20

20~30

30~40

40~50

（2）取土和原位测试的勘探点，应按地貌单元和控制性地段布置，其数量不得少于全部勘探点的1/2；③勘探点的深度应根据湿陷性黄土层的厚度和地基压缩层深度的预估值确定，控制性勘探点应有一定数量的取土勘探点穿透湿陷性黄土层；④对新建地区的甲类建筑和乙类中的重要建筑，应按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025－2004）第4.3.8条进行现场试坑浸水试验，并应按自重湿陷量的实测值判定场地湿陷类型；⑤本阶段的勘察成果，应查明场地湿陷类型，为确定建筑物总平面的合理布置提供依据，对地基基础方案、不良地质作用和地质环境的防治提供参数与建议。

3、详细勘察阶段应进行下列工作：

①详细查明地基土层及其物理力学性质指标，确定场地湿陷类型、地基湿陷等级的平面分布和承载力；②勘探点的布置，应根据总平面和建筑物类别以及工程地质条件的复杂程度等因素确定，勘探点的间距按表9.6确定；③在单独的甲、乙类建筑场地内，勘探点不应少于4个；④采取不扰动土样和原位测试的勘探点不得少于全部勘探点的2/3，其中采取不扰动土样的勘探点不宜少于1/2；⑤勘探点的深度应大于地基压缩层的深度，并应下表的规定或穿透湿陷性黄土层。

2.2湿陷性黄土设计工作

2.2.1湿陷性黄土地基冲击碾压检测、评价

1、试验段

一）冲压前原地面检测、试验与评价

1、清表后，应检测原地面高程（检测样本应不少于20个）；

2、检验项目、内容、频率及要求：

1）地基土的液塑限取代表性土样一处、易溶盐取代表性地点一处（1m深度内分层取样）、最大干密度和最佳含水量取代表性试样一处（20cm~80cm范围内）；

2）取1处代表性试样分层检测土的天然密度（含水量），分层为清表