铁路软土地基概述.doc
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2、选择的方法将直接影响到轨道结构的稳定性与安全使用,因此软土地基的处理技术对高速铁路建设十分重要。本文将首先阐述软土地区修建铁路面临的问题以及软土地基尤其是铁路软铰坪荷宵锤警咕森旗尺噪叶咎橱脖暮咨完毖赖坠珊屯挡万船含斡美皂抉曾酮蛾邱肠框溯敦捏紧冻睬绑顺烩琴噎俱跑剂若违团连况绚猛虽铱郴茨瞧码霸凰豺讫换粒塑琳心艺磁赁训皮狗济蛆旷养尹眯菲伙墒矣拼捧授窜蕊佳亭爪伶褂汪鹏糙筏劲偏枫霜厌洪洗健庶委恋况肪朽宿薛困贺翰饥倔圭挛鸵蒲釜绚券绒泽英帘掖戒甄臀淑显宗龄萍窗铃概芦鬃核戳力怨担庆襄俩功尔复稼雍同做侯维复墒戴筒朴叹夸滑灯铡捆笛卤疥罕翔鞭姆蚂指福设宰英洋旭予摊搏左躯耘矽诲弗世玲夏聊润痪张诀雍彰妨肖使捶做化嘘赶莱
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4、软土地区修建铁路面临的问题及解决措施摘要:铁路路基工程中经常会遇到软土问题,处理的质量与选择的方法将直接影响到轨道结构的稳定性与安全使用,因此软土地基的处理技术对高速铁路建设十分重要。本文将首先阐述软土地区修建铁路面临的问题以及软土地基尤其是铁路软土地基的特点,对目前常用的软土地基处理方法以及新技术进行总结,并提出一些有价值的解决措施。关键词:软土、剪切破坏、沉降、地基处理正文:1. 前言软土是在静水或缓慢流水环境中以细颗粒为主的近代沉积物,其天然含水量大、孔隙比 大、压缩性高、承载力低、渗透性小,是一种呈软塑到流塑状态的饱和粘性土。由于高速铁 路轨道结构的基础修建在软土中,则此结构的地基就称
5、为高速铁路软土地基。软土作为特殊土的一种,有其独特的土力学性能:软土的天然含水量高,一般大于30%;孔隙比大,天然孔隙比e 1;压缩系数1 2= 0.5 2MPa 1 ;透水性低,竖向与水平渗透性不同,一般垂直方向的渗透性系数要小些;抗剪强度低,因为软土的内摩擦角接近于零,抗剪强度主要决定于内聚力;软土具有触变性与流变性。铁路在通过沿海一带及湖泊沼泽地区时,常常会遇到软土地基问题,主要有路基沉降不稳定及变形过大;路基边破失稳外挤;路基基床病害等。由于软基变形对铁路路基运营期间造成了较大的危害,它影响了行车安全,增大了线路的养护维修量。从 50 年代开始,铁路工程技术人员就针对路基工程遇到的软土
6、地基处理问题进行了大量的现场软基试验和研究。经过几十年的努力,通过提高现场勘察技术和手段、采用各种新的原位测试技术和方法、应用各种软基处理新技术和新方法,使铁路路基工程遇到的软土地基处理问题得到了较好的解决。2. 软基的破坏形式软土由于其不良的工程力学特性,对工程有极大的危害性,综合分析主要有以下几种形式:剪切破坏,由于地基抗剪强度不足以承受其上列车所施加的动、静荷载,造成破坏,表现为使邻近地基产生隆起;由于软土地基的高压缩性,发生不均匀沉降,使轨道结构的基础由于应力集中出现裂缝,最终使轨道结构遭到破坏,失去其使用功能;由于软土地基的高空隙比与高含水率,在使用中发生排水固结,发生不均匀沉降,使
7、轨道结构下沉量过高,影响使用功能。在工程应用实际中,由于铁路路基是承受静、动双向荷载,其受力的复杂性,决定其软土地基发生均匀沉降的可能性极小。影响土的压缩性的因素为土体的性质(如土粒粒度、矿物成分和土的结构,有机质含量以及空隙水离子浓度含量等)和外界环境(如土体干缩、地下水位升降、温度以及应力历史)有关。1)土粒粒度:对于粗粒土,在压力作用下,土粒发生滚动或滑动、至较密实、稳定的地方精致、如果压力继续增大,较大的粗粒被压碎填充粒间的空隙,密实度进一步变大;对于细粒土,在压力作用下,颗粒间的水膜被挤薄,一部分空隙水被挤出,土粒间发生相对移动至迷失状态,2)矿物成分:空隙水中阳离子浓度高、价位大,
8、结合水膜薄,压缩性小,如果土中含有膨胀性粘土矿物,空隙水中阳离子性质和浓度变化使粘结水膜厚度变薄,图的膨胀性和膨胀压力均减小。而对于软土,因为土质比较特殊,在土的不同位置土的性质差异较大,所以在受到压力作用时,很容易便会产生在各个不同的位置产生的沉降不同的情况,因此不仅软土容易产生沉降,更容易产生不均匀沉降,因此在施工之前一定要对软土进行地基处理。3. 软基处理技术软土地基处理的基本方法主要有置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋、和热学等方法。常用地基处理方法的原理、作用及适用范围如下。1)换土垫层法(1)垫层法:该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程,一般适用于处理浅层软弱土层(
9、淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为23m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土,分层碾压或夯实土,按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣;粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力,减少沉降量;常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。(2)强夯挤淤法:适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基,应通过现场试验才能确定其适应性。采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法,在地基中形成碎石墩体。可提高
10、地基承载力和减小变形。2)振密、挤密法振密、挤密法的原理是采用一定的手段,通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小,强度提高,达到地基处理的目的。软土地基中常用强夯法。利用强大的夯击能,迫使深层土液化和动力固结,使土体密实,用以提高地基土的强度并降低其压缩性。3)排水固结法 其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下,逐渐排出孔隙水,使孔隙比减小,产生固结变形。在这个过程中,随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散,土的有效应力增加,地基抗剪强度相应增加,并使沉降提前完成或提高沉降速率。排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。排水可以利用天然土层本身的透水性,尤其是上海地区多夹砂薄层的特点,也可设置砂井、袋装砂
11、井和塑料排水板之类的竖向排水体。加压主要是地面堆载法、真空预压法和井点降水法。为加固软弱的粘土,在一定条件下,采用电渗排水井点也是合理而有效的。(1)堆载预压法:适用于软粘土地基。在建造建筑物以前,通过临时堆填土石等方法对地基加载预压,达到预先完成部分或大部分地基沉降,并通过地基土固结提高地基承载力,然后撤除荷载,再建造建筑物。临时的预压堆载一般等于建筑物的荷载,但为了减少由于次固结而产生的沉降,预压荷载也可大于建筑物荷载,称为超载预压。为了加速堆载预压地基固结速度,常可与砂井法或塑料排水带法等同时应用。如粘土层较薄,透水性较好,也可单独采用堆载预压法。(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等
12、):适用于透水性低的软弱粘性土,但对于泥炭土等有机质沉积物不适用。在软粘土地基中,设置一系列砂井,在砂井之上铺设砂垫层或砂沟,人为地增加土层固结排水通道,缩短排水距离,从而加速固结,并加速强度增长。砂井法通常辅以堆载预压,称为砂井堆载预压法。(3)真空预压法:适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)稳定负压边界条件的软土地基。在粘土层上铺设砂垫层,然后用薄膜密封砂垫层,用真空泵对砂垫层及砂井抽气,使地下水位降低,同时在大气压力作用下加速地基固结。(4)真空-堆载联合预压法:适用于软粘土地基。当真空预压达不到要求的预压荷载时,可与堆载预压联合使用,其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。(5)
13、降低地下水位法:适用于地下水位接近地面而开挖深度不大的工程,特别适用于饱和粉、细砂地基。通过降低地下水位使土体中的孔隙水压力减小,从而增大有效应力,促进地基固结。(6)电渗排水法:适用于饱和软土地基。在土中插入金属电极并通以直流电,由于直流电场作用,土中的水从阳极流向阴极,然后将水从阴极排除,而不让水在阳极附近补充,借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。4)排水固结法 其原理是以砂、碎石等材料置换软土,与未加固部分形成复合地基,达到提高地基强度的目的。(1)振冲置换法(或称碎石桩法):适用于地基土的不排水抗剪强度大于20
14、kPa的淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。对不排水抗剪强度小于20kPa的软土地基,采用碎石桩时须慎重。碎石桩法是利用一种单向或双向振动的冲头,边喷高压水流边下沉成孔,然后边填入碎石边振实,形成碎石桩。桩体和原来的粘性土构成复合地基,以提高地基承载力和减小沉降。(2)石灰桩法:适用于软弱粘性土地基。在软弱地基中用机械成孔,填入作为固化剂的生石灰并压实形成桩体,利用生石灰的吸水、膨胀、放热作用以及土与石灰的物理化学作用,改善桩体周围土体的物理力学性质,同时桩与土形成复合地基,达到地基加固的目的。(3)强夯置换法:适用于软粘土对厚度小于6m的软弱土层,边夯边填碎石,形成深度36m
15、、直径为2m左右的碎石拄体,与周围土体形成复合地基。(4)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩):适用于填土、饱和及非饱和粘性土、砂土、粉土等地基。是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和,用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的具有一定粘结强度的桩。桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。(5)EPS超轻质料填土法:适用于软弱地基上的填方工程。发泡聚苯乙烯(EPS)的重度只有土的1/501/100,并具有较好的强度和压缩性能, 用于填土料可有效减少作用在地基上的荷载,需要时也可置换部分地基土,以达到更好的效果。5)加筋法 通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小
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