高速铁路的软土地基问题

2020/2/91高速铁路的软土地基问题2020/2/92前言•由于我国以往的铁路工程对路基的重视程度不够，使得近年来铁路路基出现的质量问题越来越明显，发生了许多安全事故，造成了严重的经济损失。•随着秦沈客运专线的建设，人们对路基的研究和重视程度也在逐步提高，现在，路基在铁路工程中已明确被作为“土工结构物”来看待，路基工程的地位已得到明显提高。•对于设计时速350km的高速铁路，其路基工程更是高标准、高要求，因此，设计、施工和质量保证方面等问题将更加突出，尤其软土地基条件下的路基设计与施工将是建设高速铁路必须解决的关键技术问题。2020/2/93一、软土地基的基本特点1、具有高含水量、大孔隙、低密度、低强度、高压缩性、低透水性、中等灵敏度的特点。这种土类属高至中压缩性，压缩量大，排水固结缓慢，地基稳定性差。2020/2/94一、软土地基的基本特点2、具有一定的结构性。结构性的软土有以下特点：①其力学结构特性与应力水平有密切关系，应力水平较低时土的压缩性较低，应力水平较高时结构性受到破坏，压缩性较高，二者可以相差3～4倍，甚至更高；②结构性是不可逆的，一旦被破坏很难恢复，从而加大了土的压缩量；③具有结构性的土类应力——应变关系将具有一定的剪胀性。在此类地基上做工程，施工程序的不当会给工程质量带来不利的影响，甚至造成工程失事。2020/2/95一、软土地基的基本特点3、大部分地区在地表处由于风化、淋洗作用而存在硬壳层，该土层具有中等或低的压缩性，较高的强度。如在工程上合理的利用此土层，可望降低总的沉降量。2020/2/96二、高速铁路路基的特点•1、控制路基变形•2、路基刚度的均匀性•3、在列车运行及自然条件下的稳定性2020/2/971、控制路基变形•高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求，而路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺，自然会引起轨道的几何不平顺。因此，高速铁路路基除应具备一般铁路路基的基本性能之外，还需要满足高速铁路轨道对基础提出的性能要求。不仅要求静态平顺，而且还要求动态条件下平顺。•一般铁路路基是以强度控制设计，而对于高速铁路，变形控制是路基工程设计的主要控制因素。因为在强度破坏前，可能已出现了不容许的过大变形。2020/2/982、路基刚度的均匀性•列车速度越高，要求路基的刚度越大，弹性变形越小。但刚度过大也会使列车振动加大，也不能平稳运行。路基刚度的不平顺则会给轨道造成动态不平顺，所以，要求路基在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢，不允许刚度突变。2020/2/993、在列车运行及自然条件下的稳定性•列车运营时路基不仅承受轨道结构和附属构筑物的静荷载，还要承受列车荷载的长期反复作用。同时，由于路基直接暴露在自然条件下，需要抵抗气温变化、雨雪作用、地震破坏等不良因素的影响。路基工程必须在这些条件的长期作用下，其强度不会降低、弹性不会改变、变形不会加大。真正做到长寿命，少维修。只有这样，才能高速行车，减少维修费用，并增加运行的安全性。2020/2/910二、高速铁路路基的特点•1、控制路基变形•2、路基刚度的均匀性•3、在列车运行及自然条件下的稳定性以上的几点要求，目前的普通铁路路基是不能满足的，而高速铁路必须在路基结构、路基材料及路基施工工艺等方面采取一系列与普通路基不同的技术标准才能实现。具体表现在有一个强度高、刚度大的路基基床，沉降很小或没有沉降的地基以及沿线路方向平缓变化的刚度等三个方面。2020/2/911三、高速铁路软土路基的问题与控制要点•软土地基由于地基土层强度低、压缩性大、渗透系数小等特性，在其上修筑路基时，地基沉降问题突出，过大的沉降量影响轨道的稳定和平顺，而且持续时间较长，因此，在这种地基上修建路基，应将其工后沉降量和沉降速率控制在允许范围内，使其不影响列车高速、舒适、安全运行。2020/2/912三、高速铁路软土路基的问题与控制要点1、《京沪高速铁路设计暂行规定》要求路基工后沉降量不应大于5cm，年沉降速率应小于2cm/年。桥台台尾过渡段路基工后沉降量不应大于3cm。工后沉降不能满足要求时，应采取地基加固处理等措施。2、软土路堤的稳定安全系数考虑列车荷载作用时不应小于1.15。2020/2/913三、高速铁路软土路基的问题与控制要点3、软土及松软土地基上填筑路堤时，应于边坡坡脚外设置边桩进行水平位移观测，于路堤基底地面设置沉降观测设备进行沉降观测。在路堤填筑过程中，必须控制填土速率。控制标准应为：路堤中心地面沉降速率≤1.0cm/每昼夜，坡脚水平位移速率≤0.5cm/每昼夜。2020/2/914三、高速铁路软土路基的问题与控制要点4、应根据沉降观测情况进行综合分析，开展动态设计，以推算地基的最终沉降量，并应及时调整设计使地基处理达到预定的控制要求，同时应作为验交时控制工后沉降量的依据。2020/2/915三、高速铁路软土路基的问题与控制要点5、软土及松软土地基地段应结合工程实际，选择代表性地段提前修筑实验路堤，以检验设计、指导施工。6、对沉降控制较困难的软土和松软土地段路基，应做好施工组织设计，提前安排施工预压，保证必要的预压期。2020/2/916四、采取的主要工程措施：1、路基面两侧各加宽0.1m；路堤两侧设1.0m高、1.0～2.0m宽的护道，护道以下边坡为1：1.75，护道及护道边坡采用干砌片石护坡防护。2020/2/917四、采取的主要工程措施：2、对浅层软土或松软土，一般采用片石挤淤加固，当地表有薄层硬壳时，可挖除硬壳进行片石挤淤。对具有弃土条件和渗水土有来源的地段，可挖除换填渗水土；当片石料缺乏时，可采用深层搅拌桩复合地基加固，最小桩长不小于4m或嵌入硬底不小于1.0m。2020/2/918四、采取的主要工程措施：3、对于软土或松软土埋藏较深、厚度较大的地基，一般采用水泥搅拌桩、旋喷桩、混凝土预制管桩、CFG桩网等进行处理，桩顶铺设碎石垫层并铺设一层强度不小于40kN/m土工格栅。加固深度原则上穿透软土层。2020/2/919四、采取的主要工程措施：4、过渡段地基根据地质条件和沉降计算情况，地基处理措施适当加强，一般采用水泥搅拌桩、CFG桩或旋喷桩加固，适当提高置换率或桩长。2020/2/920四、采取的主要工程措施：5、每个工点设置观测断面，埋设观测仪标，对地基水平位移和垂直位移进行监测，根据监测结果，进行动态设计，指导施工。2020/2/921五、昆山“软土地基路桥设计参数试验项目”1、复合地基法采用了浆喷桩、粉喷桩。2、排水固结法采用了塑料排水板真空联合堆载预压、塑料排水板超载预压、砂桩等载预压、砂桩超载预压。2020/2/922砂桩2020/2/923塑料排水板2020/2/924真空预压法2020/2/925六、常用软土地基处理方法的施工设备、质量检验方法1、水泥搅拌桩（浆喷桩、粉喷桩）可采用PH-5B、PH-5D、GPP-5B型搅拌桩机械施工。桩体质量检验可选用钻探取芯检验法与载荷试验检验方法相结合。2020/2/926全景GPP-5B型PH-5D型PH-5B型搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/927储浆桶输灰罐PJ-4型记录仪搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究养护箱无侧限试验剪切试验固结试验2020/2/929钻探取芯上图为芯样左图为钻探取芯搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/930静力触探静力触探自动记录仪油压系统搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/931轻便动力触探轻便动力触探试验轻便动力触探记录搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/932-16-14-12-10-8-6-4-200510152025击数（击）深度（m）浆喷桩标贯击数(7d)浆喷桩标贯击数(28d)粉喷桩标贯击数(7d)粉喷桩标贯击数(28d)标准贯入击数与深度龄期关系曲线图标准贯入试验搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/933足尺开挖可直观反映桩体成桩质量，但对路基土体及相邻桩的破坏影响太大，同时检验深度一般局限于地表以下4m。不可单独应用于搅拌桩的检验。足尺开挖检测搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/934低应变检测主要应用于刚性桩质量检验，从本工点检验结果分析存在较大的偏差，且约有一半的桩检测不到桩底反射。不宜用于搅拌桩质量检验。低应变检测搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/935载荷试验载荷试验1载荷试验2搅拌桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/936六、常用软土地基处理方法的施工设备、质量检验方法2、塑料排水板的施工可采用静压式或振动式塑料排水板打设机械。塑料排水板深度检测主要是通过查看塑料排水板上的长度刻度线来控制。2020/2/937机械选型振动式插塑板机静压式插塑板机塑料排水板施工工艺及质量检验方法研究2020/2/938六、常用软土地基处理方法的施工设备、质量检验方法3、真空预压法的主要由密封系统和抽真空系统组成。其中，密封系统采用二布二膜，抽真空系统由射流真空泵、真空主管和支滤管构成。膜下真空度通过埋设真空度测头进行观测。2020/2/939施工工艺真空管路真空计密封膜密封沟真空预压法施工工艺及质量检验方法研究2020/2/940施工工艺沉降缝射流泵裂缝真空预压法施工工艺及质量检验方法研究2020/2/941六、常用软土地基处理方法的施工设备、质量检验方法4、砂桩通常采用振动重复拔压式和双管（芯管密实）冲击式两种施工机械。砂桩检测包括桩体深度、连续性及密实度等，采用钻探结合标准贯入检测、静力触探检测及载荷试验方法。2020/2/942机械选型冲击锤振动式砂桩机冲击式砂桩机砂桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/943施工工艺流程砂桩灌砂成桩桩头砂桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/944检验方法静力触探单桩载荷试验标准贯入复合地基载荷试验砂桩施工工艺及质量检验方法研究2020/2/945