《路基施工讲义》PPT课件.ppt

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1、路 基 工 程,中铁十八局武黄城际铁路三标四分部二一年五月十二日,内容纲要,路基设计技术地基处理技术路基填筑技术路基防排水技术路基质量控制及检测技术,第一部分 路基设计技术,由传统的以强度控制为主的设计向以变形为主的设计转变。,铁路路基的特点横断面设计荷载设计基床设计路堤设计,一、铁路路基工程的特点 1、路基填筑质量标准铁路路基填筑采用双控压实标准为设计概念，根据路基填筑的不同部位，不同填料，分别提出了物理指标：压实系数K，孔隙率n，力学指标：地基系数K30，弹性模量Evd、Ev2等指标。高速铁路与普通铁路主要参数对照表,路基技术参数对照表,2、路基基床表层采用级配碎石强化结构 铁路路基的基床

2、表层是路基直接承受列车动荷载的部分,是路基设计中最重要的部分之一。秦沈线首次在基床表层采用了60cm厚的级配碎石结构。其主要是增加线路强度,使路基更加坚固、稳定,并具有一定的刚度;均匀扩散作用到基床土面上的动应力,使其不超出下部基床的容许动强度；隔离作用,防止道碴压入基床及基床土进入道碴层;防止雨水浸入使基床软化,防止发生翻浆冒泥等基床病害;满足基床防冻等特殊要求。,为保证级配碎石的施工质量,施工技术细则中对级配碎石的材料质量、颗粒粒径级配范围、含水量、拌合、摊铺及碾压工艺和压实质量控制方法等提出了技术要求,施工过程中进行了严格地控制,3、路桥及横向构筑物间设置过渡段为保证列车高速运行时的平稳

3、舒适,对路桥过渡段采用了刚度过渡的设计方法。在桥台后一定范围内,采用刚度较大的级配碎石作为过渡填筑段,与路堤相接处采用1:2的斜坡过渡。在施工过程中要求路桥过渡段与路堤同步分层填筑,用振动碾进行碾压,对振动碾达不到的边角部位应用小型压实机具补充压实,以保证整体的施工质量。压实质量采用K30和孔隙率指标控制。,4、严格控制路基变形和工后沉降 客运专线工后沉降要求一般地段15cm(年沉降量不得大于4cm),路桥过渡段8cm(年沉降量不得大于3cm)。运营期间的弹塑性变形主要发生在路基本体部分和地基部分,5、路基动态设计 为了有效地控制工后沉降量及沉降速率,开展了动态设计。为此，在每个松软、软土地基

4、工点及台尾过渡段均土路基中心、两侧路肩及边坡坡脚之外设置沉降和位移观测设备，并提出了观测控制标准和随施工进程而定的观测频次及观测精度,及时绘制填土时间沉降曲线。,6、路基质量评估 箱梁运架过程中的路基安全问题及铺轨前路基质量状况进行了路基质量评估工作,7、地基处理的种类多 根据地质勘察资料,结合秦沈铁路路基的工后沉降要求,针对不同地质条件的地基土选用了合理的10种地基处理方法。对于浅层软弱地基采用了换填碾压处理、或换填砂垫层处理。对于深层软认的主要地段采用了袋装砂井、塑料排水板的排水固结加预压的处理方法。对于工后沉降要求高及路桥过渡段，根据地质条件和经济对比，采用了砂桩、碎石桩、粉喷桩、搅拌桩

5、、旋喷桩等地基处理方法。对于有地震液化的粉土或粉细砂层的地基段,采用了挤密砂桩的处理方法。,二、路基横段面设计 铁路路基面形状应为三角形，并设计为由路基面中心向两侧有4%的横向排水坡。,1、线间距 由于高速列车运行时会产生列车风，相邻线路高速列车相向运行所产生的空气压力冲击波易振碎车窗玻璃，使旅客感到不适，甚至影响列车的平稳性，故高速线路的线间距教普通铁路有所增大。日本东海道新干线的设计列车最高速度为220km/h，车侧间距为0.8m,线间距为4.2米。我国京沪高速铁路线间距根据所采用机车车辆类型、运行速度等因素确定为5.0m。,2、路肩宽度 路肩虽不直接承受列车荷载作用，但它对保证路基受力部

6、分的稳固十分重要。路基宽度选择应同时满足敷设接触网支柱，安放通信信号设备，埋设必要的线路标志，通行养路机具等要求。我国京沪高速铁路路肩宽度两侧均为1.4米标准。,3、路基面宽度(1)直线地段路基面宽度 直线地段路基面宽度按照下表采用。,曲线地段路基面加宽值曲线地段路基面加宽值应在曲线外侧按照表的数值加宽。曲线加宽值应在缓和曲线内渐变。,路基横断面图客运专线铁路路基横的标准横断面图：,三、路基荷载设计,1、静荷载 铁路路基面上作用有轨道列车荷载和轨道荷载。列车荷载和轨道荷载是确定基本构造要求要求的一个依据。我国的客运专线采用有轨道结构时，起标准为：钢轨60kg/m，轨枕为型混凝土枕，枕长2.6米

7、,16001680根/km，道碴厚度不小于35cm，碴肩宽50cm。轨道及列车荷载换算的土柱高度及分布宽度如下表:,二、动荷载,在列车动荷载作用下，传到路基表面的动力幅值及其频率，以及振动加速度及位移的大小。受诸多因素的影响，一般采取实测与理论分析相结合的方法来分析。,（1）铁路路基设计动力应力幅值 dl=2.6P(1+)式中：dl路基设计动力应力幅值（KPa）；P机车车辆的静轴重（t）；速度影响系数，高速铁路无缝线路=0.003,准高速客运专线铁路无缝线路=0.004；列车运行速度，速度在300km/h以内 时以实际速度计，超过300km/h时按km/h计。,（2）路基面上的动应力沿线路纵向

8、的分布,大量实测的应力曲线表明，动应力在路基面上沿线道总向的分布如图所示，图中max为车轮正下方路基面应力的最大值。车轮正下路基面应力的最大值和最大值与沿线路纵向扩散距离L之比存在线性关系，起关系如下：L=103max/（82.9+6.17max）式中：max单位为KPa，L单位为cm。,（3）铁路路基设计荷载,当铁路路基设计速度为350km/h时，最大轴中为220kn时，根据上式可求出设计动力幅值为100KPa，在路基面上的分布面积为260cm280cm，如下图,（4）动应力沿深度的衰减,列车荷载以动力波的形式传递到基床面，再向深层传播。在动力波传递的过程中要消耗能量，或者说由于阻尼作用，土

9、要吸收能量，因此动应力随着深度的增加而衰减。,（5）基床厚度的确定,列车动应力由轨道、道床传至路基本体，然后沿深度逐渐衰减。一般将动应力影响较大的部分定义为路基基床。压实土的动三轴试验表明，当动静应力比值在0.2以下时，加速10万次产生的塑性累计变形在0。2%以下，而且很快能达到稳定。如果动静应力比值小于0.1，动荷载影响就相当微小了。因此将动静应力比1/5或1/10作为确定基床厚度的依据。我国对京沪高速铁路路基的研究表明，动静应力比为1/5时深度约为3.2m，动静应力比为1/10的深度约为4.2m，如右图：考虑到高速铁路路基基床部分的填料为优质填料，且压实度要求高，故一般采用动静应力比为1/

10、5为确定基床厚度的标准，因此京沪高速铁路路基基床厚度为3.0m。,四、路基基床设计,1、基床的作用与结构,（1）基床的作用,强度：应有足够的强度以抵抗列车荷载产生的动应力而不至破坏；能抵抗道碴压入基床土中，防止道碴陷槽等病害的形成；在路基填筑阶段能承受重型施工车辆走行而不形成凹形坑迹，以免留下隐患；刚度：在列车荷载的重复作用下，塑性累计变形很小；排水防渗：必须具备良好的排水性，以防止雨水侵入造成路基土软化，防止发生翻浆冒泥等通病害的发生；在可能发生防冻害的地区，还有防冻等特殊作用。,（2）基床的结构,一般情况，客运专线铁路路基基床是由基床表层和底层组成的两层结构。有的国家针对填料、气候、无碴轨

11、道等不同线路情况，将基床表层再细分成两层或多层结构，每层使用不同材料或结构。,2、基床表层设计,基床表层是路基直接承受列车荷载的部分，又常被称为路基的承载层或持力层，因此基床表层的设计是路基设计最重要的部分。,（1）基床表层的作用,基床表层的作用大致有以下几点：增加线路强度，使路基更加坚固、稳定，并具有一定的刚度，使列车通过时的弹性变形控制在一定的范围内；扩散作用到路基顶面上的动应力，使其不超出基床底层填料的临界动应力；防止道碴压入基床及基床土进入道碴层；防止雨水侵入基床土软化，发生翻浆冒泥等病害，并保证基床肩部表面不被雨水冲刷；防冻。,（2）基床表层厚度,动强度控制法 动强度控制法以作用在基

12、床底层的表面上的动应力不超过基床底层填料的临界动应力为控制条件。该方法的主要内容是：确定作用于路基基床底层面上的设计动应力幅值大小，确定路基基床底层填料的临界动应力。填料的临界动应力可通过动三轴试验确定，临界动应力也是动强度的反应，通过不同的围压试验，可以求得土的动强度指标。试验结果表明动强度约为静强度的50%60%。当基床土压实系数能够达到100%时则机床表层厚度为0.6米左右，如果压实系数只能达到95%，则需要机床表层在 0.8米以上。,弹性变形控制法弹性变形控制是日本铁路在设计强化路基及床表层时提出的。日本强化路基基床表层是沥青混凝土，厚5cm。路面回弹变形吧大于2.5%，应控制基床表层

13、弹性变形吧应大于2.5mm。对于非沥青混凝土表面的 基床表层，弹性变形控制法同样适用。许多现场调查资料表明，若机床表面的弹性变形大于4mm，将引起道碴的侧向流动。有关研究提出将3.5mm作为京沪高速客运专线铁路路基机床表层的弹性变形控制值。根据Boussinesq理论就可以算出在不同基床底层填料回弹膜量和基床表层材料回弹模量的基础上满足路基变形条件的基床表层厚度。我国铁道部科学研究院表明，基床表层材料的回弹模量值取为180KPa，基床底层填土模量采用30MPa时，需要的基床表层厚度约为0.7m。,综合强度控制与变形控制两方面的计算结果，京沪高速客运专线铁路基床表层的厚度取为0.7m。有利于自然

14、降水的排出，机床表层和基床底层顶部都应设置4%排水坡。基床表层由510cm的沥青混凝土和6560cm厚的级配碎石或级配砾石组成。,（3）基床表层填料,从日、法、德三国和我国铁路以前进行的少量强化基床的试验研究来看,基床表层使用的材料大致有以下几类:级配砂砾石、级配碎石、级配矿物颗粒材料(高炉炉渣)和各种结合料(如石灰、水泥等)的稳定土。级配矿物颗粒材料,特别是水硬性的级配高炉炉渣是很好的基床表层材料。它的主要成分是CaO、SiO2、Al2O3,其成分与水泥的成分相似。施工后很长时间内会继续硬化,承载能力相应提高,这显然是非常有用的。这种材料的无侧限强度在1200kPa以上,弹性模量在300 M

15、Pa以上。但也有一些不利的地方。它必须以炼铁厂为中心进行再加工,对矿渣碎石的品质要求高,否则水硬性的特点就得不到发挥。矿渣碎石对施工工艺要求严格,使用不,当时,其含有的硫化钙、氧化钙还会污染环境。这种材料在日本已大量使用,欧洲也有少量使用,我国铁路还很少用。从我国现有的施工条件来看,采用这类材料难度较大。我国高速客运专线铁路路基基床表层填料采级配砾石和级配碎石。,.级配砾石,组成：是用粒径大小不同的粗、细砾石集料 和砂各占一定比例的混合料,其颗粒组成符合密实级配要求其中包括一部分塑性指数较高的黏土填充空隙并起黏结作用,经压实后就能形成密实较考的力学强度和一定的水稳性。标准：基床表层材料的级配砂

16、砾石的颗粒粒径、级配应符合下表的要求。,级配曲线应接近圆滑，某种尺寸的粒径不应过多或过少。为了提高承载能力,还要求颗粒中扁平及细长颗粒含量不超过20%,黏土团及有机物含量不超过2%。形状不合格的颗粒含量过多时,应掺人部分合格的材料。为了防止道碴嵌入或基床底层填料进入基床表层,级配砂砾石与上部道床及下部填土之间应满足D154d85。当与基床底层填料之间不能满足该要求时，基床表层采用颗粒级配不同的两层结构，或在基床表面铺设土工合成材料。粒径小于0.5 mm的细集料的液限应小于等于28%，其塑性指数应小于6。,级配碎石,组成：是由粒径大小不同的粗、细碎石集料和石屑各占一定比例的混合料,并且其颗粒组成

17、符合密实级配要求。级配碎石的颗粒粒径、级配范围如表所示。,标准:级配碎石与上部道床碎石及下部填土之间应满足久D154d85;针状、片状碎石含量不大于20%，质软、易破碎的碎石含量不得超过10%，材料必须清洁，泥及有机物含量不得超过2%；坚硬耐磨、耐久，磨耗率小于等于30%；碎石相对密度大于2.45%，吸水量小于等于3.0%。,（4）基床表层结构,客运专线铁路路基基床表层一般均由两层结构组成,日本、德国、法国、西班牙均如此。上层大多要求填料变形模量大,渗透系数小。但这两个要求的统一是较难满足的。因此，在使用级配砂砾石的国家，一般都把基床表层分成上下两部分。上层较薄,大多为0.2一0.3m,要求变

18、形模量高。下层的作用偏重于保护,颗粒粒径应与基床底层填料匹配,使基床底层填料不能进人基床表层,同时要求渗透系数小,至少要小于10-4m/s。如果不得已,只能采用经改良的黏性土作为基床底层填料时,需考虑在基床表层的底面铺设土工合成材料。,（5）基床表层压实标准,客运专线铁路路基基床表层压实标准如表所示。,3、基床底层设计要求,（1）要求 客运专线铁路路基基床底层应采用A、B组填料或改良土,压实标准如表所示。,（2）填料改良,物理改良目的:对填料的颗粒组成及级配进行改善,即在一种填料中掺人另一种填料,拌和均匀使其级配改善。成为物理力学性质有所提高的新填料。途径:掺人粗粒料(中粗砂),改善其级配条件

19、;掺人较细颗（黏粒），通过提高其黏粉比增强其强度指标。,化学改良,通过对填料加人掺入料，促使土与掺入料之间发生化学作用,从而使土的结构与性质发生较大的变化。掺人料为石灰、水泥、粉煤灰、土壤固化剂及其他有机及无机材料。,五、路堤设计,1、基床以下路堤填料要求,铁路基床以下路堤填料应满足下单个基本要求:在列车和路堤自重荷载作用下，路堤能保持长期稳定；路基本体的压缩稳定能很快完成；其力学性能不会受其他因素的影响而发生不利于路堤稳定的变化。路堤填料应优先选择A、B组填料。C组填料和改良土也可以作为客运专线铁路基床以下路堤填料。,2、基床以下路堤填料的压实标准,（1）路堤高度大于3.0 m的情况 路堤高

20、度大于3.0 m时，我国客运专线铁路（基床以下）填料压实标准质量要求如下表,（2）路堤高度小于3.0m情况,高度小于3.0m的路堤，其基床应满足相应部位的压实标准要求。0.7m路堤高度h 3.0m时:当地基为黏性土时,应挖除表层0.30.5m,并回填整平碾压至K0.95。如地层地下水位较高(丰水期地下水位距地表0.5m),应于基底填渗水性填料,厚0.5m,并碾压至K30130MPa/m。当地基为砂类土时,应将地表整平碾压至K30130 MPa/m。当地基为砾卵石(碎石)类土时,应将地表整平碾压至尺K30150 MPa/m。当地基为岩石时,视其风化程度分别按上述要求处理,坚硬岩石可不处理,直接在

21、其上填筑。,当路堤高度h0.7m时:,基床表层应满足表（客运专线铁路路基基床表层的压实标准）要求。当地基为黏性土时,在基床表层下换填渗水性填料,厚05m,并碾压至K30130MPa/m。当地基为砂类土时,应将地表整平碾压至K30130 MPa/m。当地基为砾卵石(碎石)类土时,应将地表整平碾压至K30150 MPa/m。当地基为岩石时,其风化程度分别按上述要求处理,坚硬岩石可不处理,直接在其上填筑。,（3）客运专线铁路路堤边坡,根据我国目前积累的经验,只要地基稳定,填土碾压质量符合设计要求,按现行规范确宇的边坡坡度,路基边坡是稳定的。,第二部分 软土地基加固与处理技术,一、铁路路基的地基条件,

22、现代线路养护维修工作量及对行车干扰问题将日益突出。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。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,要求采取各种加固措施,如振动捣固、混凝土喷浆、化学加固、砂桩或排水管构筑、土层加固、更换土层等。我国首次在大秦重载铁路提出的对地基的要求。现行铁路路基设计规范提出路堤的地基条件必须满足N4,Ps1 MPa(N为标准贯人锤击数,Ps为静力触探比贯入阻力)。,二、软土地基浅层处理,当软土地基的承载力和变形满足不了设计要

23、求,而软土层的厚度又不是很大时,将路基底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去,然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、二灰土等)或其他强度较高、性能稳定、无侵蚀性的材料,并用人工或机械方法压(夯、振)实至要求的密实度为止。换填土法的处理深度通常宜控制在3m以内,但也不宜小于0.5m,因为垫层太薄,则换土垫层的作用也不显著。,1、垫层材料的选择,（1）砂和砂石垫层材料含泥量一般不应超过5%,也不得含有植物残体、垃圾等有机杂质。如用作排水固结地基的砂、石材料,含泥量不应大于3%,并且不应夹有过大的石块或碎石(50 mm),因为碎石过大会导致垫层本身的不均匀沉降。（2）碎石垫层材料碎石垫层用的

24、碎石粒径,一般为540 mm的自然级配碎石,含泥量不大于5%。,在碎石租钢渣垫层的底部,为防止基坑表层软弱土发生局部破坏而产生过量沉降,一般应设置一层1530 mm厚的砂垫层,砂料应采用中、粗砂,然后再铺筑碎石垫层。,2、垫层施工方法,（1）换填法施工的关键是将垫层材料压实到设计要求的密实度。压实方法常用的有机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法。这些方法要求垫层材料分层铺设,然后逐层振密实。,（2）以黏性土为主的软弱土,宜采用平碾或羊足碾;对杂填土可用平碾;对砂土、砂石料、碎石土和杂填土宜采用振动碾或振动压实机;对于狭窄场地、边角及接触带可用蛙式夯实机。压实效果、分层铺填厚度、压实遍数、最优含水

25、量等应根据具体施工方法及施工机具通过现场试验确定。一般情况下,用平板振动器时,最优含水量为15%一20%;用平碾及蛙式夯时最优含水量为8%12%;用插人式振动器时,宜对饱和的碎石、卵石或矿渣充分洒水湿透后进行夯压。,（3）垫层施工前必须对下卧地基进行检验,如发现局部软弱土层,应予挖除,用素土或灰土填平夯实。对垫层底部有古井、古墓、洞穴、旧基础、暗塘等软硬不均的部位时,应先予清理后,再用砂石逐层回填夯实,并经检验合格后,方可铺填上一层砂石料后再行施工。（4）严禁扰动垫层下卧的软土,为防止践踏、受冻、浸泡或暴晒过久,坑底可保留200 mm厚土层暂不挖去,待铺砂石料前再挖至设计标高,如有浮土必须清除

26、,当坑底为饱和软土时,须在土面接触处铺一层细砂起反滤作用,其厚度不计入砂垫层设计厚度内。,（5）砂石垫层的底面宜铺设在同一标高上,如深度不同,基底土层面应挖成阶梯或斜坡搭接,各分层搭接位置应错开0.5一1.0m距离,搭接处注意捣实,施工应按先深后滚的顺序进行。垫层竣工后,应及时施工上层路面。（6）垫层施工应注意控制分层铺填厚度,每层压实遍数宜通过试验确定。分层松铺厚度,可按采用的压实机具现场试验来确定,一般情况下松铺30 cm,分层压实厚度为20cm。为保证分层压实质量应控制机械碾压速度,一般平碾为2km/h;羊足碾为3km/b;振动碾为2km/h;振动压实机为0.5km/h。,（7）人工级配

27、的砂石应拌和均匀。用细砂作填料时,应注意地下水的影响,且不宜使用平振法、插振法和水振法。灰土、二灰土材料应拌和均匀,注意配合比,控制含水量,如土料水分过多或不足时应晾干或洒水润湿。（8）当施工中地下水位高于挖土底面时,宜采用排水或降水措施,注意边坡稳定,以防止坍土混人砂石垫层中。,三、深层密实法施工技术与检验,深层密实是指采用爆破、夯击、挤压和振动等方法,对松软地基土进行振密和挤密,它可使地基土在较大深度范围内得以密实。深层密实法也是当代地基处理方法的重大进展之一。深层振密法是以振动杆(振动翼)作为振动器加固土的一种方法。该方法是以静压、振动等方法先将带振动翼的钢杆下到所需深度的土层中,然后产

28、生垂直或水平振动并慢慢拔出,使土得到加密。这种振动杆有Foster振动管、Y形振动杆等。该方法在砂土中应用效果较好,在国外有一定的应用,我国应用较少。,下面主要介绍国内常用的强夯法、砂桩、碎石桩和CFG桩的施工方法。1、强夯法施工要点 强夯法国外称之为动力固结法,以区别于静力固结法。它一般是通过10一40 t的重锤采用1020m的落距(最高可达40m)夯击地基,对地基土施加强大的冲击能,在地基土中形成冲击波和动应力,使压密和振密,以加固地基土,达到提高强度,降低压缩性,改善砂土的抗液化条件,消除湿陷性黄土的湿陷性的目的。强夯法以其适应性广、效果好、造价低、工期短等特点,成为我国地基处理的技术。

29、,（1）强夯施工方法,一般来说,强夯法施工可按以下步骤进行:平整场地：预估强夯后可能产生的平均地面变形,并以此确定地面高程,然后用推土机平整。,铺设垫层：若地表层为细黏土且地下水位较高或地面有水的情况,可先将地表水排出,在表层铺设0.5一2m左右厚的砂、砂砾或碎石等松散性材料或降低地下水位。这样做的目的是在地表形成硬层,有利于机械设备进场施工,另外,还可加大地下水和表层的距离,防止夯击效率降低。施工前,应认真查明强夯范围内地下构筑物和各种地下管线的位置,尽量避开地下构筑物进行施工,必要时应采取相应的措施。夯点放线定位及测量高程：在整平后的场地上标出第一遍夯击点的位置,宜用石灰或打小木桩的方法标

30、出夯点,并测量场地高程。,施工工艺：,强夯机就位,使夯锤对准夯点位置,测量夯前锤顶高程。将夯锤起吊至预定高度,待夯垂脱钩,自由落下后,测量锤顶高程,并做好现场记录;若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜付,应及时将坑底整平。按设计规定夯击次数及控制标准,完成一个夯点的夯击。重复以上步骤,直至完成第一遍全部夯点的夯击。夯击一遍后,应用推土机将场地推平,同时测量整平后的场地高程。按规定的间歇时间,重复以上步骤完成全部夯击遍数,最后用低能量满夯,将场地表层松土夯实,并测量夯后场地高程。强夯法的顺序应该是先深后浅,即先加固深层土,再加固中层土,最后加固表层土。,（2）施工注意事顶,对夯点定位进行严格的复核,其

31、偏差应小于5 cm。认真作好现场记录,应对每一夯点的夯击能量、夯击次数、每次夯击的沉降量进行详卦的记录。施工时应控制最后两锤的平均下沉量:第1、2遍不大于8cm,第3、4、5遍应不大于5cm,如最后两锤的平均下沉数超过上述规定值,应再增加夯击次数使其达到设计标准。满夯时,能量不宜过大，一般加固深度达3m即可。夯印彼此搭接,不留空当,否则局部地段得不到加固,出现死角。,2、碎石桩施工要点,碎石桩又称粗颗粒土桩,是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，将碎石或砂挤压人桩孔中,形成大直径的碎石所构成的密实桩体。碎石桩适用于挤密松散的砂土、粉土、素填土和杂填土地基。在复合地基的各类桩体中,碎石

32、桩与砂桩同属散体材料桩,加固机理相似。随被加固土质不同机理所有差别:对砂、粉土和碎石土具有置换和挤密作用;对黏性土和填土,以置换作用为主,兼有不同程度的挤密和促进排水固结的作用。,碎石桩在工程中主要应用于以下几个方面:软弱地基加固;堤坝边坡加固;消除可液化砂土的液化性;消除湿陷性黄土的湿陷性。,碎石桩按其制桩工艺分为振冲(湿法)碎石桩和干法碎石桩两大类。利用振动水冲法施工的碎石桩称为湿法碎石桩;干振碎石桩和锤击碎石桩统称为干法碎石桩。,(1)材料选择,碎石或卵石可选用自然级配,含泥量不宜超过10%,材料的最大粒径不宜大于80 mm,对碎石常用的粒径为2050mm,粒径太大，不仅容易卡孔,而且能

33、使振冲大外壳强烈磨损。作为桩体材料,碎石比卵石好,碎石之间咬合力比卵石大,形成的碎石桩强度高;而卵石作填料下料容易。,（2）施工方法,碎石桩根据其施工工艺一般可分为振动冲碎石桩、干振碎石桩和锤击碎石桩三种。,（3）碎石桩质量检验方法,检测项目包括桩体深度、连续性及密实度。质量要求碎石桩必须采用一定级配的中砂、粗砂和砾石,其含泥量不大于3%。lm深度以下桩身必须处于中密状态(N63.510),1m深度以内应钎探密实。碎石桩处理的黏性土地基,其复合地基的承载力应满足设计要求。,检测方法、频次 抽样检验砂子含泥量和级配,同一产地、品种、规格且连续进场的砂料,每2 000m3为一批,当不足2000 m

34、3时也按一批计。在碎石桩施工结束后,达到规定静置时间,进行标准贯人、静力镪探或动力触探试验,当探头达到桩顶lm以下后,开始计数,按砂桩数量的2%抽样检验,且不少于2根。同时对原状土、桩周土进行对比,重型动力触探需对桩体810 m以上部位进行检测。进行复合地基载荷试验,沿线路纵向每100 m抽样检验3处,不足100 m也检测3处。,检验龄期(饱和黏土中桩)静力触探:对于桩体宜在桩体成桩2周后,对于桩周土宜在成桩4周后进行;重型动力触探:宜在成桩2周后进行;算合地基载荷试验:宜在成桩2周后进行。,3、CFG桩施工要点,CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩(Cement Flyabh Gravel Pile)

35、的简称,申碎石、石屑、粉煤灰掺加适量水泥加水拌和,用振动沉管打桩机或其他成桩机具制成的一种具有一定黏结强度的桩。桩体主体材料碎石、石屑为中等粒径骨料,可改善级配;粉煤灰作为细骨料,可以和低强度水泥作用。通过调整水泥掺量和配合比,桩体强度可在C5C20之间变化,一般为C5Cl0。CFG桩由于桩身具有一定的黏结性，故可全长范围内受力能充分发挥桩周摩擦力和端承力,桩土应力比般为1040,复合地基承载力的提高幅度较大，有沉降小、稳定快的特点。,CFG桩可用于加固填土、饱和及非饱和黏性土、松散的砂土、粉土等;对塑性指数高的饱和软黏土使用应慎重。,（1）施工工艺,沉管桩机就位,桩管保持垂直,垂直度偏差不大

36、于1%;若采用预制钢筋混凝土桩尖,需埋人地表以下300 mm左右;开始沉管,为避免对邻桩的影响,沉管时间应尽量短;记录激振电流变化情况,一般可1m记录一次。,投料 沉管过程中可进行空中投料。沉管至设计标高后须尽快投料,直到管内混合料与钢管投料口齐。若投料量不够,应在拔管过程中空中投料,以保证成桩桩顶标高满足设计要求。拔管拔管前,应原位留振约10 s后再振动拔管。控制拔管速度,一般以1.21.5m/min较合适。拔管过快易造成局部缩颈或断桩;拔管太慢,振动时间过长,会使桩顶浮浆增厚,易使混合料离析。对淤泥质土,拔管速度可适当放慢,拔管过程中也不宜反插留振。桩管拔出地面后,应用粒状材料或用黏土封顶

37、。,开槽及桩头处理CFG桩施工完成后7d即可开槽,若基坑深度不大于l.5m可采用人工开挖,当基坑深度大于1.5m时,可考虑人工和机械联合开挖,并通过试开挖确定预留人工开挖深度,一般人工开挖预留厚度不宜小于700 mm,以避免对桩间土及桩产生不良影响。褥垫铺设褥垫厚度由设计确定,虚铺厚度按下式控制:h=H/式中：h褥垫层虚铺厚度;H褥垫层设计厚度;压实系数,一般取0.870.9。褥垫层虚铺厚度应比基础宽度大,其宽出的部分不宜小于褥垫层的厚度。,四、排水固结法施工技术与检验,排水固结法处理软基是在路基施工前,对天然路基或巳设置竖向排水体的路基上加载预压,使土体固结沉降基本完成或大部分完成,从而提高

38、地基土强度,减少地基工后沉降的一种地基加固方法。排水固结法由排水系统和加压系统严部分节同组成。排水固结系统由竖向排水体和水平排水体构成,主要作用是改变地基的标水边界条件,缩短排水距离增加空隙水排出的途径。加压系统是指对地基施加的荷载布置。,排水固结法一般适用于饱和软黏土、吹填土、松散粉土、新近沉积土、有机质土及泥炭土地基。因此,要保证排水固结法的加固效果,从施工角度考虑,主要应做好以下三个环节:铺设水平垫层、设置竖向排水体和施加固结压力。,1、水平排水垫层施工 水平排水垫层的作用是使在预压过程中,从土体进人垫层的渗流水迅速地排出,使土层的固结作用能正常进行,防止土颗粒堵塞排水系统。因而垫层的质

39、量将直接关系到加固效果和预压时间的长短。,2、竖向排水体施工竖向排水体在工程中的应用有普通砂并、袋装砂井、塑料腓水带三种。砂井直径一般为2030 cm,水下砂井直径3040 cm,井径比为810。砂料为中粗砂,含泥量小于2%,颗粒级配良好。袋装砂井直径一般为710 cm,井径比为1530。,（1）普通砂井的施工,普通砂井的施工应当满足以下要求:保持砂井连续和密实,并且不出现缩颈现尽量减小对周围土的扰动;砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。,（2）袋装砂井的施工,预压荷载的施工一般分三类:利用建筑物自重加压;施加外部荷载(堆载预压施工);减少基土的孔隙水(真空预压的施工)。袋装砂井是用具有一定

40、伸缩性和抗拉强度很高的聚丙烯或聚乙烯编织袋装满砂子,它基本上解决了大直径砂井中所存在的问题,使砂井的设计和施工更加科学化,保证了砂井的连续性打设设备实现了轻型化，比较适合在软弱地基上施工，用砂量大为减少，施工速度加快,工程造价降低,是一种比较理想的竖向排水体。,（3）塑料排水带的施工,塑料带排水法是将带状塑料排水带用插带机将其插人软土中作为竖向排水体,然后在基面上加载预压(或采用真空预压),土中孔隙水沿塑料带的通道逸出,从而使地基土得到加固的方法。,3、预压荷载施工,（1）利用建筑物自重加压（2）堆载预压,（3）真空预压,五、化学加固法施工技术与检验,化学加固法是指利用水泥浆液、黏土浆液或其他

41、化学浆液,通过灌注压人、高压喷射和机械搅拌,使浆液与土颗粒胶结起来,以改善地基土的物理力学性质的地基处理方法。化学加固法能否获得预期的效果,主要取决于两个方面的因素:一是根据地基土体的特征,选择适当类型的化学浆液;二是选用合适的施工工艺。,目前根据化学加固法中常用的浆液类型可划分为:水淀浆液,即由高强度的硅酸盐水泥和速凝剂等组成的常用胶结浆液;.以水玻璃(Na2OnSiO2)为主的浆液,这类浆液有较多的配方形式,较常用的是将水玻璃浆液与氯化钙浆液配合使用,该类浆液价格较贵,较少用;以丙烯酰胺为主的浆液,是一种类似有机化合物为主的浆液,其价格昂贵,难于广泛应用;以纸浆液为主的浆液,如重铬酸盐类,

42、其加固效果较好,但有毒性,易污染地下水源,故使用上受到限制。因此,目前使用最广泛的是水泥浆液。,根据施工工艺,化学加固法可划分为下列三类:灌浆法(注浆法);高压喷射注浆法;水泥土搅拌法。灌浆法在我国水电、矿山、煤矿、铁路等部门有广泛应用。后两者通过特制的搅拌机械,在地基深部将黏土颗粒和水泥强制拌和,硬结后达到加固地基的目的,近年来在铁路工程中有较多应用。,1、灌浆法,灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理,通过注浆管把浆液均匀地注人地层中,浆液以填充、渗透和挤密等方式,赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置,经一定时间后,浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体,形成一个结构新、强度高

43、、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体”。灌浆法按加固原理可分为渗透灌浆、挤密灌浆、劈裂灌浆和电动化学灌浆,（1）材料要求 浆液材料分类,灌浆施工工艺流程,（3）施工注意事项,注浆孔的钻孔径一般为70110 mm,垂直偏差应小于1%。注浆孔有设计角度时应预先调节钻杆角度,倾角偏差不得大于20。当钻孔钻至设计深度后,必须通过钻杆注人封闭泥浆,直到孔口溢出泥浆方可提杆,当提杆至中间深度时,应再次注人封闭泥浆,最后完全提出钻杆,封闭泥浆的7d无侧限抗压强度宜为0.30.5MPa,浆液黏度8090S。注浆压力一般与加固深度的覆盖压力、荷载大小、浆液黏度、灌注速度和灌浆量等因素有关。注浆过程中压力是变化

44、的,初始压力小,最终压力高,在一般情况下深lm压力增加2050KPa。,若进行第二次注浆,化学浆液的黏度应较小,不宜采用自行密封式密封圈装置,宜采用两端用水加压的膨胀密封型注浆芯管。灌浆后就要拔管,若不及时拔管,浆液会把管子凝住而增加拔管困难。拔管时宜使用拔管机。用塑料阀管注浆时,注浆芯管每次上拔高度应为330 mm;花管注浆时，花管每次上拔或下钻高度宜为500 mm。拔出管后,及时刷洗注浆管等,以便保持通畅洁净。拔出管在土中留下的孔洞,应用水泥砂浆或土料填塞。灌浆的流量一般为710L/min。对充填型灌浆,流量可适当加大,但也不宜大于20L/min。,冒浆处理。土层的上部压力小,下部压力大,

45、浆液就有向上抬高的趋势。灌注深度大,上抬土明显,而灌注深度浅,浆液上溢较多,甚至会溢到地面上来,此时可采用间歇灌注法；即让一定数量的浆液灌注人上层孔隙大的土中后,暂停工作,让浆液凝固,1几次反复,就可把上抬的通道堵死。或者加快浆液的凝固时间,使浆液出注浆就凝固。实践证明,需加固的土层之上,应有不少于lm厚的土层,否则应采取措施防止浆液上冒。,2、高压喷射注浆法,高压喷射注浆法是用工程钻机钻至预定深度后,用高压泥浆泵等发生装置,通过安装在杆机端的特殊喷嘴,向周围土体喷射化学浆液(常用水泥浆液),同时钻杆以一定的速度徐提升,高压射流破坏了附近的土体结构,并强制与化学浆液混合,在地基中硬化成直径均的

46、圆柱体。,高压旋喷桩的三种方式,（1）浆材选择水灰比一般采用1:11.5:1,就能保证浆液的喷射效果。冬季、春季施工,为了克服纯水泥初凝及终凝时间长、早期强度低、抗冻性差等缺陷,掺人外加剂的用量为:工业盐4%5%,三乙醇胺2%4%。（2）施工工艺当前,高压喷射注浆法的基本工艺类别有:单管法、二重管法、二重管法和多重管法等四种方法。,（3）施工注意事项,钻机或旋喷机就位时机座要平稳,立轴或转盘与孔位对正,倾角与设计误差一般不得大于1.5%。喷射注浆前要检查高压设备和管路系统,设备的压力和排量必须满足设计的要求。管路系统的密封圈必须良好,各通道和喷嘴内不得有杂物。喷射注浆时应估计水泥浆的前峰已流出

47、喷头后,才可开始提升注浆管,自下而上喷射注浆。开始喷射注浆的孔段要与前段搭接0.1m,防止固结体脱节。喷射注浆作业后,由于浆液析水作用,一般均有不同程度收缩,使固结体顶部出现凹穴,应及时用水灰比为O.61的水泥浆进行补灌,并要预防其他钻孔排出的泥土或杂物进人。,3、水泥土搅拌法,水泥土搅拌法是用于加固饱和黏性土地基的一种方法。它是利用水泥(或石灰)等;作为固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强拌,由固化剂和软土间所产生的一系列物理和化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定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。根据施工方法的不同,水泥土搅拌毕

48、分为水泥浆搅拌法(国内俗称深层搅拌法,又称为湿法)和粉体喷射搅拌法(又称为干法)两种。,（1）深层搅拌法(湿法)的施工,施工工艺深层搅拌法的施工工艺流程图,定位：起重机(或塔架)悬吊搅拌机到达指定桩位并对中。当地面起伏不平时,应使起吊设备保持水平。预搅下沉：待搅拌机的冷却水循环正常后,启动搅拌机电瓜,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉,下沉的速度可由电机的电流监测表控制。工作电流不应大于70A。如果下沉速度太慢,可从输浆系统补给清水以利钻进。制备水泥浆：待搅拌机下沉到一定深度时,即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆,待压浆前将水泥浆倒入集料斗中。提升喷浆搅拌：搅拌机下沉到达设计深度后

49、,开启灰浆泵将水泥浆压人地基中,边喷浆边旋转,同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机。,重复上下搅拌：搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时,集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀,可再次将搅拌机边旋转边深人土中,至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。清洗：向集料斗中注人适量清水,开启灰浆泵,清洗全部管路中残存的水泥浆,直至基本干净。,（2）粉休喷射搅拌法(简称粉喷法,又称干法),粉体喷射搅拌法是利用压缩空气向软土输送和喷射干粉(生石灰粉、水泥干粉等),利用干粉与土拌和发生化学反应,改善土质,提高地基的强度,它属于化学加固方法。加固后,可增加路基的稳定,减少路基的沉降。,材料要求

50、,粉体喷射搅拌法通常采用水泥、生石灰粉、粉煤灰等作为加固料,其质量规格应满足以下要求:,生石灰：应是磨细的,最大粒径应小于2mm，石灰中应无杂质,CaO、MgO含量不小于85%,其中氧化钙含量不应低于80%。水泥：采用普通水泥或矿渣水泥,应是国家免检产品,严禁使用过期、受潮、结块、变质的劣质水泥。粉煤灰：粉煤灰化学成分中要求SiO2和Al2O3的含量应大于70%,烧失量应小于10%。采用石膏粉作为添加剂,有利于强度的提高。施工实际使用的固化剂和添加剂必须通过室内试验检验,符合设计要求后方能使用。,施工工艺场地清理放养定位钻机就位钻孔提升粉喷桩提升结束，桩体形成重复搅拌,小结 软土地基加固与处理