硕士论文软土地区铁路复线路基工程施工关键技术研究

硕士论文软土地区铁路复线路基工程施工关键技术研究内容摘要：

和堆场等工程建设中得到应用。 真空联合堆载预压法是在真空预压法和堆载预压法基础 上发展起来的软基加固方法。 具有真空预压和 堆载预压的双重效果，通过抽真空形成负 压，当真空度达 80kPa 以上，相当于一次性施加 4_5m 高度的填土荷载。 对于道路采 用真空联合堆载预压法加固软土地基，可利用路基填土作堆载，使土体在真空荷载和堆 3 第一章绪论 载联合作用下发生固结强度得到较大提高；同时，由于真空产生负压，使土体产生向内 收缩变形，可以抵消因堆载引起的向外挤出变形，地基不会因填土速率快而出现稳定性 问题，因此，真空联合堆载预压法比单纯的真空预压法、堆载预压法效果更好。 根据太沙基有效应力原理可知，真空预压是通过减少孔隙水压力来增加土体的有效 应力，只改变土体的球应力，而不产生剪应力，土体只产生向预压区内的收缩变形，由 此可知真空联合堆载预压法具有以下几个特点：口 1 ①抽真空时，土体只产生向“内”的收缩变形，真空荷载可一次性施加，而不会出现 土体会象常规堆载时因荷载过大而产生失稳破坏的现象。 ②在联合堆载过程中，土体本身在真空荷载作用下向内 收缩变形，可以抵消因堆载 产生的侧向挤出变形，从而加快加载速率。 0 在真空联合堆载过程中，一方面堆载促进土体孔隙水压力升高，另一方面真空预 压又促进孔隙水不断经排水通道排出，孔隙水压力不断降低，由堆载引起的超孔隙水压 力很快消散，固结速度加快，土体强度自然增长。 ④真空联合堆载预压是真空荷载和路堤堆载两者相叠加，某种程度上相当于在常规 堆载预压的基础上增加了真空荷载这部分超载，其加固深度、固结速度明显大于常规堆 载预压，因而可缩短预压工期、减少工后沉降。 真空联合堆载预压法是一种实用且经济的大面积处理软土地基的有效方法，施工过 程中的稳定性可以得到保证，工后沉降和不均匀沉降较小。 1． 2． 2 国内外复线路基施工方案研究现状 复线路基施工方案的选择除了结合施工的特点，选择行之有效的施工方案，制定施 工工艺、质量保证措施之外，还应该注意新老路基结合部的不均匀沉降。 现在国内外解 决不均匀沉降的方案大体有以下几种： 1 开挖台阶法 这种方法是最常见的处治方法，陈星光在其硕士论文中对台阶的开挖尺寸进行了有 限元模拟，得出了台阶高度和宽度的合理开挖范围，并根据工程实际情况提出了合适的 处治方案。 2 土工合成材料 为了使新旧路堤紧密衔接形成整体，减少新老路堤的不均匀沉降，新旧路基结合部 位经常采用土工合成材料处理。 S． P． Corbett9i 等，通过现场测试研究了土工合成材料在 4 长安大学硕士学位论文 加宽路基边坡中的设计和施工方法，认为加 筋材料用于路基加宽工程具有很大的优势。 JuhaForsman 和 Veli． Matti 发现使用土工合成材料可以降低由于路堤自重引起的水平应力，从而减少水平位移，有 效地防止路面开裂； Ludlow． S 等路基加宽工程的有限元分析表明，加宽路基工程中可以 有效的减小路基的侧向位移：杨茂等成功地将土工合成材料应用于我国内蒙古 5103 线 喇嘛湾至大饭铺段公路改建中，解决了路基下沉和新旧路基土体结合处路面反射裂缝等 公路病害问题。 3 间隙法 Den 在施工方法方面， A． N． GVan． Meurs 及 A． Van Berg 提出了间隙法，即先在距 离老路基一定距离外填筑部分新路基，两者之间留有一定间隙，然后再填筑空隙，由于 新路基填土自重作用下的固结会使新老路基间隙下的软土强度和水平应力提高，因而可 以减小填土对老路基产生的附加变形。 另外日本对软土地基上的不均匀沉降控 制方面进行了多方面的研究，由于新建路堤 重力的影响，老路堤也会产生沉降，向新路堤一侧倾斜，这就导致路基面的不平顺，可 以采取的措施有，在原有路堤外侧路肩处打入竖直板桩，使新旧路基隔离在板桩两侧， 减小新路基对旧路基的连带沉降。 另外，可以在新路基地基上加挤压桩，石灰桩等来减 小地基的沉降。 1． 3 依托工程概况 研究的软土地区铁路复线路基工程所处地区属低丘区，白云质灰岩。 m～ 3． 0 地 层 表 层 为 杂 填 土 ， 松 散 ， 成 分 复 杂 ， 层 厚 1 ． 5 m，以碎砖、碎石、混凝土 块为主，局部浜填土含大量有机及腐殖物，明浜区域为浜淤泥，有大量需要处理的软基。 而且工程设计要求时速高、技术标准高，必须满足技术标准、满足工后沉降、一次 达标为原则进行总体施工安排。 1． 4 主要研究内容及技术路线 1． 4． 1 主要研究内容 将主要对软土地区铁路复线路基工程施工过程中的关键问题进行研究： 1 软基处理技术研究 本工程在建设过程中将会遇到大量的软土地基，在施工以前首先要考虑当地软基的 5 第一章绪论 特点以及形成原因并进行分析研究，然后结合本工程的特点，选择有效的软基处理方式， 这是软基处理施工的关键。 2 复线路基工程施工方案研究 要结合本工程的特点选择一套行之有效的路基施工方案。 另外需要注意的是本工程 是既有线改造工程，由于新老路基下路基沉降的差异、新老路基强度及刚度的差异、新 老路基结合部处理方式的失当以及施工因素的影响都会引起新老路基结合部沉降差异 的存在，采取何种有效的措施，保证加宽路基与老路基的整体性，防止新老路基沉降差 异，也将是需要研究的问题。 3 既有线施工改造的实施 既有线施工改造的实施一般有两种方法。 一种是利用行车间隙进行施工，另外一种 是封闭线路施工――开天窗，本工程将通过对两种方案的比较，选择适合的实施方案。 对既有铁路进行改 造是提高运能，节约能源，实现铁路现代化的重要手段。 由于我 国铁路干线运输繁忙，运量和运输组织已近饱和，因此在这种情况下进行改造，存在着 两种干扰：一种是施工对运输的干扰：另一种是运输对施工的干扰。 本文将仅对工程中 运输对施工的干扰进行研究。 路基填料的替代材料选择，在工程施工中最好使用河砂， 但实际施工中，往往缺乏河砂，因此不得不考虑使用替代材料一机制山砂，将分析该 地区机制山砂是否可以替代河砂。 复线施工水害防治，水害防治是每个工程必须重视的 问题，因此结合工程实际，对比相似工程，选择 合适的防护措施非常必要。 1． 4． 2 技术路线 通过查阅大量的文献资料，并分析总结现场勘查资料，以解决路基施工、既有线改 造过程中出现的各种问题。 技术路线流程图如下： 6 图 1． 1 技术路线流程图 7 第二章复线路基施工软土地基处理技术研究 第二章 复线路基施工软土地基处 理技术研究 2． 1 复线软土路基处理方案概述 人们运用地基处理技术已经有很长的历史了。 地基处理技术可以追溯到两千年前， 经过漫长的历史岁月，我国积淀了丰富的地基处理技术。 据文字记载，我国在两千年前， 就己采用了软土中夯入碎石等压密土层的夯实法，在建筑中经常采用的灰土和三合土的 换土垫层法，是我国的传统技术。 近 50 年来，国外的软土地基处理方式也有了突飞猛 进的发展，老方法得到改进，新方法不断涌现。 在 60 年代中期开始，从不同的理论出 发，分别提出了“加筋法 、“土工聚合物 、“ 砂井预压’’和“塑料排水带 、“强夯法” 和“振动水冲法”。 从提高土的抗拉强度思路中，发展了土的“加筋法 ；从如何有利于 土的排水和固结这一基本观点出发，发展了土工聚合物、砂井预压和塑料排水带；从如 何进行深层密实处理的方法考虑，采用加大击实功能的措施，发展了“强夯法 和“振 动水冲法 等。 此外在国际上还曾召开了多次软基处理会议，例如 1981 年 6月召开了 第十届国际土力学及基础工程会议， 1982 年在美国召开了第二届土工织物国际会议， 1986 年在维也纳召开了第三届国际土工织物会议， 1983 年在赫尔辛基召开了第八届欧 洲土力学及基础工程会议。 这些会议的召开，形成了不少成果，总结了许多地基处理技 术，而其中更多的是创新，产生了很多新技术、新工艺，比如第八届欧洲土力学及基础 工程会议文献中几乎全是有关软土地基处理的课题，包括有原位测试、深层加固、加速 土的固结、加筋土、土的稳定以及地基加固的设计和施工等。 建国 60 年来，我国在软土地基处理方面也做了大量的工作，产生了一些新技术、 新工艺，并且引进了不少国际上的新技术、新工艺用于工程实践当中。 特别是改革开放 以来，针对软土地基处理，不同的部门召开了很多全国性的专题会议。 比如 1979 年铁 道部召开了强夯加固会议； 1980 年、 1981 年交通部召开了以软土地基处理为主题的专 题讨论会。 自从 1981 年在上海举行了第一届地基处理讨论会以来，国内已经举行了 1l 届地基处理讨论会。 2020 年 1 月海南大学在海口承办了第十一届地基处理讨论会。 在历 次的会议上都将地基处理作为主要的议题，每次会议都产生了很多成果。 软土地基的强度低、沉降大的弱点，不能满足建筑物 构筑物 的强度要求。 针对这 两个特点 ，出现了许多具有针对性的软土地基处理方式，按照不同的理论，大致可以分 为： 1 加外力法加外力法是迫使土体内的水分、空隙减小，从而使颗粒的间距减 8 长安大学硕士学位论文 少，土体的密度增加，最终达到提高土体承载力的效果。 这种方法一般常见的方法有：排 水固结法、置换法和振密挤密法，三种方法在工程实践中，都有很多种处理方式。 排水固 结法在 工程实践中有堆载预压法、砂井预、袋装砂井法、塑料排水板、井点降水法、真空 预压法、电渗预压法，这些方法适用于厚度较大的饱和软粘土地基，但需要进行预压；置 换法在工程实际中，常用的方法有振冲置换法、碎石桩法、石灰桩法、强夯置换法、水泥 粉煤灰碎石桩法 CFG 桩，适用于软弱粘土地基；振密、挤密法在工程实践中常用的方法 有表层压实法、重锤夯实法、强夯法、振冲挤密法、土桩法、砂桩法、爆破法，适用于部 分砂性土、粉土和部分粘性土； 2 化学加固法在地基中添加化学添加剂，将土体颗粒胶结 在一起，从而使土体 的刚度增大，最终达到提高地基承载力的目的。 在工程实践中常用的方法有注浆法、深层 搅拌法、旋喷法，适用于砂性。