软土地基处理技术修新PPT课件

1、软土地基加固处理技术铁路系统常用的地基处理方法 浅层处理：换填法，砂垫层法、土工合成材料（土工格栅、土工格室）垫层法。 排水固结法：袋装砂井、砂井、塑料排水板 堆载预压、真空预压、井点降水 复合地基：水泥搅拌桩、粉喷桩、旋喷桩、砂桩、碎石桩 强夯：强夯置换第1页/共65页软土地基加固处理技术铁路路基的地基条件铁路路基的地基条件 不允许发生发生基底破坏，也不允许发生过大的工后沉降和沉降速率。 以往只对基底强度作要求，不允许地基破坏，对地基变形未重视。 提速后的铁路路基病害，大部分为地基变形所致。 客运专线铁路路基的设计理念正由强度设计向变形控制设计转变 客运专线铁路路基地基，强度和刚度要求并重。

2、第2页/共65页软土地基加固处理技术地基处理方法的选择地基处理方法的选择 软土层厚度小于3米时，浅层处理。 一般路基，软土层较厚，排水固结法。 路桥过渡段：复合地基 松软地基、液化地基： 软土地基厚，施工受地域影响，采用粉喷桩。第3页/共65页软土地基加固处理技术浅层处理法：浅层处理法：1、换填法（1）加固原理：根据土中附加应力的分布规律、让垫层承受上部较大的应力，软弱土层承受较小的应力。（2）作用： 提高持力层承载力；减少沉降量；加速软土层的排水固结；防止冻胀；消除膨胀土的胀缩作用。第4页/共65页软土地基加固处理技术（3）要求宽度；填料与压实标准（4）检验方法：压实系数、地基系数。2、抛石

3、挤淤法3、砂垫层法（含反滤层）4、土工合成材料垫层*搭接问题；多层铺设；砂垫层要求；压实问题第5页/共65页软土地基加固处理技术排水固结法：排水固结法： 原理：孔隙水排出，孔隙体积减小，地基产生固结变形。 目的：解决沉降与稳定问题 组成： 排水系统： 水平排水体：砂垫层 竖向排水体：砂井、袋装砂井、塑料排水板加压系统：堆载法、真空预压法、降水法、电 渗法、联合法第6页/共65页软土地基加固处理技术设计方法设计方法 堆载预压设计分级加载：当前期荷载增加到足以承受下级荷载时。利用天然地基土抗剪强度计算第一级允许荷载P1计算第一级荷载下地基强度增长值Cu1计算P1作用下达到所需固结度所需时间t1根据

4、Cu1计算施加的第二级荷载P2=5.52Cu1/K依此类推计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量，确定预压时间。第7页/共65页软土地基加固处理技术砂井排水固结设计砂井排水固结设计 砂井设计 直径和间距；深度；排列方式；布置范 围；砂料 砂井地基固结度设计 太沙基一维固结理论 地基稳定分析：瑞典条分法 沉降计算：分层总和法第8页/共65页软土地基加固处理技术施工方法施工方法 袋装砂井：设备：履带式双管砂井机；门架式袋装砂井机； 井架式袋装砂井机材料：砂袋聚乙烯、聚丙烯、聚酯施工顺序：清理场地：开挖排水沟，清表填筑土拱坡：设计路幅宽度范围内回填至高出原地面20cm，以4%横坡形成拱，碾

5、压密实。填筑砂垫层：均匀、等厚第9页/共65页软土地基加固处理技术 机具定位 打设套管 孔口检查 起吊，下砂袋 坝套管 检查砂井入土深度质量控制：质量控制： 砂料质量及含泥量 套管长度与直径，桩尖活门开启情况 灌砂的饱满度 垂直度 砂袋的外露长度第10页/共65页 2)操作要点 (1)(1)排水坡及排水砂垫层的设置排水坡及排水砂垫层的设置 首先清除加固范围内地表的草皮及其它杂物，再将地表构筑成坡度不少于3%的路拱，并满足密实度要求。 严格把握砂子进料关，按设计要求铺设均匀等厚的排水砂垫层。 第11页/共65页(2)(2)主要材料选定主要材料选定 砂袋:采用透水性、耐水性、韧性强的聚丙烯编织布制

6、作，长度比设计井深长200cm。砂料: :选用渗水率高的干燥中粗砂，含泥量3% .3% .(3)(3)机具定位机具定位 根据袋装砂井布置范围及间距，用竹板桩准确定位每个砂井位置，机具定位时保证桩锤中心与地面定位在同一个点上，并用经纬仪控制桩锤导向架垂直度。第12页/共65页 (4)(4)安设套管及桩尖安设套管及桩尖 套管选用根据砂井直径而定，不可太小，也不可太大，并在套管上刻画出控制标高的刻度线。 活瓣式桩尖固定在套管上作为一个整体，套管定位利用起吊设备将其吊起，上端送入桩帽内，下端用人扶住准确安插在定位点上。第13页/共65页 5)5)套管打入套管打入 当套管吊起定位后即可开锤施打，开始时落

7、锤要轻缓，防止套管突然倾斜，套管入土深度距设计深度2m时，控制锤击频率，防止超深。 (6)(6)运、下砂袋运、下砂袋 砂袋运输采用特制车辆，严禁在地上拖拉。 下砂袋将整个砂袋吊起，从端部放入套管口，缓慢顺直放入，防止砂袋扭曲和砂袋破损。 第14页/共65页(7)(7)拔出套管拔出套管 拔管时应先启动激振器，后提升套管，要连续缓慢进行，中途不得放松吊绳，防止因套管下坠损坏砂袋，当带出长度大于0. 5m时重新补打。 (8)(8)袋头处理袋头处理 套管拔出后，砂袋应露出孔口50cm以上，并将其垂直埋入砂垫层中，若砂袋不满，及时向袋内灌砂补到足够为止。第15页/共65页5、施工中常见故障处理 1)在打

8、入套管成孔过程中，如连续出现打入深度超过设计深度时，要更换较轻振动锤。 2)下砂袋时，必须保证砂袋到达套管底部，如出现砂袋下不去的情况，可能是管内进入杂物，要拔出套管，检查桩尖活门，排除管内杂物。第16页/共65页软土地基加固处理技术塑料排水板塑料排水板 施工顺序：装靴定位插设上拔切断移位第17页/共65页复合地基1、定义由两种刚度（模量）不同的材料（桩体与桩间土）所组成，在相对刚性基础上两者共同分担上部荷载，并协调变形的地基。2、分类桩体按成桩采用的材料分为：散体土类桩：碎石桩、砂桩；水泥土类桩：水泥搅拌桩、粉喷桩、旋喷桩混凝土类桩：CFG桩第18页/共65页复合地基 按成桩后桩体的强度分：

9、柔性桩：散体土类桩半刚性桩：水泥土类桩刚性桩：混凝土类桩3、复合地基的作用机理桩体作用垫层作用：桩土复合地基垫层加速固结作用 碎石桩，砂桩具有良好的透水性，加速地基固结。水泥土类桩与混凝土类桩也可加速地基固结。挤密作用 砂桩、碎石桩施工过程中由于振动，挤压，排土作用等原因，使桩间土起到一定的密实作用。第19页/共65页复合地基加筋作用 复合地基提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。4、复合地基的破坏模式刺入破坏混凝土类桩鼓胀破坏碎石桩整体剪切破坏滑动破坏5、应力特性、承载力与变形特性桩土应力比复合地基承载力复合地基第20页/共65页复合地基6、粉喷桩 6.1特点 通过特殊装置将压缩空气和粉体

10、固化材料，经过高压软管和搅拌轴送到搅拌叶片的喷嘴喷出。借助叶片的旋转，在叶片的背后产生孔隙，安装在叶片背后的喷嘴将压缩空气连同粉体固化材料一起喷出，混合气体在孔隙中压力急剧降低，使固化材料黏附在旋转产生孔隙的土中，转到半周另一叶片将土和粉体固化材料搅拌混合在一起。第21页/共65页复合地基6.2 施工工具搅拌主机，粉体固化材料供给机，空气压缩机，搅拌翼，动力部分。6.3 施工工序开工钻孔对位钻孔至设计深度打开送料阀门，关闭送气阀门，喷粉。确认粉到达桩底，提升钻头，继续喷粉。提升至设计标高，停止喷粉。打开送气阀，关闭送料阀，空压机不停，搅拌钻头升至桩顶，停止提升，转2min。在钻至复搅深度，反钻

11、提升，复搅。提升至地面，停主电机，空压机第22页/共65页复合地基6.4操作要点试桩不少于2根，确定施工参数：钻进速度，提升速度，搅拌速度，其流量，空气压力。必须钻到设计深度。复搅时（停止喷粉），重叠长度不小于1米。第23页/共65页复合地基7、水泥搅拌桩7.1 施工程序钻机就位预搅下沉按设计确定的配合比，制备水泥浆提升、喷浆、搅拌重复上、下搅拌清洗移位第24页/共65页复合地基7.2施工注意事项在顶端0.30.5m时，上覆压力较小，搅拌质量较差，场地整平标高应比设计标高高出0.30.5m。制桩到地面，然后将上部0.30.5m差的桩段挖去。垂直度偏差1% ，桩径不小于设计值。试桩，确定施工参数

12、。浆液不得离析，泵送应连续。搅拌下沉不易水冲。因故停浆，搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，恢复后喷浆提升。第25页/共65页复合地基8、挤密砂桩 将砂桩打入软土地基，使密实的砂柱体挤密软弱土层，形成复合地基。有外荷载作用时，应力向砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应减小。根据我国在淤泥质粘土上打桩前后的荷载试验，其沉降量可比天然地基减小2030，因而适用于对沉降要求较严的工程。同时，砂桩与砂井一样，在土中形成排水通路，能加速地基土固结沉降的速率，改善地基的整体稳定性，提高地基的承载力。 第26页/共65页复合地基 挤密砂桩采用中、粗混合砂料，含泥量不得大于5，也可用砂与角砾的混合料。

13、设计规则规定，灌砂要密实，灌砂率不应小于90砂桩直径根据置换率要求以及施工机械、成桩方法等综合因素考虑，宜用较大直径。我国目前常用30cm，最大5070cm，国外多用6080cm，最大可达150200cm。桩在平面上布置成三角形或正方形；桩长不应小于危险滑弧的深度；对于厚度不大的软土，桩长应穿透软弱层。砂桩顶面应铺以砂垫层以利排水。第27页/共65页砂桩适用于松散砂土、人工填土、粉土或杂填土等地基，可以提高地基的强度，减少地基的压缩性，或提高地基的抗震能力，防止饱和软弱土地基液化。砂桩适用于松散砂土、人工填土、粉土或杂填土等地基，可以提高地基的强度，减少地基的压缩性，或提高地基的抗震能力，防止

14、饱和软弱土地基液化。 成桩方法有振动沉管法和锤击成桩法。振动沉管法是使用振动打桩机将桩管沉人土层中，并振动挤密砂填料。锤击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管引入土层中，并用内管夯击密实砂填料，实际上这也就是碎石桩的沉管法。 第28页/共65页(1)材料选择砂桩的填料宜用级配较好的中粗砂，也可用砾砂。对于饱和软粘土，因为原地基较软弱，侧限不大，为了利于成桩应选用级配好、强度高的砂砾混合料；填料中最大颗粒尺寸由桩管直径和桩尖的构造决定，以能顺利出料为宜，但最大不应超过50cm。 关于材料的含水量：在饱和土中施工时，砂的含水量宜采用饱和状态；在非饱和且能形成直立桩孔孔壁的土层中用捣实法施工时，含水量

15、采用79。第29页/共65页(2)施工顺序 施工时应注意打桩先后位置次序：为使砂桩进展顺利，挤密砂桩宜从路之一侧向另一侧施打，或由中心向两边施打。从道路纵向而言，宜从道路一端向另一端施打，避免由两端向中间施打，以减少挤密砂桩施工的困难。(3)施工机械 砂桩机械通常包括桩机架、桩管及桩尖、提升装置、挤密装置(振动锤或冲击锤)、上料设备及检测装置等。高能量的振动砂石桩机配有高压空气或水的喷射装置，同时还配有自动记录桩管贯人深度、提升量、压人量、管内砂石位置及变化以及电机电流变化等的检测装置。第30页/共65页一次拔管法施工工艺 首先，用振动沉桩机将安有活瓣式或脱离式管靴的导管，在规定的桩孔位置垂直

16、就位；然后，将桩管沉入软土层中，并达到设计高程(略深一个桩靴的深度)；之后，用装砂漏斗或采用空压机将砂灌入导管；灌满之后，封闭管口，通入压缩空气或者加入水，缓慢提起导管直到地面，再拔管的同时边振动边输入压缩空气(或水)使活动瓣门开启(或脱离式桩靴离开导管)，桩管中的砂通过压缩空气的力量或水的作用落人孔中，形成砂桩。 第31页/共65页逐次拔管法 、施工工艺 首先，将带有桩靴的导管在规定的位置垂直就位；然后，将桩管沉入软土到设计高程；之后，用料斗向导管内灌装砂子；灌满之后，在振动以及向导管输送压缩空气的条件下，边振动边将导管拔起一定高度，停止拔管继续振动若干秒，使落入孔中的砂密实；之后再拔起一定

17、高度又继续振动，如此反复进行，直到导管拔出地面。 、质量控制 根据工地试验，每次拔起桩管0.5m，停拔继振20s，可使砂桩的桩身相对密度达到0.8以上，桩间土相对密度达到0.7以上。第32页/共65页重复压拔管法 首先，将桩管在设计位置垂直就位；然后，将桩管沉入土层中达到设计高程，如果桩管下沉速度很慢，可以利用桩管下端喷嘴射水口加快下沉速度；之后，用装砂料斗向导管内灌砂；灌满之后，在振动的条件下，将导管拔起到规定高度，同时向桩管内送入压缩空气使砂容易排出落入桩孔，桩管拔起后核定砂的排出情况；之后，用振动机将管按规定深度往已灌砂的孔中压下，使桩径扩大并振实；如此反复进行，直到导管拔出地面。对于桩

18、管每次拔起和压下的高度，应根据砂桩直径要求通过试验确定。第33页/共65页碎石桩 碎石桩的结构与砂桩相同，桩身由碎石充填，其加固机理与砂桩不同的是它不是挤密而是置换。由于碎石桩的刚度大于地基中的软粘土，地基应力重分布，荷载大部分由碎石桩承担，桩土应力比值一般为35。碎石桩受荷后，产生径向变形，且引起周围土体产生被动抗力。如粘土强度过低，碎石桩得不到所需的径向支持力，就不能达到加固的目的。因此天然地基的强度大小是形成复合地基的重要条件。根据经验，天然地基的抗剪强度大于20kPa，碎石桩加固地基才有较好的效果。 复合地基第34页/共65页碎石桩的直径较大(常用8090cm)，桩长设计方法与砂桩相同

19、，当软土较厚桩身不穿软弱层时，复合地基可起垫层作用，将荷载扩散使应力分布均匀，提高地基的承载力并减小沉降及沉降差。选用碎石桩材料时若考虑级配，则形成的桩能起排水砂井的作用，因而它也能提高土的抗剪强度，增大路堤的稳定性。复合地基第35页/共65页复合地基8.1施工方法：振冲挤密法：沉管法，干振法振动成桩：冲击成桩8.2加固机理：松散砂土挤密排水减压砂基预震粘性土置换加速排水易发生鼓胀第36页/共65页l复合地基静载荷试验 1、荷载板尺寸和形状的确定 2、分级加载：每级荷载增量为预计极限荷载的1/81/12。总加载量不宜少于设计承载力的两倍。 3、每加一级荷载后，按10、10、10、15、15mi

20、n，以后每30min的时间间隔观测承压板的沉降。当加载量尚未超过设计要求值时，一小时内沉降增量小于0.1mm才可加下一级荷载；当加载量大于设计要求值时，一小时内沉降增量小于0.2mm才可加下一级荷载。第37页/共65页 出现下列现象之一，可中止试验 1、沉降急骤增大，土被挤出或压板周围出现明显的裂缝； 2、总加载量已为设计要求值的两倍以上； 3、累积的沉降量已大于压板宽度的10%。 满足第一种情况时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。第38页/共65页 复合地基承载力的确定： 1、当比例界限能够定时，取比例界限点对应的荷载； 2、当极限荷载能确定时，取极限荷载值的一半； 3、按相对变形值确定：

21、粘性土地基：以S/b=0.02对应的荷载值；粉土或砂土地基：以S/b=0.015对应的荷载值。第39页/共65页 粉喷桩、深层搅拌桩、旋喷桩 检测时间：成桩28天后 检测位置：随机抽检 检测数量：粉喷桩、深层搅拌桩钻孔取芯：2，且不少于3根，复合地基静载荷试验为总桩数的2，且每检验批不少于3根。 旋喷桩钻孔取芯：2，且不少于3根，复合地基静载荷试验为总桩数的2 ，且每检验批不少于3根。第40页/共65页 钻孔取芯 在每根检测桩桩径方向1/4处，桩长范围内垂直钻孔取芯，钻杆应垂直，沿桩体垂直钻探。 检验 类桩：岩心呈长柱状，搅拌均匀，芯样硬，无断灰、夹泥、喷灰不足、喷灰不匀、水泥结块等现象。无侧

22、限抗压强度试验满足设计要求。第41页/共65页 类桩：岩心呈短柱状，搅拌较均匀，芯样较硬，无断灰、夹泥等现象。无侧限抗压强度试验满足设计要求。桩身有轻微缺陷。 类桩：岩心呈块状，搅拌均匀程度一般，局部芯样软，有少量夹泥、水泥结块等现象。桩身无严重缺陷。 类桩：岩心呈角砾状或土状，搅拌均匀程度较差，桩身中上部芯样软，局部有断灰、夹泥、水泥结块等现象。桩身存在严重缺陷。第42页/共65页 评定等级：、类为合格桩，类为应补强桩，类为不合格。第43页/共65页软土地区路基施工观测与控制 在路堤施工中，由于附加荷载是逐渐起作用的，因此软土地基中超静水压力的消散必须经历一定时间才能完成。为了使路堤填筑所产

23、生的应力增加量与路堤底地基强度的增量相适应，就必须进行施工观测与控制。 第44页/共65页软土地区路基施工观测与控制 （一）施工观测的范围 1、接近或超过临界高度的路堤；2、采用砂垫层、排水砂井加固的路堤；3、必须进行试压或预压的桥头路堤及采用加固措施的较高路堤；4、超过设计允许填土速度施工的路堤；5、对全面施工具有指导意义的代表性路堤。 第45页/共65页软土地区路基施工观测与控制（二）施工观测的主要项目 1、人工巡回观察地表变化 人工巡回观察是由有经验的施工人员沿着线路巡回观察路堤外貌的微小变形、微小裂缝及其他发展情况，观察路堤坡脚附近地面的微小隆起和出水现象等。当发现上述现象时，应考虑缓

24、填或停填。第46页/共65页软土地区路基施工观测与控制2、边桩位移观测 在填土过程中，边桩用来观测土的侧向位移值及其发展趋势，从而判断地基的稳定性。 （1）边桩设置。在路堤坡脚外侧210 m范围内，按顺线路方向布置12排（如仅布置一排则应距路堤坡脚外侧24 m范围)，桩间距以1020 m为宜。每排位移边桩两端，在不受荷重影响范围以外设置固定桩（用混凝土浇灌固定）。 边桩多用100mm100mm1000mm的硬木制成。使用时按设计要求打入土中，其桩顶露出地面23cm，并在桩顶钉一小钉，以备观测用。 第47页/共65页软土地区路基施工观测与控制（2）位移观测。位移应用精度较高的经纬仪、水平仪进行观

25、测。观测精度应准确到1 mm。一般填土低于临界高度时，每两天观测一次即可；接近或超过临界高度时，应每天观测并绘制“填土高时间位移量”关系曲线图，随时分析填筑期间的稳定情况，以利指导施工。通常每上、下班时各观测一次，两次观测值之差除以观测时间（h）再乘以24（h）即可作为日平均沉降量、位移量。第48页/共65页软土地区路基施工观测与控制 3、地面沉降观测 在填土过程中，地面沉降观测用来掌握地层表面的总沉降量及沉降量随填土增高和时间的变化情况，以便判断地基在填筑中的稳定性。 （1）地面沉降观测仪器。地面沉降观测仪器有沉降板、沉降杯、剖面沉降仪和水平测斜仪等几种。 第49页/共65页软土地区路基施工

26、观测与控制 沉降测试方法的优化与选择沉降测试方法的优化与选择 为了提高沉降测试精度，严格控制施工质量，在过渡段的沉降测试中进行了多方案的选择和比较。课题组经过大量的调研和分析，选用了水平测斜仪进行过渡段的沉降测试。沉降桩虽然可测量地表面的沉降量，但对土体内部的沉降却无所作为。沉降板法是利用埋在路堤中的一刚性铁板，通过与其连接的观测杆进行沉降测试，虽然它可以测试路堤内部不同高度的沉降，但由于其附近压实机械难以靠近，影响其附近的路基压实质量，并且对施工进度也有一定的干扰。第50页/共65页 沉降杯可以测量路堤内部不同位置、不同深度处的沉降值，但由于很难保证进、出水管的平顺性，从而形成的气泡会堵塞水

27、管，使测试无法进行；另外，管内的积水必须在冻结以前将其排出，否则积水冻结，在寒冷的东北地区也不能进行冬季测试。剖面沉降仪虽可以进行路基的全断面测试，但由于精度较低以及测试复杂，不方便运输、受环境影响较大等缺点，在应用上受到限制。第51页/共65页软土地区路基施工观测与控制 ZCX水平测斜仪是由沉降管和二次仪器组成。它可以测量路基内部不同位置、不同深度处的全断面沉降值。通过把特制的PVC沉降管埋在路基中，用记录仪电缆把装有伺服加速度传感器的探头从沉降管的一段拉到另一端。第52页/共65页 由于地基沉降，探头处于倾斜方向，通过重力加速度在敏感水平轴上的投影，可精确测量探头的倾角，再根据探头的长度计

28、算探头两端的高程差，从而得到探头两端电对应的沉降差，如此累积便可以计算出路基横断面中任一点处的沉降值。水平测斜仪的优点：精度高。试验证明，每次读数误差小于0.1mm，50m长的坡面测试的累积误差小于5mm；操作方便。整个测试系统（探头、电缆及拉线、记录仪）可由一人携带，移动非常方便。测试操作仅需一人即可完成；可以测量整个断面的沉降曲线。第53页/共65页软土地区路基施工观测与控制i-1i图 水平测斜仪原理图=i第54页/共65页竖向沉降仪第55页/共65页软土地区路基施工观测与控制4、孔隙水压力仪观测 孔隙水压力仪是测定不同时间、不同荷重作用下孔隙水的消散过程，以推算地基强度的增长情况，检算地

29、基的稳定性，控制施工速度的一种主要仪器。但其构造复杂，只有在重要工程中才使用。 第56页/共65页软土地区路基施工观测与控制（三）软土路堤施工控制 1、软土地基处理前，除采用水下抛石挤淤方法外，均应于开工前疏干地表水，有条件时可采用降低地下水位措施，如挖槽、井点抽水等。施工现场应按有关规定要求，做好取土、弃土、堆料及运土道的平面布置，安排好作业顺序及机械运行线路，施工中不得随意更改。 2、软土路堤宜提前安排施工，以利加强预压固结效果，使路堤在铺轨通车前具有足够的稳定性，减少再加固费用。 第57页/共65页软土地区路基施工观测与控制3、路堤填筑材料以渗水性土或矿渣为宜，非渗水性土也可。在二者兼用时，应将渗水性土填在路堤底部。严禁用泥炭及有机质含量较多的土作为填料，亦不宜采用软土作