路基及支挡结构作业

1、高速铁路地基处理技术研究综述摘要：针对高速铁路对路基平顺、稳定性及工后沉降的严格要求，本文综述地基处理及复合地基研究历史及现状，介绍常用的路基处理方法，并对特殊土(湿陷性黄土、膨胀土和软土等)的地基处理技术加以细述，最后，以 CFG 桩复合地基为例，阐述高速铁路中 CFG 桩复合地基的发展应用。：高速铁路；地基处理方法；特殊土地基处理；CFG 桩复合地基1.引言高速铁路要求路基强度高、刚度大、纵向刚度变化均匀且长久稳定。以确保轨道的高平顺性。然而，在高速铁路建设过程中，不可避免会碰到工程地质条件不良的软弱土地基，不能满足高速铁路的需求，需要通过人工处理加固，以达上部结构对路基平顺性、稳定性及工

2、后沉降的要求。因此，路基施工处理中涉及两个技术关键：一个是路基工后沉降问题；另一个是路基动力平顺性与长期稳定性问题。高速铁路对路基的沉降要求相当严格，因此，地基处理显得尤为重要。高速铁路地基处理方法的基本原理主要包括：提高地基土的抗剪强度，增大地基承载力，防止剪切破坏或减轻土压力；改善地基土压缩特性，减少沉降和不均匀沉降；改善渗透性，加速固结沉降过程；改善土的动力特性，防止液化，减轻；消除或减少特殊土的不良工程特性（如黄土的湿陷性、膨胀土的膨胀性等）。2.地基处理及复合地基研究的历史与现状2.1 地基处理的分类及复合地基在土木工程建设中，当天然地基不能满足建(构)筑物对地基的要求，需要进行地基

3、处理，形成人工地基，以保证建(构)筑物的安全稳定和正常使用。经地基处理后的人工地基大致分三类：均质地基、多层地基和复合地基，如图 2-1 所示。均质人工地基双层地基水平向增强体复合地基竖向增强体复合地基图 2-1 人工地基的分类人工地基中的均质地基是指天然地基在地基处理过程中加固区土体性质得到全面改良，加固区土体的物理力学性质基本上是相同的，加固区的范围，无论是平面位置与深度，与荷载作用对应的地基持力层或压缩层范围相比较都已满足一定的要求，如图 2-1-所示。人工地基中的双层地基是指天然地基经地基处理形成的均质加固区的厚度与荷载作用面积或者与其相应持力层和压缩层厚度相比较小时，在荷载作用影响区

4、内，地基由两层性质相差较大的土体组成，如图2-1-所示。复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载作用。复合地基具有两个基本特点：一、加固区是由基体和增强体两部分组成的，是非均质的和各向异性的；二、在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。根据地基中增强体的方向将复合地基分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基，分别如图 2-1-和 2-1-所示。水平向增强体复合地基主要包括由各种加筋材料，如土工聚合物、金属材料格栅等

5、形成的复合地基。竖向增强体上称为桩，有时也称为柱。竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基。根据竖向增强体的性质，又可分为三类：散体材料桩、柔性桩和刚性桩。散体材料桩如碎石桩、砂桩等，只有依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体，桩体本身不能单独形成桩体。对应于散体材料桩，柔性桩和刚性桩也可称为粘结材料桩。视桩体刚度不同将粘结材料桩分为柔性桩和刚性桩两种，也有人将其称为半刚性桩和刚性桩。柔性桩泥土桩、灰土桩等。刚性桩如钢筋混凝土桩、低强度混凝土桩等，复合地基根据不同的原理可划分为：、根据复合地基工作机理可将复合地基作下述分类散体材料桩复合地基竖向增强体复合地基柔性桩复合地基复合地基粘结材料桩复合地基水

6、平向增强体复合地基刚性桩复合地基、根据基础刚度和垫层的设置情况分类设置垫层刚性基础不设垫层复合地基设置垫层柔性基础不设垫层2.2 复合地基的发展历史及现状自从 1824 年英国人 Joseph Aspdin 发明硅酸盐水泥以来，利用水泥、土及水的拌和料对道路基层进行处理的工艺陆续得到应用，但起初水泥在地基处理中的应用主要是对地基土的浅层进行处理。为了处理松散的砂土地基，出现了砂桩加固法，但由于长期没有合适的设计理论和先进的施工工艺，它的发展受到影响。第二次后，原和在这方面的研究取得了较大成就。振动打桩机的出现，使砂桩施工效率和质量有了较大的提高，处理深度可达到 30m 左右。60 年代在砂桩的

7、施工技术和工程应用方面取得了显著进展，并在砂桩抵抗地基滑动的计算中，提出了以砂桩与天然土层共同作用的计算模型，始称为“复合地基”(ComiteFoundation)。自 1962 年首次使用“复合地基”一词以来，复合地基的概念己成为很多地基处理方法的分析及理论公式建立的基础及根据。砂桩于 50 年代引进我国，在交通、水利、建筑中获得了广泛的应用。碎石桩最早始于 1835 年的法国，但直至 1936 年，由德国 S史曼(S.Steuerman)用振动水冲法挤密砂土地基后，碎石桩作为地基处理的方法才开始大量应用。碎石桩法上世纪 40 年代传入，50 年代在工程中具体应用并初步显示了其技术和经济的优

8、越性。最初用于振密松砂地基，后来将其应用于粘性土地基。我国从 1977 年开始应用振冲碎石桩法，取得了很好的工程效果。土桩挤密法是由前的1934 年，1948 年应用于工程，是原和东欧国家处理湿陷性黄土地基的主要方法，它于 50 年代中期传入我国，在西北黄土地区开始试验和应用。为了解决城市杂填土地基的处理问题，陕西省西安市经过多年的试验，成功地创造了灰土桩挤密法，用于处理地下水位以上、深度 515m 的黄土或杂填土地基。利用石灰对地基进行处理，与其它地基处理方法相比，有着较长的历史。在上世纪 50 年代以前，石灰桩处理地基，绝大多数为浅层处理。随着建设规模的扩大，开始将其用于地基的处理。市从

9、1953 年起用石灰桩加固了一批软土地基，取得了一定的经验，并对石灰桩的应用范围、承载力估算、施工机具及操作步骤进行了初步的总结。、山西、江苏、浙江等省对其加固机理和设计方法进行了研究，并广泛应用于工程实践。1967 年瑞典采用生石灰粉与原位软土搅拌，形成石灰桩的软土加固法，这标志着粉喷桩技术的产生。在 1970 年开发出一种 DJM 法，它采用水泥、石灰和粉煤灰等粉状加固料作为剂。由于粉喷技术在软土地基加固中具有造价低、适用范围广及效果好等优点，粉喷法施工技术得到迅速的推广。旋喷法于1970 年始创于，它是从化学注浆法演变而来的。我国于 1973 年进行试验，1974 年应用于工程，取得了较

10、好的技术效果和经济效益，己被列入国家行业标准。水泥搅拌桩加固软土地基技术于。第二次后，研制成功一种就地搅拌桩，桩径 300-400mm，桩长 10-12m。1953 年在引入该法的基础上，进一步研制开发了施工机械，用于加固钢铁厂矿石堆场地基，处理深度达到 32m。我国于 1977 年对这种方法进行研究，1979 年在塘沽新港进行工程试验，1980 年在宝山钢铁总厂，利用水泥搅拌桩处理软土地基获得了成功，通过鉴定，并开始在许多工程中应用。上世纪 90 年代初期，中国建筑科学地基所针对搅拌水泥土桩成桩质量不易保证，研究开发了夯实水泥土桩施工工艺，并大规模投入了工程应用。中国建筑科学地基所在上世纪

11、80 年代末期研究开发了水泥粉煤灰碎石桩(简称 CFG 桩)，它是由水泥、粉煤灰、碎石、或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，是建设部“七五”计划课题，于 1988 年立题进行试验研究，并应用于工程实践。这些复合地基形式的出现，大大拓宽了地基处理的应用领域，同时粉煤灰等工业废料的综合利用，也有效降低了地基处理的费用。目前已在25 个省、市、推广应用，特别是近几年来，CFG 桩复合地基技术在建筑地基中广泛应用，现己成为应用最普遍的地基处理技术之一。近年来地基处理中另一个引人注目的发展是大桩距(一般超过 5-6 倍桩径的较短钢筋混凝土疏桩复合地基的出现。疏桩基础是一种介于传统概念上的桩基与复合地基之间的

12、一种新的地础形式，属于变形控制设计理论范畴，反映了桩同作用的研究成果。采用合理布桩率的疏桩基础不仅工程造价低，而且建筑物沉降也能控制在允许的范围内。疏桩基础设计理论的逐步完善，将使疏桩基础复合地基的应用越来越广。值得注意的是，复合地基不同桩型联合使用越来越受到重视。对于松散填土可利用碎石桩等振、挤密效应初步加固桩间土，用高粘结强度桩联合形成复合地基；对于可液化地基，利用振冲或干振挤密碎石桩消除地基土的液化，用 CFG 桩复合地基等获取更高的承载力；对基存在局部软土进行补强时，尽管用 CFG 桩或其它桩型能够获得满足设计要求的承载力，但局部软土可能导致建筑物不均匀变形，此时利用诸泥土桩、石灰桩等

13、在局部软弱区补强，可使整个建筑物的沉降变形均匀。复合地基得到广泛应用的四十年，是地基处理技术高速发展的四十年。作为世界上最大的发展中国家，如何因地制宜，有效、合理地开发利用好复合地基技术，工程界普遍关心的问题。现代土木工程建设对地基提出了更高的要求，地基处理得恰当与否，直接关系到整个工程质量、投资和进度，其重要性己经越来越多的们所认识。从目前公开的文献看，理论的发展于实践的状况得到改善，工程界对复合地基的基本认识开始逐渐趋向一致，对复合地基中基体和增强体的性状的认识也逐渐形成。尤其是近二十多年来，我国地基处理技术得到很大的发展，复合地基技术在房屋建筑(包层建筑)、高速公路、高速铁路、堆场、机场

14、、堤坝等土木工程建设中得到广泛应用，取得了良好的经济效益和社会效益。3.高速铁路地基处理常用的方法地基处理的目的就是针对在软弱地基上修筑建筑可能出现，采取各种来提高地基土的抗剪强度，增大地基承载力，改善土的压缩特性，从而达到满足工程建设的需要。由于软弱地基特性的复杂性和多样性，到目前为止已经形成了许多种不同的地基处理方法，对地基处理原理不同分为以下几大类：排水固结法；挤密压实法；置换及拌入法；灌浆法；加筋法；冷热处理法。3.1 排水固结法排水固结法的原理是软粘土地基在荷载作用下，土中孔隙水逐渐排出，孔隙比减小，地基发生固结变形，同时，随着超孔隙水压力逐渐消散，土的有效应力逐渐增大，地基土的强度

15、逐步增长。排水固结法常用于解决饱和软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使高速铁路在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。采用排水固结法时常采用的施工方法有：堆载预压法；砂井法；真空预压法；降低水位法；电渗法。3.2 挤密压实法挤密压实法的原理是采用一定段，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。根据采用段可分为以下几种方法：表层压实法：采用人工或机械夯实、机械碾压或振动对填土、湿陷性黄土、松散无粘性土等软弱或原来比较疏松表层土进行压实，也可采用分层回填压实加固，分层压实的

16、填料也可适量添加石灰、水泥等，适用于含水量接近于最佳含水量的浅层疏松粘性土、松散砂性土、湿陷性黄土及杂填土。重锤夯实法：利用重锤下落时的冲击能来夯实浅层土地基，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层，适用于无粘性土、杂填土、非饱和粘性土及湿陷性黄土。强夯法：将很重的锤从高处落下，反复多次夯击地面，给地基土以冲击力和振动，从而提高地基土的强度并减小其压缩性，适用于无粘性土、杂填土、非饱和粘性土及湿陷性黄土等。振冲挤压法：通常用以加固砂层，其原理是：一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，颗粒重新排列，孔隙比减少；另一方面依靠振冲器的水平振动力，形成垂直孔洞，在其中加入回填料，使砂层挤压密实，适用

17、于砂性土，小于 0.005mm 粘粒含量小于 10%的粘性土，若粘粒含量大于 30%效果明显降低。土桩和灰土桩：土桩和灰土桩挤密地基是由桩间挤密土和填夯的桩体组成的人工“复合地基”。土桩主要适用于消除湿陷性黄土地基的湿陷性，灰土桩主要适用于提高人工填土地基的承载力。适用于湿陷性黄土、人工填土、非饱和粘性土。砂桩：在松散砂土或人工填土中设置砂柱，能对周围土体产生挤密或振密作用，可以显著提高地基强度，改善地基的整体稳定性，并减少地基沉降量，适用于松砂地基或杂填土。法：在地基钻孔中黄色或其他，利用其急剧产生的气体压力使地基压密，并在爆孔中加入填料压实后形成复合地基。对饱和松砂地基，可利用振动，使松砂

18、层液化。颗粒重新排列而趋于密实，达到地基加固的目的。此法适用于非饱和疏松粘性土、湿陷性黄土、饱和砂土、杂填土。3.3 置换及拌入法以砂、碎石等材料置换软弱地基中部分软弱土体，形成复合地基，或在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆或石灰等物质，形成加固体，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基承载力，减少压缩量的目的。置换及拌入法有下列几种方法：垫层法；开挖置换法；振冲置换法（或称碎石桩法）；高压喷射注浆法（旋喷柱）；搅拌法；石灰桩法；褥垫法。3.4 灌浆法灌浆法的实质是用气压、或电化学原理，把某些能的浆液注入各种介质的裂隙或孔隙，以改善地基的物理力学性质。灌浆材料常分为粒状浆材和化学浆材两个

19、系统，粒状浆材包括纯水泥浆、粘土水泥浆、水泥砂浆、石灰浆等；化学浆材包括环氧树脂类、甲基丙烯酸酯类、聚氨酯类、丙烯酸胺类、木质素类和硅酸盐类等。在地基处理中，常用的灌浆方法按其依据的理论可分下述四种：渗入性灌浆法、劈裂灌浆法、压密灌浆法、电动化学灌浆法等。若在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩体或土体结构的破坏，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张，或形成新的裂缝或孔隙，从而使低透水性地层的可活性和浆液扩散距离增大，称为劈裂灌浆法；若通过钻孔向土层中压入灌浆，在压浆点周围形成泡形空间，使浆液对地基土起到挤压作用，称为压密灌浆法；当在粘性土中金属电极并通以直流电后，就在土中引起电渗

20、、电泳和离子交换等作用，促使在通电区域的土中以高价金属离子代换钠离子，使土的含水量显著降低，并可使土内形成渗浆“通道”。若在通电的同时向土中灌注硅酸盐浆液，就能在“通道”上形成硅胶，并与土粒胶结成具有一定力学强度的加固体，称为电动化学灌浆法。根据采取不同的灌浆方法及相应的灌浆材料，灌浆法可应用于砂及砂砾地基、湿陷性黄土地基、粘性土地基。3.5 加筋法通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等达到提高地基承载力，减小沉降，或维持建筑物稳定的地基处理方法称为加筋法。加筋法一般有以下几种：土工聚合物：利用土工聚合物（或称为土工或土工织物）的高强度、韧性等力学性能，扩散土中应力，增大土体的

21、刚度模量或抗拉强度，改善土体或加筋土以及各种复合土工结构。土工聚合物除了上述加固强化作用外，还可以用作反滤、排水和材料。适用于加强软弱地基，或用作反滤、排水和材料。锚固技术：将一种新型受拉杆件的一端固定在边坡或地基的岩层或土层中，另一端与结构物（如挡土结构物）连接，利用锚固力以承受由于土压力、水压力或风力所施加于结构物的推力，从而维持结构物的稳定。在天然地层中可用灌浆锚杆，在人工填土中可用锚定板。加筋土：把抗拉能力很强的拉筋埋置在土层中，通过土颗粒和拉筋之间的摩擦力形成一个整体，称为加筋土。拉筋一般使用具有耐拉力，摩擦系数大且耐腐蚀的网状、丝状、带状的材料，主要是镀锌钢片、铝合金以及等材料。加

22、筋土技术在人工填筑的砂性土中可以采用，但不宜用于粘性土。树根桩法：在地基中沿不同方向，打入直径为 75mm-125mm 的细桩，可以是竖直桩，也可以是斜桩，形成如树根状的群协以支撑结构物，或用以挡土，乃至可作为稳定土坡的一种措施，适用于软弱粘性土、杂填土等。3.6 冷热处理法冷热处理法是通过改变地基土体的温度从而改变土体中水的存在及状态，达到加固地基的目的。冷热处理法包括：冻结法和烧结法两种。冻结法：通过人工冷却，使地基温度降低到孔隙水的冰点以下，使之冻结，从而具的截水性能和较高的承载能力（或横向支承能力）。适用于饱和的砂土或软粘土地层中的临时性措施。烧结法：在软弱粘土地基的钻孔中加热，通过焙

23、烧使周围地基土减小含水量提高强度，减少压缩性。适用于软粘土、湿陷性黄土等。4.高速铁路特殊土地基处理在我国不少地区，分布着一些与一般土性质有显著不同的特殊土。由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成因以及次生变化的原因，使它们具有一些特殊的成分、结构和性质。我国主要的区域性特殊土包括湿陷性黄土、膨胀土和软土等。4.1 软土地基处理4.1.1 软土路基处理方法在软土地基上修建高速铁路，往往需要对天然地基进行地基处理以保证路堤路基的稳定性，控制工后沉降和工后沉降差以满足设计要求。常用的处理方法有以下几种：减轻路堤荷载减轻路堤荷载可有效减小作用在地基上的荷载密度。作用在地基上的荷载小，地基稳定性就

24、容易满足，也可有效减少软土地基的沉降量。减轻路堤荷载，一是尽可能提高路堤设计标高，二是利用轻质材料填筑路堤。前者受使用和设计标准要求的限制，这里主要指利用轻质材料填筑路堤，如采用粉煤灰填料路堤、EPS 超轻质填料路堤等。地基处理在铁路工程软土地基处理中应用的地基处理方法很多，有预压法、振密挤密法、置换法、灌入物和加筋法。铁路常用方法又可分为土质改良和复合地基两大类。土质改良是指对地基土体性质进行全面改良，如通过采用排水固结法、强夯法等进行地基处理，使地基土体抗剪强度提高，压缩性减小，从而达到提高地基承载力、减小沉降的目的。复合地基法是指在地基中采用置换、插筋、部分土体改良等方法设置增强体形成复

25、合地基以提高地基承载力，减小沉降。复合地基法处理软土地基。柔性桩复合地基：砂桩、灰土桩、碎石桩、水泥土搅拌桩(粉喷桩、浆喷桩)。刚性桩复合地基：CFG 桩、低标号混凝土桩、预应力管桩、现浇混凝土薄壁管桩。桩基础通过在地基中设置桩基础，架设桥梁软土地段，如桥梁，或通过采用桩基础承担路堤路面荷载等，如桩承堤等。工后修补在满足地基稳定性的前提下，允许建成的道路产生较大的工后沉降和不均匀沉降。通过预留高和工后对路基路面进行修补，调整产生的不均匀沉降差，以满足设计要求，这也是一种处理对策。工后修补对维持交通影响不大的条件下应是一种很好的方法。据称，国外某一高速铁路通车后第一年修补高达 1 3 次，通过持

26、续几年修补后满足质量稳定要求。是通过高标准的一次处理尽量避免工后修补，还是尽量节省建设费用。通过工后修补来保证质量，应通过综合分析确定。通常，在某些路段采用工后修补可大量节省工程投资。综合处理综合处理是指综合应用上述各类方法进行处理，如对路堤地基进行地基处理和减轻路堤荷载相结合，对路堤地基进行初步地基处理与计划工后修补相结合以及多种地基处理技术的综合应用，如真空预压与堆载预压相结合等。应用综合处理方法往往可以带来较好的经济效益和社会效益。4.1.2 软土路基施工技术高压喷射注浆技术高压喷射注浆技术是20 世纪70 年代从引进的一种加固松软土体的应用技术，是化学注浆技术结合高压射流切割技术发展起

27、来的。其实质是采用钻机先钻进至预定深度后，由钻杆一端安装的特别喷嘴，把水泥浆液高压喷出，以喷射流切割搅动土体，同时钻杆边旋转边，使土粒与水泥浆混合凝固，从而造成一个均匀的圆柱状水泥土固结体，以达到加固地基和止水防渗的目的，高压喷射注浆是一项加固和防渗的新技术，需要有一个发展和完善的过程。成桩质检技术的研究，喷嘴结构及管路的改进，施工设计质检规范的制订，现场技术管理问题，刚氏成本和冒浆等问题，高压喷射注浆技术主要应用在 N 值(土壤标准贯入值)为 030 的淤泥、粘性土、砂土、砂砾及含部分卵石层的地基中，用于铁路、铁路和建筑物基础加固防止下沉，坝基等防渗帷幕以及施工中的临时支护等。冻结法冻结法采

28、用液态氮或膨胀的方法，或采用普通的机械制冷设备与一个封闭式系统相连接，而使冷却液在内，从而使软而湿的土进行冻结，以提高土的强度和降低土的压缩性。适用于各类土，特别在软土地质条件，开挖深度大于 7-8m 以及低于水位的情况下是一种普遍而有效的施工措施。压密注浆碎石桩处理方法这种技术方法是根据现场实际工程地质概况，并经过计算分析和试验证明所采用的一种全新的软土路基处理方法。压密注浆碎石桩技术通过在被加固场地的桩位成孔、投碎石，然后通过桩中的碎石桩体进行低压注浆，等水泥浆液初凝后，通过预埋的注浆管向碎石桩体及桩周土体进行中高压注浆，使桩体及桩周土体进一步密实，由此形成以注浆碎石桩、改性的桩周土体及桩

29、问土的复合地基。这样的地基不仅可满足高速铁路安全的要求，也不会对原大堤造成的破坏。复合地基处理方法这种方法主要有粉喷桩、旋喷桩和碎石桩等，软基处理单价较高，特别是对软土层厚的高填土路堤，如采用粉喷桩设计，对软土层厚度大于 10.0m，填土设计标高 80m 以上的路堤，粉喷桩间距取 1 Dm，喷粉量 50kgm，其每平方米的单价是压密注浆方法的 2.3 倍：若采用旋喷桩处理单价更高，大约是压密注浆处理的 3.4 倍。另一方面成桩的质量难以控制，如粉喷桩，理论上讲成桩有效长度可达 25m 以上，但大量的工程实例反映，粉喷桩桩长过大，其质量难以保证：在成桩过程还存在喷粉量、搅拌不均匀、胶接不好等质量

30、问题。在施工条件良好的情况下，复合地基处理方法有自己的优势，如在结构物反开挖过程中，它可以起到支护作用：在桥头附近路基处理中，它可以提高桥背土体填筑速度、减小工后沉降等。另外，CFG桩及预应力管桩等刚性桩自问世以来，在房屋建筑基础地基加固工程中得到较为广泛的应用，取得了较好的经济技术效果，但其在铁路路基沉降控制中的应用才刚刚起步。CFG桩工期比较短，沉降控制效果也比较好，但是造价较高。4.2 湿陷性黄土地基处理湿陷性黄土，由于自然土体处于欠压密和松散状态，干密度小，孔隙率高。挤密法处理这类地基，是一种行之有效，又十分经济的方法。4.2.1湿陷性黄土地基常规处理方法常规的挤密法地基处理的施工工艺

31、分为沉管法、爆扩法和冲击法等。国内广泛采用沉管法，因施工噪声较大及成孔深度机械高度限制，目前应用已受到一定的影响；国外广泛应用的冲击法施工，是将重2.0t3.0t的锥形锤头一定高度后落下，反复冲击挤土成孔。冲击法施工噪声小，处理难度大，同时夯填时可二次扩径侧向挤密，因此及东欧诸国应用早已十分广泛，冲击法在国内曾有过试点应用，如洛阳的橄榄锤击挤密地基、兰州天水等地的小型冲击成孔的挤密工艺，以及陕西西安等地应用的锤夯挤密桩(DDC工法)等。上述几种工艺除成孔采用非挤土的(钻孔或掏孔)方法外，地基桩填与冲击法工艺及设备基本相同，加固机理亦与挤密桩相似，均是以桩间土的侧向挤密和桩身置换作用为主。4.2

32、.2湿陷性黄土地基处理的一些问题采用挤密法处理水位以上的湿陷性黄土地基是一种较经济有效的地基处理方法。但不少工程施工后经地基检测，发现存在以下问题：三个孔之间土的平均挤密系数和最小挤密系数达不到规范要求，土的湿陷性没有消除。究其原因，主要有以下几点：施工不规范造成施工质量不能满足要求；地基土的含水量偏低，土层坚硬一硬塑的状态，挤密；此外，设计也存在一定，主要是桩问距等系数正确计算，取值偏大，如当天然地基土的平均干密度较小，孔隙比较大或湿陷系数较大，若设计采用1.1 m一1.30m较大的桩间距时，难以达到满意的挤密效果。对挤密法中的灰土挤密桩法和DDC工法，两者均属复合地基范畴。而复合地基是由基

33、体和增强体两部分组成的人工地体指原地基土体或经过原位加密的地基土，通常称桩间土；竖向增强体可分别由密实的素土、灰土、水泥土及砂石等材料组成，上称为桩或桩体。复合地基的基本特点是：地基加固区由基体和增强体两部分组成，是非均质的各向异性；由基体和增强体共同承担上部荷载。桩体材料性状不同，其在复合地基中作用的机理亦不相同。以灰土、水泥土为填料的灰土挤密桩和DDC桩，由于灰土、水土等具有一定的胶凝强度，在复合地基中桩顶应力往往处于塑性变形阶段，桩顶沉降主要是612倍桩径的深度范围内桩体的压缩变形，超过一定深度后，桩体应力已很小并与桩间土趋于一致，即便桩顶已破坏，在此深度以下的桩体也很少产生变形，桩体的

34、承载力决定于桩体材料的强度与刚度，属柔性范畴。灰土挤密桩法在国内广泛应用的沉管法，属不排土成孔，主要是靠沉管侧向挤密，但这种方法受地基土含水率等影响较大，地基土含水率偏大，成孔过程易出现缩径，缩孔现象；含水率偏小，成孔过程中难度大，需采取增湿处理，两者挤密效果均不佳，此外，受机架高度限制，处理深度一般过15 m。DDC工法主要是钻人提土成孔，属排土成孔，桩间土挤密主要靠扩径成桩挤密，但夯填扩径成桩的桩径大小，往往随土质软硬而变化。从桩的置换作用考虑，土质软弱时，夯扩后桩径增大，反之减小；这有利于调整处理地基的均匀性。但若考虑消除桩间土的湿陷性时，含水率较低的土层扩径，而这类土层更需要夯扩挤密，

35、以消除湿陷性；高含水率的软弱土层虽易于夯扩，但过分的挤压扰动对桩间土未必有利。因此，对湿陷性黄土地基，调控夯扩桩径或保证最小的夯扩桩径是必要的，否则，消除桩间土湿陷性的目的难以满足。4.3 膨胀土地基处理4.3.1膨胀土地基处理原则应考虑场地地形的复杂程度及其对工程的影响，根据地形地貌条件可将场地分为平坦与斜坡场地两类。针对前者，膨胀土地基按变形控制设计，并考虑气候条件，充分估计季节循环中地基很长时间，如10年以上可能发生的最大变形量及变形特征；后者除按变形控制设计外，还需验算地基的稳定性，防止外部水分浸入与水平变形给边坡带来的严重危害，结合排水系统、坡面防护和设置支挡结构物综合防治。按照建筑

36、物(构筑物)对地基不均匀胀缩变形的适应能力和使用要求进行分类并区别对待，膨胀土地基处理应根据不同类型采取相应措施，使可能发生的变形量减小到容许变形值范围内，同筑物尽量不不同的地貌单元、不同土层和不同的工程地质分区之上，力求规划简单，而不局部凸出或拐弯过多，必要时，宜设置沉降缝断开。根据场地膨胀土的特性与胀缩等级、当地材料、工况类型与施工条件，并结合膨胀土厚度、大气影响和上部荷载等，从回避或减缓膨胀土的不良特性、保持膨胀土工程条件的相对稳定性、改良膨胀土的本身性质以克服其湿热敏感性，以及改变基础形式与埋深以提高地基的适应性4种可行途径，选用有针对性的单一或综合方法处理膨胀土地基。4.3.2膨胀土

37、地基处理方法换土法换土法是将膨胀土全部或部分挖掉，换填非膨胀黏性土、砂土、砂砾土或灰土，消除或减小地基胀缩变形，其本质是回避膨胀土的不良工程特性，从上改善地基，是膨胀土地基处理方法中最简单而且有效的方法。换土法施工工艺简单，采用人工或机械挖除基一定深度的膨胀土，分层铺设非膨胀土，分层碾压，其换土效果与填料的含水量和干重度、土料土块尺寸、铺土厚度与碾压的质量等密切相关，如换土质量符合各项技术指标要求，并采取一些如排水辅助措施，能从根本上消除膨胀土的。垫层法垫层法与换土法施工过程基本相同，主要应用于较薄的膨胀土层及主要胀缩变形层不厚的情况，但对膨胀土层较厚的地基可采用部分挖除，铺设砂垫层、碎石垫层

38、抑制膨胀土的升降变形引起的危害，其作用主要是减小地基胀缩变形和调节膨胀土地基沉降量，具有补偿功能。此外，砂土层还可防止水毛细作用上升使地基不受膨胀作用的影响。施工简单，就地取材还能节约投资，是处理膨胀土地基的一种较为适用和经济的方法。湿度控湿度控是通过控制膨胀土含水量的变化，保持地基中的水分少受蒸发及降雨入渗的影响，从而抑制地基的胀缩变形。目前比较成功的保湿方法有：预浸水法、暗沟保湿法、帐幕保湿法和全封闭法。压实控压实控的实质是用机械方法将膨胀土压实到所需要的状态，充分利用膨胀土的强度与胀缩特性随含水量、干密度及荷载应力水平的变化规律，尽量增大击实膨胀土的强度指标。国内外在确定膨胀土的压实标准

39、时，综合考虑到膨胀土的初始强度、长期强度以及强度衰减、胀缩变形、施工工艺等的变化特征，认为只有选择控制合理的含水量和干密度指标，击实膨胀土才可能兼顾到较高的强度和较低的胀缩性。的研究成果表明，采用压实含水量较最佳含水量稍大而略低于塑限、干密度较最大干密度略低的控制原则，只要压实度控制得好，弱膨胀土既可获得较高的压实度与初期强度，又具有较低的胀缩性以及较好的抗渗透性和较低的压缩性。因此，压实含水量与碾压或夯实的科学控制是压实控处理弱膨胀土的关键。土质改良法物理改良法物理改良法是在膨胀土中添加其他非膨胀性固体材料，通过改变膨胀土原有的土颗粒组成级配，从而减弱膨胀土的胀缩能力，达到改善其工程特性的目

40、的，常见的掺合料有风积土、砂砾石、粉煤灰与矿渣等。化学改良法a.石灰土。石灰改良膨胀土的主要作用是使膨胀土的液限、膨胀性与粘粒含量降低，显著提高土的塑限与强度，增大最佳含水量与降低最大干密度，从本质上改变膨胀土的工程特性。由于石灰能有效抑制膨胀土的胀缩趋势，又具有经济与实施方便的优点，在工程界应用十分普遍。b.水泥土。是用土料、水泥和水经过拌和的混合物，应用于膨胀土地区的衬砌尤其广泛。水泥土与石灰土的不同之处在于，前者的早期效应比后者明显，且水泥可产生更大的凝聚作用，引起的凝聚反应使黏土层之间的胶结力增大，从而使土处于更加稳定的状态，其强度和耐久性比石灰土提高幅度更大，但就膨胀而言，石灰是更好

41、的稳定掺合剂，水泥用于加固膨胀土的掺入量一般为46。c.NCS剂。施工实践表明，NCS剂具有较强的吸水性和显著提高土体强度的作用，以及土具有较好的水稳定性和冻融稳定性，在天然含水量较高的地区，采用610的NCS剂处理膨胀土，其收缩性小于石灰土，与采用石灰土处理土基及用石灰土作底基层相比，提高了路基、路面的整体强度，且在工程的管理、使用和配制混合料等方面都比常用的消石灰或生石灰方法简便，可以明显提高工程质量和加快施工进度，并易于控制密实度及均匀性，对施工操作与周围环境污染影响甚微，值得推广应用。d.压力喷注灌浆。压力喷注灌浆加固膨胀土是通过灌浆压力作用，充分利用膨胀土中存在的大量裂隙，将化学改良

42、剂或胶凝材料配制成一定浓度的浆液注入土体的裂隙和孔隙中，使浆液与土发生一系列的物理化学反应，达到土体改性、加固、抑制膨胀性的目的。综合改良法综合改良法是利用物理改良与化学改良加固机理，既改变膨胀土的物质组成结构，又改变其物理力学性质，集成化学改良土水稳定性较好、有较大的凝聚力和物理改良材料有较摩擦角及无胀缩性的优势，达到强化膨胀土的土质改良效果。出于该法常充分利用一些固体废弃物与价格低廉的材料，如粉煤灰、矿渣与砂砾石等，有利于环境保护，且改良质量良好，得到了工程界的普遍重视。5.高速铁路 CFG 桩复合地基5.1CFG 桩复合地基研究发展历程自1962年国际会议上首次使用复合地基一词以来，这种

43、地基处理形式迅速得到广泛应用，其理论和技术得到快速的发展。在我国，复合地基从最初的砂桩、石灰桩到碎石桩，再到水泥土桩、CFG桩，再到近年来钢筋混凝土疏桩复合地基，经历了一个快速发展的过程。CFG桩复合地基成套技术建筑科学地基所20世纪80年代末开发的一项新的地基加固技术，由于其具有施工速度快、工期短、沉降小、承载力提高大、质量易控制等特点，引起我国许多和学者的关注，并进行了人量的分析研究。如：对复合地基进行了系统的研究，对复合地基进行了定义、分类，对复合地基的承载力、变形特性和工作特性进行了深入研究，探讨了基础刚度对复合地基的影响以及褥垫层的设计原则等。等较为系统的研究了CFG桩复合地基的承载

44、和变形特性、设计计算方法以及施工工艺和施工质量控制等，对CFG桩复合地基研究作出了巨大贡献。 宋二祥、等对刚性基础下复合地基垫层的工作机理、承载力、破坏模式、桩土应力比以及沉降方面进行了较为深入的研究，尤其深入研究了刚性桩复合地基。以上的研究大多都是建立在刚性基础作用下复合地基工作性状的研究。近年来，由于高速铁路、公路的大力新建，CFG桩复合地基被引入高速铁路、公路建设中，对于像路堤这种柔性基础作用下的CFG桩复合地基，其工作性状与刚性基础作用下的CFG桩复合地基显著不同，然而，其设计理论仍沿用刚性基础作用下的理论，使得设计值与实测值相差较大。因此，近年来许多和学者针对路堤荷载作用下CFG桩复

45、合地基开展了大量的研究。5.2CFG 桩复合地基CFG桩全称为水泥粉煤灰碎石桩(Cement Flyash Gravel Pile)，它是由水泥、粉煤灰、碎石、砂掺适量水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度的高粘结强度桩，通过调整水泥掺量及配比，桩体强度等级变化范围一般为C5一C20，CFG桩是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩复合地基主要是指由CFG桩、褥垫层及桩间同组成，桩和桩间同承担上部荷载的复合地基。复合地基至少必须满足两个条件：(1)加固区由基体和增强体两部分组成，是非均质的，各项异性的；(2)在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。采用粘结材料桩，特别是采用刚性桩形成的复合地基应特别注意复合地基的形成条件，如果桩和土不能协调工作和变形，那么桩和土将不能共同承担荷载而成为桩基础或者不能达