铁道工程技术专业毕业设计

有效的传递作用，故常常在网的下部铺设垫层，组成复合褥垫层以提高刚度，可明显扩散应力，减小应力集中，降低上部土体传来的荷载，从而提高整个体系的承载力，减小沉降及沉降差。 (2)CFG桩桩网复合地基的主要加固效应。 ①桩体效应 因为材料本身的强度与软土地层强度不同，在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小，因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象。大部分荷载将由桩体承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基承载力较原有地基承载力有所提高，沉降量亦减小，随着桩体刚度增加，桩体作用发挥更加明显。这一点正是碎石桩与CFG桩受力情况不同的根本点。因为碎石桩桩体材料是松散碎石，自身无粘结度，依靠周围土体约束才能承受上部荷载．而CFG桩桩身具有一定的粘结强度，在荷载作用下，不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周摩阻力和桩端阻力传至深层地基中，其复合地基提高幅度也较碎石桩为大．于是，CFG桩常发生刺入破坏，而碎石桩常发生的压胀破坏和整体破坏。 ②挤密振密作用 CFG桩采用振动沉管法施工时，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密，特别是在砂层中这一作用更加显著。砂土在强烈的高频振动下，产生液化并重新排列致密，而且在桩体粗骨(碎石)填入后挤入土中，使砂土的相对密实度增加，孔隙率降低，干密度和内摩擦角增大，改善土的物理性质，抗液化能力也提高。 ③网垫层作用 保证桩与土共同承担荷载；调整桩与桩间土的荷载分担比例；减少和减缓路基底面的应力集中，提高路基整体的稳定性。 ④排水固结作用 与一般的碎石桩复合地基一样，采用沉管灌注施工CFG桩，在施工和成桩后的一段时间内，都会在不同程度上降低地层中地下水的含量，最终达到改善地基土物理、力学性质的目的．在饱和的粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙压力。在上层有相对隔水层时，施工完毕的最初CFG桩因其本身材料的性质决定了它将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩硬结为止．这样的排水过程还包括CFG桩桩体坍落度小，含水量很小的混凝土类材料水解吸水的过程。有资料证明，这一系列排水作用对减少孔压引起地面隆起和沉陷，对增加桩间土的密实度和提高复合地基承载力极为有利。 3、 CFG桩复合地基沉降的影响因素 (1)置换率对沉降的影响 复合地基中桩体的面积置换率(简称置换率m)，就是指在地基处理时，桩体面积与处理地基面积的比值，即，其中为桩体横截面积；为加固地基的基础底面积；，为总桩数。有承台约束时，，其中为桩径，为承台半径。置换率是复合地基的一项重要技术参数，与桩径大小、桩的排列方式、桩距大小均相关，对CFG桩复合地基的沉降控制起着重要作用，表4－1为在不同置换率情况下，桩顶处、土表面处与承台沉降的大小情况。 表4-1 不同置换率的沉降大小对比 置换率 m 0.0625 0.1110 桩项处沉降mm 桩径 承台半径 变化 变化 6.70 3.55 6.10 2.14 土表面处沉降mm 桩径 承台半径 变化 变化 7.80 4.63 6.92 2.85 承台沉降mm 桩径 承台半径 变化 变化 7.87 4.72 7.00 2.94 从表4-1可以看出，通过增加置换率以减小沉降的方式中，减小承台半径时沉降的减小幅度远大于增加桩径时沉降减小的幅度。这是因为当基底均布荷载不变时，减小承台半径就会减小总荷载，无疑沉降减小也更明显。因此，当需要控制沉降时，增加桩数(相当于减小桩间距)比增大桩径更有效。 (2)下卧层土性对沉降的影响 对于桩体材料、桩长、桩径、桩长范围内土层的性质、面积置换率均相同的两个复合地基，其中一个桩端落在坚硬的土层上，另一个桩端则落在软土层上，通过现场试验得到两种情况下的Q—s曲线 ,桩端落在坚硬土层上，单桩承载力、复合地基承载力和复合地基模量比桩端落在软土层上的要高，这充分说明下卧层土性对桩的下刺入变形下有很大的影响，若下卧层土越坚硬，桩向下刺入就越困难，下刺入变形量下也就越小，桩长范围内土的压缩变形量相应也就越小。 (3)基础宽度对沉降的影响 众所周知，对天然地基，当荷载强度相同时，基础底面宽度越大，沉降量就越大，这是因为路基下某一深度的附加应力系数随宽度的增加而增大，同时压缩层厚度也相应增大。同样地，当复合地基的置换率、桩长及土性都相同时，给定荷载下的加固区变形量S1、下卧层变形量S2以及总的压缩量S都会随路基底面宽度增加而增大。综合考虑桩长(L)和基础宽度(B)两个因素的影响，在其条件相同时，LB值越大，下卧层压缩变形量越小，总的沉降变形也越小；且当LB=6时，下卧层压缩变形量占总压缩变形量的百分比很小。 (4)外部荷载对沉降的影响 ①荷载大小的影响 由于褥垫层的设置，复合地基中在荷载作用下，桩体将刺入垫层中，从而在桩体一定深度范围内会出现负摩擦力，即在桩体一定深度范围内会出现桩与桩间土的等沉面。等沉面以上的桩间土将相对桩体向下移动，从而对桩产生负摩擦阻力，而在等沉而以下；桩体相对于桩间土向下移动，故桩间土对桩体产生正摩擦阻力。由于存在负摩擦区，在该区，其作用是阻止桩间土的变形。当外部荷载较小时，桩侧阻力是主要的，而桩端阻力发挥较少，总体效应是使桩间土变形减小；当外部荷载较大时，桩的端阻力有较大地发挥，桩对桩间土产生的总体效应是使桩间土变形增大。 ②边载作用的影响 对有无边载作用两种条件，CFG桩复合地基荷载试验的Q—s曲线表明，有边载条件下会比无边载条件下复合地基承载力提高100kPa，说明边载作用使得CFG复合地基承载力有较大提高；另一方面，通过深层变形标进行变形观测，绘制CFG桩复合地基中各深度变形曲线，结果表明：当同一荷载作用时，在荷载板下部，有边载条件下的沉降量小于无边载条件的沉降量，而荷载板以外的变形量则大于无边载条件下的变形量。同时，由于边载的作用抑制了基础外侧土体向上隆起，导致同一深度处的变形趋于均匀化。 4、 CFG桩沉降计算机理 客运专线按变形控制设计复合地基，但CFG桩复合地基的沉降计算比较困难 ，目前常采用以下方案进行CFG桩复合地基的沉降计算。 (1)CFG桩复合地基的沉降量计算见式 (4－1) 。 (4－1) 式中，——加固区变形； ——下卧层变形，按《建筑地基基础设计规范》(GB5O007—2002)计算； —— 柔性垫层的变形。(由于垫层厚度较小,且施工中已压密，可忽略不计)。 (2)地基处理后的变形计算按现国家标准的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍 ， 值可按式(4－2)确定。 (4－2) 式中， ——复合地基承载力特征值，kPa ； ——基础底面下天然地基承载力特征值，kPa 。 其中为复合地基承载力特征值，按式(4－3) 计算。 (4－3) m为面积置换率；为单桩竖向承载力特征值，按式 (4－4)计算。 (4－4) 3.5.1.2 灰土桩桩网结构 1、.灰土桩桩网结构加固特征与机理 灰土桩桩网结构在湿陷性黄土地基处理中，能有效的消除大厚度黄土的湿陷性，与其他处理方法比较，灰土桩桩网结构具有不需大量开挖和回填、所用施工机械简单，处理费用低、处理深度深(达5～15m)等特点，这是其他处理方法(如重锤实法)难以达到的。除了消除黄土湿陷性外，灰土桩和挤密桩一起构成灰土桩桩网结构，提高地基强度，减小地基变形，改善了黄土的地基特性【15】。 灰土桩挤密加固地基的作用机理主要是： (1)挤密作用 灰土桩是成孔后填入一定比例的灰土振实形成的，成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高，由于桩孔之间的相互作用，相邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，使得桩间土密度进一步提高并变得均匀。 (2)置换作用 在灰土挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量，在灰土桩与天然土的共同作用下，刚度较大的灰土桩体受到较大的应力，从而降低了基础底面下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。 (3)化学作用 灰土桩桩体为用石灰与土按一定体积比(2：8或3：7)均匀拌合的材料，生石灰吸水生成的过程中，吸收了周围土体的水分而膨胀，对周围土体再一次产生挤密作用，且由于放热反应使周围土体中的水分蒸发，加速了土体固结过程同时生成的因饱和沉淀形成胶体，经再结晶后构成合成晶体使桩体与土体紧密胶结而具有较高的强度，因而提高了地基承载力。 2、 灰土挤密桩桩网结构设计与计算 (1)荷载 桩网结构地基荷载包括路基面荷载和路基土体自重．其中路基面荷载有钢轨荷载、扣件荷载、轨道板荷载、轨枕荷载和钢筋混凝土基础荷载。由于是静力计算，故不考虑列车荷载。计算式为：