高速铁路软土地基处理与施工组织设计(毕业设计)

由于桩板式挡土墙的高度可不受一般挡土墙高度的限制，一般悬臂式桩板墙地面以上悬臂高度可达15m左右预应力锚索桩的地面以上高度可达20~25m，地基强度不足可由桩的埋深得到补偿。挡土板与一般桩间挡土墙相比，其优点在于可以不考虑基底承载力；采用装配式挡土板施工方便快捷。滑坡和顺层地段，桩上设锚索或锚杆可减小桩的埋深和桩的截面尺寸，在悬臂较大或桩上外力较大时，是一种很好的支挡型
1.1.3重力式挡土墙
重力式挡土墙是一种以挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下稳定的挡土墙。它是我国目前常用的一种挡土墙。重力式挡土墙一般采用干砌片石、浆砌片石、混凝土及砖等土石场工建造，一般都做成简单的梯形。由于石料来源丰富，所以它可以就地取材，施工方便，而且其经济效果好，不需复杂的施工设备和技术，当墙高较低，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。但其也有不可克服的缺点：由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制，另外重力式挡土墙施工主要由人工操作，耗费的材料和人力过多，占地面积过大，在科技发达的今天，已经不是最经济的挡土结构形式[5]。
图1-4重力式挡土墙图1-5桩板式挡土墙
桩板式挡土墙可用于一般地区、浸水地区和地震区的路堑和路堤支挡；也可用于滑坡等特殊路基的支挡工程；桩的自由臂长度不宜大于15m，桩间距宜为7~8m；当桩的地面以上长度大于15m或桩侧土压力较大时，可在桩上部加设锚索(杆)组成预应力锚索(杆)桩。
桩板墙的分类如下：
(3)工期沉降较快，工后沉降较易控制，可缩短上期，加快上程进度；
(4)可采用控制上后沉降理论进行设计，布置成疏桩，进而大幅降低工程建设成本。
桩—网复合地基由于具有上述突出的优点，近年来应用很广泛，很适合于天然软土地基上的铁路、公路、城市道路、长大堤坝和大面积填方类上程。但是由于其作用机理比较复杂，理论研究还不很成熟，工程的设计成功与否常常起决于设计人员的理论水平和上程经验，且很多设计趋于保守，不能够充分发挥地基的承载力。
复合地基(Composite Ground)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，加固区由基体(天然地基土体)和增强体二部分组成的人工地基。目前的复合地基形式有置换、排水固结、振密挤密、加筋及化学处理等。按目前的概念，复合地基有水平向增强体型和竖直向增强体型这两种型式，见图1-6和图1-7所示：
1.1 支挡结构简述
支挡结构[1]包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑和锚固结构，是用来支撑、加固填土或山坡土体，防止其坍滑以保持稳定的一种建筑物。在铁路、公路路基工程中，支挡结构被广泛应用于稳定路堤、路堑、隧道洞口以及桥梁两端的路基边坡等，主要用于承受土体侧向土压力。在水利、矿场、房屋建筑等工程中，支挡结构主要用于加固山坡、基坑边坡和河流岸壁。当以上工程或其他岩土工程遇到滑坡、崩塌、岩堆体、落石、泥石流等不良地质灾害时，支挡结构主要用于加固或拦挡不良地质体。支挡结构是岩土工程中的一个重要组成部分，随着我国国民经济水平的提高与基本建设的不断发展，以及支挡结构技术水平的提高和减少环境破坏、节约用地观念的加强等，支挡结构在岩土工程中的使用越来越广泛，特别是在铁路、公路路基及建筑基础工程中所占的比重也越来越大。
以上对“桩—网复合地基”这种综合地基处理方法所下的定义，其意图是突出强调桩、网、土三者在承担荷载的过程中都起作用，都有贡献，即三者协同作用，构成一个整体，共同承载；虽然它们在承载过程中的作用大小和方式可能不同，但无论从力学机理上还是从设计、施工方法上来讲，都不能忽视，这与以往只过分强调某一部分，譬如强调桩、轻视网、忽视土的倾向是不同的。
本次设计主要包括以下工作：
(1)温台甬铁路客运专线DK145+515~DK145+632支挡结构的设计；
(2)温台甬铁路客运专线DK147+200~DK148+500软土地基加固设计；
(3)两种不同支挡结构的施工组织设计；
(4)桩——网复合地基的施工组织设计。
第2章工程地质和水文地质情况
2.1DK145+515~DK145+632的工程地质及水文地质情况
此外，还有支撑不稳定山坡的山坡挡土墙、为避免侵占邻近线路的既有建筑物而修建的挡土墙、为缩短隧道或明洞的长度而在洞口设置的挡土墙、在车站上为供旅客上下车或装卸货物方便而设置的站台墙以及桥头翼墙等。
图1-1 路肩墙图1-2 路堤墙
图Leabharlann Baidu-3 路堑墙
根据墙背的倾斜方向分为：俯斜、仰斜、垂直三种形式。
根据建筑材料、计算理论和结构型式的不同，可将挡土墙分为重力式挡土墙和轻型挡土墙，下面将对这两种形式的挡土墙进行介绍。
图1-6水平向增强体复合地基图1-7竖直向增强体复合地基
当这两种基本形式不满足工程需要时，人们又探索研究开发了新的更有效的软土地基处理方法，即桩—网复合地基，这也是本次设计处理软土路基要用到的方法。
1.2.2桩—网复合地基的概念
“桩—网复合地基”的定义：所谓桩—网复合地基(pile—net composite foundation )，是指天然地基在地基处理过程中，下部土体得到竖直向增强体—“桩”的加强从而形成桩土复合地基加固区，并在该区上部铺设水平向增强体—“网”从而形成加筋土复合地基加固区，使网—桩—土协同作用、共同承担荷载的人工地基。
1.2.3桩—网复合地基的组成
“桩—网复合地基”这一体系由以下五部分共同组成[11]：
(l)上部(路堤)填土；
(2)上部网(一层或几层，铺设于桩头之上)；
(3)中间砂石褥垫层及可能存在于垫层中的网；
(4)下部一般为非刚性桩(如散体材料桩或柔性桩、木桩，当然也可能会是刚性
桩)及桩间土(一般为天然软粘土)；
(1)按工程设置位置分：路肩式桩板墙，路堤式桩板墙，路堑式桩板墙；
(2)按其结构形式分：锚索(杆)桩板墙，悬臂式桩板墙，锚拉式桩板墙；
(3)按挡土板的类型：
截面：矩形、槽型、变截面；
板型：平板型、弧线型、折线型；
位置：外挂式、内置式；
(4)按桩的截面类型分：
矩形截面，T形截面；
等截面，变截面。
1.2 复合路基在铁路软土路基处理工程中的运用
铁路路基挡土墙[3]是支撑路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳、承受侧向土压力的构筑物。在铁路工程中，挡土墙被广泛应用于支撑路堤或路堑以及隧道洞口、桥梁两端的路基边坡和河岸护堤等地方。挡土墙在铁路防护工程中占有很大的比重，为铁路的安全畅通发挥着重要的作用。
1.1.2挡土墙的分类
铁路挡土墙，按其设置的位置可分为：
式。其在减小工程数量、缩短工期、降低成本、节约投资等方面相比于桥梁方案和挡土墙方案在高陡边坡路段及车站地段有着明显的优越性，且施工简便，外型构造美观，运营后养护、维修费用低，同时可自上而下逆向施工，避免大面积开挖造成路基失稳。从而在一些需要设高路堤挡土墙或高路肩挡土墙的地段及地基条件不够好的情况下采用，有其独特的优点。
重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、垂直和俯斜三种类型。重力式挡土墙由墙身、基础和墙帽三部分组成，一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，如图1-4所示。
1.1.4轻型挡土墙
随着国民经济的发展，国家的钢材和水泥产量逐年增多，为适应不同地区的条件和发展新技术的需要，逐步发展了各种不同型式的钢筋混凝土结构的挡土墙，如：桩板式挡土墙、锚杆挡土墙、锚定板挡土墙、薄壁式挡土墙、抗滑桩及加筋土挡土墙等陆续出现。轻型支挡结构以其具结构轻、施工快捷、便于预制和机械化施工、节省材料和劳力、造价低等优点，在各类岩土工程中得到广泛的应用。随着生产技术的不断发展，今后还将会有一些新的结构形式不断出现。本次设计中将会用到的是桩板式挡土墙，桩板式挡土墙如图1-5所示。
第1章 绪 论
自1964年日本建成世界上第一条高速铁路东京至大阪高速铁路，40多年来，高速铁路从无到有，迅速发展。而在我国，随着经济建设的迅速发展，我国的铁路运输也已进入了高速铁路大规模建设时期，尤其是客运专线的建设。在铁路工程建设中，路基作为铁路线路的主体工程，直接承受着轨道上部所传递的巨大压力，因此路基必须坚固而稳定，必须具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好，并能抵抗各种自然因素的影响，在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的标准范围之内。如何正确地对边坡和路基进行相应地处理以保证高速铁路的正常运营，成为了铁路建设中的一个很重要的问题。
1.3 本次设计要做的工作
本次设计针对的是温台甬铁路客运专线的一段，温台甬铁路是国家《中长期铁路网规划》的一个重要项目，其项目建议书于2004年10月获得国家发改委批准。甬台温铁路北起浙江省宁波市，南至温州市，全长280km，为国家I级双线铁路，设计时速200km。这一工程沿线地质条件复杂，软土地基设分布广泛，桥隧长度占全线62％，施工难度大。
2.1.1工程地质情况
该工段起自隧道出口，地处剥蚀低山区，地势起伏不平。山体自然坡度20~30度，山坡上竹林茂盛，地层岩性如下所示：
(1)粉质黏土夹碎石，褐黄色，硬塑；
(2)凝灰岩，灰黄色，呈土状；
(3)凝灰岩，灰黄色，强风化；
(4)凝灰岩，灰黄色，弱风化。
2.1.2水文地质情况
地下水不发育。线路右侧发育一冲沟，水量不大。
2.2DK147+200~DK148+500的工程地质及水文地质情况
2.2.1工程地质情况
该工段地处山间谷地地区，为软土区域，地形较为平坦，辟为果园及稻田，土层为软土，天然孔隙比大，天然含水量高，抗剪强度低，，渗透系数小，各土层如下：
(1)粉质黏土：软塑，含铁锰质斑点；
(5)下部桩土复合地基加固区下的天然软土层或持力层。
其中的核心部分是桩和网。
图1-8桩—网复合地基组成
1.2.4桩—网复合地基的特点
桩—网复合地基的特点是桩—网—土三者协同工作，桩—网复合地基具有以下优点[13]：
(1)桩—网复合地基具有桩体、热层、排水、挤密、加筋、防护等综合效能；
(2)比较容易实现在天然软土地基上快速填筑稳定的路堤或堤坝，不需预压期，施工方便；
桩板式挡土墙[6]是一种在桩之间设挡板或土钉等其他结构来稳定土体的挡土结构，它由锚固桩发展而来的，当路基边坡采用悬臂式锚固桩支挡时，存在桩间支挡类型选择问题，桩间挂板或搭板就形成了桩板墙。桩板墙利用挡土板将侧向力传递给桩，通过桩体使路基获得稳定。桩板墙完全靠桩的锚固段两侧的土体作用力的平衡来维持支挡结构物的稳定。
1.2.1地基处理简述
所谓地基处理[10]就是按照上部结构对地基的要求，对地基进行必要的加固和改良，提高地基的承载力，保证地基的稳定，减少建筑物的沉降和不均匀沉降，消除湿陷性，提高抗液化能力。地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。经过处理后的地基又称为人工地基，而在人工地基中，复合地基己与浅基础(或称均质地基)和桩基础一道，成为工程中常用的三种地基基础型式。
1.1.1挡土墙简述
挡土墙[2]，顾名思义，是用来挡土的墙，是一种墙或类似于墙的结构物，是为了保证填土位置或挖方位置稳定而修筑的一种永久或临时人工构造物。
在铁路、公路、航运、水利、矿山及建筑部门的土木工程中，挡土墙的应用十分广泛。当山区地面横坡过陡，常在下侧边坡设置挡土墙，或在靠山侧，由于刷坡过多，不仅土石方工程数量大，而且破坏了天然植被容易引起灾害，因此设置路矩挡土墙以降低路堑高度。在平原地区多为良田，为了节约用地，往往也在路基一侧或两侧设置挡土墙。在滨河地段或有其他建筑物时，修建挡土墙可以收回坡脚，以避免冲刷威协或避开建筑物。当高路堤、深路堑土石方数量过大取弃困难时，也可设置挡土墙以减小土石方数量。此外，挡土墙还常用来整治崩坍、滑坡等路基病害。
遇高填路堤、陡坡路堤、河岸路堤时，常采用的路肩墙(图1—1)或路堤墙(图1—2)，这两种墙可防止路基边坡或基底滑动，收缩填土坡脚，减少土石方并少占农田；在岸边修建的挡土墙还可保护路基不受水流冲刷，保证库容或减少河床的压缩量。
设置在路堑边坡挡土墙称为路堑墙[4](图1—3)，这种墙可支撑开挖后不稳定的边坡，减少刷方量，降低刷坡高度。路堑挡土墙还常与拦石墙、护墙等综合使用，除支护边坡外还起基础的作用。