专题四：高速铁路软土地基处理
铁路工程施工中软土地基处理技术
铁路工程施工中软土地基处理技术铁路工程的施工中，软土地基的处理技术是至关重要的一环。
一般来说，软土地基的处理可以采用加固法和改良法两种方式。
一、加固法加固法主要是通过灌浆加固、振动加固和预制桩加固等方式来提高软土地基的承载能力。
1.灌浆加固灌浆加固是用水泥或其他硬化材料对软土进行灌注，使软土与灌浆材料混合，并形成一定强度的坚固体。
一般采用的灌浆材料有水泥土、混凝土、沥青等，具体选用的灌浆材料应根据实际情况进行选择。
在施工过程中，应注意控制灌浆材料的流量和均匀性，并确保灌浆材料充分渗透至软土中，以达到加固的效果。
2.振动加固振动加固是通过用振动器震动软土地基，使其密实、排气、变形并达到一定的强度，从而提高软土地基的承载能力。
在施工过程中，应选用合适的振动器并掌控振动能量，以达到最佳的加固效果。
3.预制桩加固预制桩加固是通过将预制的桩体嵌入地基中，使其通过摩擦力和地基的相互作用来提高软土地基的承载能力。
预制桩根据不同的材料可分为混凝土桩、钢桩和木桩等。
在施工过程中，应根据地基的实际情况选择合适的预制桩，并保证桩的垂直度和间距合理。
二、改良法1.加强土壤结构加强土壤结构可通过把砂土或石子杂质、灰或水泥等添加到软土中来实现。
这些材料的加入可以提高软土地基的密实度、强度、抗渗透性和稳定性，从而提高其承载能力。
在施工过程中，应根据实际情况选择添加材料的种类和比例，以达到最佳的改良效果。
2.排水排水是通过排除或减少土壤中的水份，来D减少水压力和水力抬升对土体的影响，合理的排水可以切断微生生长和土的流动路径，获得固体稳定的支护土体。
施工中，应针对软土地基特点，选择适当的排水方法，如水平排水、垂直排水等。
3.固化处理固化处理是将符合条件的材料与软土发生化学反应，实现固化的目的。
通过加入化学材料，改变软土结构，形成团聚坚硬的胶体，从而达到固化改良软土的目的。
这种方法适用于土体性质较均一，含水率稳定的软土地基。
固化处理方法有石灰固化、水泥固化、石灰水泥固化等。
高铁施工中软土地基的施工工艺
高铁施工中软土地基的施工工艺经济社会发展极大地推动了交通运输基础设施建设，并且也对铁路运输有了更高要求。
如今，高速铁路建设已成为铁路运输未来发展的主要规划。
然而，在高速铁路建设过程中，经常会遇到软土地基，因软土地基工程性质较差，所以不可作为高速铁路基础，基础施工前必须对其进行处理。
这就要求工程建设必须做好软土地基分析、施工工艺选择和运用，这对保证工程质量与运营安全有重要意义。
一、针对铁路施工中软土地基施工的方案软土地基属于分散介质，这种分散介质的强度由多种不同组合形式的土壤和土壤颗粒构成，具有分散系统的特点。
但对强度起绝对作用的是土壤之间的摩擦，而摩擦的形成是土壤颗粒之间的凝聚力。
绝大多数的土壤中都含有矿物质，所以具有不同程度的亲水性，水的渗入使得土壤颗粒四周的水膜增厚，从而导致水的扩散层松散结构增加，最终形成土壤。
但由于水起润滑的作用，所以同以前相比，土壤之间的摩擦力会减少。
影响土壤的稳定性有多种因素，其中土壤稳定性的降低主要是由于大量的水进入土壤后，发生水分现象从而造成离散。
土壤的颗粒之间存在孔隙度，密度越大，孔隙度就会越小，这就会增强土壤的稳定性，所以就加大了自然水进入土壤的难度。
从土壤特特征来看，对于软土路基的施工，要想增强土壤的稳定性，就要强化土壤密度和含水量。
土壤处理的方法有很多，可以使用物理学方法，也可以使用电学方法和参合料方法，不过这两种方法需要强化。
二、高铁施工软土地基处理工艺运用(一)施工准备(1)严格按照先探后灌的基本原则进行地基处理，对于路堑段，需要在开挖到路基面以后才能开始补勘，并充分考虑补勘结果，制定针对性处理方案。
(2)对场地进行预平整处理，同时在钻孔位置挖出集水坑与沟槽。
(3)注浆开始前，对所有机械设备进行检查和校对，确保所有机械设备都保持最佳工况，避免因设备问题造成施工中断。
(4)根据设计文件的要求确定并标出注浆孔具体位置，同时进行必要的复测，以保证位置准确性。
高速铁路软土地基处理
软土地基处理技术
日本东海道新干线：工后沉降小于10cm 大秦铁路：工后沉降小于30cm 广深准高速铁路：工后沉降小于20cm 秦沈客运专线：工后沉降小于15cm 京沪高速铁路：工后沉降小于10cm
软土地基处理技术
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，软土层较后，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。
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，碾压密实。 填筑砂垫层：均匀、等厚
软土地基处理技术
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 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
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
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。
软土地基处理技术
高速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。 高速铁路路基的设计理念正由强度设计向变形 控制设计转变 高速铁路路基地基，强度和刚度要求并重。
强夯法处理高速铁路软土地基
强夯法处理高速铁路软土地基分析了强夯法的加固机理、适用范围以及影响加固效果的因素，提出了高速铁路施工过程中，利用强夯法软土地基的施工方法、质量检验和注意事项。
标签高速铁路；强夯法；软土地基；处理方法1 强夯法概述强夯法是一种地基加固方法。
其主要工作原理是用起重机械将夯锤起吊到一定高度后，自由落下，提高地基密实度和承载力。
经过几十年来的实践，目前己广泛应用于素填土、碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土等有效加固深度小于8m的地基处理。
2 强夯法加固地基的施工参数强夯法的加固效果与夯击能、夯点间距、击数、遍数、间歇时间等施工参数有关。
初步确定强夯参数后，要进行现场试夯，检验强夯效果，与夯前测试数据进行对比，确定工程实施的各项参数。
2.1 夯击能单点夯击能为锤重x落距。
最佳夯击能是地基中的孔隙水压力等于土自重时的夯击能，即无超孔隙水压力。
超过最佳夯击能说明土层对能量的吸收已达到饱和。
采用最佳夯击能，能保证加固能量的有效利用。
2.2 夯击点布置及间距(夯距)2.2.1 夯击点布置夯击点布置视建筑物结构类型、荷载大小、地基条件等情况而定，一般为梅花形或正方形。
2.2.2 夯击点间距(夯距)夯距通常为3-5m ，一般根据地基土的性质、设计加固深度及夯击能量的大小等因素而定。
夯距过大，会出现部分地方夯击效果差。
夯距过小，相邻夯击点的加效应将在浅处叠加而形成硬层，影响夯击能向深部传递;还可以使土的侧向挤密作用加剧，延长孔隙水压力的消散效果。
同理，为使深层土得以加固，第一遍夯击点的间距要大，下一遍夯击点往往布置在上一遍夯击点的中间。
2.3 夯击击数和遍数2.3.1 夯击击数夯点的夯击击数，应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量曲线确定，且应同时满足最后2击的夯沉量不大于50 mm，夯坑周围地面不应发生大隆起;不因夯坑过深而发生起锤困难等条件。
2.3.2 夯击遍数夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定，粗颗粒土，遍数少，细颗粒土，遍数多。
高速铁路软土地基问题
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2、路基刚度的均匀性
• 列车速度越高，要求路基的刚度越大，弹性 变形越小。但刚度过大也会使列车振动加大， 也不能平稳运行。路基刚度的不平顺则会给 轨道造成动态不平顺，所以，要求路基在线 路纵向做到刚度均匀、变化缓慢，不允许刚 度突变。
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三、高速铁路软土路基的问题 与控制要点
• 软土地基由于地基土层强度低、压缩性 大、渗透系数小等特性，在其上修筑路 基时，地基沉降问题突出，过大的沉降 量影响轨道的稳定和平顺，而且持续时 间较长，因此，在这种地基上修建路基， 应将其工后沉降量和沉降速率控制在允 许范围内，使其不影响列车高速、舒适、 安全运行。
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3、在列车运行及自然条件下的稳定性
• 列车运营时路基不仅承受轨道结构和附属构 筑物的静荷载，还要承受列车荷载的长期反 复作用。同时，由于路基直接暴露在自然条 件下，需要抵抗气温变化、雨雪作用、地震 破坏等不良因素的影响。路基工程必须在这 些条件的长期作用下，其强度不会降低、弹 性不会改变、变形不会加大。真正做到长寿 命，少维修。只有这样，才能高速行车，减 少维修费用，并增加运行的安全性。
09.10.20209二、高速铁路路源自的特点• 1、控制路基变形
• 2、路基刚度的均匀性
• 3、在列车运行及自然条件下的稳定性
以上的几点要求，目前的普通铁路路基 是不能满足的，而高速铁路必须在路基结构、 路基材料及路基施工工艺等方面采取一系列 与普通路基不同的技术标准才能实现。具体 表现在有一个强度高、刚度大的路基基床， 沉降很小或没有沉降的地基以及沿线路方向 平缓变化的刚度等三个方面。
高速铁路软基处理
高速铁路软基处理摘要：我国国土辽阔，地形复杂，而且软土分布非常广泛。
然而在软土地基上修建高铁会存在稳定与变形的问题，因此必须进行加固和处理，这也是高铁建设的一大难题，的到来研究人员和施工人员的高度重视。
关键词：软土地基高速铁路地基处理1 对软基的常用处理方法目前，我国在铁路路基工程中处理软基主要使用的方法有：换填法、强夯法、复合地基法、排水固结法、钢筋混凝土桩板结构、钢筋混凝土桩网结构。
1.1 换填法换填法就是将地基内的软土清除，回填以稳定性好的土石。
采用分层填筑、分层夯实、分层检测压实度的方法进行施工。
以提高地基的抗变形和稳定能力。
与原土相比，换土垫层具有承载力高、刚度大、变形小等优点。
换填法适用于浅层软基处理。
如淤泥、淤泥质土、杂填土、松散素填土、已完成自重固结的吹填土等地基处理以及暗塘、暗沟等浅层处理和低洼区域等。
1.2 强夯法强夯法又称动力固结法，就是利用起吊设备，将10～40吨的重锤提升至10～40米高处使其自由下落夯实土层。
强夯法主要用于杂填土、非饱和粘性土和砂性土地基。
对非饱和的粘性土地基，一般采用分遍间歇夯击或连续夯击的方法；并且要根据工程需要通过现场试验来确定夯击次数。
现有经验表明：在100～200吨米夯实能量下，一般可获得3～6米的有效夯实深度。
强夯法适用于处理砂土、碎石土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。
对高饱和度的粉土与黏性土等地基，在进行强夯换填的时候，需要通过现场试验以确定其适用性。
1.3 复合地基法复合地基法就是指在天然的地基基础上再设置一定的增强体,并由原土与增强体来共同负担基础传输来的建筑物负荷。
在大幅度提高地基承载力的同时有效减少地基沉降。
按照成桩以后的桩刚度来说，复合地基可以划分为：散体桩、柔性桩、半刚性桩、刚性桩复合地基。
1.3.1 碎石桩碎石桩是以碎石作为主要材料制成的复合地基加固桩。
碎石桩和砂桩等在国外统称为散体桩或粗颗粒土桩。
铁路工程施工中软土地基处理技术
铁路工程施工中软土地基处理技术【摘要】软土地基在铁路工程中常常是一个重要的施工难点，对工程的施工和运营都有着重要影响。
软土地基处理技术在铁路工程中显得尤为重要。
本文首先介绍了软土地基对铁路工程施工的影响和软土地基处理技术的重要性。
接着详细分析了软土地基的特点和存在的问题，以及处理方法包括预压桩、碎石桩和土石桩等技术的应用。
通过对这些处理技术的应用效果进行评估，指出处理技术能够有效改善软土地基的工程性质，提高工程的安全性和稳定性。
探讨了软土地基处理技术的发展趋势和在铁路工程施工中的重要性，强调了处理技术在提高工程质量和节约成本方面的重要作用。
通过研究软土地基处理技术，可以为铁路工程的施工提供更加科学的参考和指导。
【关键词】软土地基、铁路工程施工、地基处理技术、预压桩、碎石桩、土石桩、效果、发展趋势、重要性1. 引言1.1 软土地基对铁路工程施工的影响软土地基是指由松散、湿润、易变形的土壤构成的地基，其在铁路工程施工中常常给施工带来一系列问题。
软土地基的承载能力较低，无法满足铁路工程对地基承载的要求，容易导致铁路线路变形、沉降和破坏。
软土地基具有较强的压实性和固结性，在施工过程中容易发生地基沉降、变形等问题，影响铁路线路的稳定性和安全性。
软土地基还存在易发生坍塌、流失等问题，给施工带来一定的风险因素。
对软土地基进行有效处理技术是铁路工程施工中的重要任务。
只有通过科学合理的处理方法，才能提高软土地基的承载能力，减小地基变形和沉降，保障铁路线路的平稳运行。
软土地基的处理技术不仅能够改善地基的力学性质，还可以提高地基的抗冲刷能力和抗液化能力，确保铁路工程的施工质量和工程安全性。
软土地基处理技术在铁路工程中具有重要的意义和作用，对于保障铁路线路的稳定性和安全性具有不可替代的作用。
1.2 软土地基处理技术的重要性软土地基处理技术的重要性体现在铁路工程施工中扮演着关键的角色。
软土地基是指土壤质地较松软，容易发生沉降和变形的地基条件，给铁路工程的施工和运营带来了诸多挑战。
高速铁路软土路基地基处理
高速铁路软土路基地基处理3.1 软土地基的工程特性软土地基一般是指抗剪强度较低，天然含水率高，天然孔隙比较大，压缩性高，渗透性较小的淤泥及淤泥质土、饱和软黏土、冲填土、杂填土、松散沙土及其他高压缩土层工程的地基。
软土地基的工程特性如下。
1.含水率较高，空隙比较大软土含水率为35%～80%，孔隙比一般为1.0～2.0。
软土的这一特性反映了土中矿物成分与介质相互作用的性质。
在软土中黏土粒组和粉土粒组的含量相对较高，会加剧土粒与水的作用，使含水率较高；土颗粒粒组较小，易形成具有较大孔隙的各种絮状结构，高含水率、大孔隙比是软土的基本物理特征，直接影响到土的压缩性和抗剪强度，含水率越大，土的抗剪强度越小，压缩性越大。
因此，降低含水率和缩小孔隙比是软土地基处理的重要内容。
2.抗剪强度低我国软土的天然不排水抗剪强度一般为C u =5～25kPa ，且正常固结软弱土的不排水抗剪强度，往往随距地表深度的增加而增大，一般每米深度增长率为1～2kPa/m 。
在外荷载作用下，软土的渗透固结，会使其强度显著增长。
因此，加速软土层渗透固结的速率，是改善软土强度特征的一项有效途径。
软土抗剪强度试验值与试验方法、排水条件等密切相关，如采用固结不排水抗剪，黏聚力c 值将有所增大。
因此试验方法、条件应密切联系工程实际及地基的具体条件等，除室内试验之外，还可补充现场原位测试方法，以得到较正确的结果。
3.压缩性高淤泥的压缩系数a 0.1-0.2一般为0.5～2.5MPa-1，最大可达2.95MPa-1，属高压缩性土；淤泥质土的压缩系数a 0.1-0.2一般为0.4～1.0MPa-1，最大可达1.6MPa-1，也属高压缩性土。
压缩系数随着土的液限和天然含水量的增大而增高。
软土的高压缩性是引起地基下沉变形的主要原因，软土的压缩系数具有随着土层埋深的增加而减小的特点。
4.渗透性很小淤泥及淤泥质土的渗透系数一般为2×10-7～3×10-8cm/s 。
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软土地基处理技术
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，软土层较后，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。
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软土地基处理技术
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。
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
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软土地基处理技术
塑料排水板
施工顺序： 装靴——定位——插设——上拔——切断—
—移位
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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
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，
高速铁路路基的设计理念正由强度设计向变形 控制设计转变
高速铁路路基地基，强度和刚度要求并重。
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软土地基处理技术
日本东海道新干线：工后沉降小于10cm 大秦铁路：工后沉降小于30cm 广深准高速铁路：工后沉降小于20cm 秦沈客运专线：工后沉降小于15cm 京沪高速铁路：工后沉降小于10cm
高速铁路路基技术
李向国
硕导、副教授
石家庄铁道学院 2006年5月
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软土地基处理技术
前提： 地基处理的目的、加固原理、施工程序、 技术要求、质量标准和检测方法
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软土地基处理技术
铁路系统常用的地基处理方法 浅层处理：换填法，抛石挤淤法、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
✓在钻至复搅深度，反钻提升，复搅。
✓提升至地面，停主电机，空压机 可编辑版
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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。
等原因，使桩间土起到一定的密实作用。
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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
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软土地基处理技术
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
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软土地基处理技术
设计方法
确定预压时间。
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软土地基处理技术
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
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软土地基处理技术
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
（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。
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软土地基处理技术
（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、抛石挤淤法 石料要求、抛填顺序；检验方法。 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
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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。
✓ 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，碾压密实。 ➢ 填筑砂垫层：均匀、等厚
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软土地基处理技术
➢ 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
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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。
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复合地基
按成桩后桩体的强度分：
➢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
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
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软土地基处理技术
高速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。