高速铁路地基加固方案设计(3)

机、可同时喷粉和喷浆的搅拌机以及多头深层搅拌机，搅拌深度也从十几米提高到30m，成桩直径也进一步扩大，用于海上的深层搅拌机也已经投入使用。目前我国在地基处理技术方面已经处于国际先进水平。水泥土搅拌法可以用来处理淤泥、淤泥质土等软土地基。

水泥土搅拌法加固软土地基具有很多优点，现将其优点罗列如下: (1)搅拌时无噪音、震动和污染，可以在密集建筑群和市区内施工； (2)搅拌时不会使地基侧向挤出，对原有建筑物影响小； (3)可以根据上部结构需要灵活采用加固形式； (4)可以最大限度的利用原土；

(5)搅拌形成的加固体既可以作竖向承载的复合地基，又可以作为防渗帷幕，基坑工程维护等结构；

(6)可以根据不同的地基土的性质选用不同的固化剂和配方。

从我的设计资料出发，比较各个方法的适用条件，加固效果，以及各自的优缺点，发现水泥土搅拌法，加固效果好，优点显著，所以我决定选用水泥土搅拌法作为我所设计内容的加固方法。 水泥土搅拌法的加固机理为：

(1)水泥的水解水化反应:水泥可以和土中的水发生生成物溶于水的水解水化反应，这样可以促进水泥中的氧化物进一步和水反应，而新生成的物质已经不溶于水，从而起到加固软土的作用。

(2)离子交换和团粒作用:软土中粒径小于0.005mm的颗粒有很多，这些细小颗粒可以和水结合，形成胶体，它们可以和水泥水化后形成的钙离子进行交换反应，

使钙离子聚集在土颗粒周围，从而使小的土颗粒聚集成大的团粒使土的强度提高。

(3)水泥的凝结硬化：水泥和土中的水形成的化合物在水中和空气中逐渐硬化，从而使水泥的强度增大，硬化后的水泥化合物结构非常致密，使得水泥土具有了足够的水稳定性。

(4)碳酸化作用:水泥水化后形成的氢氧化钙，有一部分以游离的形式存在，这部分氢氧化钙可以和土孔隙中的二氧化碳反应，生成不溶于水的碳酸钙，这种反应也可以使水泥土的强度增加。 第3章天然地基路堤稳定性分析 3.1 设计资料

某高速铁路经过软土地区，线路全长1318km，正线设计时速300km/h，基础设施按350km/h考虑（含站内正线），采用无砟轨道并一次铺设跨区间无缝线路。全线路基工程正线长度累计258.4km，有软土路基、松软土路堤、岩溶路基、浸水路堤、和黄土路基等。正线区间直线地段的路基面宽度双线为13.6m、线间距为5.0m，沿线软土路基总长9.5km。岩土工程勘察报告软土厚度约为12m，软土固结快剪强度c=10kpa，固结不排水内摩擦角=24°，天然容重γ=17.5kN/m3，天然孔隙比e=1.2，天然含水率ω=45%，压缩系数为0.6，是产生路堤沉降的主要层次。土体竖向固结系数Cv=3×10-3cm3/s，辐向固结系数Cr=4×10-3cm3/s，变形模量E=3000kpa，泊松比μ=0.4。12m以下为砂粒土，天然容重γ=18.5kN/m3，天然孔隙比e=1.2，含水量ω=38%。路堤填料容重γ=19kN/m3，孔隙比e=0.86，含水量ω=30%。粘聚力c=22.5kPa，内摩擦角=23°，路堤边坡为1:1.75，天然软土地基的e-p关系见表3-1。 表3-1 天然软土地基的e-p关系 压力p/kPa 孔隙比e

050100200300400500600 1.281.171.111.041.000.970.940.92

3.2 天然地基路堤稳定性分析

采用瑞典条分法进行天然地基路堤稳定性分析，瑞典条分法假定滑动面是一个圆弧面，条块间的作用力对边坡的整体稳定性影响不大。将滑动土体竖直分成若干土条，把土条当成刚体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，然后求安全系数[3]。路堤尺寸如图3-1所示。 54%4%

4%3.4554%4%4.6 图3-1 路堤尺寸图(单位：m)

用瑞典条分法计算边坡稳定性安全系数的公式如下： (3-1)

式中，——边坡稳定性安全系数； ——各土条重量； ——土的内摩擦角； ——土的黏聚力；

——编号土条底部滑弧长；

——各土条底部中点到O点连线与OC的夹角，OC左侧角度为负值，右侧为正值。

首先确定最危险滑动面位置，用4.5H法近似确定圆心位置，如图3-2所示。 AEBPDFGHH4.5H图3-2 圆心位置确定方法 图3-2中的值根据表3-2确定。

表3-2 各种坡脚的、值 坡脚/° 坡度1：m /° /°

60°45°33°41＇26°34＇18°26＇14°02＇11°19＇ 1：0.581：1.01:1.51:2.01:3.01:4.01:5.0 29°28°26°25°25°25°25° 40°37°35°35°35°36°39°

路堤坡脚为1:1.75，所以=25.5°，=35°。

然后通过试算法寻找最危险滑动面。根据经验，软土路基上的路堤边坡最危险滑动面滑弧经过坡脚以外。 3.2.1 计算圆心O1对应的滑动面

O1 以坡脚为圆心建立坐标系，首先在DE延长线上假定O1位置为(5.2，7.5)，半径为10m。然后采用瑞典条分法计算安全系数(以O1为圆心的第一个滑动面所对应的安全系数)。的计算图示如图3-3所示。 C

图3-3 计算图 的计算过程见表3-3。 表3-3 计算表

土条号宽度/m 角度/° 土条自重/kN 下滑力/kN 抗滑力/kN 抗滑力/kN 123456∑ 1.412.722.483.553.063.06 -36-22-7103158

12.990.0136.2461.3390.9195.3 -7.6-33.7-16.680.1201.3165.6389.1 4.233.243.8129.1106.930.8348 11.422.220.628.922.215.2120.5 由式(2-1)可得

O1仍以O1为圆心，半径变为11m，计算安全系数(以O1为圆心的第二个滑动面所对应的安全系数)，的计算图示如图3-4所示。 C

图3-4 计算图 的计算过程见表3-4。 表3-4 计算表

土条号宽度/m 角度/° 土条自重/kN 下滑力/kN 抗滑力/kN 抗滑力/kN 123456∑ 2.852.72.53.553.653.52 -37-20-692959

54.6167.1253.9467.8506.4222.9 -30.8-51.1-23.583.1245.5191.1414.3 17.452.8101.0164.8142.745.2523.9 22.723.324.831.028.918.6149.3 由式(2-1)可得

O1仍以O1为圆心，半径变为9.5m，计算安全系数(以O1为圆心的第三个滑动面所对应的安全系数)，的计算图示如图3-5所示。 C

图3-5 计算图 的计算过程见表3-5。 表3-5 计算表

土条号宽度/m 角度/° 土条自重/kN 下滑力/kN 抗滑力/kN 抗滑力/kN