高速鐵路濕陷性黃土地基處理試驗研究.pdf

1、大厚度自重濕陷性黃土場地，泛指濕陷性黃土層厚度大于15m、自重濕陷性強(qiáng)烈的黃土場區(qū)。近些年來，隨著我國濕陷性黃土地區(qū)基本建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，建設(shè)用地日趨緊張，許多大型工程建設(shè)項目（鄭西高速鐵路是其中之一）不得不建在大厚度自重濕陷性黃土場地上。鄭西高速鐵路沿線長區(qū)段內(nèi)連續(xù)分布的大厚度自重濕陷性黃土層、地層特征和物理力學(xué)性質(zhì)與既有的認(rèn)識有一定差距，地基的濕陷性危害極為嚴(yán)重，體現(xiàn)了我國濕陷性黃土分布的復(fù)雜性，給高速鐵路建設(shè)帶來很大的困難?，F(xiàn)有成熟

2、的濕陷性黃土地基處理方法一般只能消除基底下10～15m地基土的濕陷性，為使處理后的地基技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，尚應(yīng)研究行之有效的處理大厚度自重濕陷性黃土地基的新方法。
　　處理后的濕陷性黃土地基是一種典型的非飽和土。與飽和土相比，非飽和土工程特性更為復(fù)雜，但理論體系尚不十分完善，工程應(yīng)用也有很大的局限性。尤其是受到試驗條件的限制，我國對非飽和土的研究還處于起步階段。非飽和土研究包括固結(jié)理論和強(qiáng)度理論兩個重要組成部分，分別對應(yīng)巖土體的變

3、形和穩(wěn)定。高速鐵路的設(shè)計和施工，以沉降變形控制為先導(dǎo)，同時滿足系統(tǒng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。為保證線路的安全性和平順度，既有規(guī)范已經(jīng)對高速鐵路工后沉降做出了嚴(yán)格規(guī)定。因此對于處理后的濕陷性黃土地基非飽和土，根據(jù)自身特點(diǎn)建立合理的固結(jié)理論和適用可靠的計算方法非常重要。
　　孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法是在土樁擠密法和強(qiáng)夯技術(shù)的基礎(chǔ)上演化而來的一種新型深層地基處理方法，在建筑基礎(chǔ)、大型油罐基礎(chǔ)等領(lǐng)域均有成功應(yīng)用的先例，但對其理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐，特

4、別是針對高速鐵路大厚度自重濕陷性黃土場地的系統(tǒng)應(yīng)用研究幾近空白。
　　本文基于既有的非飽和土理論，以鄭西高速鐵路為工程背景，綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值仿真、現(xiàn)場試驗和數(shù)理統(tǒng)計等手段，針對上述問題進(jìn)行以下研究:
　　(1)對孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法的加固機(jī)理等進(jìn)行研究，用圓筒擴(kuò)張理論分析了孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁的擠密效應(yīng)。確定合理的設(shè)計參數(shù)，經(jīng)試樁施工及樁間土檢測，證明該技術(shù)可以有效地消除大厚度自重濕陷性黃土場地的濕陷性，處理深度可達(dá)22m。

5、r>　　(2)對孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法的承載和變形特性進(jìn)行研究，分析應(yīng)用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理高速鐵路大厚度濕陷性黃土場地的可行性。試驗研究結(jié)果表明:大厚度自重濕陷性黃土場地采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法加固后地基承載力大幅度提高，滿足高速鐵路路基地基承載力設(shè)計要求;當(dāng)達(dá)到單樁復(fù)合地基基本承載力時，地基沉降量平均值、最大值遠(yuǎn)小于“高速鐵路路基工后沉降量不超過15 mm”的要求。
　　(3)對國內(nèi)外具有代表性的非飽和土固結(jié)理論進(jìn)行了深入分析，考慮到空氣的擴(kuò)

6、散性和不易量測的難點(diǎn)，本文提出簡化的非飽和土固結(jié)方程。
　　(4)運(yùn)用簡化的非飽和土固結(jié)方程進(jìn)行非飽和土地基沉降計算分析。結(jié)合我國高速鐵路路基工程的特點(diǎn)及存在的問題，研究非飽和土物理力學(xué)特性，重點(diǎn)對非飽和土的水土特征和變形特性進(jìn)行研究;運(yùn)用ABAQUS計算軟件對孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法復(fù)合地基沉降變形和路基坡腳浸水進(jìn)行數(shù)值分析，得出了與長期沉降和浸潤觀測相近的規(guī)律;概括既有的非飽和土研究成果，提出適用于孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理后的高速鐵路大厚度自

7、重濕陷性黃土地基沉降計算和分析的新思路，為優(yōu)化設(shè)計參數(shù)提供了理論基礎(chǔ)和計算方法。
　　(5)通過長期路基變形監(jiān)測和側(cè)方浸水試驗研究，分析應(yīng)用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法處理大厚度自重濕陷性黃土復(fù)合地基的變形特性，驗證非飽和土地基沉降計算方法和工后沉降預(yù)測方法的正確性，檢驗地基加固效果。
　　長期沉降觀測試驗結(jié)果表明:路堤的沉降主要體現(xiàn)為地基沉降，而地基沉降主要體現(xiàn)為下臥層沉降。恒載預(yù)壓258天后路堤總沉降量、地基處理深度處的沉降量已趨于穩(wěn)

8、定，工后沉降為0.2mm，滿足高速鐵路路基工后沉降不大于15mm的要求。
　　三點(diǎn)法能較好的反映沉降變形的發(fā)展趨勢，曲線回歸相關(guān)系數(shù)較高，預(yù)測誤差較小，對數(shù)據(jù)異常變化的敏感性強(qiáng)，能及時發(fā)現(xiàn)沉降變形趨勢存在問題的斷面，建議對于高速鐵路路基沉降變形預(yù)測而言，作為最優(yōu)方法予以推薦采用;在此基礎(chǔ)上，提出了采用三點(diǎn)法為主、雙曲線法對比驗證分析、Asoaka法作為輔助方法的高速鐵路沉降變形預(yù)測建議分析操作程序。
　　浸水試驗結(jié)果表明:濕

9、陷性黃土地基經(jīng)孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法加固處理后，其加固范圍內(nèi)的黃土濕陷性已消除，受水的浸潤影響小，長期浸水后地基的增濕變形將發(fā)生在加固深度范圍以下。路基外側(cè)未加固區(qū)浸水后浸潤角為38°～42°，距路基坡腳20m范圍內(nèi)不宜建魚塘、水池等永久性積水設(shè)施;路基坡腳附近降雨或其它原因形成積水的時間不應(yīng)大于20d。
　　(6)對水泥改良黃土加固機(jī)理進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:隨擊實(shí)延遲時間的增長水泥改良黃土最大干密度降低而最優(yōu)含水率增加;建議施工過程中