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)基本建設事業(yè)的發(fā)展，建設用地日趨緊張，許多大型工程建設項目（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性質(zhì)與既有的認識有一定差距，地基的濕陷性危害極為嚴重，體現(xiàn)了我國濕陷性黃土分布的復雜性，給高速鐵路建設帶來很大的困難?，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先進、經(jīng)濟合理，尚應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雜，但理論體系尚不十分完善，工程應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)理論和強度理論兩個重要組成部分，分別對應巖土體的變

3、形和穩(wěn)定。高速鐵路的設計和施工，以沉降變形控制為先導，同時滿足系統(tǒng)的強度和穩(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)深層強夯法是在土樁擠密法和強夯技術的基礎上演化而來的一種新型深層地基處理方法，在建筑基礎、大型油罐基礎等領域均有成功應用的先例，但對其理論研究遠遠落后于工程實踐，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，針對上述問題進行以下研究:
　　(1)對孔內(nèi)深層強夯法的加固機理等進行研究，用圓筒擴張理論分析了孔內(nèi)深層強夯法樁的擠密效應。確定合理的設計參數(shù)，經(jīng)試樁施工及樁間土檢測，證明該技術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22m。

5、r>　　(2)對孔內(nèi)深層強夯法的承載和變形特性進行研究，分析應用孔內(nèi)深層強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計要求;當達到單樁復合地基基本承載力時，地基沉降量平均值、最大值遠小于“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)理論進行了深入分析，考慮到空氣的擴

6、散性和不易量測的難點，本文提出簡化的非飽和土固結(jié)方程。
　　(4)運用簡化的非飽和土固結(jié)方程進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及存在的問題，研究非飽和土物理力學特性，重點對非飽和土的水土特征和變形特性進行研究;運用ABAQUS計算軟件對孔內(nèi)深層強夯法復合地基沉降變形和路基坡腳浸水進行數(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)化設計參數(shù)提供了理論基礎和計算方法。
　　(5)通過長期路基變形監(jiān)測和側(cè)方浸水試驗研究，分析應用孔內(nèi)深層強夯法處理大厚度自重濕陷性黃土復合地基的變形特性，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。
　　三點法能較好的反映沉降變形的發(fā)展趨勢，曲線回歸相關系數(shù)較高，預測誤差較小，對數(shù)據(jù)異常變化的敏感性強，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測而言，作為最優(yōu)方法予以推薦采用;在此基礎上，提出了采用三點法為主、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施;路基坡腳附近降雨或其它原因形成積水的時間不應大于20d。
　　(6)對水泥改良黃土加固機理進行研究。研究結(jié)果表明:隨擊實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