铁道工程技术专业毕业设计
题 目：高速铁路黄土路基沉降分析及控制
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摘 要
高速铁路代表了世界铁路现代化发展的大趋势，是21世纪交通运输的重大成果，是人类的共同财富。随着经济的迅猛发展，交通运输需求激增，我国铁路客运专线建设已经进入一个高速发展的时期，由于高速铁路运行速度快、技术标准高、对路基的要求严格， 控制路基变形沉降已经成为客运专线路基的最大特点。路基变形最明显、危害最大的问题是路基沉降。路基沉降控制是一个涉及因素较多、具有较大不确定性的工程难题。
路基沉降包括路基施工沉降和工后沉降，工后沉降尤其发生几率大、危害严重。本论文从黄土的性质和特性，路基沉降的原因、危害，控制路基沉降的措施、路基工后沉降的机理，控制路基工后沉降的必要性、步骤、措施、各种措施的特点，路基沉降计算、监测等方面分析了路基沉降。
关键字： 黄土 路基工后沉降 控制方式 沉降计算 监测
Abstract
High-speed railway represents the railway modernization development trend in the 21st century, is the important achievement of transportation, is the common wealth of mankind. Along with the rapid development of economy, the transportation demand, China railway PDL surge period，Due to the and of the biggest problems is the embankment settlement. Embankment settlement control is one which involves many factors, settlement and post-construction settlement, post-construction settlement risk, particularly serious and , monitoring of embankment settlement.
KEY WORDS： sienna embankment settlement control mode
settlement calculation detectio
第1章 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 我国铁路路基现状 1
1.3 黄土 1
1.3.1 黄土的颗粒组成会及结构 2
1.3.2 黄土的多孔性 2
1.3.3 黄土的湿陷性与变形特性 3
1.3.4 黄土的结构性问题 4
第2章 路基沉降 4
2.1 路基沉降 4
2.1.1 路基沉降的原因 4
2.2 路基不均匀沉降的影响和危害 6
2.2.1 路基不均匀沉降对铺轨施工的影响 6
2.2.2 路基对称将对高铁运营的危害 6
2.3 客运专线无砟轨道路基填筑的压实标准 6
2.4 客运专线无砟轨道路基沉降的控制要求 8
2.4．1 沉降控制标准 8
2.4 .2客运专线无砟轨道路基的填料要求 8
第3章 路基沉降的控制及计算 11
3.1 影响路基沉降的因素 6
3.1.1 影响沉降稳定的自然因素 11
3.1.2 影响沉降稳定的人为因素 11
3.2 湿陷性黄土路基处理方法及效果评价 8
3.2.1 试验段工程地基处理方法 8
3.2.2 地基处理效果方法 8
3.2.3 湿陷性黄土路基的沉降控制措施 8
3.3 路基工后沉降 14
3.3.1 路基工后沉降组成分析 14
3.3.2 工后沉降控制的重要性与特点 15
3.4 控制工后沉降的主要途径 15
3.4.1 加强技术培训及明确控制标准 16
3.4.2 重视黄土地质核查 16
3.5 工后沉降的控制步骤 16
3.5.1 施工前的控制措施 16
3.5.2 施工过程中的控制措施 17
3.5.3 加强路基沉降分析与预测 17
3.5.4 做好路基沉降观测 18
3.6地基设计 18
3.6.1 桩网地基设计 19
3.6.1.1 CFG桩桩网复合地基 19
3.6.1.2 灰土桩桩网结构 24
3.6.2 桩板结构 26
3.6.2.1 整体构造分析 27
3.6.2.2 结构几何尺寸优化 27
3.6.2.3 承台板设计 28
3.6.2.4 托梁设计 28
3.6.2.5 桩基设计 29
3.6.3 DDC桩 32
3.6.3.1 适用性及沉降控制机理分析 32
3.6.3.2 沉降计算模式 33
3.6.3.3 复合地基下部土体的沉降 33
3.6.4 水泥土挤密桩 35
3.6.4.1 水泥土其它影响因素及有关性能研究 35
3.6.4.2 水泥土挤密桩的加固原理 36
3.7 地基沉降计算 36
3.7.1 地基沉降计算基本原理 36
3.7.2 CFG桩的沉降计算 36
3.7.3 桩板桩基承载力、沉降计算 39
第4章 路基沉降监测 40
4.1 路基沉降监测的目的 40
4.2 路基沉降的监测内容及要求 40
4.2.1 沉降观测基本要求 41
4.2.2 路基沉降监测的技术要求 42
4.3 合理选择观测设备。 43
4.4 观测元件埋设说明 43
4.5 沉降观测操作要求 44
4.6 沉降观测时间、频率 44
4.7 沉降观测资料的应用 45
第5章 结论与展望 47
5.1 结论 47
5.2 展望 47
参考文献 48
致谢 49
我国幅员辽阔，铁路经过的地区比较复杂，路基作为铁路的重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载及各种附加力的基础，路基本体必须有足够的强度和一定范围内的变形，所以作为承载高速铁路的基础—路基的设计得到越来越广泛的重视，把路基作为土工结构物来设计的理念在路基设计中逐步得到体现,在一般情况下，路基给工程带来的主要难题是沉降变形及其各种处理措施条件下的固结问题，所以路基沉降变形问题是高速铁路设计中所要考虑的主要控制因素。
为了确保列车安全、平稳运行，路基必须具有强度高，刚度大、稳定性、耐久性好，不易变形等优良特性。随着我国既有线大面积提速改造及快速铁路、高速铁路的修建，如何解决路基沉降这个屡屡出现的问题就被提上日程。
长期以来，我国新建铁路没有把路基当成土工结构来对待，而普遍冠名为土石方。在“重桥隧，轻路基，重土石方数量，轻质量”的倾向下，路基翻浆冒泥、下沉、边坡坍滑、滑坡等病害经常发生，使新建铁路交付运营多年仍不能达到设计速度与质量，经济效益与社会效益较差。
运营铁路路基技术状态不佳，强度低，稳定性差，严重威胁铁路运输和安全，已成为铁路运输的主要薄弱环节。如今，全国铁路网已相继完成四次提速，开发了一批最高运行速度为140～160KM(或压实系数K)，变形模量四项指标。空隙率n是土体中空隙体积与土的三相体积的比值，而压实系数K是指工地碾压时达到的干容重与相应的击实试验得到的最大干容重之比，即相对理论压实的比例，均反映土体的松密程度；地基系数：是表示土体表面在平面压力作用下产生的可压缩性的大小，是我国原有铁路规范对路基压实质量的强度检测指标；变形模量是通过圆形承载板和加载装置对地面进行第一次加载和卸载后，再进行第二次加载，测得的应力—位移曲线上0.3与0.7之间的位移割线斜率确定，用来分析土体的变形性质和承载能力；动态变形模量是指土体在一定大小的竖向冲击力和冲击时间作用下抵抗变形能力的参数，可直接用于评判路基的压实质量。
虽然地基系数值是反映路基土强度及变形关系的参数，但试验的荷载—沉降曲线是一次加载得出的，其沉降包括了填料的弹性变形和塑性变形。计算变形模量的荷载-沉降曲线是在逐级加载后，逐级卸载，再二次加载得出，可认为其沉降(变形)消除了填料的塑性变形，测试结果离散性小，更能反映路基土的真实强度，比地基系数更科学、更合理。静态变形模量和地基系数都是采用小于300mm的静态平板载荷试验仪，通过在压实填土表面做静压试验测得，二者反映的都是静态应力作用下土体抵抗变形的能力，而铁路路基承受的是列车运行时产生的动荷载，采用可以有效地反映列车在高速运行条件下产生的动应力对路基的真实作用状况，是客运专线路基质量检测的发展方向。表2-2是客运专线路基填筑质量检测参数、：与三项指标的对比情况。
表2-2、与三项指标的对比
3.4.7 沉降控制标准
客运专线路基作为无砟轨道结构的基础，对路基的沉降变形非常敏感，要求沉降控制在非常小的范围内。我国拟建的客运专线无砟轨道在汲取国外沉降控制经验的基础上，围绕线路运营、结构允许变形，从路基竣工后扣件可调整的总沉降量，20m结构长度范围内的不均匀沉降、路基与桥涵之间差异沉降形成的错台，以及轨道结构单元之间形成的折角等多方面对路基变形都作出了严格规定，如表2-3、表2-4。
表2-3 工后沉降及沉降差控制标准
表2-4 路基工后沉降控制标准
针对快速铁路对填料及压实标准的高要求，一方面要在施工中积累资料，同时需要开展大量的室内外试验研究工作，研究制定填料适用性试验方法与判别标准，建立一套适合我国地域特点，适用于路基设计，施工的填料分类。
由于地域不同，路基填料也千差万别，这就要求在勘测设计阶段和施工前对土源进行详细判别。工程实践表明，采用优质的填料可以减少路基的后期沉降，且有较高的安全储备，能保证路基稳定。国内外对高速铁路的路基沉降观测结果也表明，采用级配良好的粗颗粒填料可大大减少路堤的后期沉降，因此，只要能满足上述要求者才可作为高速铁路路堤填料。铁路路基填料的分类主要依据土类和小于0.075mm细颗粒含量两个指标来划分的，并考虑与压实要求相关性质和适用条件分成A、B、C、D、E五个组，如表2－1所示。其中，D组为高液限粉土、粉质粘土、粘土，很少用作填料：E组为有机土类，不能作为填料。
2-1 我国铁路路基填料分类组别
路基填料和压实质量也是控制路基沉降的一个方面，填料选择和压实质量控制不好，将会加大路基的工后沉降或路基与结构物之间的不均匀沉降。国内有关客运专线及高速铁路的规范已对无砟轨道路基填料及压实标准进行了严格的限定：基床表层采用级配碎石，基床底层采用A、B组填料或改良土；基床以下的路堤应优先选用A、B组填料和C组的块石、碎石、砾石类填料，当选用C组细粒土填料时应根据土源性质进行改良后填筑。设计施工中应严格限制填料粒径，特别是A、B组填料，个别线在施工过程中反映填料粒径过大(但满足规范要求的基床底层不大于10cm，基床以下不大于15cm)，填料难以达到压实标准，建议基床底层填料粒径不大于5cm，基床以下不大于10cm作为控制标准。
沿线土质较差地段宜首选远运粗粒土填筑路基，其次是物理改良和级配改良．应慎用少用化学改良土，化学改良土从经济效应 、工期效应 、环保效应等方面考虑都不宜大量采用，且填筑质量难以保证，化学改良土的水稳定性对路基本体压密沉降的影响程度很难预见。
对在地基部分土体中设置的竖直向增强体“ 桩”是受力主体，与桩间土形成桩土加固区，承担上部荷载，并传递到下部较为坚硬的持力层上。在该加固区上部铺设含高强度土工合成材料的加筋垫层“ 网”，形成柔性拱区(上部与下部之间的柔性土拱过渡区)。桩网复合地基中的桩起承载作用，是力学要求；而高强度网则是结构要求，目的是调整桩土竖向荷载分担比与桩土应力比使桩—网—土协同作用，共同承担荷载以减小整体沉降及不均匀沉降。
高速铁路典型的“桩网结构地基”体系主要由以下四部分共同组成：
(1)上部路堤；
(2)中间网垫层；
(3)下部桩及桩间土；
(4)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。
CTG桩(Cement Fly．ash Gravel Pile)是水泥粉煤灰碎石桩的简称．它是由水泥、粉煤灰、碎石桩、石屑或是砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、网垫层一起形成桩网复合地基．通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15～C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型．CTG桩复合地基实验研究是建设部“七五”计划课题，于1988年立题进行实验研究，并用于工程实践．该技术已在全国23个省，市广泛推广应用，据不完全统计，该技术已在1000多个工程中应用。和桩基相比，由于CFG桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，工程造价一般为桩基的～，经济效益和社会效益非常显著【2】。
CFG桩复合地基减小工后沉降的主要原理表现在以下三个方面： 通过在土体中打设CFG刚性桩，使桩土承担不同的应力，桩承担较多，而土承担较少，减少了土体所承受的荷载， 从而减少了土体的压缩量；通过CFG桩对土体的挤密作用及对桩周土体的脱水作用等，改善周围土体的颗粒大小及其物理力学性能指标；部分荷载通过CFG桩体传递至相对承载力较高压缩层较低的下卧层，在加固区土层压缩量减小的同时，下卧层的压缩量会相应有所增加。
碎石桩系散体材料，本身没有粘结强度，主要靠周围土的约束传递基础传来的垂直荷载.土越软，对桩的约束作用越差，桩传递垂直荷载的能力越弱．CFG桩针对碎石桩承载特性的一些不足，加以改进而发展起来的．CFG桩采用螺旋钻机或振动沉管桩机等设备进行成孔，是一种具有较高粘结强度的刚性桩．与一般的柔性桩复合地基相比，用CFG桩处理地基时，可大幅度提高地基承载力，并可通过调节复合地基桩长、桩距及桩体材料配比等指标较大幅度调节复合地基承载力的变化区间，特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基难以满足设计要求时，CFG桩复合地基则有明显的优势．CFG桩复合地基可用于填土，饱和及非饱和粘性土，松散砂土等。它是一种低强度砼桩，可以充分利用桩间土的承载力，共同作用并可传递荷载到深层地基中去，具有较高的承载力，承载力提高幅度在2.5～3倍，由于通过CFG桩处理过的复合地基具有承载力高、沉降变形小、变形稳定快、工艺性好、灌注方便、易于控制施工质量和工程造价较低等特点，因此具有较好的技术性能和经济效果。由于CFG桩复合地基技术具有以上施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低廉的特点，目前已经成为北京及周边地区应用最普通的地基处理技术之一．
CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价．CFG桩适用范围较广，就基础型式而言，CFG桩既可适用于条形基础、独立基础，也可用于筏基和箱型基础；就土性而言，CFG桩可用于处理粘性土、粉土、砂土、人工填土和淤泥质土等地基。既适用于挤密效果好的土，又适用于挤密效果差的土，具有加速土体固结、沉降变形小、沉降稳定快等特点．
1、 CFG桩桩网复合地基主要工程特性
(1)承载力提高幅度大、可调性强。
CFG桩桩长可以从几米到20多米，并且可全长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40～75％之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。当地基承载力较高时，荷载又不大，可将桩长设计得短一点，荷载大时桩长可设计得长一些．特别时天然地基承载力较低而设计要求得承载力较高，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求，CFG桩复合地基则比较容易实现．
(2)适应范围广。
CFG桩可用于填土、饱和及非饱和粘性土，既可用于挤密效果好的土，又可用于挤密效果差的土．当其用于挤密效果好的土时，承载力的提高既有挤密分量，又有置换分量；当其用于不可挤密土时，承载力的提高只与置换作用有关．当土是具有良好挤密效果的砂土、粉土时，振动可使土挤密，桩间土承载力可有较大幅度的提高，CFG桩是适合的。
(3)刚性桩的性状明显。
对柔性桩，特别时散体桩，如碎石桩、砂石桩，它们主要是通过有限的桩长来传递垂直荷载。当桩长大于某一个数值后，桩传递荷载的作用已显著减小。CFG桩像刚性桩一样，可全长发挥侧阻，桩落在好的土层是时，具有明显的端承作用。对于上部软下部硬的地质条件，碎石桩将荷载向深层传递非常困难，而CFG桩因为具有刚性桩的性状，向深层土传递荷载时其重要的工作特性。
(4)桩体的排水作用。
CFG桩在饱和粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙水压力．较好透水层上面还有透水性较差的土层时，刚刚施工完的CFG桩将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩体结硬为止。
(5)时间效应。
利用振动沉管施工，将会对周围土产生扰动，特别是对灵敏度较高的土，会使结构破坏、强度降低．施工结束后，随着恢复期的增长，结构强度会有所恢复．在复合地基的承载力提高期间，既包含了桩间土结构强度的恢复，也包括了桩、土间相互作用的加强．加固后地基士的含水量、孔隙比、压缩系数均有减小，重度和压缩模量有所增大．对于粉砂层振密效果比较明显，可大幅度提高桩间土的承载能力，有松散状态变为中密并接近密实状态。
(6)复合地基变形小。
复合地基模量大、地基沉降量小是CFG桩复合地基重要特点之一．对于上部和中间有软弱土的地基，用CFG桩加固，桩端放在好的土层上，可以获得模量很高的复合地基，上部构造物的沉降不大。
2、 桩网复合地基的加固
(1)桩网复合地基加固机理。
桩网复合地基是指在地基处理过程中，下部土体得到竖向增强体“桩” 的加强形成复合地基加固区，在桩顶得到水平向增强体 “网” 的加强形成复合地基加固区，从而使网、桩、土三者协同作用，构成一个整体共同承担上部荷载的人工地基。桩网复合结构由5部分组成：①上部路堤填土；②网或由网组成的加筋土；③网与桩顶之间的砂石垫层；④桩土加固区；⑤桩底下部的天然地基或持力层。
桩网复合地基由4部分组成：①拱上路堤填土；②柔性拱区；③桩土加固区；④下卧层。突出强调桩、网、土三者在承担荷载过程中的协同作用，这与以往强调桩、轻视网、忽视土的理念不同。网土(加筋土)协同作用时，网主要处于受拉状态，这种作用是通过界面摩阻力(咬合力、摩擦力、粘着力)来实现。由于网的铺设和张力膜效应，网将土体自重连同上部荷载传递给桩土复合地基，由于网的刚度较小，无法起到有效的传递作用，故常常在网的下部铺设垫层，组成复合褥垫层以提高刚度，可明显扩散应力，减小应力集中，降低上部土体传来的荷载，从而提高整个体系的承载力，减小沉降及沉降差。
(2)CFG桩桩网复合地基的主要加固效应。
①桩体效应
因为材料本身的强度与软土地层强度不同，在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比桩间土小，因此基础传给复合地基的附加应力，随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象。大部分荷载将由桩体承受，桩间土应力相应减小，于是复合地基承载力较原有地基承载力有所提高，沉降量亦减小，随着桩体刚度增加，桩体作用发挥更加明显。这一点正是碎石桩与CFG桩受力情况不同的根本点。因为碎石桩桩体材料是松散碎石，自身无粘结度，依靠周围土体约束才能承受上部荷载．而CFG桩桩身具有一定的粘结强度，在荷载作用下，不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周摩阻力和桩端阻力传至深层地基中，其复合地基提高幅度也较碎石桩为大．于是，CFG桩常发生刺入破坏，而碎石桩常发生的压胀破坏和整体破坏。
②挤密振密作用
CFG桩采用振动沉管法施工时，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密，特别是在砂层中这一作用更加显著。砂土在强烈的高频振动下，产生液化并重新排列致密，而且在桩体粗骨(碎石)填入后挤入土中，使砂土的相对密实度增加，孔隙率降低，干密度和内摩擦角增大，改善土的物理性质，抗液化能力也提高。
③网垫层作用
保证桩与土共同承担荷载；调整桩与桩间土的荷载分担比例；减少和减缓路基底面的应力集中，提高路基整体的稳定性。
④排水固结作用
与一般的碎石桩复合地基一样，采用沉管灌注施工CFG桩，在施工和成桩后的一段时间内，都会在不同程度上降低地层中地下水的含量，最终达到改善地基土物理、力学性质的目的．在饱和的粉土和砂土中施工时，由于沉管和拔管的振动，会使土体产生超孔隙压力。在上层有相对隔水层时，施工完毕的最初CFG桩因其本身材料的性质决定了它将是一个良好的排水通道，孔隙水将沿着桩体向上排出，直到CFG桩硬结为止．这样的排水过程还包括CFG桩桩体坍落度小，含水量很小的混凝土类材料水解吸水的过程。有资料证明，这一系列排水作用对减少孔压引起地面隆起和沉陷，对增加桩间土的密实度和提高复合地基承载力极为有利。
3、 CFG桩复合地基沉降的影响因素
(1)置换率对沉降的影响
复合地基中桩体的面积置换率(简称置换率m)，就是指在地基处理时，桩体面积与处理地基面积的比值，即，其中为桩体横截面积；为加固地基的基础底面积；，为总桩数。有承台约束时，，其中为桩径，为承台半径。置换率是复合地基的一项重要技术参数，与桩径大小、桩的排列方式、桩距大小均相关，对CFG桩复合地基的沉降控制起着重要作用，表4－1为在不同置换率情况下，桩顶处、土表面处与承台沉降的大小情况。
表4-1 不同置换率的沉降大小对比
从表4-1可以看出，通过增加置换率以减小沉降的方式中，减小承台半径时沉降的减小幅度远大于增加桩径时沉降减小的幅度。这是因为当基底均布荷载不变时，减小承台半径就会减小总荷载，无疑沉降减小也更明显。因此，当需要控制沉降时，增加桩数(相当于减小桩间距)比增大桩径更有效。
(2)下卧层土性对沉降的影响
对于桩体材料、桩长、桩径、桩长范围内土层的性质、面积置换率均相同的两个复合地基，其中一个桩端落在坚硬的土层上，另一个桩端则落在软土层上，通过现场试验得到两种情况下的Q—s曲线 ,桩端落在坚硬土层上，单桩承载力、复合地基承载力和复合地基模量比桩端落在软土层上的要高，这充分说明下卧层土性对桩的下刺入变形下有很大的影响，若下卧层土越坚硬，桩向下刺入就越困难，下刺入变形量下也就越小，桩长范围内土的压缩变形量相应也就越小。
(3)基础宽度对沉降的影响
众所周知，对天然地基，当荷载强度相同时，基础底面宽度越大，沉降量就越大，这是因为路基下某一深度的附加应力系数随宽度的增加而增大，同时压缩层厚度也相应增大。同样地，当复合地基的置换率、桩长及土性都相同时，给定荷载下的加固区变形量S1、下卧层变形量S2以及总的压缩量S都会随路基底面宽度增加而增大。综合考虑桩长(L)和基础宽度(B)两个因素的影响，在其条件相同时，LB值越大，下卧层压缩变形量越小，总的沉降变形也越小；且当LB=6时，下卧层压缩变形量占总压缩变形量的百分比很小。
(4)外部荷载对沉降的影响
①荷载大小的影响
由于褥垫层的设置，复合地基中在荷载作用下，桩体将刺入垫层中，从而在桩体一定深度范围内会出现负摩擦力，即在桩体一定深度范围内会出现桩与桩间土的等沉面。等沉面以上的桩间土将相对桩体向下移动，从而对桩产生负摩擦阻力，而在等沉而以下；桩体相对于桩间土向下移动，故桩间土对桩体产生正摩擦阻力。由于存在负摩擦区，在该区，其作用是阻止桩间土的变形。当外部荷载较小时，桩侧阻力是主要的，而桩端阻力发挥较少，总体效应是使桩间土变形减小；当外部荷载较大时，桩的端阻力有较大地发挥，桩对桩间土产生的总体效应是使桩间土变形增大。
②边载作用的影响
对有无边载作用两种条件，CFG桩复合地基荷载试验的Q—s曲线表明，有边载条件下会比无边载条件下复合地基承载力提高100kPa，说明边载作用使得CFG复合地基承载力有较大提高；另一方面，通过深层变形标进行变形观测，绘制CFG桩复合地基中各深度变形曲线，结果表明：当同一荷载作用时，在荷载板下部，有边载条件下的沉降量小于无边载条件的沉降量，而荷载板以外的变形量则大于无边载条件下的变形量。同时，由于边载的作用抑制了基础外侧土体向上隆起，导致同一深度处的变形趋于均匀化。
4、 CFG桩沉降计算机理
客运专线按变形控制设计复合地基，但CFG桩复合地基的沉降计算比较困难 ，目前常采用以下方案进行CFG桩复合地基的沉降计算。
(1)CFG桩复合地基的沉降量计算见式 (4－1) 。
(4－1)
式中，——加固区变形；
——下卧层变形，按《建筑地基基础设计规范》(GB5O007—2002)计算；
—— 柔性垫层的变形。(由于垫层厚度较小,且施工中已压密，可忽略不计)。
(2)地基处理后的变形计算按现国家标准的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍 ， 值可按式(4－2)确定。
(4－2)
式中， ——复合地基承载力特征值，kPa ；
——基础底面下天然地基承载力特征值，kPa 。
其中为复合地基承载力特征值，按式(4－3) 计算。
(4－3)
m为面积置换率；为单桩竖向承载力特征值，按式 (4－4)计算。 (4－4)
1、.灰土桩桩网结构加固特征与机理
灰土桩桩网结构在湿陷性黄土地基处理中，能有效的消除大厚度黄土的湿陷性，与其他处理方法比较，灰土桩桩网结构具有不需大量开挖和回填、所用施工机械简单，处理费用低、处理深度深(达5～15m)等特点，这是其他处理方法(如重锤实法)难以达到的。除了消除黄土湿陷性外，灰土桩和挤密桩一起构成灰土桩桩网结构，提高地基强度，减小地基变形，改善了黄土的地基特性【15】。
灰土桩挤密加固地基的作用机理主要是：
(1)挤密作用
灰土桩是成孔后填入一定比例的灰土振实形成的，成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高，由于桩孔之间的相互作用，相邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，使得桩间土密度进一步提高并变得均匀。
(2)置换作用
在灰土挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量，在灰土桩与天然土的共同作用下，刚度较大的灰土桩体受到较大的应力，从而降低了基础底面下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。
(3)化学作用
灰土桩桩体为用石灰与土按一定体积比(2：8或3：7)均匀拌合的材料，生石灰吸水生成的过程中，吸收了周围土体的水分而膨胀，对周围土体再一次产生挤密作用，且由于放热反应使周围土体中的水分蒸发，加速了土体固结过程同时生成的因饱和沉淀形成胶体，经再结晶后构成合成晶体使桩体与土体紧密胶结而具有较高的强度，因而提高了地基承载力。
2、 灰土挤密桩桩网结构设计与计算
(1)荷载
桩网结构地基荷载包括路基面荷载和路基土体自重．其中路基面荷载有钢轨荷载、扣件荷载、轨道板荷载、轨枕荷载和钢筋混凝土基础荷载。由于是静力计算，故不考虑列车荷载。计算式为：
(4－5)
其中，为路基面荷载，KNm；为路基填土容重,KNm；为路基填土高度,m
(2)桩径
桩径的设计应与当地施工机械相适应。桩径过小，则桩数量增多，成孔和回填工作量增加；桩径过大，则对桩间土体挤密不够, 同时对成孔机械能量要求较大，设备基本条件不易达到，过大的桩径也会影响挤密后土的均匀性。结合我国目前的施工机具和设备情况,桩径一般以300mm～600㎜为宜，大多用 400㎜。
(3)桩长
桩孔深度应按湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、湿陷类型及成孔设备的能力等方面考虑,对于湿陷性黄土地基，处理深度应为基础以下湿陷起始压力小于上部荷载传递给地基的附加压力和土层的饱和自重压力之和的所有黄土层。另外还要考虑加固层和下卧层土体的工后沉降是否能满足设计要求。
(4)地基置换率
复合地基置换率为桩体的横断面积与该桩体对应的复合地基面积的比值，若桩体按等边三角形，则置换率为：
(4－6)
一般要求地基置换率不小于10％
(6)地基承载力计算
①单桩所承受的荷载
V=
②单桩竖向承载力
国内计算法。
(4－7)
其中,为桩侧第 层土的极限侧阻力，kPa ；成为极限端阻力， kPa ； K为安全系数，一般取3.0。
日本桩网法。
(4－8)
其中，为灰土桩极限端阻力，kN；为灰土桩桩周极限摩阻力，kN；为安全系数，一般取3.0。
桩板结构主要由钢筋混凝土桩基、桩周土体、托梁和承台板四大部分组成。其主要的工作机理是： 通过承台板将上部荷载传到桩体，桩体把荷载扩散到桩间土、下卧层或桩基底岩石层，从而达到控制松软土路基沉降与变形破坏的目的。相比于桥梁结构，桩板结构更适用于挖方以及低填方路段，也适用于既有软弱路基的提速加固处理。由于桩周土体对桩基的侧向抗力，桩板结构纵横向刚度大； 因桩基竖向穿透松软土层，桩板结构可严格控制高速铁路路基工后沉降；可与上部无砟轨道结构较好匹配、合理衔接，适应高速行车；路基土体可对承台板提供竖向支撑，桩板结构承载能力增强。另外，桩板结构施工机具通用，施工方法简易，且与桩网结构等处理措施相比具有一定技术经济优势，因此有望在我国高速铁路路基工程中得到合理广泛的应用。该结构曾在德国纽伦堡一英戈尔施塔特高速铁路及荷兰—比利时高速铁路软土地基情况复杂线路应用，取得了成功但在我国高速客运专线中采用桩板结构处理湿陷性黄土地基尚属首次，其结构形式、设计方法等都需要进行研究确定。本文对郑西客运专线湿陷性黄土地基桩板结构进行优化设计与方案比选，可为客运专线路基设计及类似的工程提供参考。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/4236f95b178884868762caaedd3383c4bb4cb403.html
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