高速鐵路軟土地基處理與工程施工組織設計方案(畢業(yè)設計)

..第1章緒論自1964年日本建成世界上第一條高速鐵路東京至大阪高速鐵路,40多年來,高速鐵路從無到有,迅速發(fā)展。而在我國,隨著經濟建設的迅速發(fā)展,我國的鐵路運輸也已進入了高速鐵路大規(guī)模建設時期,尤其是客運專線的建設。在鐵路工程建設中,路基作為鐵路線路的主體工程,直接承受著軌道上部所傳遞的巨大壓力,因此路基必須堅固而穩(wěn)定,必須具有強度高、剛度大、穩(wěn)定性和耐久性好,并能抵抗各種自然因素的影響,在運營條件下將線路軌道的設計參數(shù)保持在要求的標準范圍之內。如何正確地對邊坡和路基進行相應地處理以保證高速鐵路的正常運營,成為了鐵路建設中的一個很重要的問題。1.1支擋結構簡述支擋結構[1]包括擋土墻、抗滑樁、預應力錨索等支撐和錨固結構,是用來支撐、加固填土或山坡土體,防止其坍滑以保持穩(wěn)定的一種建筑物。在鐵路、公路路基工程中,支擋結構被廣泛應用于穩(wěn)定路堤、路塹、隧道洞口以及橋梁兩端的路基邊坡等,主要用于承受土體側向土壓力。在水利、礦場、房屋建筑等工程中,支擋結構主要用于加固山坡、基坑邊坡和河流岸壁。當以上工程或其他巖土工程遇到滑坡、崩塌、巖堆體、落石、泥石流等不良地質災害時,支擋結構主要用于加固或攔擋不良地質體。支擋結構是巖土工程中的一個重要組成部分,隨著我國國民經濟水平的提高與基本建設的不斷發(fā)展,以及支擋結構技術水平的提高和減少環(huán)境破壞、節(jié)約用地觀念的加強等,支擋結構在巖土工程中的使用越來越廣泛,特別是在鐵路、公路路基及建筑基礎工程中所占的比重也越來越大。擋土墻簡述擋土墻[2],顧名思義,是用來擋土的墻,是一種墻或類似于墻的結構物,是為了保證填土位置或挖方位置穩(wěn)定而修筑的一種永久或臨時人工構造物。在鐵路、公路、航運、水利、礦山及建筑部門的土木工程中,擋土墻的應用十分廣泛。當山區(qū)地面橫坡過陡,常在下側邊坡設置擋土墻,或在靠山側,由于刷坡過多,不僅土石方工程數(shù)量大,而且破壞了天然植被容易引起災害,因此設置路矩擋土墻以降低路塹高度。在平原地區(qū)多為良田,為了節(jié)約用地,往往也在路基一側或兩側設置擋土墻。在濱河地段或有其他建筑物時,修建擋土墻可以收回坡腳,以避免沖刷威協(xié)或避開建筑物。當高路堤、深路塹土石方數(shù)量過大取棄困難時,也可設置擋土墻以減小土石方數(shù)量。此外,擋土墻還常用來整治崩坍、滑坡等路基病害。鐵路路基擋土墻[3]是支撐路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩(wěn)、承受側向土壓力的構筑物。在鐵路工程中,擋土墻被廣泛應用于支撐路堤或路塹以及隧道洞口、橋梁兩端的路基邊坡和河岸護堤等地方。擋土墻在鐵路防護工程中占有很大的比重,為鐵路的安全暢通發(fā)揮著重要的作用。擋土墻的分類鐵路擋土墻,按其設置的位置可分為：遇高填路堤、陡坡路堤、河岸路堤時,常采用的路肩墻<圖1—1>或路堤墻<圖1—2>,這兩種墻可防止路基邊坡或基底滑動,收縮填土坡腳,減少土石方并少占農田；在岸邊修建的擋土墻還可保護路基不受水流沖刷,保證庫容或減少河床的壓縮量。設置在路塹邊坡?lián)跬翂ΨQ為路塹墻[4]<圖1—3>,這種墻可支撐開挖后不穩(wěn)定的邊坡,減少刷方量,降低刷坡高度。路塹擋土墻還常與攔石墻、護墻等綜合使用,除支護邊坡外還起基礎的作用。此外,還有支撐不穩(wěn)定山坡的山坡?lián)跬翂Α楸苊馇终监徑€路的既有建筑物而修建的擋土墻、為縮短隧道或明洞的長度而在洞口設置的擋土墻、在車站上為供旅客上下車或裝卸貨物方便而設置的站臺墻以及橋頭翼墻等。圖1-1路肩墻圖1-2路堤墻圖1-3路塹墻根據(jù)墻背的傾斜方向分為：俯斜、仰斜、垂直三種形式。根據(jù)建筑材料、計算理論和結構型式的不同,可將擋土墻分為重力式擋土墻和輕型擋土墻,下面將對這兩種形式的擋土墻進行介紹。重力式擋土墻重力式擋土墻是一種以擋土墻自身重力來維持擋土墻在土壓力作用下穩(wěn)定的擋土墻。它是我國目前常用的一種擋土墻。重力式擋土墻一般采用干砌片石、漿砌片石、混凝土及磚等土石場工建造,一般都做成簡單的梯形。由于石料來源豐富,所以它可以就地取材,施工方便,而且其經濟效果好,不需復雜的施工設備和技術,當墻高較低,地層穩(wěn)定、開挖土石方時不會危及相鄰建筑物安全的地段,其經濟效益明顯。所以,重力式擋土墻在我國鐵路、公路、水利、港灣、礦山等工程中得到廣泛的應用。但其也有不可克服的缺點：由于重力式擋土墻靠自重維持平衡穩(wěn)定,因此,體積、重量都大,在軟弱地基上修建往往受到承載力的限制,另外重力式擋土墻施工主要由人工操作,耗費的材料和人力過多,占地面積過大,在科技發(fā)達的今天,已經不是最經濟的擋土結構形式[5]。重力式擋土墻可根據(jù)其墻背的坡度分為仰斜、垂直和俯斜三種類型。重力式擋土墻由墻身、基礎和墻帽三部分組成,一般不配鋼筋或只在局部范圍內配以少量的鋼筋,如圖1-4所示。輕型擋土墻隨著國民經濟的發(fā)展,國家的鋼材和水泥產量逐年增多,為適應不同地區(qū)的條件和發(fā)展新技術的需要,逐步發(fā)展了各種不同型式的鋼筋混凝土結構的擋土墻,如：樁板式擋土墻、錨桿擋土墻、錨定板擋土墻、薄壁式擋土墻、抗滑樁及加筋土擋土墻等陸續(xù)出現(xiàn)。輕型支擋結構以其具結構輕、施工快捷、便于預制和機械化施工、節(jié)省材料和勞力、造價低等優(yōu)點,在各類巖土工程中得到廣泛的應用。隨著生產技術的不斷發(fā)展,今后還將會有一些新的結構形式不斷出現(xiàn)。本次設計中將會用到的是樁板式擋土墻,樁板式擋土墻如圖1-5所示。樁板式擋土墻[6]是一種在樁之間設擋板或土釘?shù)绕渌Y構來穩(wěn)定土體的擋土結構,它由錨固樁發(fā)展而來的,當路基邊坡采用懸臂式錨固樁支擋時,存在樁間支擋類型選擇問題,樁間掛板或搭板就形成了樁板墻。樁板墻利用擋土板將側向力傳遞給樁,通過樁體使路基獲得穩(wěn)定。樁板墻完全靠樁的錨固段兩側的土體作用力的平衡來維持支擋結構物的穩(wěn)定。由于樁板式擋土墻的高度可不受一般擋土墻高度的限制,一般懸臂式樁板墻地面以上懸臂高度可達15m左右預應力錨索樁的地面以上高度可達20~25m,地基強度不足可由樁的埋深得到補償。擋土板與一般樁間擋土墻相比,其優(yōu)點在于可以不考慮基底承載力；采用裝配式擋土板施工方便快捷?；潞晚槍拥囟?樁上設錨索或錨桿可減小樁的埋深和樁的截面尺寸,在懸臂較大或樁上外力較大時,是一種很好的支擋型式。其在減小工程數(shù)量、縮短工期、降低成本、節(jié)約投資等方面相比于橋梁方案和擋土墻方案在高陡邊坡路段及車站地段有著明顯的優(yōu)越性,且施工簡便,外型構造美觀,運營后養(yǎng)護、維修費用低,同時可自上而下逆向施工,避免大面積開挖造成路基失穩(wěn)。從而在一些需要設高路堤擋土墻或高路肩擋土墻的地段及地基條件不夠好的情況下采用,有其獨特的優(yōu)點。圖1-4重力式擋土墻圖1-5樁板式擋土墻樁板式擋土墻可用于一般地區(qū)、浸水地區(qū)和地震區(qū)的路塹和路堤支擋；也可用于滑坡等特殊路基的支擋工程；樁的自由臂長度不宜大于15m,樁間距宜為7~8m；當樁的地面以上長度大于15m或樁側土壓力較大時,可在樁上部加設錨索<桿>組成預應力錨索<桿>樁。樁板墻的分類如下：<1>按工程設置位置分：路肩式樁板墻,路堤式樁板墻,路塹式樁板墻；<2>按其結構形式分：錨索<桿>樁板墻,懸臂式樁板墻,錨拉式樁板墻；<3>按擋土板的類型：截面：矩形、槽型、變截面；板型：平板型、弧線型、折線型；位置：外掛式、內置式；<4>按樁的截面類型分：矩形截面,T形截面；等截面,變截面。1.2復合路基在鐵路軟土路基處理工程中的運用地基處理簡述所謂地基處理[10]就是按照上部結構對地基的要求,對地基進行必要的加固和改良,提高地基的承載力,保證地基的穩(wěn)定,減少建筑物的沉降和不均勻沉降,消除濕陷性,提高抗液化能力。地基處理的對象是軟弱地基和特殊土地基。經過處理后的地基又稱為人工地基,而在人工地基中,復合地基己與淺基礎<或稱均質地基>和樁基礎一道,成為工程中常用的三種地基基礎型式。復合地基<CompositeGround>是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強,或被置換,或在天然地基中設置加筋材料,加固區(qū)由基體<天然地基土體>和增強體二部分組成的人工地基。目前的復合地基形式有置換、排水固結、振密擠密、加筋及化學處理等。按目前的概念,復合地基有水平向增強體型和豎直向增強體型這兩種型式,見圖1-6和圖1-7所示：荷載增強體荷載增強體荷載增強體圖1-6水平向增強體復合地基圖1-7豎直向增強體復合地基當這兩種基本形式不滿足工程需要時,人們又探索研究開發(fā)了新的更有效的軟土地基處理方法,即樁—網復合地基,這也是本次設計處理軟土路基要用到的方法。樁—網復合地基的概念"樁—網復合地基"的定義：所謂樁—網復合地基<pile—netcompositefoundation>,是指天然地基在地基處理過程中,下部土體得到豎直向增強體—"樁"的加強從而形成樁土復合地基加固區(qū),并在該區(qū)上部鋪設水平向增強體—"網"從而形成加筋土復合地基加固區(qū),使網—樁—土協(xié)同作用、共同承擔荷載的人工地基。以上對"樁—網復合地基"這種綜合地基處理方法所下的定義,其意圖是突出強調樁、網、土三者在承擔荷載的過程中都起作用,都有貢獻,即三者協(xié)同作用,構成一個整體,共同承載；雖然它們在承載過程中的作用大小和方式可能不同,但無論從力學機理上還是從設計、施工方法上來講,都不能忽視,這與以往只過分強調某一部分,譬如強調樁、輕視網、忽視土的傾向是不同的。樁—網復合地基的組成"樁—網復合地基"這一體系由以下五部分共同組成[11]：<l>上部<路堤>填土；<2>上部網<一層或幾層,鋪設于樁頭之上>；<3>中間砂石褥墊層及可能存在于墊層中的網；<4>下部一般為非剛性樁<如散體材料樁或柔性樁、木樁,當然也可能會是剛性樁>及樁間土<一般為天然軟粘土>；<5>下部樁土復合地基加固區(qū)下的天然軟土層或持力層。其中的核心部分是樁和網。下臥持力層樁樁間土下臥持力層樁樁間土樁土復合地基加固區(qū)路堤網褥墊層下臥軟土層圖1-8樁—網復合地基組成1.2.4樁—網復合地基的特點樁—網復合地基的特點是樁—網—土三者協(xié)同工作,樁—網復合地基具有以下優(yōu)點[13]：<1>樁—網復合地基具有樁體、熱層、排水、擠密、加筋、防護等綜合效能；<2>比較容易實現(xiàn)在天然軟土地基上快速填筑穩(wěn)定的路堤或堤壩,不需預壓期,施工方便；<3>工期沉降較快,工后沉降較易控制,可縮短上期,加快上程進度；<4>可采用控制上后沉降理論進行設計,布置成疏樁,進而大幅降低工程建設成本。樁—網復合地基由于具有上述突出的優(yōu)點,近年來應用很廣泛,很適合于天然軟土地基上的鐵路、公路、城市道路、長大堤壩和大面積填方類上程。但是由于其作用機理比較復雜,理論研究還不很成熟,工程的設計成功與否常常起決于設計人員的理論水平和上程經驗,且很多設計趨于保守,不能夠充分發(fā)揮地基的承載力。1.3本次設計要做的工作本次設計針對的是溫臺甬鐵路客運專線的一段,溫臺甬鐵路是國家《中長期鐵路網規(guī)劃》的一個重要項目,其項目建議書于20XX10月獲得國家發(fā)改委批準。甬臺溫鐵路北起XX省XX市,南至XX市,全長280km,為國家I級雙線鐵路,設計時速200km。本次設計主要包括以下工作：<1>溫臺甬鐵路客運專線DK145+515~DK145+632支擋結構的設計；<2>溫臺甬鐵路客運專線DK147+200~DK148+500軟土地基加固設計；<3>兩種不同支擋結構的施工組織設計；<4>樁——網復合地基的施工組織設計。第2章工程地質和水文地質情況DK145+515~DK145+632的工程地質及水文地質情況工程地質情況該工段起自隧道出口,地處剝蝕低山區(qū),地勢起伏不平。山體自然坡度20~30度,山坡上竹林茂盛,地層巖性如下所示：粉質黏土夾碎石,褐黃色,硬塑；凝灰?guī)r,灰黃色,呈土狀；凝灰?guī)r,灰黃色,強風化；凝灰?guī)r,灰黃色,弱風化。水文地質情況地下水不發(fā)育。線路右側發(fā)育一沖溝,水量不大。DK147+200~DK148+500的工程地質及水文地質情況工程地質情況該工段地處山間谷地地區(qū),為軟土區(qū)域,地形較為平坦,辟為果園及稻田,土層為軟土,天然孔隙比大,天然含水量高,抗剪強度低,,滲透系數(shù)小,各土層如下：<1>粉質黏土：軟塑,含鐵錳質斑點；<2>淤泥質粘土：流塑,有機質含量高；<3>細圓礫土：飽和,中密；<4>-1凝灰?guī)r：褐黃色~灰黃色,全風化Ⅲ；<4>-2凝灰?guī)r：黃色~褐色,強風化Ⅳ。各土層主要物理力學指標如下表所示：表2-1土層主要物理力學指標層號W<%>r<kN/m3>e%u%cuCu<kPa>Es<MPa>Qs<kPa><1>40.8918.71.141214~3.6720<2>47.7217.61.35815132.938水文地質情況地下水主要為第四系孔隙潛水,發(fā)育,水位0.5~1m。第3章?lián)跬翂Φ脑O計DK145+515~DK145+632工段由于山體自然坡度較大,需用支擋結構來進行防護,這里采用的是重力式擋土墻和樁板式擋土墻,根據(jù)地形坡度和由于土物理參數(shù)變化而引起的土壓力的變化,結合經濟方面的因素,決定對DK145+514~+527,+570~632段左側采用樁板式擋土墻收坡,剩余的工段左側用重力式擋土墻來處理。3.1樁板墻的設計布置原則<1>樁板式擋土墻的樁間距、樁長和截面尺寸的確定,應綜合考慮達到安全可靠、經濟合理；<2>樁的自由懸臂長度不宜大于15m；矩形截面時,樁截面的短邊尺寸不宜小于1.25m；樁間距宜為5~8m<3>錨固段必須置于穩(wěn)定的地層中；<4>掛板的一側應在一個平面內。路塹邊坡坡腳設樁板墻時,靠線路一側應預留出鎖口和護壁的位置。如果是外掛式板,還應預留出掛板的位置。樁的設計在進行樁的設計前,作如下基本假定：將樁,錨固段樁周巖土及錨索系統(tǒng)視為統(tǒng)一的整體,在計算樁的反力時將樁簡化為受橫向約束的彈性地基梁,根據(jù)位移變形協(xié)調方程,按地基系數(shù)法計算錨索拉力和側向壓應力。根據(jù)施工方面的要求及地形和經驗,樁間距取為5m,樁的懸臂長取為10m,樁截面取為矩形截面,樁身截面尺寸取為2.0m×2.5m。現(xiàn)對其其余部分進行設計和檢算。.1計算設計荷載及其分布<1>樁懸臂段土壓力分布的計算：由土力學的相關知識可知[3]：當?shù)孛孀饔糜芯己奢d時,從均布荷載的兩個端點分別作與水平線成<為破裂角>的兩條輔助線,并與擋土墻交與兩點,可近似認為兩點之外的土壓力不受地面荷載的影響,兩點之間的土壓力按滿布的均布地面荷載來算,本次設計即按這一理論來進行計算。計算簡圖如圖3-1：圖3-1樁懸臂段的受壓計算圖計算中相關參數(shù)如下：換算荷載土柱高=3m荷載分布寬度=3.7m路基面寬度8.8mK=<8.8-3.7>/2=2.55m綜合內摩擦角=45°墻背摩擦角=/2=22.5°墻背傾角0°容重=21kN/懸臂端長度=10m計算過程：計算破裂角及確定破裂面：按庫侖公式計算：=<+>=10×<10+3>/2=65m2=K=2.55×3=7.65m2=+-=45+22.5=67.5°tan=-tan=-tan67.5°=0.52589=arctan0.52589=27.75°tan=10×0.52589=5.26m<K+=2.55+3.7=6.25m所以破裂面交在換算土柱內。計算應力由庫侖公式計算：==0.160==×0.160×21×100=168kN=/3=3.33m==2.55/0.52589=4.85m==0.16×20×3×<10-4.85>=49.44kN=/2=<10-4.85>/2=2.58m<2>樁錨固段部分土壓力的計算：計算簡圖如圖3-2：圖3-2樁錨固段的受壓計算圖計算相關參數(shù)如下：土層內摩擦角=40°容重=19kN/m3地面以下樁長設為H墻背摩擦角=/2=20°由庫侖公式計算：根據(jù)已知條件查表得=0.199則==×0.199×19=1.89=2H/3.2根據(jù)抗傾覆穩(wěn)定性驗算確定地面以下的樁長驗算要求：<3-1>式中：——抗傾覆許用安全系數(shù)值,取1.5。將前面所算數(shù)據(jù)代入4-1中：<1.89×2/3>/<168×3.33+49.44×2.58>1.5得：817.85考慮到施工方便,取地面以下的樁長H=10m。.3樁的內力計算：<1>懸臂段的內力計算：懸臂段樁長分為10等分,按式<1>計算各點的彎矩M及剪力Q<當y4.85m時,只取公式的第一項>,計算公式：<3-2>式中：——填土容重,取20kN/；——填土主動側壓力系數(shù),用下列公式計算：<3-3>代入數(shù)據(jù)計算得=0.17939；y——自樁頂算起的樁身長度；L——樁中一中間距；取為5m；——樁背處摩擦角,取為22.5°；——列車荷載換算側壓力強度；本設計中取為20×3=60kN/㎡；4.85——前面所算出的未受列車荷載影響的樁<背>段計算長度。計算結果如下表3-1所示：表3-1樁懸臂端內力的計算y<m>10987654321彎矩<kN·m>643844002789158878034817775223剪力<kN>225618221403100261724913375338<2>樁身錨固段的內力計算同樣將樁身分為10段,按下列公式分別計算：<3-4><3-5>式中：——樁的變形系數(shù),本設計中矩形樁取1.0；,——單位剪力、彎矩,本設計中取值即為各個截面的剪力,彎矩,具體計算見樁錨固段部分土壓力計算的相關內容；,,,——分別為=l、=l時的彎矩、剪力的無量綱系數(shù),具體數(shù)值見結構力學"位移法計算超靜定結構"的相關內容。計算得：樁身錨固段各部分彎矩和剪力圖如表3-2所示：表3-2樁錨固端內力的計算y<m>0-2-4-6-8-10彎矩<kN·m>6000780010000820030000剪力<kN>20001000-980-2000-2100-5.4截面配筋計算按《建筑結構荷載規(guī)范》<GB50009—2001>的規(guī)定,建筑結構的安全等級采用二級,結構的重要性系數(shù)=1.0,永久荷載分項系數(shù)采用=1.35,可變荷載分項系數(shù)采用=1.4,由于可變荷載引起的荷載效應占總荷載效應的22.7%,永久荷載引起的荷載效應占總荷載效應的77.3%,故綜合荷載分項系數(shù)=1.35×0.773+1.4×0.227=1.361。進行配筋計算時所用參數(shù)如表3-2所示表3-3混凝土和鋼筋的設計強度和彈性模量材料設計強度<kPa>彈性模量<kPa>混凝土<C20>軸心抗壓=9600=2.55×抗拉=1100熱軋鋼筋HRB235級=210000=2×HRB335級=300000<1>樁懸臂段的配筋計算由前面樁內力的計算可知：最大彎矩=6438kN·m,最大剪力=2256kN。①正截面設計：M==1.0×1.361×6438=8762kN·m截面有效高度=h-0.075=2.5-0.075=2.425m=1-=1-=0.0809鋼筋直徑采用28,設計強度為300000kPa,鋼筋面積===0.0125m2根數(shù)n==20.3考慮到施工方便,取n=20根。②斜截面檢算：=1.1×1.361×2256=3377.5kN=2.425/2=1.21<4.00.25=0.25×1.0×9600×2×2.425=11640kN>V截面大小滿足斜截面檢算要求因為V<0.7=0.7×1130×2×2.425=3836kN所以只需按構造要求配置箍筋,根據(jù)構造要求,箍筋間距取為400mm,雙肢又最小配筋率=0.24×=0.24×1100/210000=0.126%箍筋配筋率==4××/<2×0.4>>=0.126%<r為箍筋半徑>得：r>0.89m故箍筋取為18,雙肢。<2>樁身錨固段的配筋計算由前面樁內力的計算可知：最大彎矩=10000kN·m,最大剪力=2000kN計算方法同樁懸臂段的配筋計算①正截面設計：M==1.35×10000=13500kN·m設截面有效高度=h-0.06-0.0775=2.5-0.06-0.0775=2.3625m=1-=1-=0.1351鋼筋直徑采用28,設計強度為300000kPa,鋼筋面積===0.0205㎡根數(shù)n==33.6考慮到施工方便,取n=35根。②斜截面檢算：由于錨固段的剪力設計值小于懸臂段的剪力設計值,而懸臂段的斜截面檢算是根據(jù)構造要求來配筋的,故錨固段也只需根據(jù)構造要求配筋即可,也就是說,和懸臂段的箍筋配置完全相同。<3>架立鋼筋及縱向構造鋼筋的設計架立鋼筋及縱向構造鋼筋的設計完全根據(jù)規(guī)范要求來配置,為方便施工,所用鋼筋種類同箍筋,另外,在縱向受力筋的布置方面,由于樁的懸臂段需20根,錨固段需35根,但考慮到計算樁懸臂所需鋼筋根數(shù)時,20根偏小,故縱向受力筋的截斷位置應比地面稍高一點,鋼筋的具體分布見附錄中02、03號圖。擋土板的設計擋土板采用矩形預制擋板,其設計按均布荷載作用下的簡支梁來進行計算,根據(jù)擋土板所放位置的不同,其所受土壓力大小差別很大,為節(jié)省材料,現(xiàn)將擋土板分為兩類來設計：A型板和B型板,樁間距樁頂0~5m采用A型板,距樁頂5~9m采用B型板,擋土板的設計所用材料及其相應各參數(shù)如下表所示：表3-4混凝土和鋼筋的設計強度和彈性模量材料設計強度<kPa>彈性模量<kPa>混凝土<C20>軸心抗壓=9600=2.55×抗拉標準值=1540抗拉設計值=1100熱軋鋼筋HRB235級=210000=2×HRB335級=3000003.1.3<1>作用在板上土壓應力的計算。同樁的懸臂端的受力情況相同,見樁懸臂段土壓力分布的計算：由計算簡圖可見,距樁頂5m處土的壓應力最大,取為設計值,=21×0.16×5+20×3×0.16=26.4kN/m2根據(jù)經驗及施工條件,板的厚度b取為0.5m,高度取為0.3m。則分布荷載為q=b=0.5×26.4=13.2kN/m<2>配筋計算由于可變荷載引起的荷載效應占總荷載效應的36.4%,永久荷載引起的荷載效應占總荷載效應的63.6%,故綜合荷載分項系數(shù)=1.35×0.636+1.4×0.364=1.368?？紤]到樁間距為5m,樁寬2m,取計算跨度取為3.2m①正截面承載力計算：跨中彎矩===16.89kN·m設計彎矩M==1.0×1.368×16.89=23.11kN·m截面的有效高度=30-5=25cm=0.083鋼筋計算強度為300000kPa鋼筋面積=0.083×0.5×0.25×9300/300000=0.000322m2采用216=0.00040m2>0.000322m2<可>=0.322%>=0.2%故配筋率滿足要求。②斜截面承載力計算混凝土承受的最大剪力位于板跨端點=0.5×13.2×5=33kN=1.0×1.368×33=45.144kN截面尺寸檢算0.25/0.5=0.5<40.25=0.25×1.0×9600×0.5×0.25=300kN>V=45.144kN故截面尺寸滿足要求?；炷量辜舫休d力==0.7×1100×0.25×0.5=96.25kN>V=45.144kN故箍筋只需按構造要求設計即可。根據(jù)構造要求,箍筋間距取為200mm,雙肢,鋼筋種類為HPB235級又最小配筋率=0.24×=0.24×1100/210000=0.126%箍筋配筋率==4××/<0.5×0.2>>=0.126%<r為箍筋半徑>得：r>0.32m故箍筋取為8,雙肢。<3>撓度及裂縫開展驗算撓度及裂縫開展寬度檢算采用荷載的標準組合并考慮長期作用的影響?？勺兒奢d引起的水平土壓力=b=0.5×20×3×0.16=4.8kN/m恒載引起的水平土壓力=bH=0.5×21×0.16×5=8.4kN/m荷載的長期荷載：參照《建筑結構荷載規(guī)范》,準永久系數(shù)取0.6。=0.6+=0.6×4.8+8.4=11.28kN/m荷載彎矩準永久值==11.28×/8=14.44kN·m荷載的短期效應=4.8+8.4=13.2kN/m荷載彎矩標準值=13.2×3.2×3.2/8=16.89kN·m受拉鋼筋不均勻系數(shù)==193172kN/m2=bh=0.5×0.3=0.15m2=0.000402/0.15=0.00354<0.01根據(jù)規(guī)定,取為0.01。==0.5818混凝土構件剛度=200000000/25500000=7.843短期剛度：==9164kN·m2長期剛度：B===4940kN·m2撓度計算：==0.0036<==3.2/200=0.016m進行裂縫寬度驗算：構件受力特征系數(shù)：=2.1主筋凈保護層厚度：c=35mm縱向受力鋼筋換算直徑：==16mm<取1.0>最大裂縫開展寬度：==2.1×0.5818×193172×<1.9×35+0.08×16/0.01>/200000000=0.22mm<=0.3mm<滿足要求><4>架立鋼筋及縱向構造鋼筋的設計架立鋼筋及縱向構造鋼筋的設計完全根據(jù)規(guī)范要求來配置,采取和箍筋一樣的鋼筋,共布置四根,鋼筋的具體分布見附錄中的相應的鋼筋分布圖。3.1.3.2B型板的設計B型板的設計和A型板的設計方法完全相同,只是設計荷載不同,現(xiàn)設計如下：<1>作用在板上土壓應力的計算：同樁的懸臂端的受力情況相同,見樁懸臂段土壓力分布計算相關內容：由計算簡圖可見,距樁頂9m處土的壓應力最大,取為設計值=21×0.16×9+20×3×0.16=39.84kN/m2同樣,板的厚度b取為0.5m,高度取為0.3m則分布荷載為q=b=0.5×39.84=19.92kN/m<2>配筋計算由于可變荷載引起的荷載效應占總荷載效應的24.1%,永久荷載引起的荷載效應占總荷載效應的75.9%,故綜合荷載分項系數(shù)=1.361。計算跨度取3.2m。①正截面承載力計算：跨中彎矩===25.49kN·m設計彎矩M==1.0×1.361×25.49=34.70kN·m截面的有效高度=30-5=25cm=1-=1-=0.1275鋼筋計算強度為300000kPa鋼筋面積：=0.1275×0.5×0.25×9300/300000=0.000494m2采用218=0.000509m2>0.000494m2<可>===0.407%>=0.2%故配筋率滿足要求。②斜截面承載力計算混凝土承受的最大剪力位于板跨端點：=0.5qL=0.5×19.92×5=49.8kN=1.0×1.361×49.8=67.78kN截面尺寸檢算：0.25/0.5=0.5<40.25=0.25×1.0×9600×0.5×0.25=300kN>V=73.494kN故截面尺寸滿足要求混凝土抗剪承載力=0.7=0.7×1100×0.25×0.5=96.25kN>V=73.494kN故箍筋只需按構造要求設計即可同前A型板的設計,箍筋取為8,雙肢。<3>撓度及裂縫開展驗算撓度及裂縫開展寬度檢算采用荷載的標準組合并考慮長期作用的影響?？勺兒奢d引起的水平土壓力：=b=0.5×20×3×0.16=4.8kN/m恒載引起的水平土壓力：=bH=0.5×21×0.16×9=15.12kN/m荷載的長期荷載：同前,準永久系數(shù)取0.6=0.6+=0.6×4.8+15.12=18kN/m荷載彎矩準永久值==18×/8=23.04kN·m荷載的短期效應=4.8+15.12=19.92kN/m荷載彎矩標準值=19.92×3.2×3.2/8=25.50kN·m受拉鋼筋不均勻系數(shù)==230337kN/m2=bh=0.5×0.3=0.15m2=0.000509/0.15=0.00382<0.01根據(jù)規(guī)定取0.01。==0.6654混凝土構件剛度：=200000000/25500000=7.843短期剛度：==13709kN·m2長期剛度：B===7202kN·m2撓度計算：=0.00378<0.016m進行裂縫寬度驗算：構件受力特征系數(shù)：=2.1主筋凈保護層厚度：c=35mm縱向受力鋼筋換算直徑：==18mm<取1.0>最大裂縫開展寬度：==2.1×0.6654×230337×<1.9×35+0.08×18/0.01>/200000000=0.31mm>=0.3mm又<0.31-0.3>/0.3=3.33%<5%故滿足要求。<4>架立鋼筋及縱向構造鋼筋的設計架立鋼筋及縱向構造鋼筋的設計同A型板,鋼筋的具體分布見附錄中的相應的鋼筋分布圖。關于樁板式擋土墻設計的幾點補充<1>擋土墻樁間距均為5m,樁身及擋板采用C20鋼筋混凝土,樁間懸臂端采用的是矩形預制板。<2>板左側溝面以上每隔2m設泄水孔,板后設RCP-X715DA土工材料。<3>樁孔分節(jié)開挖,護壁分節(jié)高度1.0m,護壁采用C15鋼筋混凝土,護壁厚0.3m。<4>樁板墻的單樁工程量、單板工程量及詳細布置情況見附錄中的01,02,03,04號圖紙。3.2重力式擋土墻的設計擋土墻在墻后填土土壓力作用下,必須具有足夠的整體穩(wěn)定性和結構的強度。設計時應驗算擋土墻在荷載作用下,沿基底的滑動穩(wěn)定性,繞墻趾轉動的傾覆穩(wěn)定性和地基的承載力。在地基承載力較小時,應考慮采用工程措施,以保證擋土墻的穩(wěn)定性。重力式擋土墻的設計需滿足表3-5所列的各項要求。設計參數(shù)：墻高8m,漿砌塊石的重度=20kN/m3基底摩擦系數(shù)=0.6,其余參數(shù)在計算過程給出。表3-5重力式擋土墻的設計要求要求指標1.不產生墻身基底的滑移破壞滑動安全系數(shù)>1.32.不產生墻身繞墻趾傾覆傾覆安全系數(shù)>1.63.不出現(xiàn)因墓底過度的不均勻沉陷而引起的墻身傾斜作用于基底的合力偏心距e<b/44.地基不出現(xiàn)過大的下沉基底最大壓力Q小于地基的容許承載力5.墻身截面不產生開裂、破壞墻身截面上的壓應力及剪應力,拉應力,小于材料的容許應力土壓力計算同樁的懸臂端的土壓力的計算方法相同,只是懸臂端長度=8m,計算簡圖及相關參數(shù)同樁懸臂段土壓力分布計算中的相關參數(shù)。計算過程如下：.1計算破裂角及確定破裂面按庫侖公式計算：<+>=8×<8+3>/2=44m2=K=2.55×3=7.65m2=+-=45+22.5=67.5°tan-tan-tan67.5°=0.5583arctan0.5583=29.19°tan=8×0.5583=4.47m<K+=2.55+3.7=6.25m所以破裂面交在換算土柱內。計算應力由庫侖公式計算：=0.160×0.160×20×64=108kN=/3=2.67m2.55/0.5583=4.59m==0.16×20×3×<8-4.59>=32.74kN=/2=<8-4.59>/2=1.71m擋土墻斷面尺寸的確定根據(jù)穩(wěn)定性驗算公式,來確定重力式擋土墻截面尺寸：設墻頂寬為,令y=,墻底寬為,其中=x+=x+y<如下圖3-3所示>擋土墻的自重及重心將擋土墻的截面分成一個三角形和一個矩形,則它們的自重及重心位置分別為：圖3-3重力式擋土墻受力分析圖19×8×x/2=76x,kN/m=x,m=19×8×y=152y,kN/m,m.2抗滑移穩(wěn)定性驗算抗滑移穩(wěn)定性驗算參數(shù)表達式：<3-6>式中：取1.3。代入數(shù)值得：76×<x+2y>×0.6/<108+32.74>1.3即：x+2y>4.01.3抗傾覆穩(wěn)定性驗算：抗傾覆穩(wěn)定性驗算參數(shù)表達式：<3-7>式中取1.6。代入數(shù)值得：>1.6得：>3.63.4確定截面尺寸由以上兩式可以推知,在滿足其最小要求=0.4m的情況下,增大x值比增大y值更能有效地提高其抗傾覆能力。聯(lián)立兩式進行分析,結合重力式擋土墻的基本構造要求,編寫程序,確定截面尺寸。程序代碼如下：PrivateSubCommand1_Click<>Dima<0To30>Dimb<0To30>Dimc<0To30>Print"x,y的可能的較小取值："Print"xyx+2*y"Forx=0.1To3Step0.1i=x*10Fory=0.4To3Step0.1Ifx^3/3+x*y+y^2/2>3.63Andx+2*y>4.01ThenExitForEndifNextya<i>=xb<i>=yc<i>=x+2*yIfb<i><>b<i-1>ThenPrinta<i>,b<i>,c<i>NextxEndSub運行程序結果如圖3-6所示：圖3-4截面尺寸相關程序運行結果考慮到施工方便及經濟方面的問題,取第二組數(shù)據(jù)x=2.1,y=1。將x=2.1,y=1分別代入抗滑移穩(wěn)定性驗算和抗傾覆穩(wěn)定性驗算公式中,得：=1.33=1.80該x,y值組合能同時滿足抗滑移要求和抗傾覆要求。從而=y=1m；=x+y=3.1m。地基承載力驗算作用在擋土墻上的力對基底中心偏心力距之和：M=+×<1.51-1.4>×<1.51-0.5>=+76×2.1×0.11-152×1.01×1=208.3814kN·m所有豎向壓力之和：N=+=76×2.1+152×1=311.6kN對基底中點偏心距：e=M/N=208.3814/311.6=0.6687m<b/4=3.1/4=0.775<滿足要求>又e>b/6,<3-8>式中：——上部結構傳至基礎頂面的豎向力值,==20×3=60kN；——基礎自重和基礎上的土重,=+=N；L——垂直于力矩作用方向的基礎底面邊長,取1m來計算；a——合力作用點至基礎底面最大壓力邊緣的距離,a=<b/2>-e；代入數(shù)值得：2×<60+311.6>/3×<3.1/2-0.6687>218.33kN/m2<1.2f1.2×200240kN/m2按軸向受壓：p<218.33+0>/2109.17kN/m2<f200kN/m2滿足要求。墻身強度驗算采用MU20毛石,混合砂漿強度等級M2.5,砌體抗壓強度設計值=440kN/m2驗算擋土墻半高處截面的抗壓強度該截面以上的水平土壓力=×0.160×21×16=27kN/m=h/3=1.33m截面以上的自重：=×4×1.05×19=39.9kN/m=1×4×19=76kN/m,作用點到截面前緣的水平距離：=2×1.05/4=0.525m=1.05+0.5=1.55m截面以上豎向力之和：N=+=39.9+76=115.9kN/mN距截面前緣的水平距離：x<39.9×0.525+76×1.55-27×1.33>/115.9=0.887m偏心距：e=b/2-x=2.05/2-0.887=0.138m受壓構件的承載力按下式計算：<3-9>按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合求得軸向壓力設計值N=1.35×N=1.35×115.9=156.465kN/m截面面積A=1×2.05=2.05m由MU20毛石,混合砂漿強度等級M2.5,查得砌體抗壓強度設計值=440kN/m2求解受壓構件承載力影響系數(shù)：構件高厚比：=墻體受壓構件計算高度：=2H=16m又查表得：=1.5則：=1.5×16/3.1=7.7e/h=0.138/3.1=0.0445查表得：=0.78A=0.78×2.05×440=703.56kN/m>N=156.465kN/m<滿足要求>關于重力式擋土墻設計的幾點補充說明<1>擋土墻設計截面如圖3-5所示：圖3-5擋土墻設計截面尺寸<2>擋墻采用C15片石混凝土來加固。<3>擋土墻墻身沿線路縱向每隔10~20m設伸縮縫一道,擋墻與樁銜接處必設一道,縫寬0.02m,縫內沿墻頂、內、外三邊填塞瀝青麻筋。其深為0.2m。<4>由于墻高大于6m,施工時邊坡采用錨噴措施。<5>擋土墻的詳細布置情況見附錄中01號圖紙。第4章樁—網復合地基的設計本章所要處理的是溫臺甬鐵路客運專線DK147+200~DK148+500段的軟土路基,結合前面的工程地質資料,考慮到這一路段的軟土深度較小,所需的樁長也比較小,從經濟方面考慮,現(xiàn)決定采用深層水泥土攪拌樁來進行該段的軟土地基加固設計。4.1設計理論樁一網復合地基在路基荷載條件下的設計思想是：以控制工后沉降為首要目標,允許復合地基發(fā)生較大總沉降,但要求絕大部分沉降在施工期完成,嚴格控制工后沉降量：考慮樁、網、土三者協(xié)同作用,樁、土共同承載；在網的作用下,充分發(fā)揮樁間土的承載潛力,不足部分由樁補償,由于只控制占總沉降量很小部分的工后沉降量,因而相對普通復合地基和樁基而言,用樁數(shù)量大為減少,可布成疏樁,依靠樁、土共同承擔荷載,進而達到減少樁數(shù)、降低工程建設成本、加快工程建設進度、提高技術經濟效益的目的。樁一網復合地基設計步驟：<1>求樁間距<或樁距徑比、用樁數(shù)量>~工后沉降量關系曲線；<2>按工后沉降控制值初定樁間距<或樁距徑比、用樁數(shù)量>；<3>驗算實際工后沉降量；<4>驗算承載力；<5>驗算穩(wěn)定性；具體設計過程見本章第二節(jié)。4.2深層水泥土攪拌樁的設計由于該段路基軟土層厚度較小,故設計時將樁打到硬土層,進行計算時可只計算軟土層厚度最大點,其它地段參照此方法偏安全的設計。由工程地質圖確定出該處各土層厚度依次為：第一層：粉質黏土<4.1m>；第二層：淤泥質黏土<3.6m>；第三層：細圓礫土<3.4m>,已屬硬土。設計參數(shù).1樁型與樁徑深層水泥攪拌樁采用單頭噴漿攪拌,樁徑為500mm。.2樁長地質資料表明,從現(xiàn)狀地面至飽和軟粘土底的厚度范圍為1m~10m,因此樁長設計為打入粉質粘土層,土層厚度較小的區(qū)段,達到硬土層,樁長范圍為1.5~10.5m。.3樁位布置設計樁間距待定,呈正方形布置。樁位布置見附錄中05號圖紙。.4水泥漿液配方及要求<1>水泥：#425普通硅酸鹽水泥,水泥摻入比：15%；<2>水灰比：0.45~0.50,外加劑：早強減水復合添加劑FDN：5,水泥用量0.5%,石膏摻入比15%；<3>90d室內水泥土強度=2.0MPa。.5網材參數(shù)復合彈性模量,復合泊松比,抗拉剛度,土工格室的抗拉模量,土工格室采用,雙層鋪網,符合墊層厚度。.6攪拌工藝<1>攪拌機具：單頭轉盤式攪拌機；<2>2噴4攪工藝：預攪下沉；噴漿提升；預攪下沉；噴漿提升。4.2..1計算圖式：見下頁圖4-1中所示：.2計算公式：<4-1><4-2>圖4-1計算荷載圖示各參數(shù)意義如上圖中所示。結合相應鐵路規(guī)范,各參數(shù)取值如下：路堤面寬度取8.8m,路堤填土高度為5m,加筋墊層厚=0.3m,路堤填土容重=20。另外,地基處理寬度應由路堤底面寬度向兩邊各延伸1.5m作為護堤,以增加穩(wěn)定性。另外,,,,,,,,應力擴散角度數(shù)。代入數(shù)值得：kPakPa4.2.3.1求解網材應變<1>計算跨撓比：<4-3>式中：——樁間距；——工后沉降限值,此處取0.1m。<2>計算網材單元承受工作荷載伸長后長度為,公式如下：<4-4><3>計算網材應變：<4-5>.2求解樁土應力比計算公式如下：<4-6>式中：——樁間土承載力,此處取為70kPa；——網材的抗拉模量,取=120kN/m；——根據(jù)經驗與實測分析所得的應力比調整系數(shù),此處取為1.0；——路堤填土總高度<m>；取8m；——樁間土的承載力發(fā)揮系數(shù),取1.0；——填土容重,取為20kN/m3。同時求出其置換率m=。.3計算結果編寫程序,運行結果如圖4-2：根據(jù)工程上的經驗,水泥攪拌樁的樁土應力比取值范圍一般為：3~30。根據(jù)本次設計由沉降控制設計的思想,樁間距的確定還要有接下來的步驟確定。從中取出應力比符合要求的樁間距相關數(shù)值如表4-1所示：表4-1樁間距與應力比之間的關系樁間距l(xiāng)0.811.21.522.22.5徑跨比l/d1.622.4344.45置換比m30.719.613.68.74.94.13.1應力比n691421384659圖4-2樁土應力比與樁間距的關系曲線計算不同樁間距下的沉降由于復合地基樁土加固區(qū)的下臥層為硬土層,故不需對下臥層的沉降進行驗算。僅考慮加固區(qū)的沉降即可。加固區(qū)的沉降采用樁身壓縮量法,樁身模量法是指：在荷載作用下,假定樁體不會產生樁底端刺入下臥層的沉降變形,通過模量比求出樁承擔的荷載,再假定樁側摩阻力的分布形式,則可通過材料力學中求壓桿變形的積分方法求出樁體的壓縮量,并以此作為。假定樁側摩阻力為均勻分布時,樁體的壓縮量的計算式如下：<4-7>式中,——應力集中系數(shù)；——復合地基平均應力；——樁端應力；——樁身材料變形模量。依據(jù)樁網復合地基的"樁—網—土"協(xié)同特性,建立薄板網單元模型,再依據(jù)工后沉降的薄板撓曲變形理論解,得出加固區(qū)沉降實用計算公式：D=<4-8><4-9>式中：D——薄板抗彎剛度,由式4-8計算得到；——復合彈性壓縮模量；取100000kN/m2；——樁間土的地基剛度系數(shù),取為3000kN/m3；——復合泊松比,取0.15；——沉降綜合經驗修正系數(shù),取為1.6；——復合網墊厚度,取0.3m；m、n、H、l的取值同前。將以上數(shù)值代入公式,所得結果如下表所示表4-2工后沉降與樁間距之間的關系樁間距l(xiāng)<m>11.21.522.22.53.0沉降<cm>0.1700.3320.7261.722.162.783.57由于沉降較小,無法根據(jù)沉降確定樁間距,故還需根據(jù)承載力檢算確定樁間距。承載力驗算.1單樁承載力的計算在樁土加固區(qū),單樁豎向承載力的標準值應由現(xiàn)場單樁實驗確定,亦可由樁身材料強度、樁與土的相互作用情況兩者確定,并取其中較小者,公式如下：<4-10><4-11><1>由第一個公式計算：式中：——樁身強度折減系數(shù),可取0.35~0.50,取0.3；——與水泥攪拌樁樁身加固土配比相同的室內加固土試塊,在標準養(yǎng)護條件下90d齡期的無側限抗壓強度平均值,試塊是邊長為70.7mm或50mm的立方體,也可根據(jù)方便采用適當高徑比<1~2>的圓柱狀試樣；本例中攪拌樁取1.8；——單樁橫截面面積,此處=0.196m2。將以上數(shù)據(jù)代入公式計算得：=106kPa。<2>第二個公式計算：式中：——樁周長；此處=3.14×0.5=1.57m；——樁端天然地基土的承載力折減系數(shù),取0.4；——同上；——樁端天然地基土的承載力標準值,此處取200kPa。加固層各土層參數(shù)如下表所示：表4-3加固層各土層參數(shù)土的名稱土層厚度<m>土的平均摩阻力<kPa>粉質黏土4.120淤泥質土3.68粘性土12.720將以上數(shù)據(jù)代入公式計算得=190kPa。取<1><2>中的較小值即=106kPa。.2復合地基承載力計算復合地基承載力標準值,應由現(xiàn)場復合地基荷載實驗確定,也可按下式計算：<4-12>式中：——復合地基承載力標準值；m——面積置換率,計算結果如表4-1所示；——同上；——樁間天然地基土承載力標準值,取70kPa；——單樁豎向承載力標準值,由前面的計算取106kPa；——樁間土承載力折減系數(shù),取0.4。計算結果如下表中所示：表4-4復合地基承載力與樁間距關系樁間距<m>0.811.21.522.22.5承載力<N>1851299873534944.3下臥層承載力的計算由于復合地基樁土加固區(qū)的下臥層為硬土層,故不需對其進行驗算。.4承載力的驗算<1>單樁驗算驗算要求：<4-13>式中：——單樁實際承受的荷載<kPa>,本設計中的計算公式為：<4-14>計算結果如下表中所示：表4-5單樁實際承受的荷載與樁間距之間的關系樁間距<m>0.811.21.522.22.5實際荷載<kN>3765668001229215626013349——單樁極限承載力發(fā)揮系數(shù),可取0.8~0.9,此處取0.85；——單樁承載力極限值<kPa>；由下式計算確定：<4-15>式中：——單樁承載力標準值,由前面的計算可得=106kPa；——同上；代入數(shù)值計算得單樁承載力極限值：=2×106/0.196=1081.6<kPa>=0.85×1081.6=919.4<kPa>由上表可以看出：樁間距只能取1.2m及其以下的值。<2>復合地基承載力驗算 驗算要求：<4-16>式中：——復合地基實際承受的荷載<kPa>；本設計中復合地基實際所受荷載：=H=8×20=160<kPa>；——復合地基承載力極限值發(fā)揮系數(shù),可取0.8~0.9,本設計中取0.85；——復合地基承載力極限值<kPa>；最好由實驗確定,或者分下列兩種情況,由計算確定。①若只需進行初略估算時<4-17>式中,——復合地基承載力標準值<kPa>；2~2.5——安全系數(shù)。,當樁先發(fā)生破壞時②當情況復雜,需要精確計算時,按"應力比法"計算,當樁先發(fā)生破壞時=<4-18>,當樁間土先發(fā)生破壞時,當樁間土先發(fā)生破壞時式中,——單樁極限承載力<kPa>；——樁間地基土極限承載力<kPa>；——面積置換率；——樁土應力比；,——樁體、樁間土實際極限承載力的修正系數(shù),取==1。根據(jù)工程要求,本設計中用式<4-17>來進行計算：所得結果如下表4-6中所示：表4-6復合地基承載力極限值與樁間距之間的關系樁間距<m>0.811.21.522.22.5承載力極限值<kN>460305216141806752乘以發(fā)揮系數(shù)0.85391260184120685744由上表可以看出：樁間距只能取1.2m及其以下的值。由單樁及復合地基承載力的驗算可見：取樁間距1.2m。網材強度計算及驗算<1>網材強度計算由相關公式得：網材縱向受到的拉力為：kN/m網材橫向受到的拉力為：kN/m<2>網材強度驗算驗算要求：<4-19><4-20>式中：,——網材沿橫向、縱向所受到的最大實際拉力,kN/m；,——網材沿橫向、縱向具有的最大抗拉強度,kN/m；由上面的計算得：因此,網材強度滿足要求。路堤整體穩(wěn)定性驗算當網材不被拉斷或拔出,以及單樁和復合地基承載力均滿足要求的情況下,復合地基的整體穩(wěn)定性在上述設計與計算過程中實際上已經考慮到,確有保障。但是被樁加固后的路堤土體是否會沿未加固前的最危險圓弧面滑動,還應作整體穩(wěn)定性校核。此校核是在求出最危險圓弧滑動面的基礎上進行的,并需考慮錨固力對抗滑力提高的作用。加固后整體穩(wěn)定性安全系數(shù)的計算步驟如下：圖4-3圓弧形滑面<1>將已確定的最危險圓弧滑動面分成若干條,如圖所示,沿滑移面的垂直方向取1m<2>計算每個土條的自重和地面荷載<為土條平均高度>,沿圓弧分解成發(fā)向力和。<4-21>式中為法向分力與鉛垂線之夾角。<3>計算滑動力矩：<4-22>式中：r——滑動圓弧半徑。<4>計算抗滑力矩：<4-23><5>加固后的整體穩(wěn)定安全系數(shù)<4-24>整體穩(wěn)定性的驗算十分繁雜,人工計算十分不便,本文采用程序計算。使用同濟啟明星軟件計算整體穩(wěn)定性。最后可得安全系數(shù)K=1.20<6>驗算要求：<4-25>根據(jù)設計要求,路堤的整體穩(wěn)定性系數(shù)為=1.15。=1.20>=1.15因此,路堤整體穩(wěn)定性驗算滿足要求。4.3關于水泥攪拌樁設計的幾點補充說明<1>本次設計中軟土路堤工后沉降控制值為0.10m,在有橋頭的地方為0.08m。<2>該工段采用漿噴樁加固,樁長因地形而異,樁長為1.5m~10.5m,間距1.2m,正方形布置,鋪設0.5m厚碎石墊層,中間夾鋪一層土工格室<厚10cm>,樁的詳細布置情況見附錄中05、06號圖紙。

第5章施工組織施工是工程中的重要部分,是實現(xiàn)設計者意圖的關鍵環(huán)節(jié)。工程實施前詳細的研究施工工藝和方法、制定嚴密的組織管理以及有效的工程技術措施,是保證工程質量的必要條件。因此,進入工地現(xiàn)場后,必須對施工場地、設計資料、使用材料和設備、工程地質、墻背填料等進行充分的調查研究、試驗分析。在此基礎上,制定出科學合理、符合實際的施工組織計劃。在工程實施過程中,如果出現(xiàn)與計劃、設計、地質諸條件不同時,應進行技術方案與技術措施的協(xié)調處理。5.1施工準備與組織計劃施工準備工作<1>全面熟悉設計文件,了解設計意圖,認真核對設計條件、尺寸、平面布置等,詳細研究設計內容及要求,實地考察地質條件和環(huán)境條件,必要時請設計工程師進行技術交底和問題答疑。<2>進行必要的土工試驗,取得工程現(xiàn)場實際的地基承載力、墻背填土容重、土的粘聚力、內摩擦角等試驗數(shù)據(jù),檢查是否與設計相符或滿足設計要求,以便為進一步進行技術措施處理或設計文件修改提出充分的科學依據(jù)。<3>進行主要原材料的試驗,包括混凝土用集料的篩分試驗,壓碎值試驗；水泥有關指標試驗；受力鋼筋的拉伸及彎曲試驗：錨定拉桿及鋼墊板、螺桿、螺栓的拉力及有關力學試驗等,檢查是否滿足設計要求,若存在問題,應提前進行調整更換。<4>進行混凝土配合比設計和填土的標準擊實試驗,取得工程實際所需的施工配合比；填土的最大干密度及最佳含水量控制指標,為進一步工程施工作好準備。<5>認真檢查核實施工機具設備的型號、規(guī)格、數(shù)量,主要技術性能是否滿足施工需要,主要施工設備是否完好配套。必要時應采取購置或租賃設備的措施,確保工程施工的需要。<6>檢查驗收工地試驗室,看是否已經建立健全,工地試驗室應完全滿足施工中的常規(guī)試驗,必要的檢測試驗儀器,應配備齊全并經校對標定。工地上沒有條件做的試驗,應委托有條件的中心檢測試驗室進行試驗。還應考慮測試元件的埋設及試驗項目的安排、測試工作的配合等問題。<7>施工前的測量定位工作。開工前應精確測定路基中心線及基礎軸線、路基軸線加樁點橫斷面測量時,直線段應15~20m設一樁,曲線段5~10m設一樁。定樁位時,應測定中心樁及擋土墻的基底標高,臨時水準點應設置在施工干擾范圍以外并不易被破壞的地方。<8>作好料場的材料堆放及保管工作。水泥按不同廠家、標號、品種分批分堆存放,嚴禁風吹日曬、雨淋受潮,堆放水泥的底板應比原地面墊高20~30cm,而且堆置不宜過高,以10袋為宜,并應用蓬布等嚴密覆蓋：對檢驗合格購進的鋼材應按類型、鋼號、直徑分別掛牌堆放,堆放高度應在地面以上30cm,并加遮蓋,避免銹蝕和污染：；對自采加工合格的砂石集料,應按不同規(guī)格分別插牌堆放,堆放地面應平整密實,以防污染。另外,有條件或多雨的地區(qū),最好加以遮蓋并做好周圍的排水工作,以防集料天然含水量的過大和不穩(wěn)定。<9>對設計中考慮到的擋土墻地下埋設物、障礙物做進一步核查,確定其位置、形狀、尺寸和范圍,同時提出排除、防護或施工中應采取的措施及注意事項。<10>對施工空間、工地進出通道和供水、供電情況進行調查研究,并應采取有效的保證措施,以確保工程施工順利進行。作業(yè)流程和施工工序的劃分根據(jù)對設計文件核對后的工程數(shù)量、工程規(guī)模、工地特點、工期要求、施工條件、材料供應、資金撥付、設備能力以及各段施工的特殊要求和特點,對施工作業(yè)流程和各個工序環(huán)節(jié)進行詳細地、科學合理地劃分,并對其要點詳細說明<這部分內容的詳細論述見本章后面章節(jié)>,為制定實施性施工組織計劃,作好進一步的準備。施工組織計劃在施工準備工作、作業(yè)流程及工序劃分的基礎上,應編制施工組織計劃,它包括施工技術方案、方法的選擇確定。在工程施工前,應對施工方法、工藝程序、工、料、機的安排供應：進度、質量、安全管理等作出詳細的計劃安排,并制定相應的施工組織計劃,施工組織計劃文件的內容一般包括以下主要項目。<1>工程概況。包括工程名稱、工程地點及里程樁號,建設、施工、設計、監(jiān)理單位,工程數(shù)量,主要材料、機械、勞動力用量,工期、質量目標,以及工程地質情況的描述等。<2>組織計劃條件。包括自然條件,冰凍期最大凍土深度；年平均降水量、蒸發(fā)量,最高、最低氣溫資料；料場位置、儲藏量、供應狀況；環(huán)境保護方面的要求；運輸條件；工程場地限制條件；供電、供水條件等。<3>工程進度。包括安排計劃進度所繪制的各項工作進度橫道圖或網絡圖,以及由此方法計算確定的影響工程進度的關鍵線路和關鍵工序。還應包括為了保證關鍵工序及關鍵線路的落實而采取的措施和辦法。<4>組織計劃安排表。包括勞動力用量、勞動力組合、各工種<普工、混凝土工、鋼筋工、木工、機電工、起吊工、模板工等>人員的選定以及高、中、初級工的搭配等；各類材料按不同規(guī)格、用量、進度要求供應備齊的時間安排和運輸方式；機械設備按規(guī)格、數(shù)量進入現(xiàn)場的時間安排；按施工準備、備料、施工進度等不同階段所需撥付資金的計劃安排。<5>施工總平面布置圖。包括擋土墻所在平面位置示意圖,各類材料堆放區(qū)域位置示意圖,機械放置位置安排圖,試驗室、辦公室、配電間、臨時設施、工棚等平面布置圖。<6>使用機械設備的型號、規(guī)格及主要性能特點的有關資料及說明。<7>使用材料的生產廠家、規(guī)格尺寸及主要特性參數(shù)的有關資料及說明。<8>作業(yè)流程及主要工序<詳見本章第二節(jié)>。<9>施工管理、安全質量管理以及人員組織安排和管理計劃。包括施工項目負責人、技術負責人、質量自檢負責人,以及其它技術人員、管理人員、試驗檢測人員的配備和分工安排,各類人員的資質和崗位證書等情況說明。<10>工地試驗室的計劃配備。包括檢測儀器、試驗儀器配備的規(guī)格、型號、數(shù)量,試驗人員配備的組成情況,工地試驗室承擔工地試驗能夠達到的水平等。<11>技術資料、成果一覽表。包括施工準備工作中得到的各種試驗資料、測量定位資料、補充測設資料、軸線、平面、水準點等控制樁位資料。<12>附件。包括設計文件及圖紙、施工合同、營業(yè)執(zhí)照、施工企業(yè)資質證等。安全施工保證措施施工安全是保證工程質量和工期的重要前提條件,因此,在施工過程中,除認真落實《技術規(guī)范》及《鐵路工程安全技術規(guī)程》有關要求外,必須認真貫徹"安全第一、預防為主"的方針,嚴格防止各類傷亡事故的發(fā)生,并制定如下施工安全保證體系。<1>加強領導,健全組織項目經理部、施工隊、班組將成立安全生產領導小組,項目經理部配備專職安全工程師負責全面的安全管理工作,各施工隊、班組按規(guī)定配齊各級安全監(jiān)察人員。各類機械設備的操作工、電工等主要工種人員必須進行安全操作技術培訓,并經過考核取得合格證后,方可上崗操作。<2>安全教育經?；?、制度化開工前進行系統(tǒng)安全教育,使廣大職工牢固樹立"安全第一、預防為主"的思想意識,克服麻痹思想。<3>嚴格安全監(jiān)督,完善安全檢查制度<4>按施工組織設計和工藝流程科學組織施工嚴格工序銜接,嚴格操作規(guī)程,避免各種違章指揮和違章作業(yè)行為的發(fā)生。<5>抓好現(xiàn)場安全管理,堅持文明施工,保障人力、機械和器材的安全。要安全用電,嚴格按有關規(guī)定安裝供電線路及設備,用電設備都要安裝地線,不合格的電工器材嚴禁使用。庫房、油庫嚴禁煙火,油庫施工場地要安裝避雷裝置。<6>認真做好防火、防盜工作,避免各類事故發(fā)生。<7>認真核對地下管線與圖紙,設專人負責,發(fā)現(xiàn)問題及時解決。5.2樁板式擋土墻的施工樁板式擋土墻工程數(shù)量表樁板式擋土墻單樁,單板工程用量表見附錄中03、04號圖紙所示,其整個的工程數(shù)量表如下頁表5-1所示：施工機具與程序工藝樁板式擋土墻施工機具需配備灰漿泵、灰漿攪拌機、卷揚機、電焊機、彎筋機、切割機、混凝土攪拌機、振搗器等。施工工藝流程<見下頁圖5-1><1>施工準備平整場地在井口周圍用木料圍護高出地面30cm,再進行測量、放樣,準確定出樁孔的尺寸線,并設置足夠的護樁,以保證樁在任何情況下變動能夠及時復位,并復核水準點。<2>鎖口制作挖孔前在樁位右側與地面相交處長2.5m、寬2m范圍內進行重錘夯實,夯實完成后在孔口處挖一條寬30cm的溝槽,然后用混凝土進行澆筑50cm厚的鎖口,要求此鎖口內側和樁尺寸相等并在4個角預埋12號螺紋鋼筋,伸出混凝土2cm~3cm,并要求混凝土頂面用水平尺及掛線控制水平,混凝土鎖口有兩個作用：一是鎖定孔口,作為挖孔的參照,防止其他雜物落入孔內；二是承受上部模板重量,預埋筋的作用,定位鋼筋籠,<3>樁孔開挖挖掘方法采用人工挖孔,三班連續(xù)作業(yè)制,用小卷揚機提升孔渣,對于巖石部分采用非電毫秒雷管孔內微差爆破技術進行開挖,孔深不得小于設計規(guī)定。表5-1樁板式擋土墻工程數(shù)量表項別工程項目名稱單位數(shù)量挖孔挖土m3686挖孔挖石m31029護壁鋼筋混凝土m3612護壁HPB235鋼筋kg9302樁身HRB335鋼筋kg36771HPB235鋼筋kg17446C20混凝土m31510反濾層RCP-X815D<A>m2520防滲層夯填黏土m38擋土板HRB335鋼筋kg4504HPB235鋼筋kg3206C20混凝土m371拆除護壁拆除鋼筋混凝土m3204<4>護壁挖孔施工時根據(jù)情況采用鋼筋混凝土支撐護壁,挖孔施工與支護壁兩道工序必須連續(xù)作業(yè),不宜中途停頓,以防坍孔。<5>樁孔封底挖孔到達標高后,用混凝土進行5cm~10cm封底,保證鋼筋籠全部被混凝土包裹,不露筋。<6>下部鋼筋骨架的制作、安裝鋼筋的制作嚴格按照圖紙要求進行,綁扎采用單根孔外預制,孔內成型的辦法。由于鋼筋用量較大,凈間距較小,綁扎難度較大,因而須采用卡子,逐一固定鋼筋,以保證鋼筋間距,在主筋上焊接鋼筋"耳朵",為使鋼筋骨架正確牢固定位。<7>上部鋼筋籠制作當孔內鋼筋綁扎加工到孔頂時,在上部支撐腳手架,以便進行上部鋼筋的加工綁扎,綁扎鋼筋時隨時檢查鋼筋籠是否豎直,上部鋼筋籠一次綁扎到孔頂標高,綁扎時注意錨定板預埋鋼筋的位置。圖5-1施工工藝流程圖<8>模板安裝模板須采用拼裝鋼制模板,并按實際尺寸訂做模板,安裝時嚴格按樁板墻的坐標位置、幾何尺寸進行安裝并一次完成,其縱橫向采用φ16拉桿,接縫采用雙面膠粘貼以防止?jié)仓炷習r漏漿,安裝完畢后,必須進行嚴格自檢,檢查中線、重直度、平整度、鋼筋保護層厚度是否滿足要求。<9>灌注混凝土混凝土的灌注須一次澆筑完成,因此必須備有發(fā)電機及攪拌機,中間不得留有施工縫,混凝土的運輸選用灌車運輸,澆筑前必須檢查是否泌水離析,坍落度是否符合要求。<10>擋土板的預制及安裝由于擋土板預制量大,施工中我們采用俯式和仰式兩種方法,俯式預制深固定臺座,在預制場進行。預制完成后按日期、類型分類存放,以防止吊裝時混淆,堆放高度不得超過3m。樁身混凝土強度達到75%以上方可安裝擋土板,采用吊車吊裝。安裝擋土板前,要把擋土板安裝范圍內的地基表層浮渣、松散物清除干凈并夯實,達到一定的地基承載力<0.20MPa以上>,然后再用7.5號漿砌片石找平凹凸處,按規(guī)定順序裝板,安裝時槽口向外,不許裝錯,裝反。<11>擋土板背后的回填擋土板吊裝完畢后,回填2.2m寬砂礫,然后回填土,填土要隨擋土板逐塊安裝循環(huán)進行,填料及填筑方法均需滿足路基施工規(guī)范中的有關要求,填土時為了防止土的側壓力對樁體影響,保證樁板墻的質量<12>錨定板制作當填土達到預埋鋼筋拉桿高度時,將其平鋪在路基上,當填土高度超過錨定板高度50cm時,對錨定板進行干挖現(xiàn)澆,達到規(guī)定強度時,繼續(xù)填土。其它需要注意的事項<1>由于石質為灰?guī)r,脆而硬,樁孔斷面尺寸較小,開挖時如按普通的方法,打眼、裝藥、起爆效果較差,采用非電毫秒雷管微差起爆系統(tǒng)進行爆破開挖是一種較為理想的方法,爆破效果好、且能保證既有線行車和施工安全。<2>樁身混凝土需一次灌注到頂,必須做好各項準備工作。工序安排要求緊湊和合理控制交接班的時間否則容易中斷施工,產生水平施工縫,不易處理。<3>由于樁身鋼筋密集,且串筒懸掛的長度太長,人孔混凝土必須進行二次拌合,專人攤鋪．搗固以50振動棒為主,25單相振動棒為輔<搗固主筋等鋼筋密集位置>,確保振搗質量。<4>對于墻前的處理,在有水流沖刷地段<如涵渠、沖溝等>,應固化地表,以防水流沖刷基底,引起擋土板的下沉。<5>樁板設計時未考慮重型機械荷載,因而填土壓實不能采用重型機械。通過實踐選用25t以下壓路機分層壓實,墻后2m范圍內使用小型機械夯實的方法證明是適宜和安全的．經現(xiàn)場觀測樁板均無變形、移位,填方密實度檢測合格．<6>擋土板預制時產生的局部變形安裝時容易積累而引起較大的高程誤差,為控制擋土板準確就位,消除預制時產生的誤差,安裝時事先每板縫多預留5mm,從樁頂向下按0.505m的模數(shù)分格畫線進行分段消除。不平處用砂漿找平,可取得良好效果,外觀上做到了墻面平順,對縫整齊,橫平豎直。<7>擋土板預制的方法中：俯式預制,質量易于控制,但由于起吊移位需達到設計強度的75%以上,預制速度較慢,且對場地要求較嚴,投入較大。仰式預制受場地限制較小,靈活機動,可就地側翻脫模,預制進度快,是一種較優(yōu)的方法。<8>由于鋼筋用量大,綁扎難度可能會大,施工中應按照各鋼筋間的凈距制作合符要求尺寸的卡子,定位鋼筋時用該卡子逐一固定以保證鋼筋間距的準確。<9>對于挖方地段應是先成樁,后開挖樁前土方,這樣既可以節(jié)約模板,也可以減少工序。<10>樁體混凝土澆筑完畢,強度達到20%即可養(yǎng)生,拆模后宜用"麻布纏身,塑料包裹"的方法養(yǎng)生7d,每天定時由專人進行灑水養(yǎng)護。5.3重力式擋土墻施工由前面擋墻截面尺寸的確定和擋墻沿線路的分布,經計算得重力式擋土墻工程數(shù)量表如表5-2所示：表5-2重力式擋土墻工程數(shù)量表項別工程項目名稱單位數(shù)量擋土墻C20混凝土m3781挖基挖土m3161防滲層夯填黏土m37反濾層RCP-X815D<A>m2441伸縮縫瀝青麻筋m218臨時支護臨時噴錨m2588檢查梯HPB235鋼筋kg40欄桿防護欄桿延米6擋土墻施工與一般土建工程施工有相同的共性,下面僅給出在擋土墻施工時應注意的事項：<1>擋土墻基礎如置于基巖上時,應注意清除基巖表面層風化部分；基礎如置于土層上,則不應將基礎放于軟土、松土及未經處理的回填土上。<2>擋土墻位于斜坡上時,基底縱坡應不陡于5％；當縱坡大于5％時,應將基底作成臺階形式。橫向位于斜坡上時,較堅硬的巖石上可作成臺階形,但應滿足設計要求。<3>擋土墻墻后地面坡度陡于1：5時,應先處理填方地基<鏟除草皮,開挖臺階等>,然后填土,以免填方沿原地面滑動。<4>墻后臨時開挖邊坡的坡角,隨不同土層和邊坡高度而定。松散坡積層地段擋土墻,宜分散跳槽開挖,挖成一段,砌筑一段,以保證施工安全。<5>沿河、濱湖、水庫、海邊地區(qū)的擋土墻,由于基底受水流沖刷和波浪侵襲,常導致墻身的破壞,應注意加固與防護。<6>施工前應做好地面排水系統(tǒng)、保持基坑干燥：對基坑內排水及內支撐做好考慮,以保證安全施工。<7>基坑挖到設計標高時,地基與原設計不符,一定要作變更設計或采取其他工程措施,以保證基礎的安全。<8>漿砌片石擋土墻,使用的砂漿水灰比必須符合要求,砂漿應填塞飽滿。巖石基坑砌料應緊靠坑壁,應與巖層結為一體。<9>不應使用易于風化的石料或未鑿面的大卵石砌筑墻身,片石中間厚不應小于20cm。<10>經常受侵蝕水作用的擋土墻,應采用抗侵蝕的水泥砂漿砌筑或抗侵蝕的混凝土灌注,否則應采用其他防護措施。<11>砌筑擋土墻時,不得做成水平通縫,墻趾臺階轉折處,不能做成豎直通縫。<12>墻身砌出地面后,基坑應及時回填夯實,并做成不小于4％的向外流水坡,以免積水下滲,影響墻身穩(wěn)定。<13>隨著墻身的砌筑,待圬工強度達到70％以上時,墻后填料及時回填,并使填料夯實,保證質量,必須使內摩擦角達到設計要求。<14>地震地區(qū)擋土墻應分段砌筑,每段墻基礎應在均質土壤上,每段墻長宜選為10~15m。當漿砌片石擋土墻高超過8m時,最好沿墻高第4m設一混凝土墊層。<15>浸水地區(qū)擋土墻,墻身兩側必須涂防滲層,使水流僅能由泄水孔溢出。<16>浸水地區(qū)擋土墻后的回填土,盡量采用滲水土填筑,以利于迅速排出積水,減少由于水位漲落而引起的動水壓力。當采用圍堰施工地段,宜在枯水季節(jié)施工,一般應分段開挖,避免過多擠壓河身,加劇沖刷。5.4水泥攪拌樁的施工水泥土攪拌法主要有兩種類型的施工