某软土地区铁路线路路基设计.doc

毕业设计（论文）

中文题目： 某软土地区铁路线路路基设计

学 院：北京交通大学
专 业：土木工程
姓 名：
学 号：
指导教师：

2017年 11月 5日

远程与继续教育学院
摘要
本设计的主要内容是根据软土地基的工程特点，结合客运专线路基设计规范针对铁路客运专线软土地基上路堤的设计与施工。
首先，提出了两种软土地基加固方案，CFG桩和袋装砂井，采用条分法和分层总和法对路基分别进行稳定性检算和沉降计算, 并对它们进行经济技术比较，最后提出减少工后沉降的措施。其次，对路堤边坡进行了稳定检算，设计了路基的填筑方案，提出了保证路基基床压实度的措施。最后提出了路基变形监测方案。
设计成果满足相关客运专线的规范要求,设计方案和施工方法是比较合理的。

关键词：客运专线；软土地基；稳定检算；工后沉降；变形监测
Abstrat
The main elements of this design is based on the engineering characteristics of soft soil, combined with subgrade design specifications for railway passenger dedicated soft design and construction of embankment.
First, we propose two soft soil reinforcement, CFG pile and Sand Wick, stratified by slice summation method and the stability of the roadbed were checking calculation and settlement, and their technical and economic comparison, the final proposed measures to reduce the settlement after. Secondly, on the embankment slope was stable and calculation of the design of the embankment filling program, proposed to ensure measures of degree of compaction of subgrade bed. Finally, the roadbed deformation monitoring program.
Design results to meet regulatory requirements related to passenger line, design and construction is reasonable.

Keywords: passenger dedicated line ；soft soil foundation ；stability calculation ；post-construction settlement ；deformation monitoring

目 录
第1章 绪论 1
1.1 软土的定义、特点与工程特性 1
1.1.1 软土的定义及特点 1
1.1.2 软土的工程特征： 1
1.2 国内外客运专线路基工程处理方法 1
1.3 国内外软土地基主要处理方法 1
1.4 我国新建客运专线路基对软土地基的要求 2
1.5 课题研究的主要内容 2
第2章 客运专线路基横断面设计 3
2.1 路堤横断面设计 3
2.1.1 断面设计原始资料 3
2.1.2 路肩宽度设定 3
2.1.3 边坡坡率 3
2.1.4 填料选择 3
2.1.5 线间距 3
2.1.6 路基面宽度确定 4
2.1.7 排水沟设计 4
2.1.8 基床厚度 4
2.2 直线地段路基横断面设计 4
2.3 圆曲线地段路基横断面设计 4
2.4 缓和曲线段路基横断面设计 5
第3章 客运专线软土地基处理 6
3.1 软土路基常用的处理方法 6
3.2 袋装砂井法 6
3.2.1 袋装砂井的概念 6
3.2.2 袋装砂井的设计优点 7
3.2.3 袋装砂井的设计 7
3.2.4 固结度计算 8
3.2.5 袋装砂井的施工 9
3.2.6 袋装砂井的施工 9
3.3 CFG桩复合地基法 9
3.3.1 概述 9
3.3.2 CFG桩复合地基工程特性 10
3.3.3 CFG桩复合地基设计计算 11
3.3.4 CFG桩复合地基的施工 13
3.3.5 CFG桩复合地基质量检验 15
3.4 两种软基处理方案的技术比较 16
3.4.1 工期方面 16
3.4.2 沉降量方面 16
3.4.3 造价方面 16
3.4.4 比选结论与最终方案选择 16
第4章 边坡稳定性检算 17
4.1 稳定影响因素 17
4.2 条分法原理 17
4.3 稳定检算 18
4.3.1 计算参数取值 18
4.3.2 确定滑弧圆心位置 18
4.3.3 划分土条 19
4.3.4 稳定性计算 19
4.4 稳定计算的结论 20
第5章 软土地基沉降量计算 22
5.1 地基沉降概述 22
5.2 分层总和法简介 22
5.2.1 分层总和法基本原理 22
5.2.2 分层总和法计算步骤 22
5.3 未作处理的软土地基的沉降量计算 23
5.3.1 地基土分层 23
5.3.2 路堤基底附加应力计算 23
5.3.3 未处理的沉降计算 23
5.3.4 活载计算 27
5.4 CFG复合地基工后沉降计算 28
5.5 工后沉降产生的原因 30
5.6 减少工后沉降的可采取的施工措施 30
5.6.1 超载预压 30
5.6.2 路堤填料处理 30
5.6.3 增加排水路径 30
5.6.4 加强基础的刚度和强度 31
5.6.5 其它注意事项 31
第6章 基床表层加固和路堤边坡防护 32
6.1 基床表层加固 32
6.1.1 基床表层作用 32
6.1.2 基床表层加固措施 32
6.2 边坡防护 32
6.2.1 路基坡面防护 32
第7章 路堤施工方案 34
7.1 路堤施工 34
7.2 路堤填料改良方法 34
7.3 路堤的填料 34
7.4 施工方法及工艺 35
7.4.1 施工方法 35
7.4.2 施工工艺 35
7.5 基床以下路堤填料的压实标准 36
7.5.1 压实度的保证措施 36
第8章 路基变形监测 38
8.1 路基变形监测的意义及目的 38
8. 2 软土路堤施工监测 38
8.2.1 软基路堤施工监测的原则 38
8.2.2 软基路堤施工监测应注意的问题 38
8.2.3 软基路堤施工监测测量仪具 39
8.3 软土路堤施工变形监测技术 39
8.3.1 地表沉降观测 40
8.3.2 土体内部沉降观测 40
8.3.3 土体水平位移观测 41
第9章 总结与展望 42
9.1 总结 42
9.2 展望 42
参考文献 43
致谢 44

第1章 绪论
1.1 软土的定义、特点与工程特性
1.1.1 软土的定义及特点
软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙 比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少置腐殖质所组成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物 理力学性质相差较大等特点。
1.1.2 软土的工程特征：
(1)颜色以深色为主，颗粒成分以细颗粒为主，有机质含量高；
(2)天然含水量高，孔隙比大。含水量在34%～72%之间，孔隙比在1.0～1.9之间，饱和度一般大于95%，液限一般为35%～60%，塑性指数为13～30，天然容重在16～19kN/m3；
(3)压缩系数为，属于高压缩性土；
(4)透水性差。大部分软土的渗透系数在；压缩性高；
(5)具有触变性。一旦受到干扰，土的强度明显下降，甚至呈流动状态；
(6)抗剪强度低；软土的抗剪强度与加荷速度及排水固结条件密切相关；
(7)流变性显著其长期抗剪强度只有一般土质抗剪强度的40%～80% ；
从这些物理、力学特性上可以看出，在软土地区不宜建筑重型建筑物。对一般建筑物和铁路路基基底应采取相应的处理措施。
1.2 国内外客运专线路基工程处理方法
目前国内主要的处理方法有：1、碾压及夯实。2、换土垫层。3、排水固结。4、振密挤密。5、置换及拌入。6、土工聚合物。
客运专线对软土地基地段采用复合地基处理方式，如粉喷桩、水泥搅拌桩、钢渣桩、碎石桩等，以减少地基沉降，提高地基刚度，同时在基床表层填筑级配碎石并压实。
国外主要的处理方法有：1、真空-堆载联合预压技术。2、轻型填方施工法。3、加固填方施工法。4、使用土工织物处理软土地基。5、冻结施工法和注入化学药剂施工法。6、深层搅拌法。
1.3 国内外软土地基主要处理方法
目前，国内外工程中软土地基处理方法主要包括密实法、换土垫层法、复合地基法、加筋法和灌浆法，其中密实法包括：堆载预压法、真空预压法、降水法、电渗法、静力碾压法、振动碾压法、重锤夯实法、强夯法；换土垫层法又称置换法，包括：粗粒填土垫层、细粒填土垫层；复合地基法包括：挤密碎石桩、干振碎石桩、砂桩、渣土桩、石灰桩、水泥土桩、CFG桩、素混凝土桩；加筋法包括：土工织物、加筋土；灌浆法包括：压力灌浆法等。
砂井是利用各种打桩机具击入钢管，或用高压射水、爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼并灌人中、粗砂形成砂柱。由于这种砂井在饱和软粘土中起排水通道的作用，又称排水砂井。砂井顶面应铺设垫层，以构成完整的地基排水系统。砂井适用于软土层厚度大于5m的软基处理。最大有效处理深度18m。比较常用的是袋装沙井。
CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）是指用振冲、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后，将水泥、粉煤灰、碎石、石屑（砂）加水拌和形成的混合料灌注压入已成的孔中，形成较大直径的桩体，从而与周围软土形成复合地基，它是近年来新开发的一种地基处理技术。
1.4 我国新建客运专线路基对软土地基的要求
为了满足高速铁路设计速度的要求，必须严格控制路基的工后沉降量，按照《时速300~350km客运专线铁路设计暂行规定》，有砟轨道路基工后沉降量不应大于5cm，沉降速率应小于2cm/y，无砟轨道地段路基的工后沉降应满足扣减调整和线路竖曲线圆顺的要求，工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm。而软土由于本身的大孔隙比和高压缩性，路堤建成后，不仅沉降量大，而且持续时间长，按照以前的处理标准，工后沉降是基本不满足要求的。所以，对软土地基的处理要更加严格，关键是要控制沉降和稳定性，满足规范的要求。
1.5 课题研究的主要内容
根据铁路客运专线路基设计规范，充分考虑软土地基的工程特点，设计满足规范要求的软土地区路基，对软弱土层进行加固地基处理，提出相应的处理方案，对加固后的地基进行稳定性和工后沉降验算，并在一定程度上对方案进行经济技术比较。
本文主要采用CFG桩处理地基，对处理后地基进行稳定性检算；应用固结理论进行沉降计算，并对工后沉降进行分析。

第2章 客运专线路基横断面设计
2.1 路堤横断面设计
2.1.1 断面设计原始资料
客运专线，设计速度350km/h，轨道类型为重型。最小曲线半径为8000m。
地质条件：K551+460—K580+600段均为松软地基，必须考虑软弱地基处理；沿线地下水发育，地表水丰富，大气降水补给充足。路基面形状应为三角形，并设计为由路基面中心向两侧有4%的横向排水坡。
选择三个断面分别位于直线、缓和曲线、圆曲线进行断面设计。
2.1.2 路肩宽度设定
路肩虽不直接承受列车荷载作用，但它对保证路基受力部分的稳定十分重要，路肩宽度取决于以下几个因素：
(1).路基稳定的需要，特别是浸水以后路堤边坡的稳定性；
(2)养护维修的需要；
(3)保证行人的安全，符合安全退避的要求；
(4)为路堤压密与道床边坡坍落留有余地。我国铁路客运专线路肩宽度确定为两侧均为1.4m。
2.1.3 边坡坡率
依据软土路基规范[16]规定，设计整个路堤上部边坡坡率设为1:1.5，下部反压护道坡率设为1:1.75，反压护道与路堤设计连接处设置反压护道平台，宽度设为2m。
2.1.4 填料选择
基床表层填料选用级配碎石。
铁路客运专线路基基床底层填料只能使用A、B组填料或改良土，设计中选用A组填料；
基床以下路堤应选用A、B组填料和C组碎石类、砾石类填料，设计中采用B组填料。
2.1.5 线间距
由于高速列车运行时会产生列车风，相邻线路高速列车相向运行所产生的空气压力冲击波易振碎列车的玻璃，旅客感到不舒服，甚至影响列车运行的平稳性，因此高速线路的线间距较普通铁路有所增大，确定线间距标准是个灵活性相当大的问题，线间距窄，会车压力波大，对机车车辆的设计和制造提出了很高的要求，但可以节省土建工程投资。根据我国铁路客运专线线间距根据所采用机车车辆类型、运行速度等因素确定为5.0m。
2.1.6 路基面宽度确定
根据铁路客运专线路基设计规范的要求，双线铁路直线地段路基面宽度为13.8m，曲线半径为8000m时，圆曲线地段路基面外侧加宽值0.4m，曲线加宽值应在缓和曲线内渐变。因此，确定圆曲线地段路基面宽度为14.2m，缓和曲线地段路基面宽度为14.0m。
2.1.7 排水沟设计
依据客运专线铁路路基设计规范设计坡脚排水沟。排水沟的平面布置，必须结合地形等自然条件，因势利导，平面上力求短捷平顺，以直线为宜，必须转向时，尽量采用较大半径，徐缓改变方向，保证水流舒畅。排水沟一般底宽为0.4m，深0.6m。排水沟至坡脚应该有一定的距离，这一位置称为天然护道，其宽度一般不小于2m，设护道是为了使水沟或坑内的水不影响路堤的稳定性。
2.1.8 基床厚度
客运专线一般采取基床厚度表层0.7m，基床底层厚度2.3m，本设计路堤厚度采用5.8m。
2.2 直线地段路基横断面设计
根据现行有关铁路路基设计规范，直线地段路基面宽度取13.8m，路堤填土高度按6m设计，边坡坡度取1:1.5，按照规范基床表层厚度取值0.7m，应在路基基床表层增设5~10cm沥青混凝土防排水层，表层总厚度不变，基床底层取厚度2.3m，基床表层填筑级配碎石，基床底层填料只能用A、B组填料或改良土。基床以下路堤应优先选用A、B组填料和C组碎石、砾石类填料，当选用C组细粒土填料时，应根据填料性质进行改良后填筑。为有利于自然降水的排出，基床表层和基床底层应沿线路中心线向两侧设置4%的排水横坡。直线地段路基横断面图见附录B中01图纸。
2.3 圆曲线地段路基横断面设计
在曲线地段，由于曲线轨道的外轨设置超高，外侧道床加厚，道床坡脚外移，故曲线外侧的路基面应予加宽。其加宽值可按各级铁路的最大允许超高计算确定。曲线外侧路基面的加宽量应在缓和曲线范围内向直线递减。圆曲线地段线路路基顶面需要加宽值由参考文献[1]查得，Ⅰ级铁路、半径8000m圆曲线外侧路基顶面需加宽0.4m，即圆曲线的路基顶面宽度为14.2m，其它尺寸与直线段相同。曲线地段路基顶面加宽计算公式为：
(2-1)
式中， A――道床顶面宽度；
Δ――道床顶面加宽值；
b――道床边坡在水平面上的投影长度；
c――路肩设计宽度；
B――标准路基顶面宽度。
曲线地段横断面图见附录B中01图纸。
2.4 缓和曲线段路基横断面设计
在铁路线路上，缓和曲线的主要作用：过渡超高、过渡曲率、过渡加宽。路基面加宽值，从曲线直缓点到缓圆点之间呈线性变化。本设计缓和曲线段的设计加宽值取为圆曲线地段加宽值的一半（即0.2m）。缓和曲线的路基面宽度为14.0m，其他尺寸与直线地段相同。缓和曲线地段横断面图见附录B中01图纸。
第3章 客运专线软土地基处理
软土是淤泥和淤泥质土的总称，它是在静水和非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的土。
在铁路客运专线中，软土路基在列车和轨道荷载在作用下，承载力低、不均匀变形大，且变形稳定历时较长在比较深厚的软土层上，路基沉降往往持续数年或更长时间。因此，要保持地基稳定，保证路基具有足够的承载能力，不致产生过大沉降变形，就必须对软土地基进行加固处理。
3.1 软土路基常用的处理方法
软土地基处理方法有很多种，常用的有换土垫层法、强夯法、复合地基、排水固结法、化学加固法和土工合成材料等。
排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。排水系统包括竖向排水体（普通砂井，袋装砂井、塑料排水板带）和水平排水体（砂垫层）。加压系统包括堆载法、真空法、降低地下水位法、电渗法、联合法等。
复合地基法又包括散体桩复合地基（碎石桩、渣土桩、砂桩），一般粘结强度桩复合地基（灰土桩、石灰桩、水泥土桩、夯实水泥土桩），高粘结强度桩复合地基（CFG桩、素混凝土桩、碎石压力灌浆桩）。
3.2 袋装砂井法
3.2.1 袋装砂井的概念
袋装砂井，就是事先将柔性编织物按地基加固深度做成长袋，在地面上灌砂后放入孔中，或将空袋放入孔中然后用压缩空气灌砂，其中砂井使用含泥量小于3%的砂粘土在地面上搭架灌入砂袋，成孔后放入孔中，砂袋高出地面30cm，再铺一层30cm厚的砂垫层，最后铺土工格栅。其原理是土体的孔隙水通过袋装砂井竖向排至路基表面，再经设置砂垫层作为横向排水通道将水排至路基边沟。排水固结法是处理软土地基的有效方法之一，它可以解决沉降与稳定问题，使地基的沉降在加载预压期间基本完成，减少工后沉降量，提高了路基质量，现在工程中多采取袋装砂井、砂垫层和土工格栅配合使用来加固软土地基。袋装砂井是近年来竖向排水井工艺的发展，是砂井排水法的延续。根据固结理论，砂井的直径越大，间距越密，对某一固结度而言所需的时间越短，或者某一时间内所达到的固结度越大。在同一井径的情况下，砂井间距减少一半，固结时间约缩短3倍；同一间距条件下，井径增大一倍，固结时间约只减少三分之一。因此，缩短间距比增大井径对加速固结的效果更好，所以应采用“细而密”的原则布置砂井。
3.2.2 袋装砂井的设计优点
首先袋装砂井的直径细小，用砂量少，其费用约为普通砂井的40%，造价低廉。并且由于编织袋是一个整体，能保证砂井的连续性和密实性，不会因地基变形而切断，使用效果良好。其次沙井直径细小，施工时对土层扰动小。另外由于砂井断面小，重量轻，减少施工设备的重量，提高了施工效率。
3.2.3 袋装砂井的设计
3.2.3.1 袋装砂井直径的确定
砂井直径一般为7～12cm，本设计中取砂井直径为7cm。
3.2.3.2 袋装砂井间距的确定
为满足地基排水固结的要求，沉降过程中不易被截断和被周围土淤塞，一般要求袋装砂井的直径在7～10cm。井径比n范围15～30见文献[4]。根据“细而密”原则，砂井直径取7cm。井径比公式为：
(3-1)
式中，de――有效排水范围内等效圆直径(cm)；
dw――沙井直径(cm)。
井距是指两砂井中心间的距离，砂井间距为1.0～2.0m。井距应保证在给定的施工期限内达到要求的地基固结度，使路堤安全填筑。因为缩短间距比增加井径对加速固结的效果更好，本设计砂井间距采用1.5m。砂井的平面布置有两种形式：正方形和三角形排列。在设计中采用三角形布置，砂井的有效排水范围为三角形，在实际计算中，砂井的有效影响范围看作一等体积的等效圆柱体。
等效直径de与砂井间距S的关系式：
(3-2)
等效圆直径和砂井间距分别是和。
根据式(3-1)得井径比为，满足范围要求。
3.2.3.3 袋装砂井长度的确定
路堤以下的软粘土层厚15m，假设砂井刚好穿过软粘土层，取定砂井长度为15m。
3.2.3.4 袋装砂井的平面布置及砂垫层
砂井的平面布置，采用等边三角形的较多，这种布置比正方形排列更为紧凑、本设计中也采用三角形布置，其平面布置图如图3-1所示。为了保证袋装砂井内渗出的水能够顺利排出，一般须在砂井的顶部铺设一层砂垫层，本设计中砂垫层的厚度设为0.5ｍ，砂井的上部外露部分应埋在该层内。

图3-1 袋装砂井平面布置图
3.2.4 固结度计算
3.2.4.1 竖向固结度计算
因为袋装砂井双面排水，垂直向最大渗径H=15/2=7.5m=750cm。
可得

竖向固结度为：
3.2.4.2 径向固结度计算
砂井的平面布置为等边三角形，所以影响圆直径为：

井径比为：

所以径向固结度为：
袋装砂井处理该地基的平均固结度为：

3.2.4.3 砂井底部以下部分固结度计算
砂井底部以下12.6m范围内均为中粗砂，且为双面排水，由于砂排水很快，两个月后沉降早已完成，这部分的沉降在工后沉降中可不用考虑。
最终施工参数确定为：
①袋装砂井直径：7cm；②袋装砂井长：15m；③间距×排距：1.4m×1.3m；
④每排袋装砂井数：24～25根；⑤砂垫层厚度：50 cm。
3.2.5 袋装砂井的施工
袋装砂井的施工流程：平整场地初压放样桩机就位振动沉管投料振动拔管继续投料反插复打，扩桩，挤密成桩。
3.2.6 袋装砂井的施工
(1)应按规定做好砂的质量控制，抽查砂袋的物理力学性质的缝制尺寸。
(2)施工所用钢套管的内径宜略大于砂井直径，以减少施工进程中对地基土的扰动。
(3)套管上应划出控制标高的刻划线，以保证砂井打入长度符合设计要求；当拔套管将砂袋带出长度约大于0.5m时，必须重新补打。
(4)砂袋应防止扭结、缩颈、断裂和磨损；砂袋灌制要饱满密实。
(5)袋装砂井施工允许偏差按表3-1的要求。
表3-1 袋装砂井施工允许偏差
序号
项目
允许偏差
1
井位（纵横向）
50mm
2
井深
符合设计要求
3
井身垂直度
1.5%
4
砂袋直径
±5mm
5
砂袋埋入砂袋层长度
＋100 mm
0
3.3 CFG桩复合地基法
3.3.1 概述
CFG桩是英文Cement Fly-ash Grave的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C5-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。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桩的适用范围很广。在砂土、粉土、粘土、淤泥质土、杂填土等地基均有大量成功的实例。CFG桩对独立基础、条形基础、筏基都适用。
CFG桩加固软土路基，桩和桩间土一起通过褥垫层形成CFG桩复合地基。如图3-2所示。其加固软弱地基主要有三种作用：(1)桩体作用；(2)挤密作用；(3)褥垫层作用。
(1)桩体作用
CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料，在荷载作用下CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基的CFG桩起到了“桩体作用”。
(2)挤密作用
CFG桩身具有一定的粘结强度，在垂直荷载作用下桩身不会出现压胀变形，桩承受的荷载通过桩周的摩阻力和桩端力传到深层地基中。CFG桩采用振动沉管法施工，对土体产生振动和挤压，使土得到“挤密作用”，使加固后桩土的力学性能大为改善，从而使复合地基的承载力显著提高。
基础
褥垫层
桩
土层
(3)褥垫层作用
图3-2 CFG桩复合地基示意图
3.3.2 CFG桩复合地基工程特性
(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，并且可全桩长发挥桩的侧阻力，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且具有很大的可调性。当地基承载力较高，荷载又不大时，可将桩长设计得短一点，荷载大时可设计得长一些。特别是天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高时，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
对于基础形式而言，CFG桩既适用于条形基础、独立基础，也可用于筏基和箱形基础。就土性而言，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CFG桩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CFG桩用于不可挤密土时，承载力的提高只与置换作用有关。
(3)刚性桩的性状明显
对柔性桩，特别是散体桩，如碎石桩，砂石桩，它们主要是通过有限的桩长（6～10）d传递垂直荷载。当桩长大于某一数值后，桩传递荷载的作用已显著减小。 CFG桩像刚性桩一样，可全桩长发挥侧阻，桩落在好的土层上时，具有明显的端承作用。
(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。这样的排水过程可延续几个小时。
(5)时间效应
利用振动沉管机施工，将会对周围土产生扰动，特别是对灵敏度高的土，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。
(6)复合地基变形小
复合地基模量大，沉降量小是CFG桩复合地基的重要特点之一。
3.3.3 CFG桩复合地基设计计算
3.3.3.1 确定桩径
桩径取决于设计时所选用的施工设备，一般设计桩径为350～600mm，设计中定为500 mm。
3.3.3.2 确定桩间距
一般桩间距s=(3～5) d，桩间距的大小取决于设计要求的复合地基承载力和变形、土性与施工机具。在桩长、桩径确定后，计算桩间距之前需确定天然地基承载力标准值、计算单桩承载力和计算复合地基承载力标准值。
3.3.3.3 确定桩长
从地质条件和土的物理力学指标可以看出，路堤标高15m以下为砂粘土，厚度为12m，是较理想的桩端持力层，设计时把CFG桩端落在这一层上，桩长l初步确定为15m。
3.3.3.4 确定天然地基承载力
由路堤标高可以看出，路堤基底落在亚粘土层①层，该层承载力标准值为90 kPa。
3.3.3.5 计算单桩承载力
查文献[13]中的附表1确定各土层CFG桩的极限侧阻力标准值；
①亚粘土：50 kPa　　② 软土：20 kPa ③粘土：66 kPa
桩端落在中粗砂④层上，极限端阻力标准值取2000 kPa。
单桩承载力标准值可按式（3-1）计算：
(3-3)
式中，──CFG桩单桩承载力标准值，kN；
──桩的周长，m；
──第i层土与土性和施工工艺有关的极限侧阻力标准值，kPa；
──第i层土厚度，m；
──与土性和施工工艺有关的极限端阻力标准值，kPa；
K──安全系数，取2.0；
──CFG单桩截面面积，m。

3.3.3.6 计算复合地基承载力标准值
复合地基承载力标准值可由下式(3-4)计算：
（3-4）
式中，──复合地基承载力标准值，kPa；
──天然地基承载力标准值，kPa；
m──面积置换率；
p──CFG单桩截面面积，m；
α──桩间土提高系数，， 为加固后桩间土承载力标准值，取1.0；
β──桩间土强度发挥系数，宜按地区经验取值，无经验时可取β=0.75～0.95，取0.9；
── CFG桩单桩承载力标准值，kN。
桩间距初步设为1.4m，布桩形式采用正方形。

式中，── CFG单桩截面面积，m；
──CFG单桩影响面积，m。

3.3.3.7 褥垫层厚度及材料的选用
褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层有关，褥垫层有如下作用：
(1)保证桩、土共同承担荷载
刚性桩复合地基通过设置褥垫层，在上部荷载作用下，桩体一定程度“刺入” 褥垫层中，使桩间土充分发挥作用，保证桩、土共同承担荷载。如不设置褥垫层，在桩体沉降很小的情况下，上部荷载主要由桩体本身承担，与桩基可作用机理相近，桩间土不能充分发挥作用。
(2)调整桩、土应力比
随着褥垫层厚度的增加，复合地基桩、土应力比变小，直至接近于1。
(3)减少基础底面的应力集中
当不设褥垫层或褥垫层较薄时，桩对基础的应力集中很显著，需要考虑桩对基础的冲切破坏；当褥垫层厚度大到一定程度时，基础反力接近于天然地基的反力分布，已不存在基础底面的应力集中，无需考虑桩对基础的冲切破坏。
(4)调整桩、土水平荷载的分担
刚性桩复合地基不设置褥垫层时，水平荷载主要由桩来分担，随着褥垫层的设置和增厚，桩枯承受的水平荷载逐渐减小。当褥垫层厚度大到一定程度时，水平荷载主要由桩间土来承担，这样桩体发生水平折断的可能性就很小，在复合地基中失去工作能力的机会就很小。
褥垫层的合理厚度为50～60cm，一般为路基填高的10%～20%，褥垫层材料宜采用中砂、粗砂、级配碎石或碎石等，最大粒径不宜大于30cm，本设计中褥垫层厚度取50cm。褥垫层材料采用中砂。
最终施工参数确定为：
①CFG桩直径：500mm；
②CFG桩长：15m；
③间距×排距：1.4m×1.4m；
④每排CFG桩数：22～23根；
⑤褥垫层厚度：50cm。
CFG桩处理软土路基的布置图见附录B-02号图纸。
3.3.4 CFG桩复合地基的施工
3.3.4.1 施工准备
(1)核查地质资料，结合设计参数，选择合适的施工机械和施工方法。
(2)测量放样，平整场地，清除障碍物。
(3)选用的水泥、粉煤灰、碎石及外加剂等原材料应符合设计要求，并按相关规定进行检验。
(4)按设计要求进行室内配合比试验，选定合适的配合比。
(5)施工前进行成桩工艺试验，确定施工工艺和参数，试桩数量应符合设计要求且不得少于2根。
3.3.4.2 施工方法
CFG桩常用的施工方法有振动沉管灌注施工法和长螺旋钻管内泵压混合料灌注施工法。本设计中拟用振动沉管灌注施工法，下面只介绍这种施工方法。
(1)机械按设计桩位就位。
(2)振动沉管至设计深度。沉管过程中每沉1m 计录电流表电流一次，并对土层变化处予以说明。
(3)用搅拌机拌合水泥、粉煤灰、碎石混合料，检查其坍落度。坍落度、拌合时间应按工艺性试验确定的参数进行控制，且拌合时间不得小于1min。
(4)拔管速率应按试桩确定参数进行控制，拔管过程中不允许反插，如上料不足，须在拔管过程时空中加料，不允许停拔再投料，拔管至桩顶。施工桩顶标高宜高于设计标高50cm，浮浆厚度不超过20cm。
(5)桩顶采用湿黏土封顶。
(6)机械移位。
(7)施工流程如图3-5所示。
图3-5 CFG桩振动沉管灌注施工流程图

原地面处理
测量放样
沉管机就位
下沉至设计深度
停机
混合料入管
均匀拔管至桩顶
沉管机移位

3.3.4.3 施工控制
（1）原材料的控制。原材料是否合乎技术规范要求，直接影响桩体质量的好坏。因此，必须严格控制原材料的质量。碎石必须满足 5～40 mm的连续级配要求; 黄砂必须满足 Ⅱ区中砂要求，含泥量<3%; 水泥宜采用 3215级以上普通硅酸盐水泥;粉煤灰质量标准应达到二级以上，烧失量 <8%。
（2）配合比的控制。施工前应按设计要求由试验室进行配合比试验，施工时按配合比配制混合料。长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工的坍落度宜为160～200mm，振动沉管灌注成桩施工的坍落度宜为30～50mm，振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm。
（3）沉管垂直度的控制。垂直度是衡量CFG桩质量的一个重要指标,一般要求桩倾斜度 ≤l%。若倾斜度过大,势必减小有效桩长,同时更影响桩体的受力情况，满足不了既定桩体承载力的要求。因此 CFG桩施工前,应对作业面进行平整，对桩位及高程进行测量放样,桩管套入的预制钢筋混凝土尖或桩管下端的活瓣尖在下沉前,其轴线与桩管轴线应竖直一致并处于桩孔中心。这一点可在塔架上端悬挂一测锤进行校核。同时成孔设备就位后,必须平正、稳固,确保在施工中不发生倾斜移动及CFG桩的垂直度。
（4）控制拔管的速度。实践表明,拔管速度控制在 112～115 m /min是最适宜的。应该指出，这里的拔管速度不是指平均速度。除启动后留振 5 ～10秒钟之外 ,拔管过程中不再留振，也不得反插。
（5）桩距、桩长的要求。试验表明，在其它条件相同时，桩距越小，复合地基承载力越大；当桩距小于 4倍桩径时，随桩距的减小复合地基承载力的增长率明显下降，从发挥桩、土作用考虑,桩距大于 4倍桩径较适宜。桩距的大小也与土性有关,通常若土的挤密性良好,则桩距可小一些。
设计桩顶标高离地表的距离不大时 ≤15 m ,保护桩长取 50～70 cm; 桩顶标高离地表的距离较大时取70～100 cm。
（6）控制合理的褥垫层厚度。褥垫层材料多为级配砂石、碎石最大粒径一般不超过3 cm，粗砂或中砂等褥垫层厚度一般为 10～30 mm, 由设计给定。虚铺后多用静力压实,当桩间土含水量不大时,亦可夯实。当桩间土含水量较大,特别是灵敏度较高的土,要注意施工扰动对桩间土的影响,以免产生橡皮土。褥垫层宽度比基础宽度要大, 其宽出的部分不宜小于褥垫层的厚度 。
（7）控制跳打