客運專線路基幫寬工程的設(shè)計與實踐

王興榮

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,天津 300142)

客運專線路基幫寬工程的設(shè)計與實踐

王興榮

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,天津 300142)

無砟軌道鐵路附近新建建筑物容易引起既有鐵路的變形,如何選擇合理的地基處理措施、相對準(zhǔn)確的變形分析方法等是必須思考的問題。通過對某工點的計算、地基處理措施的選擇、觀測數(shù)據(jù)的對比分析,提出了新建工程地基處理盡可能采用非取土樁、合理的施工順序等幾點建議。

客運專線；幫寬路基；沉降計算；地基處理；設(shè)計；施工

新建鐵路引入普速鐵路時引起既有線的附加沉降，導(dǎo)致軌道的不平順，一般可以采用調(diào)整道床等措施進(jìn)行調(diào)節(jié)。高速公路建設(shè)中對既有路面的拓寬工程，為了保證路面整體的平順性，一般采用挖除部分原路基并設(shè)置土工格柵搭接、新建部分采用較強(qiáng)地基加固處理措施。

近幾年興建的客運專線、高速鐵路等，對線下工程如路基和橋梁的工后沉降提出了更高的要求，位于平原地區(qū)的無砟軌道鐵路建成后，在其附近采集地下水、興建各種建筑物等均可引起既有鐵路附加沉降。已竣工或在建的無砟軌道客運專線，多處工點在無砟軌道鋪設(shè)后，由于線路附近增加了附加荷載而引起無砟軌道的附加沉降。由于無砟軌道高程調(diào)節(jié)困難，維修難度高，對運營的影響大。所以無砟軌道線路附近的新建工程，應(yīng)評估新建工程對于既有無砟軌道線路的影響，確保既有客運線路的正常運營。

隨著客運專線網(wǎng)的不斷完善，新建線路不可避免的需要接入已經(jīng)開通營運的客運線路，新建線路需要在保證既有客運專線安全的前提下進(jìn)行設(shè)計、施工。

1 工點設(shè)計

1.1 概況

某客運專線無砟軌道路基竣工鋪軌并鎖定軌道后處于聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段，新建客運專線需要接入該線，在已經(jīng)建成的路基兩側(cè)幫寬，本段線路長度約600 m。路堤高5.8～6.1 m，雙線，路基兩側(cè)對稱幫寬，單幫寬寬度為6.8 m。

1.2 地層及地基處理方案

工點地處沖積平原，黏土，黃褐色～灰色，軟塑～堅硬，厚0.9～4.7 m；黏土，黃褐色，硬塑，厚1.2～1.7 m；粉土，褐黃色～黃褐色，中密～密實，潮濕，厚0.6～1.4 m；粉土，褐黃色～灰褐色，稍密～密實，稍濕～潮濕，厚0.8～7.8 m；粉質(zhì)黏土，灰黃色，軟塑，厚3.7 m；粉質(zhì)黏土，黃褐色～灰黑色，軟塑～硬塑，厚0.6～2.6 m；粉砂，黃褐色～灰色，中密～密實，飽和，厚1.6～3.55 m；粉砂，黃褐色～灰色，中密～密實，飽和，厚0.5～9.4 m。

地下水情況：地下水為第四系孔隙潛水，埋深0.9～11.5 m。主要由大氣降水及地表水補(bǔ)給，水位變幅1～5 m。

既有線地基采用CFG樁加固，樁徑0.5 m，間距1.6 m，正方形布置，應(yīng)力影響線內(nèi)樁長為26 m，樁筏結(jié)構(gòu)；影響線以外樁長為21 m，樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)地基處理各種方案對沉降控制的經(jīng)驗，幫寬路基地基處理樁型主要在旋噴樁、CFG樁、鉆孔灌注樁及預(yù)應(yīng)力管樁中選擇。由于在既有線坡腳施工旋噴樁易引起既有線下基底土強(qiáng)度降低進(jìn)而產(chǎn)生附加變形；CFG樁、鉆孔灌注樁施工過程中取土后地基在荷載作用下產(chǎn)生側(cè)向變形從而引起豎向變形；非取土樁施工對地基產(chǎn)生擠密作用不會產(chǎn)生附加沉降，擬采用預(yù)應(yīng)力管樁加固，樁徑0.4 m，樁長21 m，正方形布置，樁間距為1.8 m。

2 沉降分析

按照擬定的地基處理方案，對幫寬路基分別采用了數(shù)值分析和復(fù)合模量法進(jìn)行沉降計算。路基橫斷面見圖1，土層劃分及參數(shù)見表1。

圖1 橫斷面示意(單位：m)

層序巖土名稱土層厚度/m容重/(kN/m3)變形模量/MPa內(nèi)摩擦角/(°)黏聚力/kPa1黏土218.81219.1302粉土0.719.2341922.53黏土1.618.71512.539.64粉質(zhì)黏土319.4209.429.85粉土0.619.52516.222.46粉質(zhì)黏土1.518.63514.5237粉土4.319.55912.629.18粉質(zhì)黏土2.319.94512.831.49粉土1206525.21710粉砂1319.57234.0.111細(xì)砂1.319.58236.00.112粉土2.320.25915.128.113粉質(zhì)黏土0.719.05216.920.614粉土1.820.26216.421.815粉質(zhì)黏土320.35211.244.916黏土0.819.44610.241.917粉質(zhì)黏土1020.45212.822.2

2.1 數(shù)值分析

采用有限元程序Plaxis 8.2二維專業(yè)版，結(jié)合路堤為長條形建筑物的特點把空間問題簡化為二維問題進(jìn)行計算。首先建模并生成自重應(yīng)力場，將位移場與速度場歸零后，形成初始位移場，再模擬標(biāo)準(zhǔn)雙線路堤的施工，計算沉降量，將其位移歸零，然后在這種狀態(tài)下建立幫寬后的路堤模型，計算土層的應(yīng)力、變形變化情況。路基幫寬數(shù)值分析模型見圖2，計算結(jié)果見圖3。

圖2 路基幫寬數(shù)值分析模型

圖3 路基幫寬后豎向變形云圖

2.2 復(fù)合模量法計算

標(biāo)準(zhǔn)雙線路堤的總沉降和加寬后路堤的總沉降之差，作為幫寬路基附加沉降的近似值。按照復(fù)合地基來計算沉降，管樁視為CFG樁進(jìn)行簡化計算。

按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的變形計算方法進(jìn)行沉降計算

式中s——地基最終變形量，mm；

P0——地表附加應(yīng)力荷載；

s′——按分層總和法計算出的地基變形量；

ψs——沉降計算經(jīng)驗系數(shù)ψs。

表2 沉降修正系數(shù)

其中Ai——第I層土附加應(yīng)力系數(shù)沿土層厚度的積分值。

n——地基變形計算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)

Esi——基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量，MPa，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍，ζ值按下式確定

ζ=fspk/fak

fspk——復(fù)合地基承載力特征值，kPa；

fak——基礎(chǔ)下天然地基承載力特征值，kPa，計算取地基表層土基本承載力。

zi、zi-1——基礎(chǔ)底面至第i層土、i-1層土底面的距離，m；

fspk計算方法按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002/J 220—2002)第9.2.5條

式中m——面積置換率；正方形布置，m=Ap/D2，D為樁間距，本工點為1.6。

Ra——單樁豎向承載力；可按下式計算

式中up——樁周長，m；

n——樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；

ιi——第i層土的厚度，m；

qsi、qp——樁周第i層土的側(cè)摩阻力、樁端阻力特征值，kPa。樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值應(yīng)滿足下式要求

式中fcu——樁體混合料試塊(邊長150 mm立方體)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d立方體抗壓強(qiáng)度平均值，kPa。

Ap——樁截面積，樁徑0.5 m，截面積0.196 m2；

β——樁間土承載力折減系數(shù)，計算取0.75；

fsk——處理后樁間土承載力特征值，kPa，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取值，無經(jīng)驗時，取天然地基承載力特征值。

2.3 計算結(jié)果

利用數(shù)值分析、復(fù)合模量法計算，兩側(cè)幫寬路基無砟軌道路基的附加沉降值見表3。

表3 無砟軌道路基的附加沉降 mm

3 施工及沉降觀測

3.1 地基處理、路堤填筑施工

幫寬路基地基處理的管樁施工采用靜壓法，壓樁施工順序為：從既有線坡腳開始向外側(cè)施工，縱向間隔壓樁，按此順序進(jìn)行壓樁施工，壓樁完成后進(jìn)行質(zhì)量檢測，然后施作樁帽、填筑樁頂碎石墊層。

地基處理合格后按照路堤本體、基床底層、基床表層級配碎石的順序分別進(jìn)行填筑，在施工范圍內(nèi)按照大致相同的高程填筑。由于工期要求緊，地基處理、路堤填筑的施工時間分別為1.2個月和1個月。

3.2 沉降觀測

利用埋設(shè)的沉降觀測板(沉降觀測樁)進(jìn)行沉降觀測，觀測間隔在地基處理、路堤幫寬填筑階段為3～5 d；填筑完成后初期為5～8 d，后期為15 d，整個觀測周期不少于6個月，取得沉降值。由于幫寬路基引起最終的附加沉降值及與計算結(jié)果的對比見表4。

表4 幫寬后實測沉降與計算沉降對比

從實際觀測結(jié)果和理論計算的對比分析結(jié)果可以看出，理論計算值基本合理，可作為設(shè)計采取工程措施的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

(1)為確保既有客運專線的安全，無砟軌道路基幫寬工程應(yīng)在充分分析既有路基變形的基礎(chǔ)上慎重進(jìn)行。

(2)幫寬路基的地基處理措施影響既有線的附加沉降。管樁等非取土樁對于幫寬路基工程的地基加固，沉降控制效果顯著。

(3)復(fù)合模量法不能考慮既有線沉降后地基土層參數(shù)的變化，其計算結(jié)果與實測值有一定偏差，數(shù)值分析受各種參數(shù)的影響同樣與實測值有偏差，但只要取值相對合理，數(shù)值分析方法的計算結(jié)果與實測值更接近。

(4)解析計算、數(shù)值分析等結(jié)果都有一定的誤差，計算沉降值與實測沉降值的對比規(guī)律性不強(qiáng)，根據(jù)計算結(jié)果的設(shè)計方案在施工過程中必須對既有路基進(jìn)行變形監(jiān)測，以驗證設(shè)計、動態(tài)調(diào)整工程措施。

(5)為減少幫寬路基施工對既有線的影響，必須嚴(yán)格控制施工工序，管樁施工由內(nèi)向外、縱向間隔進(jìn)行；路基填筑縱橫向均勻進(jìn)行，并嚴(yán)格控制填筑速率。

[1] 楊龍才，王炳龍，趙國堂，周順華.CFG樁網(wǎng)復(fù)合地基沉降計算方法研究[J].鐵道建筑，2009(7).

[2] 趙麗，王星華，吳漢波.柔性基礎(chǔ)下CFG樁復(fù)合地基的沉降計算[J].路基工程，2008(9).

[3] 龔曉楠.復(fù)合地基[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1992.

[4] 京滬鐵路客運專線公司等.京滬高速鐵路CFG樁復(fù)合地基綜合技術(shù)研究試驗研究大綱[R].京滬鐵路客運專線公司，同濟(jì)大學(xué)等，2008.

[5] GB50007—2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[6] 譚陽.樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基沉降模型試驗研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2011(3)：31-34.

[7] 溫世聰，王連俊，張光宗.京滬高速鐵路濟(jì)南西站CFG樁復(fù)合地基沉降計算問題探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2011(12)：23-26.

[8] TB10621—2009J971—2009,高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[9] JGJ79—2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[10]JGJ94—2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

DesignandPracticeofSubgradeWideningProjectonRailwayPassengerDedicatedLine

WANG Xing-rong

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142, China)

The new buildings built near ballastless track are likely to cause deformation of the existing railway. Therefore, how to choose a reasonable ground treatment measure and a relatively accurate deformation analysis method are the issues which must be carefully considered. This paper, based on a certain project site, illustrated how to calculate the project site, how to select the ground treatment measures, and how to comparatively analyze the observation data. This paper suggested that, the piles without earth digging should be employed as much as possible when doing ground treatment of the newly-built project, and should be accompanied by reasonable construction sequence.

passenger dedicated line; subgrade widening; settlement calculation; ground treatment; design; construction

2013-10-15

王興榮(1962—)，男，高級工程師，工學(xué)學(xué)士，E-mail：wangxingrong@tsdig.com。

1004-2954(2014)01-0038-03

U238; U213.1+1

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.01.009