云桂鐵路彌勒車站膨脹土路基加固設(shè)計(jì)方案

李斌（中鐵二院集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川　成都　610000）

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云桂鐵路彌勒車站膨脹土路基加固設(shè)計(jì)方案

李斌
（中鐵二院集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610000）

摘要：介紹了云桂鐵路彌勒車站的場地地質(zhì)概況，依據(jù)該區(qū)域的膨脹土試驗(yàn)結(jié)果，確定了樁筏結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行地基加固的路基處理方案，計(jì)算分析了樁筏結(jié)構(gòu)彈性地基梁的位移、彎矩及剪力，論述了樁筏結(jié)構(gòu)的施工順序，為類似區(qū)域的地基加固設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：膨脹土，預(yù)應(yīng)力管樁，樁筏結(jié)構(gòu)，彎矩，剪力

1　工程概況

彌勒車站位于云桂鐵路云南段，設(shè)計(jì)里程DK631 + 500～DK634 +100，車站廣泛分布第三系中等（局部強(qiáng)）膨脹土，褐紅、褐黃、灰黃等色，硬塑狀，切面光滑，粘性強(qiáng)。據(jù)取樣試驗(yàn)，普遍自由膨脹率Fs=40%～90%，其中Fs=60%～90%偏多，少部Fs＞90%，最高Fs=125%。工點(diǎn)地下水極發(fā)育，現(xiàn)場探坑開挖揭示，地表下1.5 m，地下水呈股狀流出。

地質(zhì)以中強(qiáng)膨脹土為主，地下水極發(fā)育，另一方面由于大小里程端鐵路及高速公路工程限制，線路標(biāo)高較低，車站排水困難，沒有條件按規(guī)范要求進(jìn)行基床挖除換填處理。為此，車站范圍正線路塹基床采用了預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行處理。

地表水及地下水pH值對混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕等級為H1，侵蝕性CO2對混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕等級為H1。

本地區(qū)地震動峰值加速度為0.15g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。

2　主要不良地質(zhì)概況及巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

⑥-4軟粘土（膨脹土）：γ= 16 kN/m3，C = 10 kPa，φ= 6°，［σ］=80 kPa；該層受季節(jié)性影響較大，旱季多呈硬塑狀，雨季靜探為軟土。

⑥-6松軟土（膨脹土）：γ= 18 kN/m3，C = 12 kPa，φ= 8°，［σ］=100 kPa；褐～灰褐色，軟塑狀，土質(zhì)均勻，切面較光滑，韌性中等，干強(qiáng)度中等，含少量礫石。

⑥-9粘土（膨脹土））：γ=18.4 kN/m3，C = 25 kPa，φ= 8°，［σ］=150 kPa；褐～灰褐色，硬塑狀，主要為粘土及粉質(zhì)粘土，土質(zhì)均勻，含礫石5%～10%，礫石呈次圓狀，礫徑0.5 cm～2.0 cm，成分為砂巖，局部可見鈣質(zhì)結(jié)核，礫徑0.5 cm～2 cm，棱角狀。

⑩-1粘土（膨脹土）（N1 -2h）：γ=18.7 kN/m3，C =30 kPa，φ= 10°，［σ］=180 kPa；褐紅、褐黃、灰黃等色，硬塑狀，切面光滑，粘性強(qiáng)。據(jù)取樣試驗(yàn)，普遍自由膨脹率Fs= 40%～90%，其中Fs= 60%～90%偏多，少部Fs＞90%，最高Fs= 125%，屬中等～強(qiáng)膨脹土。

⑩-6-1粉土（N1 -2h）：γ=19.2 kN/m3，φ=25°，［σ］=150 kPa；灰色，中密～密實(shí)，飽和，土質(zhì)較均勻，搖震反應(yīng)緩慢，呈透鏡狀。

⑩-8細(xì)圓礫土（N1 -2h）：γ= 21 kN/m3，φ= 35°，［σ］= 250 kPa。灰～灰褐色，飽和，中密～密實(shí)，土質(zhì)一般。

3　膨脹土試驗(yàn)結(jié)論

1）由豎向膨脹力現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果可知：a.中膨脹土的最大膨脹力為227 kPa，弱膨脹土的膨脹力為131.8 kPa；b.中膨脹土和弱膨脹土的豎向膨脹力隨含水率增量的變化規(guī)律基本相似，可劃分為三個變化階段：初始線性緩慢增長階段、快速增長階段和漸穩(wěn)定階段。2）由豎向膨脹力模型試驗(yàn)結(jié)果可知：中粗砂具有良好的減脹效果，當(dāng)其厚度為0.15 m時，作用在改性水泥基底面上的豎向膨脹力可減小60%。3）彌勒膨脹土地基中分布有⑥-4軟粘土、⑥-6松軟土、⑥-9粘土、⑩-1粘土等，各地層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)具有差異性。

4　工程措施

1）DK633 + 000～DK633 + 030.75，長30.75 m，DK633 + 049.75～DK633 +130，長80.25 m，基底采用水泥砂漿多向攪拌樁加固。樁按正三角形布置，樁間距為1.2 m，樁直徑50 cm。復(fù)合地基承載力不小于180 kPa。滿足要求后再在攪拌樁頂部鋪設(shè)0.5 m厚碎石墊層夾一層80 kN/m的土工格柵加固。2）DK633 + 000～DK633 + 030.75，長30.75 m，DK633 + 049.75～DK633 + 660，長610.25 m，基底按平面圖所示范圍采用預(yù)應(yīng)力管樁加固。預(yù)應(yīng)力管樁樁直徑0.50 m，采用正方形布置，管樁長度為8 m～10 m。預(yù)應(yīng)力管樁采用PC-A500（100）-C型，樁外徑500 mm，壁厚0.1 m，混凝土強(qiáng)度等級C60，單樁承載力不小于600 kN。管樁采用鋼筋混凝土板連接，板厚0.6 m，采用C40鋼筋混凝土現(xiàn)澆。鋼筋混凝土板間順線路方向每隔15 m設(shè)伸縮縫，縫寬2 cm。縫內(nèi)填充填縫板和填縫料，填縫板采用瀝青纖維板，填縫料采用常溫施工的高彈性聚氨酯。鋼筋混凝土板下設(shè)置0.1 m C20混凝土工作墊層及0.3 m碎石墊層。3）在DK633 + 050，DK633 + 150，DK633 + 250，DK633 + 350，DK633 + 450，DK633 + 550，DK633 + 650處設(shè)置沉降觀測斷面。4）樁筏結(jié)構(gòu)細(xì)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　樁筏結(jié)構(gòu)細(xì)部結(jié)構(gòu)示意圖

5　樁筏結(jié)構(gòu)彈性地基梁計(jì)算結(jié)論

1）地基梁按0.5 m厚，跨度2.5 m，上部荷載計(jì)算按填高2 m，填土重度為20 kN/m3，最大彎矩剪力在兩端跨上，最大值為144 kN·m和222 kN（見圖2～圖5）。彎矩檢算：按應(yīng)力控制，荷載分項(xiàng)系數(shù)1.35，最大值為195 kN·m，每延米需要直徑25 mm HRB400鋼筋2.7根，按裂縫0.2 mm控制，每延米需要鋼筋8根，3 926 mm2。剪力檢算：荷載分項(xiàng)系數(shù)1.35，最大值為300 kN，每延米混凝土抗剪承載力500 kN，可按構(gòu)造配箍筋，直徑12 mm HRB335鋼筋。

圖2　計(jì)算簡圖（一）

圖3　位移圖（單位：mm）（一）

圖4　彎矩圖（單位：kN·m）（一）

圖5　剪力圖（單位：kN）（一）

2）地基梁按0.5 m厚，跨度2.5 m，無荷，底部膨脹力按100 kPa計(jì)算，最大彎矩剪力在兩端跨上，最大值為132 kN·m和200 kN（見圖6～圖9）。彎矩檢算：按應(yīng)力控制，荷載分項(xiàng)系數(shù)1.35，最大值為178 kN·m，每延米需要直徑25 mm HRB400鋼筋2.5根，按裂縫0.2 mm控制，每延米需要鋼筋7根，3 436 mm2。剪力檢算：荷載分項(xiàng)系數(shù)1.35，最大值為270 kN，每延米混凝土抗剪承載力500 kN，可按構(gòu)造配箍筋，直徑12 mm HRB335鋼筋。

圖6　計(jì)算簡圖（二）

圖7　位移圖（單位：mm）（二）

圖8　彎矩圖（單位：kN·m）（二）

圖9　剪力圖（單位：kN）（二）

6　樁筏結(jié)構(gòu)施工順序

在設(shè)計(jì)側(cè)溝及線間溝位置修臨時縱向排水溝→開挖至地基加固施工頂面（地基加固工程頂面基本在同一平面）→鋪設(shè)20 cm厚中粗砂施工墊層→施工地基加固工程→施工盲溝→修整墊層地面并形成排水橫坡→鋪設(shè)防水材料→鋪設(shè)墊層（含樁筏結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土板）→施工墊層及板以上填料→施工線間溝。

7　設(shè)計(jì)方案結(jié)論

地下水極發(fā)育的膨脹土地段，路基基床結(jié)構(gòu)可設(shè)樁板（筏）結(jié)構(gòu)，且需要考慮膨脹力對樁板（筏）結(jié)構(gòu)的上頂作用。樁根據(jù)地基情況可以采用預(yù)應(yīng)力管樁、鋼筋混凝土樁，樁頂設(shè)鋼筋混凝土板，并與樁固結(jié)，板底設(shè)置砂卵石消脹層。側(cè)溝與板一體澆筑，側(cè)溝底部設(shè)計(jì)縱向排水盲溝。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳偉志，蔣關(guān)魯，王智猛，等.彌勒原狀膨脹土物理力學(xué)參數(shù)與固結(jié)特性［J］.中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，45（6）：107-111.

On consolidation design schemes for expansive soil roadbed at Maitreya Station along Kunming-Nanning Railway

Li Bin
（China Railway Eryuan Group Co.，Ltd，Chengdu 610000，China）

Abstract：The paper introduces the geological survey of the site at Maitreya Station along Kunming-Nanning Railway，identifies the roadbed treatment scheme of the foundation consolidation at the piled raft structure and prestressed pipe pile according to the test result of the expansive soil tests in the region，calculates and analyzes the displacement，moment，and shearing of the elastic foundation beam at the piled raft，and indicates the construction sequence of the structure，so as to provide some reference for the foundation consolidation design at similar areas.

Key words：expansive soil，prestressed pipe pile，piled raft structure，moment，shearing

中圖分類號：U416.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0135-02

收稿日期：2015-12-17

作者簡介：李斌（1982-），男，工程師