含礫黏土CFG樁復合地基沉降特性研究

姚 成 志

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063)

1 研究背景

路基作為鐵路的重要工程形式，其沉降變形關系到列車的安全，影響旅客乘坐的舒適度。近年來，隨著高鐵的發展，關于路基沉降控制的研究，國內已經取得了一系列成果，如京滬高鐵對中等壓縮黏土的沉降研究；武廣客專對紅黏土工程特性的研究等，并均提出了針對性的處理方案。但是，我國地域遼闊，在南方還廣泛分布著含礫黏土，工程性質普遍較好，能滿足一般鐵路的技術要求，故對其工程特性、處理方案的研究較少。隨著高鐵建設規模的擴大，有必要針對此類含礫黏土開展沉降特性研究，以確定經濟合理的加固處理方案。

本文以贛龍鐵路實驗課題為依托，對山前含礫黏土進行了系統研究。通過理論計算、現場測試、曲線擬合分析，對采用了堆載預壓和CFG短樁加固的地基沉降特性進行了分析，探尋其沉降變形的特性。

2 工程概況

試驗工點位于于都縣附近的山前緩坡。上覆地層為含礫黏土，硬塑，試驗土體參數如表1所示，路基設計采用的技術標準為高速鐵路無砟軌道，參考類似工程，對地基進行了加固處理。主要采取CFG樁短樁復合地基，樁徑0.5 m，間距0.5 m，樁長6 m，樁頂鋪設0.6 m厚碎石+中粗砂夾土工格柵，低填淺挖地段采用堆載預壓處理，以滿足工后沉降控制要求。

表1 試驗段地基主要土工參數指標

現場采用沉降板對路基中心及兩側路肩進行沉降觀測，在路基中心分層設置單點沉降計對土體各點的沉降進行實測，了解地基不同深度處的沉降規律，在坡腳外設置測斜管，對土體在路基荷

載下的側向變形規律進行研究。

3 地基沉降測試成果分析

沉降監測曲線顯示：不同埋深處的沉降曲線與加載曲線的趨勢一致，各深處土層的沉降隨填筑高度變化呈現出明顯的增加，路堤填筑速率較快時，地基各深度處土層沉降速率也隨之增加，路堤填筑的間歇期，地基各深度處土層沉降量出現反復波動或以較小的速率增長，增長趨勢與路堤填筑期相比明顯減小(見圖1)。

沉降沿深度的變化表明：在荷載較小時，沉降很小；隨著時間荷載的增加，各測點的沉降增加。在荷載較小時，各測點的沉降分布呈線性減小；隨著荷載的增加，在接近樁底以下的土層沉降減小幅度增大。加荷較快時，沉降發生的也較快；路堤本體荷載填筑完成后，各深度沉降逐漸得到收斂，沉降速率與填筑速率是正相關的。

測斜管監測成果顯示：兩側路肩側向位移基本呈對稱分布。隨荷載增加，側向位移向外側呈增加的趨勢。預壓結束后側向位移有少量回彈，但回彈位移較小。預壓土堆載期地基土層側向位移的增大速率是路基填筑期的2倍～3倍左右。路基填筑期地基側向位移速率是路基填筑速率的3‰左右。深度20 m范圍內地基側向位移是側向位移的主要組成部分，約占總側向位移的70%～80%。天然地基和復合地基的側向位移對比顯示，采用CFG樁加固后，側向位移僅為天然地基的50%左右，CFG樁可顯著提高地基土的整體性(見圖2)。

實測沉降與理論計算對比：常規的計算結果與實測值的相對誤差在20%～55%，計算成果較穩定；改進解析法的計算結果與實測值的相對誤差為15%～30%，計算精度較常規方法有所改善，但尚存不確定因素。綜合考慮，仍推薦常規方法進行CFG樁復合地基的沉降計算，對于加固區沉降采用樁身壓縮法計算，對下臥層采用應力擴散法進行估算，其中原狀土的壓縮模量采用切線模量與監測成果最為接近。

4 地基沉降預測研究

根據目前通用的分層總和法計算思路，結合三點法、雙曲線法、三點修正雙曲線法、拋物線法、指數曲線法五種方法沉降進行曲線擬合，并與實測值進行對比，找出該含礫黏土地基的最佳沉降預測方法(見圖3)。

從表2可知，雙曲線法的相對誤差振動范圍明顯小于其他四種預測方法的相對誤差振動范圍。就具體擬合過程而言，雙曲線法簡單便捷，具有較好的擬合預測效果。

對含礫黏土地基沉降推算，在路基小變形情況下，觀測數據會有一定的波動，雙曲線法預測出的數據存在一定誤差，但在允許范圍內，而三點法及三點修正的雙曲線法在部分情況下預測結果較準確，其中三點法可作為雙曲線法的參考，進行輔助預測，指數曲線法所預測的后期沉降亦可作為參考。

表2 五種擬合方法技術指標對比

5 結語

研究成果顯示，含礫黏土地基為中等偏低壓縮性土，通過監測對比，可得到如下結論：

1)數據顯示，常規沉降計算與實測值相對誤差20%～55%左右，計算成果較穩定。改進解析法的計算結果與實測值誤差較小，但尚存不確定因素。綜合考慮，仍推薦常規分層總和法進行計算。其中原狀土的壓縮模量推薦采用切線模量。

2)對工后沉降的預測，雙曲線法預測結果較準確，推薦使用雙曲線法進行工后沉降的預測分析。

3)就工后沉降控制效果而言，采用短樁或堆載預壓處理均能滿足高速鐵路無砟軌道15 mm的工后沉降要求，體現了含礫黏土的中等偏低壓縮性特點，相比于軟土地區一般采用的樁板或樁筏結構，可以采用短樁樁網復合地基、堆載預壓等相對較弱的處理方案，工程造價更為經濟。