不同場地條件下軌道基礎設計探究

張恩銘

(山東港通工程管理咨詢有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引 言

幾內亞的鋁礦儲量大、品味高，鋁礦探明儲量居世界第一。近年來，中國企業(yè)到幾內亞開發(fā)運輸回國的鋁土礦數(shù)量保持穩(wěn)步增長，而裝卸工藝是鋁土礦運輸?shù)闹匾?jié)點，直接影響著裝卸效率及運營成本。在項目前期,鋁土礦裝卸工藝大多采用裝載機水平運輸、固定吊抓斗裝卸的工藝，該工藝采用裝卸設備少、投產(chǎn)快、節(jié)省投資，但工作效率較低;后期考慮裝卸效率、運營成本、節(jié)能環(huán)保等因素，對原裝卸工藝進行改造，增加堆取料機等裝卸設備，堆取料機作為專業(yè)化散貨堆場的重要裝卸設備，已得到廣泛應用。大型裝卸設備安裝及使用期對軌道差異沉降要求較高，即使對地基進行處理后，在使用期仍不可避免出現(xiàn)地基不均勻沉降，需要結合工程具體地質情況合理設計軌道基礎，控制軌道不均勻沉降，確保設備安全運行。

1 工程概況

擬建工程位于幾內亞博凱地區(qū)Nunez河東岸，目前港區(qū)已建有5個8 000噸級鋁土礦裝船泊位及礦石堆場，通過裝載機和運礦車為固定吊供料進行裝船作業(yè)。結合幾內亞運礦鐵路建設，在港區(qū)南側、鐵路環(huán)線的北側進行堆場擴建，新增堆場面積約40萬m2，裝卸工藝進行相應調整，通過堆取料機、堆料機等設備為固定吊供料進行裝船作業(yè)。堆取料機位于新建堆場，場區(qū)地勢較高，大部分區(qū)域需要開挖；堆料機位于現(xiàn)有碼頭后方堆場，場區(qū)通過回填山皮土形成，未進行地基處理。

2 設計條件

2.1 地基條件

堆取料機所在區(qū)域土層自上而下為鐵帽石、含角礫粉質黏土、殘積土、強風化砂巖，土層分布不均勻，局部分布殘積土性質較差。堆料機所在區(qū)域表層為10～15 m素填土，欠固結狀態(tài)，下層為強風化巖。

2.2 設計荷載

堆取料機軌距10 m，輪數(shù)共52個，輪間距850 mm，正常工作狀態(tài)最大輪壓250 kN。堆料機軌距9 m，輪數(shù)共34個，輪間距850 mm，正常工作狀態(tài)最大輪壓250 kN。

3 軌道基礎方案設計

港口堆場常用的軌道基礎有軌枕道砟結構和軌道梁結構，其中軌道梁基礎根據(jù)地基條件可選擇天然地基或樁基礎。

3.1 軌枕道砟結構

地基采用強夯等方法進行處理，軌道采用間隔布置的鋼筋混凝土軌枕作為基礎，下部采用道砟基床及級配碎石墊層，斷面如圖1所示。

圖1 軌枕道砟結構方案

3.2 天然地基軌道梁結構

地基采用強夯等方法進行處理，軌道采用鋼筋混凝土軌道梁作為基礎，下設C15混凝土墊層、水泥穩(wěn)定碎石層、級配碎石墊層，斷面如圖2所示。

圖2 天然地基軌道梁結構方案

3.3 樁基軌道梁結構

鋼筋混凝土軌道梁采用樁基礎，考慮持力層為基巖，樁基采用灌注樁，樁徑采用φ1 000 mm，樁間距5～6 m，斷面如圖3所示。

圖3 樁基軌道梁結構方案

3.4 方案比選

(1)各方案優(yōu)缺點。軌枕道砟結構造價較低，道砟為柔性基床，出現(xiàn)不均勻沉降后，可通過調整道砟厚度調平，對地基條件要求較低，但后期需要調整維護。

天然地基軌道梁結構造價較低，水泥穩(wěn)定碎石層為半剛性基床，對不均勻沉降適應性差，適用于地基條件良好的情況。

樁基軌道梁結構基本不會產(chǎn)生沉降，不需要維護，但造價較高、施工速度慢。

(2)方案選擇。堆取料機場區(qū)土層分布不均勻，會出現(xiàn)不均勻沉降，天然地基軌道梁調平困難，而堆取料機軌道較長，樁基軌道梁方案造價昂貴，軌枕道砟結構調平方便、造價低，綜合考慮選擇軌枕道砟結構方案。

堆料機場區(qū)分布較厚的欠固結素填土，天然地基進行處理的難度大、周期長、造價高，而樁基礎不需要進行地基處理，后期不需要對軌道進行調整，綜合考慮選擇樁基軌道梁結構方案。

4 軌道基礎計算

(1)軌枕道砟結構。港口行業(yè)規(guī)范對于軌枕道砟結構計算未作明確說明，本工程參考《現(xiàn)代鐵路工程師手冊》[2]進行設計，鋼軌視為置于彈性基礎上的無限長梁，鋼軌支承在軌枕上，軌枕鋪得相對較密，可以近似地把軌枕的支承看作是連續(xù)支承。軌枕道砟結構計算結果見表1。

表1 軌枕道砟結構計算結果

(2)樁基軌道梁結構。樁基軌道梁采用彈性支承連續(xù)梁進行結構計算，計算得Mmax=3 310.92 kN·m，Mmin=-1 607.01 kN·m，彎矩包絡圖如圖4所示。

圖4 樁基軌道梁彎矩包絡圖

5 結束語

地基條件對確定軌道基礎方案有著較大的影響，本工程軌道基礎結合不同地基條件進行設計，設計方案能夠滿足大型裝卸設備安全使用，同時兼顧節(jié)省工程投資。結合本次擴建工程進行的軌道基礎分析研究，對今后在海外建設專業(yè)化散貨堆場有一定的借鑒參考意義。