莞惠城际铁路无砟轨道路基地基加固设计

2015-03-17周勇波

铁道勘察 2015年1期

关键词：工后城际路基

周勇波　吴　军

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

Analysis of the foundation reinforcement design of ballastless track subgrade of Dongguan-Huizhou Intercity Railway

ZHOU Yong-bo　WU Jun

莞惠城际铁路无砟轨道路基地基加固设计

周勇波吴军

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

Analysis of the foundation reinforcement design of ballastless track subgrade of Dongguan-Huizhou Intercity Railway

ZHOU Yong-boWU Jun

摘要介绍莞惠城际铁路无砟轨道路基地基加固设计方案和路基沉降观测措施。通过对沉降观测数据综合分析，推算出最终沉降量和工后沉降，用以判断地基加固设计方案的合理性。

关键词无砟轨道地基加固工后沉降

近十年来我国铁路行业发展十分迅速，各地新建众多城际铁路，其中无砟轨道铁路所占比例相当高。与有砟轨道相比，无砟轨道对路基的工后沉降标准更高、要求更加严格。莞惠城际铁路无砟轨道设计中对土质路基进行了沉降变形计算，采取了相应的地基加固措施。而实际设计过程中影响沉降计算的控制因素较多，沉降计算的精度不足以控制无砟轨道路基工后沉降。施工期必须进行系统的沉降变形动态观测。通过对沉降观测数据综合分析评估，验证或调整设计措施，使路基工程达到规定的变形控制要求。

1工程概况

东莞至惠州城际轨道线地处东江下游，总体地势呈北东高，西南低，沿线地貌为东江三角洲平原、冲积平原、剥蚀丘陵及东江冲积平原。地势多平坦开阔，三角洲平原河道纵横交错。该线起点为东莞市洪梅站，终点为惠州客运北站。正线范围DK2+591.092～ DK103+956.001，正线全长97.871 km，设计时速200 km，采用无砟轨道。正线范围内路基长度5.268 km，路基占全线总长5.4%。

路基工点类型主要有坡面防护工程、深路堑工程、陡坡路基、地基处理工程、浸水(水塘)路基工程等。路基工点主要分布在沥林镇岭贝村桥梁与隧道之间的过渡段、常平镇和谢岗镇丘陵地区的桥梁与桥梁之间短路基，以及谢岗至沥林区间并行既有京广铁路地段。

2无砟轨道路基地基加固设计

在2009年莞惠城际路基工点勘察设计中，遇到了大量的承载力在150 kPa以上的黏性土和压缩模量较低的全风化泥质粉砂岩地层，该类土质地基大都属于非饱和土范畴。

前些年修建的一些无砟轨道路基工程，由于沉降计算不满足工后沉降小于15 mm的要求，大多数设计方案都对该类地基进行了CFG桩、旋喷桩等复合地基加固，并多结合施工工期采用堆载预压的方式进行加强处理。部分土质地基甚至还采用了管桩及钻孔灌注桩等刚性桩网、桩板结构。

在珠三角城际铁路网先期开工的莞惠城际路基设计中，针对目前无砟轨道地基处理存在的问题，在分析其他同类型铁路设计经验的基础上，对硬塑黏性土、粗粒土和全风化层地基处理原则进行了优化，仅对压缩性相对较大、土层较厚的地段采用CFG桩加固，余采用浅层挖除换填和堆载预压等加固措施。

2.1　典型工点路基设计

GZH-8标范围内路基工点主要为桥梁与桥梁之间短路基。工点地层主要为黏性土和全风化泥质粉砂岩。选择有代表性的GZH-8标路基工点中DK58+507、DK59+145和DK61+850横断面作为说明样本。

DK58+507位于路隧过渡段，全段采用级配碎石掺5%水泥填筑，基底粉质黏土层4～5 m，全风化泥质粉砂岩层5～6 m，其下基岩。全段采用CFG桩加固，三角形布置，桩间距1.6 m，桩长10.6 m。横断面设计如图1所示。

图1　DK58+507横断面设计(单位：m)

DK59+145位于路桥过渡段，全段采用级配碎石掺5%水泥填筑，基底粉质黏土层3～4 m，全风化泥质粉砂岩层13～15 m，其下基岩。全段采用CFG桩加固，三角形布置，桩间距1.6 m，桩长18.9 m，横断面设计如图2所示。

图2　DK59+145横断面设计(单位：m)

DK61+850位于路桥过渡段，全段采用级配碎石掺5%水泥填筑，基底粉质黏土层7～8 m，全风化泥质粉砂岩层4～5 m，其下基岩。全段采用CFG桩加固，三角形布置，桩间距1.6 m，桩长12.3 m，横断面设计如图3所示。

图3　DK61+850横断面设计(单位：m)

2.2　观测元件的选取

路基沉降观测主要分为路基面沉降和地基沉降观测两部分。路基沉降变形监测断面应根据不同的地层条件、不同的结构部位、不同的工点类型等具体情况设置，测点及观测元器件的埋设位置应符合沉降变形观测方案要求。DK58+507、DK59+145和DK61+850路堤下地基均有压缩层且路堤填高≥4.0 m，设计方案采用B-1型监测断面(如图4)。

图4　B-1型沉降监测剖面元件布置(单位：m)

B-1型监测断面监测元器件主要包括观测桩、单点沉降计和沉降板，按三等变形测量等级技术标准建立沉降变形观测网，布设工作基点和水准基点。

2.3　观测频次及观测精度要求

路基沉降观测频次要求如表1所示。沉降观测所采用的仪器设备需进行定期检查；每次测量应固定观测人员，采用同一台仪器设备，采用相同的观测路线和观测方法，在相同观测条件下采集数据。沉降变形的观测精度为1 mm，读数至0.1 mm；单点沉降计观测精度为测量值的1%，灵敏度为0.01 mm。

表1　路基沉降观测频次

3观测数据结果分析

根据《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》(铁建设[2006]158 号)等相关文件要求，需要对路基变形作一系列的预测与评估，确定路基的工后沉降与变形满足设计要求后，才能在路基上铺设无砟轨道。莞惠城际路基填筑完成后自然沉降时间较长，摆放期1至3年。但采集准确数据时间相对滞后，采集数据前路基沉降已经发生，所以后期沉降量相对较小。对近6个月的数据进行分析，路基沉降值处于收敛状态，没有出现下沉迹象。

图5、图6、图7为路基填筑完成后采集的观测数据绘制而成，临近观测频次的时间间隔不小于1周，且观测周期也大于6个月。

图5　监测点DK58+507 T-S曲线

图6　监测点DK59+145 T-S曲线

图7　监测点DK61+850 T-S曲线

路基工后沉降预测采用曲线回归法，同时满足以下要求：

①从路基完成填筑或堆载预压后不少于3个月的实际观测数据作多种曲线的回归分析，确定沉降变形的发展趋势，曲线回归的相关系数不低于0.92。

②沉降预测的可靠性必须经过检验，间隔不少于3个月的两次预测最终沉降的差值需小于8 mm。

③路基填筑完成或堆载预压后，最终的沉降预测时间需满足下列公式

式中S(t)——预测的沉降观测值；

S(t=∞)——时间t预测的最终沉降值。

④铺设无砟轨道存在特定的技术条件，这些条件的评定存在一定的要求：对每个路基工点需以三个月为周期，根据最新推导的沉降拟合曲线进行工后沉降预测，且预测次数至少两次，并检查所有观测断面的预测工后沉降结果是否满足下列公式

SR=S(T3-T0)+Sst≤15 mm

式中SR——工后沉降量；

T0——预计铺设无砟轨道的时间点；

T3——预定运营完成时间点(如100年)；

S(T3-T0)——路基在铺轨后发生的沉降量；

Sst——铺设无砟轨道结构自重发生的沉降量。

典型监测断面预测分析如表2所示。

表2　监测断面预测分析

通过以上数据分析可知，DK58+507、DK59+145和DK61+850等三个监测点的拟合曲线相关系数皆小于0.92，与评估指南规定的相关系数不小于0.92的这一要求不相符合。但是以上三个监测点的沉降曲线为典型的小幅值大波动曲线形态，此类型的曲线形态在很大程度上削弱了拟合曲线的相关性。从曲线整体趋势上来看，其沉降已呈现出明显的收敛状稳定趋势，以上三点均满足无砟轨道铺设条件。

综上所述可知，采用CFG 桩对一般黏性土和全风化泥质粉砂岩地段地基加固后，其下卧地层沉降量已经非常小，远小于规范所要求的15 mm限制。

4结论

根据实测沉降监测数据与工后沉降预测结果可以得到以下结论:

(1)一般黏性土和全风化泥质粉砂岩地段采用CFG桩处理后，路基实际沉降量很小，完全满足无砟轨道设计要求，有必要对此类型地层的无砟轨道地基处理原则作进一步研究，优化CFG桩加固形式。

(2) 一般黏性土和全风化泥质粉砂岩地段采用CFG桩处理后无需采用堆载预压加强。

(3)在大面积填筑前，务必将沉降监测方案纳入代表性路基试验段一并进行监测试验，确定各型监测元器件的安装、调试、观测工艺，确保后期大规模沉降观测的可操作性。

参考文献

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[2]郑佳楠，李昕昕.浅谈道路路基设计[J].理论技术与市场，2012(1)

[3]杨涛.无砟轨道铁路路基工后沉降控制技术浅析[J].施工技术与测量技术，2010(5)

[4]赵勇，陈占，等.高速铁路无砟轨道路基沉降监测和研究[J].铁道工程学报，2012(6)

[5]中铁工程设计咨询集团有限公司.莞惠城际路基沉降变形观测方案[R].北京：中铁工程设计咨询集团有限公司，2012