余雷

（鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院線路咨詢部 高級工程師，北京 100038）

0 前言

高速鐵路對結構物的工后沉降要求非常嚴格。《高速鐵路設計規(guī)范》規(guī)定，有砟軌道一般地段路基工后沉降要求小于5 cm，竣工初期年沉降速率小于2 cm，橋路過渡段路基工后沉降要求控制在3 cm以內(nèi)[1]。

有關土工格柵在軟土地基中的應用研究比較多，但是大多數(shù)是針對某一種地基處理進行的研究[2－8]，部分研究成果還存在一定的爭議[9]。為了對比在不同地基處理中的效果，鐵道第四勘察設計院等單位對此進行了現(xiàn)場試驗研究。試驗中采用了漿噴樁、粉噴樁、塑料排水板超載預壓、真空聯(lián)合堆載預壓、砂樁超載預壓等方法處理軟土地基，實測了各種方法處理軟土地基中土工格柵的變形，分析了其變形規(guī)律，可供參考。

1 試驗概況及工程地質概況[10]

1.1 試驗段概況

試驗工點屬太湖湖積平原，地形平坦，有人工魚塘分布，地面標高2.5 m左右。試驗工點范圍為0+000~0+850，線路長度850 m，包括路基試驗段795.6 m，2個橋臺，1個橋墩，4座涵洞。路基試驗段線路為雙線，路基面寬13.8 m，線間距5.0 m。路堤設計填土高4.35~5.95 m，路堤邊坡坡率為1誜1.5。試驗地基處理措施詳見表1。

試驗段共設置了13個觀測測試斷面，其中包括主觀測測試斷面7個，輔助斷面6個。主要測試項目包括地表沉降、地基分層沉降、剖面沉降、路基面沉降、樁土沉降差、地基側向位移、邊樁位移等。全段共設置了測試、測量、觀測點1 149個。各斷面土工格柵測試元件布置見表2。

表1 軟土地基加固設計措施

表2 土工格柵測試元件布置一覽表

1.2 試驗段工程地質概況

試驗段地層巖性自上而下分述為：①黏土，灰黃色，軟/硬塑，夾有少量鐵錳結核，表層0.2～0.5 m為種植土，屬中等壓縮性土。②淤泥質粉質黏土，深灰色，流塑，含少量腐殖物，局部夾有薄層粉砂，大多數(shù)靈敏度超過16。③黏土，粉質黏土，粉土，局部夾薄層粉砂，呈交錯斷續(xù)沉積，層理清晰，屬中等偏低壓縮性土。④粉砂，可分為上下兩層，上部夾有薄層黏性土，中密/密實，飽和。地基土物理力學指標統(tǒng)計見表3。

2 測試分析

2.1 攪拌樁地基土工格柵受力特點分析

圖1為有無土工格柵攪拌樁地基樁土應力比隨著荷載、時間變化曲線。從圖中可以看出，未鋪設土工格柵的0＋180斷面，其樁土應力比在整個觀測期間均比0＋240斷面大，在荷載穩(wěn)定的后期，樁土應力比有所減少。

表3 土體物理力學指標統(tǒng)計一覽表

鋪設土工格柵的0＋240斷面樁土應力比在填筑荷載穩(wěn)定后變化幅度很小，而0＋180斷面樁土應力比起伏較大。說明鋪設土工格柵基底的應力得到了進一步的均化。

典型攪拌樁復合地基基底不同位置土工格柵變形分布見圖2。從圖中可知，土工格柵在鋪設初期，其變形受路堤荷載的影響較大，土工格柵變形增加較快；至填筑荷載為14.83 kPa，加荷期能觀測到土工格柵的應變經(jīng)過較短時間的減小又繼續(xù)增大的現(xiàn)象；至填筑荷載為91.72 kPa（大于路堤“拱效應”高度），大部分土工格柵的應變基本保持不變，并隨時間增長而有所減小。表明在路堤施工后期和施工完成后，通過路堤“拱效應”及土工格柵的應力調整作用，格柵應力狀態(tài)趨于一種較穩(wěn)定的水平。

圖2 基底不同位置土工格柵變形分布變化曲線（0＋240 斷面）

各時間段土工格柵的應變沿橫向分布并不均勻。攪拌樁復合地基的土工格柵應變在0.9%～2.5%之間，總的趨勢是路基中心附近的應變值較兩側大，相應的應力為8.1～22.5 kN/m，約為極限抗拉強度的25%左右。考慮碎石墊層中施工損傷、材料老化及蠕變等因素，攪拌樁試驗段所采用土工格柵的強度基本上是合適的。

2.2 真空預壓地基土工格柵受力特點分析

土工格柵應變隨時間、荷載的變化及沿橫斷面的變化曲線見圖3。從圖中可看出，隨填土高度、時間的增長，土工格柵受到的拉力緩慢增加。應變沿橫向分布呈不規(guī)則的鋸齒形，總體而言呈路基中心附近大而兩側小的規(guī)律，0+342斷面最大應變?yōu)?.46%，相應的應力為12.3 kN/m，發(fā)揮的強度約為極限值的20%。

圖3 真空聯(lián)合堆載預壓地基土工格柵應變沿橫斷面的分布(0+342斷面)

鑒于本工點真空預壓采用了兩布兩膜工藝，在荷載施工期間具有與土工格柵等同的作用，且真空預壓對地基穩(wěn)定有利，因此建議采用真空預壓地段可不鋪設土工格柵。

2.3 超載預壓地基土工格柵應變分析

土工格柵應變隨時間、荷載的變化及沿橫斷面的變化曲線見圖4。從圖中可看出，隨填土高度、時間的增長，土工格柵受到的拉力呈緩慢增加的趨勢，0+535、0+628兩個斷面最大應變分別為4.3%、3.5%，均出現(xiàn)在路基中心附近，兩側多數(shù)測點土工格柵的變形在2.0%左右。最大的應力為20.4～31.2 kN/m，約為土工格柵極限抗拉強度的50%。表明在路堤填筑期間土工格柵對保持路基的穩(wěn)定起到了一定的作用。

測試結果對比分析表明，超載預壓試驗段，由于路基中心與路基坡腳的差異沉降大，土工格柵受到的應力比真空聯(lián)合堆載預壓地基的大。

2.4 砂樁地基土工格柵應變分析

圖5為0+735斷面土工格柵荷載/時間/應變曲線。從圖中可知，土工格柵在鋪設初期，應變受施工影響變化較大；經(jīng)過1～2層填土之后便逐漸穩(wěn)定，此時中心應變比兩側小。隨荷載的增加，應變緩慢增大，線路中心增幅較兩側大，在荷載作用下線路中心線附近的沉降量比兩側的大，形成明顯的凹狀，位于線路中心附近的土工格柵總體上受到的拉應力比兩側大。土工格柵應變增量沿橫、縱向分布并不均勻。砂樁地基土工格柵的最大變形橫向為2.27%～2.5%、縱向為3.33%，相應的最大應力橫向為27.8～30.6 kN/m、縱向為40.7 kN/m，發(fā)揮的程度較大，最大發(fā)揮了土工格柵抗拉強度的30%左右。

3 結論

1）實測樁土應力比及土工格柵應變均表明了攪拌樁地基加筋墊層具有改善地基應力的作用。土工格柵應變隨荷載沉降的增加逐漸增大，土工格柵各時間段的應變沿橫向分布并不均勻。土工格柵的應變值為0.9%～2.5%之間，相應的應力為8.1～22.5 kN/m，最大發(fā)揮了其抗拉強度的25%左右?？紤]施工損傷、材料老化及蠕變等因素，攪拌樁試驗段所采用土工格柵的強度基本上是合適的。

2）真空預壓地基土工格柵的受力隨填土高度的增加而增加，最大拉應變?yōu)?.46%，相應的應力為12.3 kN/m，發(fā)揮的強度約為極限值的20%。

3）塑料排水板超載預壓地基土工格柵的受力隨填土高度的增加而增加，各測點的變形一般在2.0%左右，最大拉應變?yōu)?.5%～4.3%。最大的應力為20.4～31.2 kN/m，約為土工格柵極限抗拉強度的50%左右。在路堤填筑期間，土工格柵對保持路基的穩(wěn)定起到了一定的作用。

4）砂樁地基土工格柵應變增量沿橫、縱向分布并不均勻。砂樁地基土工格柵的最大變形橫向為2.27%～2.5%、縱向為3.33%，相應的最大應力橫向為27.8～30.6 kN/m、縱向為40.7 kN/m，約為土工格柵極限抗拉強度的30%左右。

5）各種地基土工格柵應變量在0.9%～4.3%，相應的應力為8.1～40.7 kN/m，約為極限強度的25%～50%。設計時宜根據(jù)不同的地基處理方法采用不同強度的土工格柵。

[1]中華人民共和國行業(yè)標準編寫組.高速鐵路設計規(guī)范 [S].北京:中國鐵道出版社，2009

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