袁 報
(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,山東濟(jì)南 250012)
盤錦港疏港鐵路位于遼寧省盤錦市境內(nèi),線路全長48.9 km。國鐵Ⅰ級,單線,預(yù)留雙線,設(shè)計速度120 km/h。
沿線經(jīng)過區(qū)域?yàn)檫|河沖積平原,地形平坦開闊,植被稀少,交通十分方便。年平均溫度9.4℃,極端最低氣溫-29.9℃,年平均降水量632.8 mm,年平均蒸發(fā)量1 535 mm。積雪厚度20 cm,土地標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度為103 cm,屬于季節(jié)性凍土。路基工點(diǎn)類型主要為軟土、松軟土及砂土液化等路基工點(diǎn),共42處,累計長度34.3 km。
該測區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)(Qml4)人工填筑土,第四系全新統(tǒng)沖積(Qal4)、海積層(Qm4)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉砂、粉土、細(xì)砂。主要巖土力學(xué)指標(biāo)如下:
②粉質(zhì)粘土(松軟土):γ =18.5 kN/m3,C=13 kPa,φ =12°,[σ]=120 kPa,Es=4 MPa;
③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(軟土):γ =17 kN/m3,C=10 kPa,φ =6°,[σ]=80 kPa,Es=2.5 MPa;
④粉土:γ =19 kN/m3,C=11 Pa,φ =14°,[σ]=150 kPa,Es=5 MPa。
測區(qū)內(nèi)地表水發(fā)育,地下水主要為第四系孔隙潛水,埋藏較淺,埋深在 1.0 m ~3.5 m。
沿線地表水、地下水SO2-4對混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕等級為H1~H2;Cl-對混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕等級為L1~L3。
本線范圍內(nèi)地震動峰值加速度為0.10g~0.15g,相應(yīng)地震動反應(yīng)譜特征周期為 0.45 s~0.55 s。
施工期安全系數(shù)[Fs]≥1.10;運(yùn)營期安全系數(shù)[Fs]≥1.20。
一般路堤地段工后總沉降不大于20 cm,沉降速率不大于5 cm/年;路橋過渡段工后沉降不大于10 cm。
1)填高小于基床厚度的低路堤,地基承載力應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范的要求。
2)復(fù)合地基處理后的地基,承載力應(yīng)滿足下式要求:
其中,pk為路基底面處壓力值,kPa;[σ]為處理后地基容許承載力,kPa;k為地基承載力計算修正系數(shù),對于路堤、場坪等柔性基礎(chǔ)地基其值可取1.2 ~1.5。
1)單樁豎向承載力特征值計算。
水泥攪拌樁單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場載荷試驗(yàn)確定。按式(2),式(3)計算取較小值,CFG樁按式(2)計算,滿足式(4)要求。
其中,Pf為水泥攪拌樁:為與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值,本工程取1.6 MPa;CFG樁:樁體混合料試塊(邊長150mm立方體)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d立方體抗壓強(qiáng)度平均值,本工程取10 MPa;η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù),干法可取 0.20 ~0.30;濕法可取0.25 ~0.33,本工程為濕法取0.30;up為樁的周長,m;n為樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù);qi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值。對淤泥可取4 kPa~7 kPa;對淤泥質(zhì)土可取6 kPa~12 kPa;對軟塑狀態(tài)的粘性土可取10 kPa~15 kPa;對可塑狀態(tài)的粘性土可以取12 kPa~18 kPa;li為樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度,m;qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值,kPa;α為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù),本工程水泥攪拌樁取0.4,CFG樁取1。
水泥攪拌樁采用樁徑0.5 m,由式(3)可求得[P]=94.25 kN;當(dāng) qi取12 kPa時,qp取150 kPa,當(dāng) li取4.5 m 時,由式(2)可求得[P]=96.6 kN,軟土深度基本上均超過4.5 m,故[P]取94.25 kN。
對于CFG樁,28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于10 MPa,采用式(2)計算時,α取1,采用沉管施工,當(dāng)qi取12 kPa時,qp取750 kPa,當(dāng)li取15 m時,得[P]=324 kN,代入用式(4)驗(yàn)算滿足要求。
2)復(fù)合地基承載力計算。
復(fù)合地基承載力可按TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程估算:
其中,σsp為復(fù)合地基容許承載力,kPa;σs為樁間土天然地基容許承載力,kPa;β為樁間土承載力折減系數(shù)。水泥攪拌樁當(dāng)樁底為軟弱土層時,可取0.5~1.0;樁底為硬土層時,可取 0.1~0.4;CFG 樁可取0.75~0.95;m 為置換率,一般可取10%~20%;A為樁所承擔(dān)的復(fù)合地基面積,m2。
3)路基基底壓力可采用簡化方法γH法。γH法中的路基基底壓力pk按下式進(jìn)行確定:
其中,γ為路基填料容重,kN/m3;h為路堤填方高度,m;B為路堤基底寬度,m;Q為列車荷載,kN/m;P為鋼軌、軌枕、道床總重(根據(jù)軌道類型及道床形式尺寸計算確定),kN/m。
表1 水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力計算表
從表1可以看出當(dāng)k取1.2時,對地基承載力進(jìn)行修正后,路基填高 h≤7.5 m 路堤地段,樁間距 1.2 m;7.5 m < h≤8.5 m 地段,樁間距1.1 m;8.5 m <h≤9.5 m 地段,樁間距 1.0 m,承載力驗(yàn)算基本滿足要求。
從表2可以看出,當(dāng)k取1.2時,對地基承載力進(jìn)行修正后,路基填高h(yuǎn)≤10 m的路堤地段,樁間距1.8 m,承載力驗(yàn)算基本滿足要求。
路堤和地基的整體穩(wěn)定性宜采用圓弧滑動法進(jìn)行計算。根據(jù)TB 10001-2005鐵路路基設(shè)計規(guī)范和TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計算。
1)地基壓縮層計算深度應(yīng)考慮路堤高度、地層結(jié)構(gòu)及地基土特性等因素按下列要求綜合確定,地基壓縮層的計算深度應(yīng)滿足下式要求:
其中,σz為沉降計算深度z處的地基垂直附加應(yīng)力,kPa;σt為沉降計算深度z處的地基自重應(yīng)力,kPa。
2)天然地基和采取排水固結(jié)法處理后地基的總沉降量可按下式計算:
其中,ms為沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù),與地基條件、荷載強(qiáng)度、加荷速率等因素有關(guān):對于飽和軟粘性土,采用堆載預(yù)壓排水固結(jié)法處理時,其值可取1.2 ~1.4。
表2 CFG樁復(fù)合地基承載力計算表
3)復(fù)合地基的總沉降量可按下式計算:
其中,S1為加固區(qū)沉降量,m;S2為下臥層沉降量,m;ms為沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù),與地基條件、荷載強(qiáng)度等因素有關(guān),根據(jù)地區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗(yàn)確定。對于軟土地基,其值可取1.0~1.2;對于非軟土地基,可根據(jù)區(qū)域工程經(jīng)驗(yàn)取值。
4)地基工后沉降量應(yīng)按下式進(jìn)行計算:
其中,Sr為工后沉降量,m;S為最終沉降量(或稱總沉降量),m;ST為上部建筑物竣工或路基竣工鋪軌完成己經(jīng)發(fā)生的沉降量(或稱施工期沉降量),m。
表3 路基穩(wěn)定性安全系數(shù)和沉降量計算成果一覽表
路基穩(wěn)定性安全系數(shù)和沉降量計算成果見表3。
盤錦港疏港鐵路路基正線及站線路基地基加固處理采用水泥攪拌樁,局部橋頭地段采用CFG樁。場坪區(qū)域采用水泥攪拌樁和塑料排水板加固。水泥攪拌樁按正三角形布置,樁間距一般區(qū)域1.2 m;過渡段1.0 m ~1.1 m。橋頭局部地段采用 CFG樁,按正方形布置,樁間距1.6 m~1.8 m。塑料排水板按正三角形布置,間距1.0 m,塑料排水板與水泥攪拌樁連接區(qū)域設(shè)置不小于2 m的過渡段,段內(nèi)水泥攪拌樁間距1.6 m,塑料排水板間距仍保持1.0 m。樁或板頂設(shè)置不小于0.4 m厚的加筋砂礫石墊層,墊層內(nèi)鋪設(shè)一層抗拉強(qiáng)度80 kN/m雙向土工格柵。
[1]鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·路基[M].北京:中國鐵道出版社,1992.
[2]TB 10106-2010,鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].
[3]TB 10001-2005,鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S].