周勇波　吳　軍

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京　100055)

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

ZHOU Yong-bo　WU Jun

莞惠城際鐵路無砟軌道路基地基加固設計

周勇波吳軍

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京100055)

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

ZHOU Yong-boWU Jun

摘要介紹莞惠城際鐵路無砟軌道路基地基加固設計方案和路基沉降觀測措施。通過對沉降觀測數據綜合分析，推算出最終沉降量和工后沉降，用以判斷地基加固設計方案的合理性。

關鍵詞無砟軌道地基加固工后沉降

近十年來我國鐵路行業(yè)發(fā)展十分迅速，各地新建眾多城際鐵路，其中無砟軌道鐵路所占比例相當高。與有砟軌道相比，無砟軌道對路基的工后沉降標準更高、要求更加嚴格。莞惠城際鐵路無砟軌道設計中對土質路基進行了沉降變形計算，采取了相應的地基加固措施。而實際設計過程中影響沉降計算的控制因素較多，沉降計算的精度不足以控制無砟軌道路基工后沉降。施工期必須進行系統(tǒng)的沉降變形動態(tài)觀測。通過對沉降觀測數據綜合分析評估，驗證或調整設計措施，使路基工程達到規(guī)定的變形控制要求。

1工程概況

東莞至惠州城際軌道線地處東江下游，總體地勢呈北東高，西南低，沿線地貌為東江三角洲平原、沖積平原、剝蝕丘陵及東江沖積平原。地勢多平坦開闊，三角洲平原河道縱橫交錯。該線起點為東莞市洪梅站，終點為惠州客運北站。正線范圍DK2+591.092～ DK103+956.001，正線全長97.871 km，設計時速200 km，采用無砟軌道。正線范圍內路基長度5.268 km，路基占全線總長5.4%。

路基工點類型主要有坡面防護工程、深路塹工程、陡坡路基、地基處理工程、浸水(水塘)路基工程等。路基工點主要分布在瀝林鎮(zhèn)嶺貝村橋梁與隧道之間的過渡段、常平鎮(zhèn)和謝崗鎮(zhèn)丘陵地區(qū)的橋梁與橋梁之間短路基，以及謝崗至瀝林區(qū)間并行既有京廣鐵路地段。

2無砟軌道路基地基加固設計

在2009年莞惠城際路基工點勘察設計中，遇到了大量的承載力在150 kPa以上的黏性土和壓縮模量較低的全風化泥質粉砂巖地層，該類土質地基大都屬于非飽和土范疇。

前些年修建的一些無砟軌道路基工程，由于沉降計算不滿足工后沉降小于15 mm的要求，大多數設計方案都對該類地基進行了CFG樁、旋噴樁等復合地基加固，并多結合施工工期采用堆載預壓的方式進行加強處理。部分土質地基甚至還采用了管樁及鉆孔灌注樁等剛性樁網、樁板結構。

在珠三角城際鐵路網先期開工的莞惠城際路基設計中，針對目前無砟軌道地基處理存在的問題，在分析其他同類型鐵路設計經驗的基礎上，對硬塑黏性土、粗粒土和全風化層地基處理原則進行了優(yōu)化，僅對壓縮性相對較大、土層較厚的地段采用CFG樁加固，余采用淺層挖除換填和堆載預壓等加固措施。

2.1　典型工點路基設計

GZH-8標范圍內路基工點主要為橋梁與橋梁之間短路基。工點地層主要為黏性土和全風化泥質粉砂巖。選擇有代表性的GZH-8標路基工點中DK58+507、DK59+145和DK61+850橫斷面作為說明樣本。

DK58+507位于路隧過渡段，全段采用級配碎石摻5%水泥填筑，基底粉質黏土層4～5 m，全風化泥質粉砂巖層5～6 m，其下基巖。全段采用CFG樁加固，三角形布置，樁間距1.6 m，樁長10.6 m。橫斷面設計如圖1所示。

圖1　DK58+507橫斷面設計(單位：m)

DK59+145位于路橋過渡段，全段采用級配碎石摻5%水泥填筑，基底粉質黏土層3～4 m，全風化泥質粉砂巖層13～15 m，其下基巖。全段采用CFG樁加固，三角形布置，樁間距1.6 m，樁長18.9 m，橫斷面設計如圖2所示。

圖2　DK59+145橫斷面設計(單位：m)

DK61+850位于路橋過渡段，全段采用級配碎石摻5%水泥填筑，基底粉質黏土層7～8 m，全風化泥質粉砂巖層4～5 m，其下基巖。全段采用CFG樁加固，三角形布置，樁間距1.6 m，樁長12.3 m，橫斷面設計如圖3所示。

圖3　DK61+850橫斷面設計(單位：m)

2.2　觀測元件的選取

路基沉降觀測主要分為路基面沉降和地基沉降觀測兩部分。路基沉降變形監(jiān)測斷面應根據不同的地層條件、不同的結構部位、不同的工點類型等具體情況設置，測點及觀測元器件的埋設位置應符合沉降變形觀測方案要求。DK58+507、DK59+145和DK61+850路堤下地基均有壓縮層且路堤填高≥4.0 m，設計方案采用B-1型監(jiān)測斷面(如圖4)。

圖4　B-1型沉降監(jiān)測剖面元件布置(單位：m)

B-1型監(jiān)測斷面監(jiān)測元器件主要包括觀測樁、單點沉降計和沉降板，按三等變形測量等級技術標準建立沉降變形觀測網，布設工作基點和水準基點。

2.3　觀測頻次及觀測精度要求

路基沉降觀測頻次要求如表1所示。沉降觀測所采用的儀器設備需進行定期檢查；每次測量應固定觀測人員，采用同一臺儀器設備，采用相同的觀測路線和觀測方法，在相同觀測條件下采集數據。沉降變形的觀測精度為1 mm，讀數至0.1 mm；單點沉降計觀測精度為測量值的1%，靈敏度為0.01 mm。

表1　路基沉降觀測頻次

3觀測數據結果分析

根據《客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南》(鐵建設[2006]158 號)等相關文件要求，需要對路基變形作一系列的預測與評估，確定路基的工后沉降與變形滿足設計要求后，才能在路基上鋪設無砟軌道。莞惠城際路基填筑完成后自然沉降時間較長，擺放期1至3年。但采集準確數據時間相對滯后，采集數據前路基沉降已經發(fā)生，所以后期沉降量相對較小。對近6個月的數據進行分析，路基沉降值處于收斂狀態(tài)，沒有出現下沉跡象。

圖5、圖6、圖7為路基填筑完成后采集的觀測數據繪制而成，臨近觀測頻次的時間間隔不小于1周，且觀測周期也大于6個月。

圖5　監(jiān)測點DK58+507 T-S曲線

圖6　監(jiān)測點DK59+145 T-S曲線

圖7　監(jiān)測點DK61+850 T-S曲線

路基工后沉降預測采用曲線回歸法，同時滿足以下要求：

①從路基完成填筑或堆載預壓后不少于3個月的實際觀測數據作多種曲線的回歸分析，確定沉降變形的發(fā)展趨勢，曲線回歸的相關系數不低于0.92。

②沉降預測的可靠性必須經過檢驗，間隔不少于3個月的兩次預測最終沉降的差值需小于8 mm。

③路基填筑完成或堆載預壓后，最終的沉降預測時間需滿足下列公式

式中S(t)——預測的沉降觀測值；

S(t=∞)——時間t預測的最終沉降值。

④鋪設無砟軌道存在特定的技術條件，這些條件的評定存在一定的要求：對每個路基工點需以三個月為周期，根據最新推導的沉降擬合曲線進行工后沉降預測，且預測次數至少兩次，并檢查所有觀測斷面的預測工后沉降結果是否滿足下列公式

SR=S(T3-T0)+Sst≤15 mm

式中SR——工后沉降量；

T0——預計鋪設無砟軌道的時間點；

T3——預定運營完成時間點(如100年)；

S(T3-T0)——路基在鋪軌后發(fā)生的沉降量；

Sst——鋪設無砟軌道結構自重發(fā)生的沉降量。

典型監(jiān)測斷面預測分析如表2所示。

表2　監(jiān)測斷面預測分析

通過以上數據分析可知，DK58+507、DK59+145和DK61+850等三個監(jiān)測點的擬合曲線相關系數皆小于0.92，與評估指南規(guī)定的相關系數不小于0.92的這一要求不相符合。但是以上三個監(jiān)測點的沉降曲線為典型的小幅值大波動曲線形態(tài)，此類型的曲線形態(tài)在很大程度上削弱了擬合曲線的相關性。從曲線整體趨勢上來看，其沉降已呈現出明顯的收斂狀穩(wěn)定趨勢，以上三點均滿足無砟軌道鋪設條件。

綜上所述可知，采用CFG 樁對一般黏性土和全風化泥質粉砂巖地段地基加固后，其下臥地層沉降量已經非常小，遠小于規(guī)范所要求的15 mm限制。

4結論

根據實測沉降監(jiān)測數據與工后沉降預測結果可以得到以下結論:

(1)一般黏性土和全風化泥質粉砂巖地段采用CFG樁處理后，路基實際沉降量很小，完全滿足無砟軌道設計要求，有必要對此類型地層的無砟軌道地基處理原則作進一步研究，優(yōu)化CFG樁加固形式。

(2) 一般黏性土和全風化泥質粉砂巖地段采用CFG樁處理后無需采用堆載預壓加強。

(3)在大面積填筑前，務必將沉降監(jiān)測方案納入代表性路基試驗段一并進行監(jiān)測試驗，確定各型監(jiān)測元器件的安裝、調試、觀測工藝，確保后期大規(guī)模沉降觀測的可操作性。

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中圖分類號：U213.1+5

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)01-0068-03

作者簡介：第一周勇波(1982—)，男，2005年畢業(yè)于西南交通大學土木工程專業(yè)，工程師。

收稿日期：2014-12-18