姚 成 志

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

1 研究背景

路基作為鐵路的重要工程形式，其沉降變形關(guān)系到列車的安全，影響旅客乘坐的舒適度。近年來(lái)，隨著高鐵的發(fā)展，關(guān)于路基沉降控制的研究，國(guó)內(nèi)已經(jīng)取得了一系列成果，如京滬高鐵對(duì)中等壓縮黏土的沉降研究；武廣客專對(duì)紅黏土工程特性的研究等，并均提出了針對(duì)性的處理方案。但是，我國(guó)地域遼闊，在南方還廣泛分布著含礫黏土，工程性質(zhì)普遍較好，能滿足一般鐵路的技術(shù)要求，故對(duì)其工程特性、處理方案的研究較少。隨著高鐵建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，有必要針對(duì)此類含礫黏土開(kāi)展沉降特性研究，以確定經(jīng)濟(jì)合理的加固處理方案。

本文以贛龍鐵路實(shí)驗(yàn)課題為依托，對(duì)山前含礫黏土進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過(guò)理論計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、曲線擬合分析，對(duì)采用了堆載預(yù)壓和CFG短樁加固的地基沉降特性進(jìn)行了分析，探尋其沉降變形的特性。

2 工程概況

試驗(yàn)工點(diǎn)位于于都縣附近的山前緩坡。上覆地層為含礫黏土，硬塑，試驗(yàn)土體參數(shù)如表1所示，路基設(shè)計(jì)采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為高速鐵路無(wú)砟軌道，參考類似工程，對(duì)地基進(jìn)行了加固處理。主要采取CFG樁短樁復(fù)合地基，樁徑0.5 m，間距0.5 m，樁長(zhǎng)6 m，樁頂鋪設(shè)0.6 m厚碎石+中粗砂夾土工格柵，低填淺挖地段采用堆載預(yù)壓處理，以滿足工后沉降控制要求。

表1 試驗(yàn)段地基主要土工參數(shù)指標(biāo)

現(xiàn)場(chǎng)采用沉降板對(duì)路基中心及兩側(cè)路肩進(jìn)行沉降觀測(cè)，在路基中心分層設(shè)置單點(diǎn)沉降計(jì)對(duì)土體各點(diǎn)的沉降進(jìn)行實(shí)測(cè)，了解地基不同深度處的沉降規(guī)律，在坡腳外設(shè)置測(cè)斜管，對(duì)土體在路基荷

載下的側(cè)向變形規(guī)律進(jìn)行研究。

3 地基沉降測(cè)試成果分析

沉降監(jiān)測(cè)曲線顯示：不同埋深處的沉降曲線與加載曲線的趨勢(shì)一致，各深處土層的沉降隨填筑高度變化呈現(xiàn)出明顯的增加，路堤填筑速率較快時(shí)，地基各深度處土層沉降速率也隨之增加，路堤填筑的間歇期，地基各深度處土層沉降量出現(xiàn)反復(fù)波動(dòng)或以較小的速率增長(zhǎng)，增長(zhǎng)趨勢(shì)與路堤填筑期相比明顯減小(見(jiàn)圖1)。

沉降沿深度的變化表明：在荷載較小時(shí)，沉降很小；隨著時(shí)間荷載的增加，各測(cè)點(diǎn)的沉降增加。在荷載較小時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的沉降分布呈線性減小；隨著荷載的增加，在接近樁底以下的土層沉降減小幅度增大。加荷較快時(shí)，沉降發(fā)生的也較快；路堤本體荷載填筑完成后，各深度沉降逐漸得到收斂，沉降速率與填筑速率是正相關(guān)的。

測(cè)斜管監(jiān)測(cè)成果顯示：兩側(cè)路肩側(cè)向位移基本呈對(duì)稱分布。隨荷載增加，側(cè)向位移向外側(cè)呈增加的趨勢(shì)。預(yù)壓結(jié)束后側(cè)向位移有少量回彈，但回彈位移較小。預(yù)壓土堆載期地基土層側(cè)向位移的增大速率是路基填筑期的2倍～3倍左右。路基填筑期地基側(cè)向位移速率是路基填筑速率的3‰左右。深度20 m范圍內(nèi)地基側(cè)向位移是側(cè)向位移的主要組成部分，約占總側(cè)向位移的70%～80%。天然地基和復(fù)合地基的側(cè)向位移對(duì)比顯示，采用CFG樁加固后，側(cè)向位移僅為天然地基的50%左右，CFG樁可顯著提高地基土的整體性(見(jiàn)圖2)。

實(shí)測(cè)沉降與理論計(jì)算對(duì)比：常規(guī)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差在20%～55%，計(jì)算成果較穩(wěn)定；改進(jìn)解析法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差為15%～30%，計(jì)算精度較常規(guī)方法有所改善，但尚存不確定因素。綜合考慮，仍推薦常規(guī)方法進(jìn)行CFG樁復(fù)合地基的沉降計(jì)算，對(duì)于加固區(qū)沉降采用樁身壓縮法計(jì)算，對(duì)下臥層采用應(yīng)力擴(kuò)散法進(jìn)行估算，其中原狀土的壓縮模量采用切線模量與監(jiān)測(cè)成果最為接近。

4 地基沉降預(yù)測(cè)研究

根據(jù)目前通用的分層總和法計(jì)算思路，結(jié)合三點(diǎn)法、雙曲線法、三點(diǎn)修正雙曲線法、拋物線法、指數(shù)曲線法五種方法沉降進(jìn)行曲線擬合，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，找出該含礫黏土地基的最佳沉降預(yù)測(cè)方法(見(jiàn)圖3)。

從表2可知，雙曲線法的相對(duì)誤差振動(dòng)范圍明顯小于其他四種預(yù)測(cè)方法的相對(duì)誤差振動(dòng)范圍。就具體擬合過(guò)程而言，雙曲線法簡(jiǎn)單便捷，具有較好的擬合預(yù)測(cè)效果。

對(duì)含礫黏土地基沉降推算，在路基小變形情況下，觀測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)有一定的波動(dòng)，雙曲線法預(yù)測(cè)出的數(shù)據(jù)存在一定誤差，但在允許范圍內(nèi)，而三點(diǎn)法及三點(diǎn)修正的雙曲線法在部分情況下預(yù)測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確，其中三點(diǎn)法可作為雙曲線法的參考，進(jìn)行輔助預(yù)測(cè)，指數(shù)曲線法所預(yù)測(cè)的后期沉降亦可作為參考。

表2 五種擬合方法技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

研究成果顯示，含礫黏土地基為中等偏低壓縮性土，通過(guò)監(jiān)測(cè)對(duì)比，可得到如下結(jié)論：

1)數(shù)據(jù)顯示，常規(guī)沉降計(jì)算與實(shí)測(cè)值相對(duì)誤差20%～55%左右，計(jì)算成果較穩(wěn)定。改進(jìn)解析法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值誤差較小，但尚存不確定因素。綜合考慮，仍推薦常規(guī)分層總和法進(jìn)行計(jì)算。其中原狀土的壓縮模量推薦采用切線模量。

2)對(duì)工后沉降的預(yù)測(cè)，雙曲線法預(yù)測(cè)結(jié)果較準(zhǔn)確，推薦使用雙曲線法進(jìn)行工后沉降的預(yù)測(cè)分析。

3)就工后沉降控制效果而言，采用短樁或堆載預(yù)壓處理均能滿足高速鐵路無(wú)砟軌道15 mm的工后沉降要求，體現(xiàn)了含礫黏土的中等偏低壓縮性特點(diǎn)，相比于軟土地區(qū)一般采用的樁板或樁筏結(jié)構(gòu)，可以采用短樁樁網(wǎng)復(fù)合地基、堆載預(yù)壓等相對(duì)較弱的處理方案，工程造價(jià)更為經(jīng)濟(jì)。