客运专线路基帮宽工程的设计与实践

王兴荣

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

客运专线路基帮宽工程的设计与实践

王兴荣

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

无砟轨道铁路附近新建建筑物容易引起既有铁路的变形,如何选择合理的地基处理措施、相对准确的变形分析方法等是必须思考的问题。通过对某工点的计算、地基处理措施的选择、观测数据的对比分析,提出了新建工程地基处理尽可能采用非取土桩、合理的施工顺序等几点建议。

客运专线；帮宽路基；沉降计算；地基处理；设计；施工

新建铁路引入普速铁路时引起既有线的附加沉降，导致轨道的不平顺，一般可以采用调整道床等措施进行调节。高速公路建设中对既有路面的拓宽工程，为了保证路面整体的平顺性，一般采用挖除部分原路基并设置土工格栅搭接、新建部分采用较强地基加固处理措施。

近几年兴建的客运专线、高速铁路等，对线下工程如路基和桥梁的工后沉降提出了更高的要求，位于平原地区的无砟轨道铁路建成后，在其附近采集地下水、兴建各种建筑物等均可引起既有铁路附加沉降。已竣工或在建的无砟轨道客运专线，多处工点在无砟轨道铺设后，由于线路附近增加了附加荷载而引起无砟轨道的附加沉降。由于无砟轨道高程调节困难，维修难度高，对运营的影响大。所以无砟轨道线路附近的新建工程，应评估新建工程对于既有无砟轨道线路的影响，确保既有客运线路的正常运营。

随着客运专线网的不断完善，新建线路不可避免的需要接入已经开通营运的客运线路，新建线路需要在保证既有客运专线安全的前提下进行设计、施工。

1 工点设计

1.1 概况

某客运专线无砟轨道路基竣工铺轨并锁定轨道后处于联调联试阶段，新建客运专线需要接入该线，在已经建成的路基两侧帮宽，本段线路长度约600 m。路堤高5.8～6.1 m，双线，路基两侧对称帮宽，单帮宽宽度为6.8 m。

1.2 地层及地基处理方案

工点地处冲积平原，黏土，黄褐色～灰色，软塑～坚硬，厚0.9～4.7 m；黏土，黄褐色，硬塑，厚1.2～1.7 m；粉土，褐黄色～黄褐色，中密～密实，潮湿，厚0.6～1.4 m；粉土，褐黄色～灰褐色，稍密～密实，稍湿～潮湿，厚0.8～7.8 m；粉质黏土，灰黄色，软塑，厚3.7 m；粉质黏土，黄褐色～灰黑色，软塑～硬塑，厚0.6～2.6 m；粉砂，黄褐色～灰色，中密～密实，饱和，厚1.6～3.55 m；粉砂，黄褐色～灰色，中密～密实，饱和，厚0.5～9.4 m。

地下水情况：地下水为第四系孔隙潜水，埋深0.9～11.5 m。主要由大气降水及地表水补给，水位变幅1～5 m。

既有线地基采用CFG桩加固，桩径0.5 m，间距1.6 m，正方形布置，应力影响线内桩长为26 m，桩筏结构；影响线以外桩长为21 m，桩网结构。

根据地基处理各种方案对沉降控制的经验，帮宽路基地基处理桩型主要在旋喷桩、CFG桩、钻孔灌注桩及预应力管桩中选择。由于在既有线坡脚施工旋喷桩易引起既有线下基底土强度降低进而产生附加变形；CFG桩、钻孔灌注桩施工过程中取土后地基在荷载作用下产生侧向变形从而引起竖向变形；非取土桩施工对地基产生挤密作用不会产生附加沉降，拟采用预应力管桩加固，桩径0.4 m，桩长21 m，正方形布置，桩间距为1.8 m。

2 沉降分析

按照拟定的地基处理方案，对帮宽路基分别采用了数值分析和复合模量法进行沉降计算。路基横断面见图1，土层划分及参数见表1。

图1 横断面示意(单位：m)

层序岩土名称土层厚度/m容重/(kN/m3)变形模量/MPa内摩擦角/(°)黏聚力/kPa1黏土218.81219.1302粉土0.719.2341922.53黏土1.618.71512.539.64粉质黏土319.4209.429.85粉土0.619.52516.222.46粉质黏土1.518.63514.5237粉土4.319.55912.629.18粉质黏土2.319.94512.831.49粉土1206525.21710粉砂1319.57234.0.111细砂1.319.58236.00.112粉土2.320.25915.128.113粉质黏土0.719.05216.920.614粉土1.820.26216.421.815粉质黏土320.35211.244.916黏土0.819.44610.241.917粉质黏土1020.45212.822.2

2.1 数值分析

采用有限元程序Plaxis 8.2二维专业版，结合路堤为长条形建筑物的特点把空间问题简化为二维问题进行计算。首先建模并生成自重应力场，将位移场与速度场归零后，形成初始位移场，再模拟标准双线路堤的施工，计算沉降量，将其位移归零，然后在这种状态下建立帮宽后的路堤模型，计算土层的应力、变形变化情况。路基帮宽数值分析模型见图2，计算结果见图3。

图2 路基帮宽数值分析模型

图3 路基帮宽后竖向变形云图

2.2 复合模量法计算

标准双线路堤的总沉降和加宽后路堤的总沉降之差，作为帮宽路基附加沉降的近似值。按照复合地基来计算沉降，管桩视为CFG桩进行简化计算。

按《建筑地基基础设计规范》中规定的变形计算方法进行沉降计算

式中s——地基最终变形量，mm；

P0——地表附加应力荷载；

s′——按分层总和法计算出的地基变形量；

ψs——沉降计算经验系数ψs。

表2 沉降修正系数

其中Ai——第I层土附加应力系数沿土层厚度的积分值。

n——地基变形计算深度范围内所划分的土层数

Esi——基础底面下第i层土的压缩模量，MPa，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍，ζ值按下式确定

ζ=fspk/fak

fspk——复合地基承载力特征值，kPa；

fak——基础下天然地基承载力特征值，kPa，计算取地基表层土基本承载力。

zi、zi-1——基础底面至第i层土、i-1层土底面的距离，m；

fspk计算方法按《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002/J 220—2002)第9.2.5条

式中m——面积置换率；正方形布置，m=Ap/D2，D为桩间距，本工点为1.6。

Ra——单桩竖向承载力；可按下式计算

式中up——桩周长，m；

n——桩长范围内所划分的土层数；

ιi——第i层土的厚度，m；

qsi、qp——桩周第i层土的侧摩阻力、桩端阻力特征值，kPa。桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求

式中fcu——桩体混合料试块(边长150 mm立方体)标准养护28 d立方体抗压强度平均值，kPa。

Ap——桩截面积，桩径0.5 m，截面积0.196 m2；

β——桩间土承载力折减系数，计算取0.75；

fsk——处理后桩间土承载力特征值，kPa，宜按当地经验取值，无经验时，取天然地基承载力特征值。

2.3 计算结果

利用数值分析、复合模量法计算，两侧帮宽路基无砟轨道路基的附加沉降值见表3。

表3 无砟轨道路基的附加沉降 mm

3 施工及沉降观测

3.1 地基处理、路堤填筑施工

帮宽路基地基处理的管桩施工采用静压法，压桩施工顺序为：从既有线坡脚开始向外侧施工，纵向间隔压桩，按此顺序进行压桩施工，压桩完成后进行质量检测，然后施作桩帽、填筑桩顶碎石垫层。

地基处理合格后按照路堤本体、基床底层、基床表层级配碎石的顺序分别进行填筑，在施工范围内按照大致相同的高程填筑。由于工期要求紧，地基处理、路堤填筑的施工时间分别为1.2个月和1个月。

3.2 沉降观测

利用埋设的沉降观测板(沉降观测桩)进行沉降观测，观测间隔在地基处理、路堤帮宽填筑阶段为3～5 d；填筑完成后初期为5～8 d，后期为15 d，整个观测周期不少于6个月，取得沉降值。由于帮宽路基引起最终的附加沉降值及与计算结果的对比见表4。

表4 帮宽后实测沉降与计算沉降对比

从实际观测结果和理论计算的对比分析结果可以看出，理论计算值基本合理，可作为设计采取工程措施的基础。

4 结语

(1)为确保既有客运专线的安全，无砟轨道路基帮宽工程应在充分分析既有路基变形的基础上慎重进行。

(2)帮宽路基的地基处理措施影响既有线的附加沉降。管桩等非取土桩对于帮宽路基工程的地基加固，沉降控制效果显著。

(3)复合模量法不能考虑既有线沉降后地基土层参数的变化，其计算结果与实测值有一定偏差，数值分析受各种参数的影响同样与实测值有偏差，但只要取值相对合理，数值分析方法的计算结果与实测值更接近。

(4)解析计算、数值分析等结果都有一定的误差，计算沉降值与实测沉降值的对比规律性不强，根据计算结果的设计方案在施工过程中必须对既有路基进行变形监测，以验证设计、动态调整工程措施。

(5)为减少帮宽路基施工对既有线的影响，必须严格控制施工工序，管桩施工由内向外、纵向间隔进行；路基填筑纵横向均匀进行，并严格控制填筑速率。

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DesignandPracticeofSubgradeWideningProjectonRailwayPassengerDedicatedLine

WANG Xing-rong

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation, Tianjin 300142, China)

The new buildings built near ballastless track are likely to cause deformation of the existing railway. Therefore, how to choose a reasonable ground treatment measure and a relatively accurate deformation analysis method are the issues which must be carefully considered. This paper, based on a certain project site, illustrated how to calculate the project site, how to select the ground treatment measures, and how to comparatively analyze the observation data. This paper suggested that, the piles without earth digging should be employed as much as possible when doing ground treatment of the newly-built project, and should be accompanied by reasonable construction sequence.

passenger dedicated line; subgrade widening; settlement calculation; ground treatment; design; construction

2013-10-15

王兴荣(1962—)，男，高级工程师，工学学士，E-mail：wangxingrong@tsdig.com。

1004-2954(2014)01-0038-03

U238; U213.1+1

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.01.009