某客货共线铁路深厚松软土地基物理力学特性分析

2016-12-30孟伟超

铁道勘察 2016年6期

关键词：液性工后共线

孟伟超

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

某客货共线铁路深厚松软土地基物理力学特性分析

孟伟超

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

深厚松软土地层在我国西北、东北及华北地区普遍存在，高速铁路修建过程中此类地层的地基处理方案选取对工程的可靠性和经济性影响显著。对东北地区某客货共线铁路的典型深厚松软土地层进行详细的物理力学特性分析，为确定适宜的地基处理措施提供依据。

深厚松软土物理力学特性静力触探地基沉降

某新建200 km/h的客货共线铁路位于松花江右岸冲洪积平原及小兴安岭低山丘陵区。线路起点至DK111+000范围内地基表层普遍分布松软土地层，厚度2.0～23.6 m，此类深厚松软土地层在华北、东北及西北地区普遍存在。近年来，高速铁路的修建使得其工程适用性越来越受到关注，相应地基处理方案的选取，既要考虑路基的沉降及稳定性要求，同时也要考虑造价问题[1]。

1 工程地质概况

选取代表性段落DK45+800～DK45+900里程范围布置钻探孔和静力触探孔。本段地层为表覆第四系上更新统冲洪积层(Q3al+pl)粉质黏土，局部有黏土、中砂、粗砂、细圆砾土等薄夹层或透镜体，土层厚度约32.7～37.7 m，下伏白垩系下统(K1)泥岩、砂岩、砾岩，工程地质纵断面如图1所示。

地层：粉质黏土，灰褐色—黄褐色，土质不均，含铁锰质氧化物，流塑σ0=80 kPa，软塑σ0=100～150 kPa，硬塑σ0=160～180 kPa；黏土，灰褐色，含少量锈斑及铁锰质氧化物，成分以黏粒为主，土质均匀，软塑σ0=140 kPa，硬塑σ0=180 kPa；中砂和粗砂，灰褐色，中密，饱和，成分以石英、长石为主，含少量黏性土，中砂σ0=250 kPa，粗砂σ0=300 kPa。钻孔土对混凝土结构具氯盐侵蚀性、盐类结晶侵蚀性，环境作用等级L1、Y2。

地下水：第四系孔隙潜水，主要由大气降水补给，勘测期间地下水埋深4.70～7.80 m(高程168.47～172.20 m)，水位变幅2～3 m。地下水对混凝土结构具酸性侵蚀性，环境作用等级H1。

土壤最大冻结深度为2.02 m。

地震动峰值加速度0.05g(地震基本烈度Ⅵ度)。

图1 工程地质纵断面

2 地基土分层

对钻探所得原状土样测定其含水率、天然密度、颗粒密度、孔隙比、饱和度、界限含水率、固结快剪的内摩擦角和黏聚力等物理力学指标[2]。其中，液性指数是土体的重要指标，可反映地层的承载力和稳定性等工程特性，将液性指数IL沿深度的变化绘于图2。从图2中可以看出，表层2 m左右内的土体液性指数在0.15～0.50之间，为硬塑；2～20 m范围内土体的液性指数IL多数在0.45～0.80之间，大部分为软塑；20～23 m范围内为粗粒土夹层；23～27 m范围内土体的液性指数IL在0.20～0.55之间，多为硬塑状态；27 m以下土体的液性指数IL在0～0.30之间，为硬塑。

图2 液性指数随地基深度的散点分布

可见，表层2 m范围内土层相对下部土体而言为一硬壳层[3]；2～20 m范围内土体含水率较大，土体较软；23 m以下均为硬塑土。根据土体的液性指数，将松软土地层大致分成四层，第一层为0～2 m，第二层为2～20 m，第三层为23～27 m，第四层为27 m以下，其中，20～23 m为中砂、粗砂和细圆砾土组成的粗粒土夹层。根据分层情况，对每层的物理力学指标进行后续统计分析。

3 地基土物理力学性质

3.1 地基土物理性质

表1为松软土各地层物理指标统计标准值的数据汇总。

表1 地基土物理指标标准值汇总

由表1中数据可知，除表层的硬壳层土体之外，其下各地层的物理特性指标与地基深度均呈规律性变化；其中，高饱和度是东北地区松软土的一个显著特点[4]。

3.2 地基土力学性质

表2为松软土各地层力学指标统计标准值的数据汇总。

表2 地基土力学指标标准值汇总

由表2中数据可知，除表层的硬壳层土体之外，其下各地层的力学特性指标与地基深度均呈规律性变化；其中，固结系数和渗透系数普遍低于常规经验值[5]，除了地基土本身特性之外，不排除取样扰动的影响[6]。

表3为根据静力触探锥尖阻力计算压缩模量的数据。对比可发现，静力触探数据估算的压缩模量大于室内压缩试验的测定值。一方面的原因在于原位测试避免了取样扰动和应力释放的影响[7]；另一方面，静力触探在地基深部测试时穿越了粗粒土层，可能导致该层以下黏性土层数据测试值偏大。

表3 黏性土压缩模量静力触探数据估算

图3为试验段补勘钻孔试样所测自重应力、先期固结压力和超固结比OCR随地基深度的变化曲线。

从图3中可以看出，地基土的先期固结压力分布在100～300 kPa范围，先期固结压力在地基浅层稍偏大，随深度增加略衰减；在地基0～15.0 m范围处于轻微的超固结状态，15.0～30.0 m近似处于正常固结状态，30.0 m以下有轻微的欠固结性。考虑到应力释放效应和深层取样的扰动，可以认为深层地基土同样处于正常固结状态。

4 沉降检算及地基处理

选取4个典型断面，根据钻孔原位取样的试验数据对其地基沉降进行检算。本线为客货共线铁路，检算时附自比取值0.15，常规路基地段工后沉降控制值取150 mm，路桥过渡段取80 mm。同时，对该段地基采用CFG桩加固条件下的沉降进行验算，具体桩径为0.5 m，桩间距2.0 m，加固深度较浅，分别为7.7 m和8.7 m。加固前后的地基沉降数据对比见表4。

图3 超固结比、自重应力和先期固结压力变化曲线

可以发现，在天然地基条件下，本段松软土地基工后沉降均大于150 mm的设计限值，经过CFG桩加固处理后，7.7 m加固深度的地基工后沉降均小于150 mm，8.7 m加固深度的地基工后沉降小于80 mm的过渡段限值。加固后的工后沉降减小比例在43%～72%范围，浅层加固即可起到很好的效果。由工后沉降的减小比例可知，加固前地基软弱层越明显，加固后的改善效果越显著(钻孔14-SYZD-004地下4.0～7.0 m发现软土夹层)。