近海平原-丘陵区地铁路基设计方法

魏 征，梁 伟，李 佳，梁择声

(1.中国铁路设计集团有限公司，天津 300308；2.江门市银洲湖高速公路有限公司，广东 江门 529152；3.广东交大检测有限公司，广东 广州 510890)

0 引言

我国广东、浙江、福建等存在大片的近海平原-丘陵区，此区域的地质条件由岩石向海相沉积急剧变化，由此带来了软土沉降、不均匀沉降、附加荷载难以控制等困难。目前，地铁规范[1]在该地质条件下尚缺乏明确的标准，因此，研究并解决地质变化剧烈引起的各种问题，建立近海平原-丘陵区的地路基工程成熟、系统的设计方法，是非常必要和迫切的。

在近些年的铁路、公路工程设计中，工程技术人员注意到了滨海平原软土路基的技术难点。如：赵明华[2]等采用变权重系数组合各个模型来计算和预测软土路基的沉降-时间曲线；杨生[3]等发现滨海软土地区隔离桩可以减小堆载对周边构筑物的附加影响15%～30%；张旭[4]等发现滨海傍山软土路基会发生侧向滑移。但是这些研究只是揭示了近海平原-丘陵区路基工程的某些特点，并未提出近海平原-丘陵区这一概念，且没有完整形成该地区地铁路基工程的设计方法。

本文介绍在某沿海地区地铁路基工点设计中发现并解决了近海平原-丘陵区设计标准不明确和内涝严重、软土沉降、地基软硬不均、附加荷载对邻近建筑物产生附加沉降等问题的方法和经验，总结了近海平原-丘陵区的路基工程设计方法。

1 工程概况

某地铁轨道交通连接沿海经济大省省会及其相邻城市，建成于2021年6月，全长20.3km，其中正线路基0.7km，车辆段路基1.2km。路基工点类型有深路堑、受限路基、地上地下过渡段、软土路基等四种类型，存在着路基设计标准不明确，内涝严重、软土沉降、地基软硬不均、附加荷载对邻近建筑物产生附加沉降等问题。

2 研究内容

2.1 设计标准问题

2.1.1 路基面宽度标准

《地铁设计规范》(GB50157-2013)未规定区间路基面宽度，因此按照规范中规定的方法进行了综合布置，确定为接触网杆一侧3.8m、另一侧3.0m。路基综合布置如图1所示。从图1可见，路基面宽度左右可不对称，满足路基面上的设备、限界等要求即可。

图1 路堤标准横断面(单位：m)

2.1.2 基床厚度、填料、压实标准

基床厚度按照地铁规范：表层0.5m、底层1.5m。但是地铁规范规定表层填料性质为A、B组土，不满足本线无砟轨道的沉降要求。因此，按照轨道类型和沉降标准，设计采用基床表层填筑0.5m级配碎石，压实标准采用《城际铁路设计规范》(TB10623-2014)[5]的相关规定。基床底层及基床底层以下的填料仍按《地铁设计规范》(GB50157-2013)执行。

2.1.3 路堑边坡设计

本线深路堑位于丘陵区，最大边坡高度为30.5m，挖方深度范围内地质条件为凝灰岩，表层0.5～1.0m全风化，其余均为强风化和中风化。由于《地铁设计规范》(GB50157-2013)缺乏对该类型路基工程的设计方法，笔者参照国铁《铁路路基设计规范》(TB10001-2016)[6]中的坡率法，按照《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2013)[7]中的一级边坡进行检算。最后确定的坡率：全风化1:1.5，强风化1:1.25，中风化1:1；边坡8m高一级，每级边坡设2m宽的边坡平台。坡面采用C35钢筋混凝土锚杆格梁进行防护，锚杆长8～10m，格梁内铺空心块并客土植草。

建成后，经历了一个春季的持续梅雨和一个夏季的强降雨，该边坡坡率稳定、植被生长良好(图2)。

图2 建成后的路堑边坡

2.2 内涝严重问题

本线地上、地下过渡段位于平原地区，存在排水不畅、内涝严重的问题。内涝的解决主要依赖罩棚的设置和防洪水位高程的确定。

在上海[8]、杭州、广州等许多城市，轨道交通地上、地下过渡段不设置罩棚，通过机排解决降雨积水问题，一方面可节省工程造价，另一方面也增加了视觉的通透性。但考虑到极端天气和机械排水的失效概率问题，本线过渡段采用顶部设置全封闭的钢结构罩棚(图3)，从根本上减小内涝问题。

图3 全封闭钢结构罩棚效果

防洪水位在《地铁设计规范》(GB50157-2013)中无明确规定，本文参照《铁路路基设计规范》(TB10001-2016)中滨河路基的规定，按照百年洪水位+0.5m确定。再者，笔者所在单位内部规定，防洪水位在无特殊规定时可取场坪高度+1m。根据上述规定确定了最终的U型槽(图4)侧墙高程。

图4 U型槽标准横断面

2.3 软土沉降问题

本线车辆段位于滨河软土地基上，软土层位于地表以下3～20m，厚度较厚，常规的搅拌桩难以穿透，用管桩、CFG桩等刚性桩则工程造价较高。通过经济和技术比较，根据上海地区“硬壳层”的理念，采用搅拌桩8～16m，不进入持力层，桩间距1.3m，三角形布置。通过沉降检算，搅拌桩硬壳层和下卧软弱层的总工后沉降小于150mm，满足规范要求。但是库前有砟无砟过渡区域则采用管桩、灌注桩等刚性桩，且进入持力层一定的深度，通过调整搅拌桩的长度达到与刚性桩平顺过渡。

2.4 地基软硬不均问题

该工点位于山区和平原交界处，工点类型为地面U型槽(图5)。施工过程中发现下伏基岩面起伏较大，局部基岩凸起，基岩为强度较高的强风化凝灰岩。基岩缺失部分沉积有软土，局部存在杂填土。设计中U型槽基底软土和杂填土全部挖除，为避免横向刚度不均导致不均匀沉降，采用C30混凝土回填，且横向在强风化凝灰岩上凿出1.5m宽的台阶，并植入钢筋。基础表层与U型槽底板接触部分铺设钢筋网，防止开裂。

图5 U型槽地基处理横断面

2.5 附加荷载控制问题

本线在车辆段与某高速铁路桥梁长距离并行，并行距离达650m，并行间距30m。该桥为32m简支梁，其上为无砟轨道，对附加沉降较敏感。车辆段位于河岸区软土区。洪评要求需填土2～3m，而铁路部门要求高铁附近不能有大面积的填土，以免引起沉降，两者形成了较大的矛盾。为确定合理的工程措施，初步设计时选用“挡墙+地基处理”和“隔离桩”两种方案进行对比。

模型单元采用三维实体单元，以六面体单元为主，金字塔单元过渡，再用四面体单元和棱柱体单元辅助的混合单元构成。土体均采用摩尔-库伦本构模型。桥台、承台、桩基材料采用弹性本构模型。两种方案的模型如图6～图7所示。

图6 车辆段大面积堆载—挡墙方案

图7 车辆段大面积堆载—隔离桩方案

模拟本工程施工阶段：

阶段1：仅计算有地面、承台、桥桩加上桥梁荷载后的模型(此过程路基管桩和旋喷桩属性为相应土层的参数)，并位移清零。

阶段2：路基管桩和旋喷桩属性由相应土层转化桩属性。

阶段3：加入填土、挡墙(隔离桩)、换算土柱及公路荷载，得出最终结果。

图8 车辆段隔离桩方案计算云图(横向)

表1 车辆段堆载施工对高铁桥梁墩台的附加变形

受车辆段堆载施工的影响，高铁桥梁发生附加变形。由图8和表1可知：对桥梁影响最大的横向方向上，悬臂式挡墙方案对高铁桥梁的附加变形较大，变形为2.64mm，远大于隔离桩方案的0.19mm。

因此，采取车辆段正常填土的措施，以满足洪评要求。沿车辆段边线设置隔离桩，切断车辆段和高铁桥梁的力学传递。隔离桩上设加筋土挡墙，满足收坡要求。

经过长期观测，发现施工期间高铁桥梁沉降和横向变形均不足1mm，表明设计方案安全合理、科学有效。

3 结语

在该地铁轨道交通路基工点设计中，进行分析研究，形成了一系列针对近海平原-丘陵区的路基设计方法，要点为：

(1)该区域地铁地面路基工程较少，规范规定较模糊，路基面宽度应进行综合布置，接触网杆一侧3.8m，另一侧3.0m。无砟轨道路基基床表层厚度0.5m，采用级配碎石填筑，压实标准符合《城际铁路设计规范》(TB10623-2014)的相关规定，基床底层及以下按照《地铁设计规范》(GB50157-2013)执行。深路堑参照坡率法进行设计，根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2013)进行分级和检算。

(2)该区域降雨量较大，内涝问题突出。地上、地下过渡段采用顶部增设罩棚，避免雨水进入。U型槽防洪高程应采用百年洪水位+0.5m，无洪评资料时可采用地面高程+1.0m。

(3)该区域普遍沉积有较厚的软土，在沉降要求不严格的区域，桩基可不进入持力层，可采用搅拌桩、旋喷桩形成硬壳层，满足轨道沉降要求即可，刚性桩则必须进入持力层一定深度。

(4)该区域地质条件由岩石向软土急剧变化，软硬不均匀问题突出。设计中需采用刚度一致的材料处理地基基础，并且采取一定的措施，加强人工换填地基和岩石地基的结合。

(5)该区域公共交通发达，常与重要构筑物长距离、窄间距地并行，附加荷载的控制问题较突出，设计中有必要采用隔离桩，虽工程投资较大但安全效果好。

(收稿日期：2022-05-10)

DesignMethodofSubwaySubgradeinCoastalPlainHillyArea

WEIZheng1,LIANGWei1,LIJia2,LIANGZesheng3

(1. China Railway Design Group Corporation Limited, Tianjin， 300308，China;2.Jiangmen Yinzhouhu Highway Co., Ltd., Jiangmen 529152，Guangdong， China;3.Guangdong Jiaoda Testing Co., Ltd., Guangzhou 510890， Guangdong， China)

Abstract:There are large coastal plain hilly areas in Guangdong, Zhejiang, Fujian and other areas of China. The geological conditions in this kind of area change sharply from rock to marine sedimentation. Under such geological conditions, there are many difficulties in building subgrade project of subway, and there are lacking of mature and systematic subgrade design method. Through reference, analogy, numerical simulation and other research methods, in this paper, the design difficulties of Subgrade project in coastal plain hilly area have been studied, and the subgrade design method in coastal plain hilly area has been systematically formed.

Keywords: coastal plain hilly areas; subway subgrade; subgrade design method; isolation pile;uneven settlement