京沪高速铁路路基工程沉降控制设计技术.doc

京沪高速铁路路基工程沉降控制设计技术李丹:京沪高速铁路路基工程沉降控制设计技术?195?京沪高速铁路路基工程沉降控制设计技术李丹(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063)摘要:工后沉降控制是京沪高速铁路路基工程设计最核心的问题.针对京沪高速铁路徐州至上海段路基工程的特点,在分析沉降控制设计关键技术问题的基础上,提出适宜的工后沉降分析方法及主要沉降控制设计方案:采用CFG桩,预应力管桩及桩板结构等进行加固.经现场施工及典型工点的沉降观测,评估,验证了其可靠性,合理性,满足了铺设CRTS型板式无砟轨道要求.关键词:京沪高速铁路;路基工程;工后沉降;实测沉降;CRTSlI中图分类号:U213.14文献标志码:A文章编号:10038825(2010)030195030引言京沪高速铁路正线设计时速350km/h,全线铺设CRTSII型板式无砟轨道.徐州至上海段主要通过黄淮,长江冲积平原,河流阶地,局部通过剥蚀残丘区,沿线地基土成因类型,地层结构极其复杂,软土及松软土等软弱地基发育,是我国在建客运专线高速铁路中沉降控制难度最大的铁路工程之一,大部分以桥代路后,路基工程尚余114.5km.如何将路基工程的工后沉降控制在铺设无砟轨道允许的范围内,并满足高速列车长期安全,舒适,平顺运行的要求,成为路基工程设计的核心问题.1工后沉降控制标准及组成1.1工后沉降控制标准无砟轨道铺设完成后路基地段工后沉降应满足扣件调整和线路竖曲线圆顺的要求.扣除施工引起的误差和列车动载引起的动变形,工后沉降一般不应超过15mlTl;沉降较均匀,长度大于20m的路基,允许的最大工后沉降量为30mm,且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足R0.4的要求,其中R为轨面圆顺的竖曲线半径;为设计最高速度.路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm,过渡段沉降造成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于1/1000.1.2工后沉降组成路基工后沉降一般由施工期残余沉降,二期荷载作用下产生的沉降以及列车动载引起的动变形三部分组成.前两者均包括地基土沉降和本体压密沉降,后者包括累积塑性变形和瞬时弹性变形.因高速铁路对路基本体填料质量及压实标准要求均较高,且在填筑收稿日期:20100315作者简介:李丹(1968一),女,湖南株洲人.高级工程师,主要从事铁路勘察与设计工作.E-mail:cwhjiaxianye163.corn.完成后要求保证必要的放置调整期,工后沉降中可不考虑本体(含基床部分)的残余变形;列车动载引起的动变形按5mm预留.因此,工后沉降控制重点是控制本体作用下地基土残余沉降,二期荷载作用下地基土沉降.2沉降控制设计关键技术问题2.1正确评价地基土基本特性与选取变形参数设计一般采用6m的桥路分界高度,与桥梁工程相比,路堤填土荷载属低荷载水平,正确评价低荷载水平工况下地基土基本特性,特别是低荷载水平作用下地基总变形量,以及变形随时问的关系是沉降控制设计的前提条件.综合勘探测试,天然地基填筑试验及相关工程实测成果表明:沿线可作为承载层或持力层的多为第四系上更新统黏土,具有较强的结构性和较高的屈服压力.在小于屈服压力荷载作用下表现为总变形量较小,变形随时问完成较快的特点,其中,瞬时沉降约占总沉降的60%70%.因此,沉降分析和处理方案选择时,须充分考虑该类土的基本特性,合理选择计算参数.2.2合理选择地基处理方案对于15mm工后沉降标准,沉降控制设计时应首先控制地基总沉降.鉴于排水固结法和柔性桩复合地基法处理软弱地基后总沉降值仍然较大,且存在工期,次固结等诸多不确定因素.对无砟轨道高速铁路应选择以刚性桩桩基础或刚性桩复合地基联合堆载预压为主的处理方案,并考虑地基土的强结构特性,对比分析表明采用长螺旋孔内泵压CFG桩是较为合适的.而对于处理深度大于20m,工程性质较差的软弱土地基可采用预应力管桩或小直径钻孔桩方案.一般桩间土性较好时,为充分发挥其承载力,桩顶设置网垫层;为深厚软弱土时,设筏板或连续薄板梁.2.3严格规范地基处理施工及沉降观测?196?路基工程SubgradeEngineering2010年第3期(总第150期)地基处理施工前,应进行地质资料核查和工艺性试桩,验证设计参数,设计方案的合理性,获取关键工艺参数和过程质量控制方法;地基处理过程中应加强管理,并详细记录施工过程各环节的工艺参数;地基处理后,应采用小应变检测,载荷试验方法,进行质量检测,验收.通过设置沉降板和路基面沉降观测桩,对路基填筑期间和填筑完成后的沉降进行观测,使沉降控制贯穿于地基处理和路基填筑的全过程.2.4强化沉降控制评估及验收工程建设期间按设计的观测桩及要求的观测频度,精度进行沉降观测,在达到放置调整期或预压期后进行沉降控制效果评估及验收.评估需采用三种以上方法进行对比分析,并参照文献2执行.评估时应首先分析横断面总沉降和工后沉降,再综合分析沿线路纵向包括桥梁,涵洞及隧道的差异沉降和不均匀沉降,验证设计沉降控制效果,修正,完善沉降控制设计方案,并作为下步轨道结构施工的依据和运营养护的参考资料.3总沉降及工后沉降分析方法所有土质地基根据路基填高,地层结构,压缩层厚度,纵向工程类型等条件选取检算分析断面进行总沉降和工后沉降分析,桥路过渡段应有断面.3.1总沉降分析方法地基土参数采用elgp曲线求得,计算方法采用分层总和法.总沉降为S=m?S.(1)So=i=l?lgPci+弘?lg(2)一,式中m为沉降修正系数,可按文献7表5.3.5取值;C为第i层土回弹指数,压缩指数;a:为第i层土分层厚度,mm;e.为第i层土初始孔隙比(对应压力段起点);P为第i层土屈服应力,kPa;P.为第i层土有效自重应力,kPa;AP为第i层土有效附加应力,kPa(分三种工况:即填土荷载,填土+轨道荷载,填土+轨道荷载+列车荷载,分别计算s无,荷,s荷2);n为压缩层分层数,分层厚度1.0m,并按地层分界线分层.3.2工后沉降分析方法(1)采用预压方案,满足相应预压期时,工后沉降为S=S?(1一U)(3)(2)不采用预压方案,满足相应放置期时,工后沉降为AS=(S张一.s无)+S无(1一U)=Sw?S无(4)式中为沉降完成比例,参照综合勘察及相关试验成果,根据土质特性和预压时间确定:硬塑黏性土,预压6个月,U=0.9;12个月,U:0.95;砂类土,预压6个月,U=0.95;12个月,U=0.98;风化层,预压6个月,U=1.0.3.3地基处理后沉降及工后沉降分析方法工后沉降不满足要求时,采用刚性桩联合预压为主的处理方案.大量实践表明,沉降分析时可不考虑加固区范围的工后沉降,工后沉降主要是桩端以下可压缩层的残余变形,可采用上述总沉降和工后沉降分析方法,桩端处附加应力可根据填高,加固区地基土特性,桩长,桩顶构造,采用布斯解法,应力扩散法或实体基础法比较后确定.按刚性桩复合地基设计,即设网垫层时,一般采用布斯解法;设置筏板时一般采用应力扩散法和实体基础法之大值.4沉降控制主要设计方案4.1一般土质地基主要采用堆载预压或CFG桩网复合地基联合堆载预压处理,通过调整置换率,桩长,预压高度适应填土较高地段,过渡段及工期控制要求.4.2软土及松软土地基(1)表层软土及松软土厚度小于2m时,挖除换填为主处理;厚度大于2m时,一般采用CFG桩网复合地基加固,并加强垫层设计.(2)厚层,深厚层软土及松软土地基,一般采用CFG桩网复合地基,沉降控制复合桩基加固.软土厚度大于20m且性质较差时,采用预应力管桩加固.填土高度小于2.5m地段,在管桩或CFG桩间增加深层搅拌桩以满足基床要求.特殊工点如上海虹桥地区,软土厚近40m,采用钻孔灌注桩结合C30钢筋混凝土板梁的桩板结构加固.(3)地基处理后仍不能满足要求地段联合堆载预压,预压期不小于12个月.4.3沉降变形监测设计监测项目包括路堤基底沉降监测,路基面沉降监测,深厚层第四系地层深层沉降监测,软弱地基路堤填筑过程中水平位移监测.S典型工点设计方案及实测沉降5.1宿州东站DK755+460.95一DK757+377.44位于黄淮冲积平原,路基填高6.37.8m.上部层为黄淮冲积第四系全新统松散粉土,软塑粉质黏土,黏土层,厚约l418m,属松散,软弱地基;Q粉土,粉砂,褐黄色,中密,饱和,局部含薄层黏土及少量姜石,厚大于3m;Q黏土,棕黄色,硬塑.地基采用预应力管桩加固,选择层作为持力层,桩长18.023.5m,桩径0.5m,桩距2.22.4李丹:京沪高速铁路路基工程沉降控制设计技术?197?in,正方形布置,桩顶设C30钢筋混凝土筏板,厚0.51TI;全段联合堆载预压,预压高34m,预压时间不小于12个月.该段实测最大沉降值为48.58mm,预压8个月后沉降趋于稳定,经评估满足铺设无砟轨道要求.5.2DK1073+636.4+782段位于岗间坳谷,路基填高2.52.9in.地层岩性:Q:粉质黏土,褐灰色,硬一软塑,厚2.09.8in;1Q+pl淤泥质粉质黏土,灰色,软一流塑,厚3.09.9113,E0lm2=4.76MPa,P=0.39MPa;Q;粉质黏土,褐黄色,硬塑,厚6.012.1In.地基采用CFG桩加固,选择层作为持力层,桩长1418In,桩径0.5ITI,桩距2.4in,正方形布置,桩顶设C30钢筋混凝土筏板,厚0.5in.该段实测总沉降值为6.248.18mm,根据实测资料采用双曲线法预测路桥交界处的差异沉降02.42m/l-/,过渡段沉降造成的路基与桥梁的折角00.23/1000,经评估满足铺设无砟轨道要求.5.3DK1300+586.04+802.04段位于滨海平原地区,路基填挖高1.21.6in.地层岩性:人工杂填土,厚13In;2Q粉质黏土,褐黄色,软塑,厚1.4In;1Q2淤泥质粉质黏土,灰色,流塑,厚59in,W=43.5%,e=1.24,E=2.55MPa,P=0.56MPa;Qm淤泥质黏土,深灰色,流塑,厚816ITI,W=40.19%,e=1.17,E=2.56MPa,P=0.78MPa;l粉质黏土,灰色,软一流塑,厚518in,W=35.21%,e=1.07,E=3.35MPa,P=1.24MPa;3Q4粉质黏土:灰色,软塑,厚917In;1Q;粉砂,粉土,草灰色,中密一密实,饱和,厚大于3in.地基采用桩板结构加固,钻孔桩选择1层作为持力层,桩长45.546.0in,桩径0.8nl,横向间距2.6in,纵向间距7.0in,板梁厚0.8/11.全段联合堆载预压,高23In,预压时间不小于6个月.该段实测总沉降值为6.939.95mm,经评估满足铺设无砟轨道要求.6结语工后沉降控制作为京沪高速铁路路基工程的核心问题,涉及工程建设的质量,投资,环保及工期等方面,直接影响到工程建设的成败.而有效控制工后沉降应涵盖勘察,设计,施工及质量评价的各环节.工程实践和实测沉降分析表明,京沪高速铁路徐州至上海段路基工程设计采用的系统控制总沉降,工后沉降的方法是可靠的,合理的,能满足铺设CRTSII型板式无砟轨道的要求.惟总体上实测沉降小于理论分析结果,下一步将针对这问题进行深入研究.参考文献:1中华人民共和国行业标准.新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定(上,下)s.北京:中国铁道出版社,2007.2中华人民共和国行业标准.客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南S.北京:中国铁道出版社,20063铁道第四勘察设计院.高速铁路软土地基沉降控制试验研究报告R2005.4中铁第四勘察设计院集团有限公司,等.京沪高速铁路CFG桩复合地基综合技术研究报告R.2009.5雷向锋.CFG桩施工质量控制技术J.路基工程,2007(5).6汤晓光,赵双林,郑文军.武广客运专线CFG桩施工法试验研究J路基工程,2007(4).7GB500072002,建筑地基基础设计规范S.北京:中国建筑工业出版社,2002.ControlTechniqueofSubgradeEngineeringSettlementinBeijing-ShanghaiHigh-speedRailwayLIDan(ChinaRailwaySiyuanSurveyandDesignGroupCo.,Ltd.,Wuhan430063,China)Abstract:PostconstructionsettlementcontrolisthekeyprobleminsubgradeengineeringdesignofBeijingShanghaiHighSpeedRailway.AccordingtothecharacteristicsofXuzhouShanghaiSectionsubgradeengineeringinBeijingShanghaiHighSpeedRailway,basedonanalysisofsettlementcontrolkeytechnique,thispaperputsforwardaproperanalysismethodforpostconstructionsettlementandthemaincontroldesignprogram,i.e.reinforcementwithCFGpile,prestressedpipepileandpileslabstructure