秦沈客运专线软弱地基沉降控制措施与研究技术.doc

秦沈客运专线软弱地基沉降控制措施与研究技术 摘要:　要保证客运专线和高速铁路正常运行,路基沉降必须得到有效控制。本文结合秦沈客运专线软弱地基段土质特性,提出了地基沉降控制的加固措施、计算方法和试验研究方案,对进一步开展这项工作有一定指导意义。 关键词:　土质特性;复合地基;加固方案;离心模型试验 1　前言 为了保证高速铁路的正常运营,达到高速标准,在软弱地基上填筑路堤,地基的沉降变形必须得到严格控制。否则,地基过大的施工后沉降,特别是不均匀沉降,将导致轨道表面的不平顺,降低乘客的舒适度,严重时甚至引起行车事故。如日本东海道新干线,由于路基的严重下沉,1965～1975年间中断行车200多次,列车平均运行速度降到100～110km/h,大大低于设计时速220km/h。我国第一条时速200km以上的秦沈客运专线已进入试验段施工阶段,全面施工指日可待,京沪高速铁路也酝酿日久。本文结合秦沈客运专线,研究了软弱地基段的工程地质特征,指出必须对地基进行加固处理,提出了加固方案、加固后地基沉降计算模式和试验研究方案,对进一步研究有一定指导意义。 2　秦沈客运专线松软地层地质特征及稳稳定性评价 自1998年11月铁道部科教司召开天津会议,研究秦沈客运专线软弱地基沉降控制方案和施工技术后,我们及时收集了专运线的勘察试验资料。其土质测试资料见表1。 表1　秦沈客运线松软地层物理力学性质指标 根据勘察结果,秦沈客运专线软弱地基分两个段落,下面分别加以说明: (1)松软土质:CK254+500到CK261+150,长6650m,地表有一硬壳层,厚度1.3～2.7m,土质为粘土或粘砂土,呈软塑状态,γ=18.7kN/m3,C=24.8kPa,φ=6.9°,强度130kPa左右。硬壳之下为松软土层,厚度为1.6～11.4m,土质为砂粘土、粘砂土或粉细砂层。粘性土呈流动状态,γ=18.3kN/m3,C=5.5kPa,φ=6.2°,强度95kPa。砂土呈饱和状态,强度100kPa,松软土层孔隙比0.81～1.13。压缩系数为0.12～0.85kPa-1,平均为0.47kPa-1,接近高压缩性土,该段地下水埋深1.0～2.4m。该类土可定为高压缩性,低强度土体,底部硬层埋深,浅者4m,深者19m,土质为砂粘土和粘砂土,γ=19.3kN/m3,C=16.3kPa,φ=9.5°,强度160kPa,软弱层作为持力层,土体必须经过改良加固才能保证路基沉降和地基强度要求。 (2)软土段:CK261+150到CK263+430,长度2280m。该软土是以夹层存在。表层3～5m厚为硬壳层,土层为砂粘土和粘砂土,强度120～130kPa。硬壳层之下为软土,软土厚度1.5～4.0m,呈流塑状态,容重γ=18.3kN/m3,C=5.5kPa,φ=4°,强度90kPa。软土之下为软弱砂粘土、粘砂土夹粉细砂层。软弱砂粘土、粘砂土层成层厚度一般4～5m,薄者2～3m,呈可塑状或流塑状,砂层呈饱水状态,强度100～140kPa。该处软弱地层揭示的最大深度为 20m左右。地层的显著特点是可塑层与流塑层相间出现,强度较低,改良加固深度可按双层地基持力层计算确定,该段地下水埋深2.3～4.1m。 3　复合地基沉降计算模式 软弱地基加固后,按复合地基理论计算沉降变形,复合地基沉降计算目前还不成熟,不少学者专家都是结合自己的研究成果提出了计算方法。通常情况下,把复合地基的沉降量分为两部分,一是加固土层的沉降量S1;二是加固层之下下卧层的沉降量S2。复合地基总沉降量为S=S1+S2。根据勘测结果,结合秦沈客运专线软弱土地区土质特性,可采用粉体搅拌桩和振动碎石桩进行加固,其沉降计算方法说明如下。 3.1　粉体搅拌桩 粉体搅拌桩加固地基可按柔性桩复合地基计算沉降量。其加固土层的沉降量,可采用复合模量法(EC法)或应力修正法(ES法)进行计算。下卧层沉降量可用分层总和法进行计算。 3.1.1　复合模量法 复合模量法是将复合地基加固层中增强体和土体两部分视为一个复合土体,采用复合压缩模量ECS来评价其压缩性。采用分层总和法计算加固层的沉降量S1。其计算式为 式中,ΔPi为第i层复合土体上附加应力;Hi为第i层复合土的厚度;Ecsi为第i层复合土体压缩模量。土体压缩模量Ecs通常采用面积加权平均法计算, 即 式中,Eps,Ess分别为桩体和桩间土体压缩模量;m为复合地基桩土置换率。复合模量Ecs也可以通过复合土体室内试验确定。采用复合模量法计算复合地基加固层沉降量时 ,为简化计算,工程应用上常将加固层视为一层,其表达式为 式中,P、Pb分别为加固层顶面作用荷载和底面附加应力;h为加固层厚度;Ecs为复合地基压缩模量。为了准确计算沉降量,应进行部分补充勘探取样工作,当查出土层性质差,桩下端能发生较大的刺