湿陷性黄土铁路路基浸水试验研究.docVIP

湿陷性黄土铁路路基原位浸水试验研究 摘 要：在湿陷性黄土铁路路基试验段，运用大型原位浸水试验，研究路基浸水后柱锤冲扩桩和挤密桩地基的浸水规律以及地基土湿陷对路基沉降的影响。研究结果表明：柱锤冲扩桩和挤密桩地基分别在浸水60 和50d 时，浸水附加沉降发生突变；浸水约19 d 浸润角达到最大， 因此路基坡脚附近因降雨或其他原因形成的积水滞留时间不应超过19 d； 浸水87 d 柱锤冲扩桩路堤的沉降量为1.7~ 5.1 mm，挤密桩为26.2~ 51.3 mm；长时间持续浸水后柱锤冲扩桩路堤的总沉降量仅为3.8~ 7.4 mm，而挤密桩路堤的总沉降量则高达62.3 ~ 103.1mm，因此在实际工程中，一定要加强挤密桩路段的防排水措施，避免局部积水，以保证行车安全；未处理湿陷性黄土地基的浸润角为38°~ 42°，故建议在湿陷性黄土地区修建铁路时，距路基坡脚一定范围内不能有鱼塘、水池等长期积水设施。 关键词：路基；湿陷性黄土；原位浸水试验；柱锤冲扩桩；挤密桩；浸润角 黄土大面积现场浸水试验始于20世纪60年代，我国电力、冶金和建筑部门结合工程建设进行了不同黄土层厚度、浸水池尺寸和形状等较多现场浸水试验[1-3]（最小的浸水池直径φ10m，最大尺寸有110m×70m，黄土湿陷厚度35～37m），深入研究了黄土的湿陷指数、判断湿陷等级、预测湿陷变形量等宏观的湿陷指标[4]。浸水过程中含水量的测试对研究湿陷性黄土入渗规律极为重要。随着测试技术的发展，通过在黄土地基不同深度处埋设含水量传感器，可实现含水量高精度的原位测试，进行黄土浸水后入渗规律测试与研究。 目前湿陷性黄土铁路地基虽采取了较强的处理措施，但地基处理范围内桩间土和下卧土层的湿陷性并未完全消除，一旦路基防排水措施出现问题，水浸入到地基土中，桩间土和下卧土层会产生剩余湿陷变形，导致工后沉降增加，影响行车安全。为了研究路基浸水后地基受浸水规律和地基土湿陷对路基沉降的影响，有必要在已经建好的实体路基上进行原位的路基浸水试验研究[5]。本文的原位浸水试验是在某湿陷性黄土地基试验段进行的，通过87天的浸水试验，研究浸水全过程湿陷性黄土地基浸水规律及路基沉降变形规律。 湿陷性黄土铁路路基浸水试验概况 湿陷性黄土铁路路基的原位浸水试验是在填筑路基一侧设置与路基纵向等长的浸水试坑中进行的。本次大型原位浸水试验在国内外是首次。 试验段长140m，宽40m，自东向西分为3个试验区，每个分区长40m，分区之间设10 m的分隔带。3个分区的地基采用了柱锤冲扩桩（桩长22m，桩径0.6m，桩间距1.05m，正三角形布置）、水泥土挤密桩（桩长15m，桩径0.5m，桩间距1m，正三角形布置）和强夯（处理深度6～8m，三种夯击能3000kN·m；3500kN·m；4000kN·m）3种地基处理方法，路基横断面如图 1所示。本文主要分析柱锤冲扩桩和水泥土挤密桩方法的浸水及其沉降规律。 图 1 试验段路基横断面图 场地地下水位深度为40.5m；场地湿陷性黄土厚度约为22m，勘探深度内地基土由砂质黄土、黑垆土、古土壤、粉质粘土及砂层组成。整个场地最大湿陷系数为0.076，最大自重湿陷系数为0.076，计算自重湿陷量为418～577mm，计算总湿陷量一般为793～940mm。试验段属自重湿陷性黄土场地，地基湿陷等级为IV级（很严重）。试验场地天然黄土地基的基本承载力为90kPa。地质雷达测试显示，地基处理前的所有的雷达剖面在6.5m深度处，都有一连续反射强烈雷达波组，反应该深度处有一明显的岩性界面，而且该界面在整个区域分布均匀。在试验场地22m深度范围内，剪切波波速平均值分别为200.0 m·s-1。 在路基南侧离路基坡脚4.5m ，对应3种地基处理方法设置3 个5m×40m 的浸水池，池的南侧为天然地基。浸水池的水头保持0.3m。在每个浸水池与路基坡脚之间不同深度范围处埋设了8个FDS（Frequency Domain Sensor）水分传感器、3根含水量测管，如图 2所示，浸水试验场地全貌如图 3所示。 图 2 浸水试验元器件埋设示意图（单位：m） 图 3 铁路路基浸水试验 路基浸水试验工作共经历三个阶段：①浸水池准备阶段，历时7d；②浸水观测阶段，总共浸水时间87d；③停水后继续观测，历时72d。浸水过程中含水量的监测采用了无线远程自动化监测设备（专利号：200820127556.7），实现无人值守条件下全天候的连续自动化采集与控制。 路基浸水试验结果及分析 浸水量 试验过程中，浸水量与浸水时间的关系呈现“大－缓－稳”的变化规律，浸水10 d 左右日耗水量较大，平均为90.4m3·d-1， 后期每天浸水量有下降趋势，平均为20 m3·d-1。累计浸水量呈上升趋势，40 d 后随着入渗速率的降低浸水量增