董曉亮

（蘭州市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅蘭州 730000）

0 引言

相對(duì)于客運(yùn)專線路基沉降的嚴(yán)格要求，濕陷性黃土地基必須進(jìn)行處理，以達(dá)到消除黃土濕陷性和控制壓縮變形的目的。截至目前，對(duì)濕陷性黃土地基處理方法已有較多研究，也形成了諸多方法。但施工機(jī)具發(fā)展較快，處理措施有改進(jìn)的空間。針對(duì)鄭西客運(yùn)專線濕陷性黃土的特殊性：自重濕陷性黃土厚度較大，可達(dá)20 m以上，這時(shí)要達(dá)到處理的目的，機(jī)具的優(yōu)化選擇和施工工藝的改進(jìn)顯得很重要，該問(wèn)題的解決將有利于濕陷性黃土地基處理措施的實(shí)施和處理效果的提高。

以往常規(guī)鐵路黃土路基的沉降變形是較為嚴(yán)重的，其主要原因是：黃土地基基本不處理，用黃土作填料的堤身壓實(shí)度不夠等。近幾年在黃土地區(qū)的陜西、甘肅、山西、寧夏、河南等省區(qū)修建了一定數(shù)量的高等級(jí)公路。對(duì)于濕陷性黃土地基作了一定的處理（處理厚度多為濕陷性土層的一半），黃土填料的壓實(shí)度為0.93～0.95（重型擊實(shí)）。從目前運(yùn)營(yíng)情況看，因沉降變形引起路面不平順的狀況仍是比較嚴(yán)重，不少區(qū)段不得不進(jìn)行整修，給運(yùn)營(yíng)帶來(lái)很大影響。因此，黃土地區(qū)路基沉降變形仍是一個(gè)沒(méi)有得到解決的重要課題。

該項(xiàng)研究以DK354+250左側(cè)離鐵路中線100 m遠(yuǎn)處156 m×45 m的路基試驗(yàn)段（試驗(yàn)場(chǎng)地Ⅰ）為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬方法，對(duì)地基在不同處理方法條件下(擠密樁、柱錘沖擴(kuò)樁和強(qiáng)夯三種類型)及在各種荷載作用下地基、堤身不同部位的沉降變形值，以及與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行分析，推算工后沉降，總結(jié)各種工況及條件下，路基工后沉降的變化規(guī)律。同時(shí)分析路基工后沉降的構(gòu)成，工后沉降發(fā)生的部位，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)依據(jù),預(yù)測(cè)沉降變形隨時(shí)間的變化,驗(yàn)證濕陷性黃土地基處理措施設(shè)計(jì)的可靠性。

1 路堤的沉降組成

路堤的沉降包括以下幾個(gè)方面。

1.1 堤身的壓縮變形

由路堤土體自重、軌道結(jié)構(gòu)及列車荷載引起。堤身既是承重構(gòu)筑物又是荷重，其變形分析有一定特點(diǎn)，不應(yīng)同于一般地基沉降的分析。

1.2 地基處理范圍的壓縮變形

由地表以上堤身重量、軌道結(jié)構(gòu)和列車荷載引起；當(dāng)濕陷性處理不徹底時(shí)，在浸水條件下會(huì)產(chǎn)生剩余濕陷變形。

1.3 處理土層以下的沉降變形

由于經(jīng)處理的土層自重的增加（如孔內(nèi)強(qiáng)夯和擠密樁增加量可能達(dá)到原自重的20%～25%）和堤身重量、軌道結(jié)構(gòu)和列車荷載引起的沉降。

2 路基與地基處理設(shè)計(jì)

實(shí)體路基試驗(yàn)段有效長(zhǎng)度140 m，寬度滿足設(shè)計(jì)需要。

路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(含路基斷面、防排水、側(cè)溝等)與客運(yùn)專線基本一致，路堤高度選擇5 m。填料考慮水泥和石灰兩種改良土、黃土共三種，每段路堤有效長(zhǎng)各40 m。

地基處理分?jǐn)D密樁、孔內(nèi)強(qiáng)夯和強(qiáng)夯三種類型，將試驗(yàn)場(chǎng)地Ⅰ自東向西分為3個(gè)試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)分區(qū)長(zhǎng)40 m,分區(qū)之間設(shè)10 m的分隔帶。路堤坡腳兩側(cè)至少布置兩排樁，試驗(yàn)段共布置了8個(gè)斷面進(jìn)行實(shí)測(cè)。具體布置見(jiàn)圖1所示。

試驗(yàn)場(chǎng)地I采用的地基處理措施如表1所列。

3 流變分析計(jì)算假定及地層的流變

3.1 計(jì)算模型中采用以下幾個(gè)假定與原則

圖1 試驗(yàn)平面布置圖（單位：m）

表1 試驗(yàn)場(chǎng)地Ⅰ的地基處理措施一覽表

（1）地基土中的初始應(yīng)力場(chǎng)由模擬實(shí)際開(kāi)挖或填土過(guò)程后得到，并在此基礎(chǔ)上將位移場(chǎng)置零后施加道板及鋼軌荷載以計(jì)算相應(yīng)的流變值。

（2）邊界條件：復(fù)合地基左右邊界為位移約束,下邊界為全約束。

（3）土體采用非線性流變材料，復(fù)合地基彈性模量取值采用復(fù)合模量法[2]。

（4）計(jì)算黃土的流變，厚度大于20 m。

3.2 測(cè)點(diǎn)流變分析

為了短期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，模擬前兩個(gè)月的沉降和時(shí)間的關(guān)系，如圖2～圖4所示。

圖2 6m強(qiáng)夯區(qū)沉降-時(shí)間曲線圖

圖3 擠密樁區(qū)沉降-時(shí)間曲線圖

圖4 DDC樁區(qū)沉降-時(shí)間曲線圖

6 m強(qiáng)夯區(qū)沉降最大值達(dá)到273 mm，工后沉降有106 mm。擠密樁區(qū)的沉降值達(dá)到120 mm，工后1個(gè)月沉降最大值為38 mm。DDC樁區(qū)的總沉降值達(dá)到50 mm，工后1個(gè)月沉降為2 mm，原因是有限元模型的簡(jiǎn)化，DDC樁樁長(zhǎng)（22 m）和黃土深度幾乎一樣。

表2為不同區(qū)段地基的沉降量實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)表。

表2 不同區(qū)段地基的沉降量實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

從總沉降對(duì)比中可以看出：DDC樁區(qū)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值相差11.6 mm，擠密樁區(qū)相差20.7 mm，較為接近；6 m強(qiáng)夯區(qū)相差60.7 mm，原因是實(shí)際工程在施工期間強(qiáng)夯沉降較大，而模擬計(jì)算沒(méi)有模擬夯實(shí)沉降，所以實(shí)測(cè)值要大些。

工后沉降對(duì)比參見(jiàn)圖5～圖7所示。由于路堤堤身和復(fù)合地基壓縮量很小，只提取地基處理深度處的沉降進(jìn)行對(duì)比。

6 m強(qiáng)夯區(qū)相差38 mm，原因是實(shí)際工程在施工期間強(qiáng)夯沉降較大，而模擬計(jì)算沒(méi)有模擬夯實(shí)沉降，所以在工后沉降中計(jì)算值要大些。擠密樁區(qū)的沉降，實(shí)測(cè)值的兩組數(shù)據(jù)的平均值和計(jì)算值幾乎一致。DDC樁區(qū)的工后沉降相差4 mm，計(jì)算值較小，只有2 mm，原因是有限元模型的簡(jiǎn)化，只考慮了黃土的流變。

圖5 6m強(qiáng)夯區(qū)工后沉降-時(shí)間曲線圖

圖6 擠密樁區(qū)工后沉降-時(shí)間曲線圖

圖7 DDC樁區(qū)工后沉降-時(shí)間曲線圖

4 結(jié)論

從以上分析中可見(jiàn)，三種加固措施中，加固深度越大效果越好，在該實(shí)驗(yàn)段按效果排列依此為：22 m樁加固區(qū)（柱錘沖擴(kuò)樁）；15 m樁加固區(qū)（水泥土擠密樁）；6 m強(qiáng)夯區(qū)。但三者的沉降值都滿足設(shè)計(jì)要求，且差值相差不大,那一種措施最優(yōu)還要考慮經(jīng)濟(jì)性,場(chǎng)地,施工條件,濕陷性的消除效果等因素。

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