高速铁路深厚第四系地层地基沉降研究.pdf

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高速铁路深厚第四系地层地基沉降研究1 高速铁路深厚第四系地层地基沉降研究2 高速铁路深厚第四系地层地基沉降研究3 高速铁路深厚第四系地层地基沉降研究4 高速铁路深厚第四系地层地基沉降研究5
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———文章编号:10094539(2018)增1020904・线路/路基工程・高速铁路深厚第四系地层地基沉降研究王亚飞(中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063)摘要:通过深厚第四系地层高速铁路无砟轨道、有砟轨道路基的现场地基沉降测试研究,对比分析了天然地基、预应力管桩桩筏结构地基的总沉降、分层沉降等特征。浸4试研究表明,无论是天然地基还是深层处理地基,中等压缩性土地基的总沉降量较小,荷载稳定后沉降收敛速度较快;若能保证足够的预压时间,天然地基工后沉降满足无砟轨道的铺设要求也是有可能的。沉降对比分析表明,桩筏结构具有较好地均化基底应力和横向差异沉降的作用,天然地基总沉降主要由浅层地基压缩变形组成,而桩筏结构地基总沉降主要由深部下卧层组成,加固区沉降仅—34mm,仅占总沉降的10%左右。管桩桩筏结构地基总沉降约为天然地基总沉降的27.5%,表明桩筏结构对高速铁路深厚第四系地基的总沉降控制是十分有效的。关键词:高速铁路桩筏结构地基沉降组成现场试验深厚第四系地层中图分类号:U213.157文献标识码:A—DOI:10.3969/j.issn.10094539.2018,SI.055ResearchonFoundationSettlementofDeepQuaternaryStratainHigh-speedRailwayWangYafei(ChinaRailwaySiyuanSurveyandDesignGroupCo.Ltd.,WuhanHubei430063,China)Abstract:Bythefieldtestandresearchoffoundationsettlementof—highspeedrailwayballastlessandballasttracksubgradeOndeepQuaternarystrata,thecharacteristicsofthesurfacesettlementandlayeredsettlementofnaturalfoundationandPHCpipepileraftstructurefoundationarecomparativelyanalyzed.Thetestresultsshowthat,whetherthenaturalfoundationordeeplytreatedfoundation,thetotalsettlementofmediumcompressibilitysoilissmall,andthesettlementcanquicklyconvergewiththestabilityofthefillingload.Ifthepreloadingtimeisenough,itisalsopossiblethatthepost・constructionsettlementofnaturalfoundationmeetstherequirementsofballastlesstracklaying.Settlementcomparativeanalysisshowsthat,thepileraftstructurehasgoodeffectsofaveragebaseforceandtransverseunevensettlement.Thetotalsettlementofnaturalfoundationismainlycomposedofshallowfoundationdeformation,butthepileraftfoundationsettlementismainlycomposedofdeepunderlyinglayer.Thesettlementofreinforcedareaisonly—34mm,onlyaccountedfor10%ofthetotalsettlement.ThetotalsettlementofPHCpileraftfoundationisabout27.5%ofthenaturalfoundationsettlement.whichindicatesthatpileraftstructureisveryeffectiveforcontrollingthetotalsettlementofdeepQuaternarystratafoundationin—highspeedrailway.Keywords:high・speedrailway;pileraftstructure;componentoffoundationsettlement;sitetest;deepQuaternarystrata1引言高速铁路为保证路基的高平顺性,对工后沉降控制严格,一般地段路基工后沉降不宜小于15mm。——收稿日期:20180226基金项目:原铁道部科技研究开发项目(2010G003一F)作者简介:王亚飞(1981一),男,高级工程师,主要从事铁路地质与路基勘察设计与科研工作。因此,在深厚第四系中等或高压缩性地基上,为保证路基工后沉降满足要求,一般多采用CFG桩、预应力管桩等半刚性、刚性桩进行处理¨’2J。多个项目研究表明,桩筏结构在控制地基沉降明显优于桩网结构¨“1,一般经过桩筏结构进行处理后,地基总沉降较小,工后沉降均能满足无砟轨道铺设‘—要求791。铁道建笳技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018f增1)万方数据・线路/路基工程・预应力管桩具有质量可靠、施工快速、简便等特点,尤其适合处理工后沉降控制严格地段的深厚第四系地层¨…。本文通过高速铁路中等压缩性地基土预应力管桩桩筏结构的现场地基测试,分析其地基沉降规律,并与天然地基沉降进行对比分析,评价其加固效果,总结其沉降规律,对指导类似工程的建设具有重要意义。2测试工点概况试验地点属于安徽省宿州市,地形较为平缓,为黄淮冲积平原。场地地层结构较为复杂,第四系地层深厚。上部(1)一(4)层为全新统黏土、粉质黏土、粉土互层,其中(1)、(3)、(4)2为硬塑黏性土,其余为稍密~中密粉土,均为全新统冲积(atQ。)成—因,厚度约2930m;下部(5)、(5)1为上更新统冲积(alQ,)黏性土局部夹粉土,地层较为单一。典型工程地质纵断面如图1所示。经统计分析,各地层物理力学基本指标如表1所示,表中指标值为统计平均值。从统计指标看,—压缩系数较小,17,,。.。.。:在0.150.29/MPa之间;压缩模量相对较大,在6.39~10.52MPa之间,皆为中等压缩性土。表1地层基本物理力学指标—~\地层指标、\(1)(1)1(2)(3)(4)(4)2(5)(5)1∞,呵。25.0322.6526.5924.4224.5723.0524.5625.25eO.780.640.79O.720.70O.7lO.750.73,p17.066.657.4318.746.2221.126.6910.05,L0.460.49O.5lO.420.440.260.260.69C/kPa18.3326.6734.5033.2559.5056.8314.0∥(。)18.oo24.9714.9524.2822.0020.7030.7Ⅱvo—lo2/MPa一10.290.15O.190.26O.210.200.240.24—E曲lo2/MPa6.3910.8510.526.999.589.727.859.163工点设计与测试方案正线无砟轨道路基测试断面里程为DK757+325,保养线有砟轨道路基测试断面里程为DK757+600。正线路堤顶面宽度为14.2in,保养线路基面宽度17.6in,填高均约7.0in,路堤坡率1:1.5。正线地基处理采用预应力管桩桩筏结构进行处理,桩间距2.3m,桩长18m,筏板厚0.5In,持力层为第(4)层粉土。保养点线位于正线(正线为桥梁)左侧约57In,地基未处理,设计断面如图2~3所示。两断面测试内容均包括地基表面沉降测试、地基分层沉降测试。乡紫1420ll0(1)mi五一心逝6j…‘目_u一(4)(4)-2/(4)…‘一15)图2正线地基处理设计断面210铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018l增1)P)牛iiiii丌i¨¨止u啦丌北Ⅲ}制ii山i巧忤iiiij丌i*K一¨iiiiii¨i吐)一一一万方数据・线路/路基工程・————————15)图3保养线设计断面(地基不处理)4地基变形测试分析4.1天然地基沉降测试分析保养点地基测试断面的监测元器件是在场坪填筑完成后过一段时间才埋设的,填筑高度约1.5m,沉降板埋设其上(沉降板顺序由左至右分别编号为——51#~5#,53#为路基中心)。(1)地面沉降DK757+600断面在路基填筑荷载稳定5个月后,中心沉降为132.3mill,3个月后沉降已经趋于稳定,如图4所示。填筑荷载稳定12个月后,路基总沉降为134.0mm。从沉降曲线上看,荷载稳定后,沉降曲线收敛很快。两个断面的沉降速率随填土速率而变化,但是总体均较小,最大约5mm/d。采用星野法预测其路基中心沉降为136.8mm,-12后沉降约为2.8嗍图4未处理地基表面沉降随时间变化曲线(2)地基深层沉降地基表层磁环监测最终沉降量为129.3mm,该数值与路基中心沉降板总沉降值134mm较接近,分层沉降如图6所示,由图可知,地基总沉降主要发生于浅层地基土(地表以下约20m深度范围),浅部地层沉降量为103.1mm,占总沉降龟的80%左有一4.2桩筏结构地基沉降测试分析(1)地面沉降沉降随荷载和时间变化情况如图7所示。填筑完成时,路基中心沉降29.2mill,12个月后路基中心沉降32.6mm。填筑过程中,地面沉降速率不超过1mm/d,荷载稳定后迅速减小,商罕接近于0横些整体表现出路抖D望两燃望降特詈篾篇慧黑鬻雾盆形沉降特点,如图5所示。测试期间,两个断面横高:纂异沅降最买为2.14~ram,12个月后,仅为o.8。砌,向最大差异沉降为63・6mm,差异沉降率为0-64%n表明筏板结构对均化綦底应力和沉降作用:I匹著20—.09.5.31。填筑完\l40,+.一/-09:-8y-3010520≮■粥∥r≮\。?O。05g}——≮斟..——081229820【——09528,填筑完成25【?09.-95.-2303c毛:==习:-r一---'"苎图5未处理地基横断面沉降曲线图8桩筏地基横断面沉降曲线铁道建筑技术RAILWAYcoNSTRUcTlONTECHNOLOGY2018t增11211一一一一一一丁一∞确鹌:查一::堕一一一一一一一一万方数据・线路/路基工程・●—●●●●●’●_______Il___-I__-_-______-_l--l-__I_--___I一采用双曲线法对最终沉降进行推算,图8路基—右侧三块(33#~5撑)沉降板的最终沉降量分别为32.8mm、33.2mm、32.2mm,荷载稳定12个月后工后沉降分别为0.4mm、0.6mm、0.6mm。(2)地基深层沉降分层沉降曲线如图9所示,由图可知,地基总沉降主要由下卧层组成。荷载稳定12个月后,地基总沉降为35.5Into,下卧层(19m以下)沉降为31.8mnl,约为地基总沉降的90%;桩筏加固区沉降小于4mm,约为总沉降的10%。)10E例15簖’’、202530o图9桩筏地基断面分层沉降曲线4.3地基处理效果对比天然地基DK757+600断面和桩筏地基DK757+325断面距离较近,地基条件类似,填高也基本相当,只是DK757+325断面在填筑至基床底层顶面时又增加了约3.2m的预压土,荷载比DK757+600断面大约62kPa。测试断面的深层沉降对比曲线如图10所示,对不同时期的沉降数据进行分析总结如表2所示。C10乓15嫠20253035沉降量/mm20406080100120140图10深层沉降对比曲线由图10的曲线形态来看,天然地基分层沉降曲线服从附加应力的分布规律,在附加应力较高、天然地层压缩性中等的浅部地层中沉降曲线平缓,表明浅部地层相对变形量很大;而桩筏结构地基分层沉降曲线陡峭,所测范围内各深度相对沉降差很小,其加固区几乎呈竖直线,相对变形量极小,表明桩筏结构显著提高了加固区抵抗变形的能力地基深部地层(持力层)的天然压缩模量较高,地基土性质较好,附加应力也较小,因此两者的沉降曲线均较陡峭。表2深层沉降对比荷载稳定时沉降量/mm3个月后沉降量/mm6个月后沉降量/mm12个月后沉降量/mm断面荷载/kPa备注0~18m18m以下O~18m18m以下0~18m18m以下O~18m18B'I以下DK757+600131.188.624.094.828.198.828.699.629.7天然地基DK757+325193.24.225.94.429.43.830.83.532.O桩筏地基表2表明两种地基在18m以下深部均未处理的地层中,其压缩变形量绝对值基本相当,约29.7~32mm。其中桩筏地基桩端以下比天然地基变形量略大,这可能与增加了预压荷载及桩基将地基应力传递至深部使得下卧层变形量有所增加有关,地基总沉降的差别主要取决于浅部0~18m范围内的变形量。荷载稳定后,桩筏结构地基沉降量变化不大,地基总沉降主要由下卧层组成,下卧层沉降占比高达90%,加固区变形小于4m/n,仅比桩身弹性变形略大;天然地基沉降随时间变化逐渐增加,地基总沉降主要发生在浅部地层,浅层0~18m深度范围内地基变形量占总沉降77%以上。桩筏结构地基总沉降约为天然地基的27.5%,沉降收敛速度快,地基加固效果显著。类似研究表明,对于中等压缩性土桩网、桩筏212铁道建筑技术等复合地基,沉降收敛速度较快,其施工期沉降完…成比例一般超过60%o,且下卧层沉降占比较大¨2|。由表2进一步分析可知,桩筏结构在预压荷载稳定时地基沉降约占总沉降的85%左右,3个月后可达95%,沉降收敛更快,其下卧层沉降占总沉降比例高达90%,加固区沉降占比更小。5结束语(1)从试验工点的沉降曲线上看,无论是天然地基还是深层处理地基,中等压缩性土地基的总体沉降量较小,天然地基一般不超过150mm,桩筏地基不超过40mm;荷载稳定后沉降曲线收敛速度较快,与饱和软黏土有所不同。(下转第262页)RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY20,8f增"万方数据・装备与制造・设计研究,提高磨削装置的主轴动平稳等级后,采用恒压和磨削力矩两种控制模式相结合的方式,实现了微量快速进给的磨削工艺,使得磨削装置在作业中能连续消除铣削作业后残留在钢轨顶面的棱线,并解决了磨削装置频繁抬刀、钢轨顶面烧伤及砂轮损耗过快等问题。参考文献田常海,龚佩毅,马子河.在役钢轨发生伤损的规律及—减少伤损的对策[J].中国铁路,2005(7):5456.周宇,许玉德,曹亮.城市轨道交通钢轨表面在线整修技术的应用分析[J].城市轨道交通研究,2010,13—(11):3034.王立乾.铁路钢轨波磨研究及其治理[J].铁道建筑技—术,2013(12):101104.候玉碧.重载铁路钢轨伤损形成分析及对策[J].铁道—建筑技术,2007(S2):2630.中国铁路总公司办公厅.高速铁路钢轨打磨管理办法:铁总运[2014]357号[s].北京:中国铁路总公司,・+-+一+一+-+一+一+-+一+一+一—2014:122.[6]刘真兵,胡军科,王清标,等.钢轨铣磨车恒力磨削的内模控制研究[J].铁道科学与工程学报,2013,10—(1):117122.[7]胡军科,蒋亚军,方健康,等.钢轨铣磨车磨削力的广—义预测控制[J].中国铁道科学,2014,35(6):8490.[8]韩继光,王贵成.精密磨床的砂轮自动平衡系统[J].—徐州师范大学报(自然科学版),2007(1):6568.[9]刘春林.控制力磨削液压系统在自动磨削中的应用—[J].液压与气动,2005(5):6062.[10]徐剑,叶文华,胡国志,等.基于开放式数控系统的恒功率自适应控制研究[J].制造技术与机床,2015(8):—3842.[1I]湖南海捷精密工业有限公司.适用于钢轨修磨的移动式数控装置及其控制方法:201210336900.4[P].2012—09一13.[12]中华人民共和国机械电子工业部.TGl系列伸缩式套筒液压缸:JB/T—51241991[s].中国农业机械化科—学研究院,1991:16.””——一+-+一+一+一+一+一+一+-+一+一+一+-++-+一+一+一+n+・}-+一+一+一+一+-+一+*卜-+・(上接第212页)(2)根据现有沉降资料结合理论估算,试验工点(黄淮冲积平原)在6~7m的路堤填高情况下,若能保证足够的预压时间,地基不进行深层处理而采用超载预压措施控制地基的工后沉降是也有可能的。实际设计时需考虑各种不利因素,采用浅层处理并结合预压措施,地基的工后沉降可以满足无砟轨道的铺设要求。(3)天然地基和处理地基沉降对比分析表明,桩筏结构具有更好地均化基底应力和横向差异沉降的作用。天然地基总沉降主要由浅层地基土压缩变形组成,地表以下20nl深度范围内压缩变形占地基总沉降约80%;而管桩桩筏结构地基总沉降主要由深部下卧层组成,加固区沉降仅3~4mm,仅占总沉降的10%左右。管桩桩筏结构地基总沉降约为天然地基总沉降的27.5%,且沉降收敛速度更快,表明桩筏结构对高速铁路深厚第四系地层的沉降控制是十分有效的。参考文献[1]雷正敏.CFG桩复合地基的加固机理及应用[J].铁道建筑技术,2012(SI):178.[2]付强,刘汉龙,庄妍,等.高速铁路CFG桩筏复合地基262钐}道建篱技术沉降变形特性研究[J].铁道科学与工程学报,2014,11(6):46.[3]李波,冷景岩.高速铁路CFG桩一筏结构沉降控制现场试验[J].铁道工程学报,2014(2):52.[4]肖启航.高速铁路CFG桩复合地基的沉降特性研究[D].成都:西南交通大学,2010:66.[5]左砷,王敏,徐林荣,等.高速铁路中低压缩性土桩一筏(网)地基加固效果研究[J].中南大学报(自然科学版),2014,45(5):1596.[6]苏维,杨怀志,马建林,等.高速铁路深厚松软土层CFG桩桩筏和桩网复合地基沉降特性的试验研究[J].铁道建筑,2009(7):68.[7]孙红林.高速铁路路基疏桩筏基研究及应用[J].岩土工程技术,2013,27(2):99.[8]陈尚勇.管桩桩筏基础在宿州站地基处理中的应用[J].铁道建筑,2009(7):108.[9]沈伟升.京沪高速铁路宿州东站地基土的基本特性及其地基处理测试分析[J].铁道勘察,2011,37(1):30.[10]刘庆.某深厚软土路基处理方案分析[J].铁道建筑技术,2006(2):68.[11]赵新益.无砟轨道中低压缩性土地基高路堤变形控制分析[J].路基工程,2012(6):140.[12]王建,周俊,徐建业.高速铁路CFG桩一帽一网结构路基沉降控制的现场试验研究[J].铁道勘察,2012,38(4):21.RAILWAYCONSTRUCTlONTECHNOLOGY2018(增111J1j1jl2345rILrLr!万方数据
布丁老师
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