北京地區(qū)無縫線路整體道床下?lián)鯄Φ鼗脑O(shè)計(jì)特點(diǎn)和計(jì)算方法

1、北京地區(qū)無縫線路整體道床下?lián)鯄Φ鼗脑O(shè)計(jì)特點(diǎn)和計(jì)算方法摘要隨著軌道及道床設(shè)計(jì)不斷開展,軌道交通路堤構(gòu)造上道床敷設(shè)方式逐步由碎石道床向整體道床上鋪設(shè)無縫線路轉(zhuǎn)變,根據(jù)梁軌互相作用的設(shè)計(jì)思想,對(duì)路基擋墻的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。作者通過參加幾條城市軌道交通路堤段的設(shè)計(jì),總結(jié)出城市軌道交通路堤構(gòu)造的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及地基處理方法為今后設(shè)計(jì)提供參考經(jīng)歷。關(guān)鍵詞整體道床沉降FG樁前言近年來隨著城市軌道的大力開展,地鐵線網(wǎng)不斷加密,在遠(yuǎn)離城市中心區(qū)及連接城市與郊區(qū)的軌道上,路堤及高架構(gòu)造因?yàn)楣て诙獭⑼顿Y少的特點(diǎn)進(jìn)入大量建立的時(shí)期。城市軌道交通工程與普通鐵路的區(qū)別主要為行車密度大、使用壽命長及平安可靠度要求高等,運(yùn)營

2、及安裝對(duì)路基提出了更高的要求。隨著軌道及道床設(shè)計(jì)不斷開展,軌道交通路堤上軌道及道床的鋪設(shè)方式逐步由碎石道床轉(zhuǎn)為整體道床上鋪設(shè)無縫線路,根據(jù)梁軌互相作用的設(shè)計(jì)思想,路基頂面由列車動(dòng)載及軌道構(gòu)造靜載產(chǎn)生的應(yīng)力并不大,但整體道床路基頂面需提供較大的剛度才能保證整體道床軌道構(gòu)造的正常使用。因此,路基地基的設(shè)計(jì)需考慮工后沉降對(duì)道床的影響,往往需對(duì)道床以下直至基底范圍內(nèi)地基進(jìn)展特殊處理,以滿足整體道床對(duì)其下根底的強(qiáng)度及剛度要求。目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)并不適用于軌道無縫線路整體道床路基地基處理的相應(yīng)設(shè)計(jì),有必要尋找一種計(jì)算方法為今后大量的軌道地面線設(shè)計(jì)提供理論參考和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。1設(shè)計(jì)特點(diǎn)1.1無縫線路整體道床對(duì)地基的要

3、求軌道工程采用無縫線路整體道床增加行車的舒適度,便于標(biāo)準(zhǔn)化施工和后期養(yǎng)護(hù)和維修,同時(shí)為保證軌道的平順,整體道床對(duì)下部根底沉降要求非常嚴(yán)格,路基頂面需提供較大的剛度才能保證整體道床軌道構(gòu)造的正常使用。根據(jù)鐵道部科學(xué)研究院關(guān)于無渣軌道的研究報(bào)告,鋼軌扣件的調(diào)高量僅為40,根底頂面的豎向變位一般允許取調(diào)高量的50%70%。根據(jù)目前已運(yùn)營的北京地鐵十三號(hào)線實(shí)際觀測(cè)經(jīng)歷,整體道床的沉降需控制在20以下,在設(shè)計(jì)過程中根底的工后沉降應(yīng)控制在15。1.2計(jì)算實(shí)例及分析下面是對(duì)北京五號(hào)線干大區(qū)間3.75高擋墻的設(shè)計(jì)實(shí)例。1.計(jì)算模型及地基地質(zhì)情況2.沉降計(jì)算根據(jù)?鐵路橋涵地基和根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?321條規(guī)定土層壓縮

4、的總沉降量S可按下式計(jì)算:根底埋深0.8,位于3層,土層根本承載力220kPa,地基壓應(yīng)力為126kPa,計(jì)算沉降經(jīng)歷修正系數(shù)s為0.4。根底底標(biāo)高40.43。沉降量計(jì)算見表2。最終沉降量:S=0.4(0.0118+0.0042+0.0179+0.015+0.0054+0.0026)=0.0228。大于0.015的設(shè)計(jì)允許值。3.分析由此可見雖然地基土的承載力滿足設(shè)計(jì)要求,但壓縮沉降超過整體道床的豎向允許值,必須對(duì)地基土進(jìn)展處理,保證根底沉降值滿足后期軌道的鋪設(shè)及運(yùn)營條件。城市軌道車輛與鐵路車輛不同點(diǎn)在于軸重輕、軸間距長和行車密度大,計(jì)算換算土柱高度較鐵路要低,地基承載力要求不高。而無縫線路整

5、體道床的豎向變形要求地基土必須提供足夠的剛度,地基沉降控制是設(shè)計(jì)中重要指標(biāo)。目前?地鐵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(GB50157-2022)及?鐵路路基支擋構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(TB10025-2001)對(duì)路基擋墻的設(shè)計(jì)仍基于碎石道床路基,主要針對(duì)填料分類和基床土的壓實(shí)度作了要求,對(duì)于根底的沉降計(jì)算及處理方法并沒有提及,對(duì)于整體道床路基的設(shè)計(jì)欠缺理論上的指導(dǎo)性。鑒于目前的軌道地面線大量建立的情況,有必要尋求一種適宜整體道床路基的設(shè)計(jì)方法,尤其是地基的處理方法一定要施工簡(jiǎn)便、沉降處理效果明顯且工程造價(jià)合理。目前地基處理方法很多,但在城市軌道路基處理方面尚未運(yùn)用。下面分別總結(jié)在北京地區(qū)常用的幾種地基處理方式,并借鑒城市

6、道路路橋分界處地基的處理方法及計(jì)算理論,提出較為適宜城市軌道無縫線路整體道床地基特點(diǎn)的方案,并針對(duì)該方案列出計(jì)算方法和實(shí)際檢測(cè)報(bào)告。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2地基處理方法簡(jiǎn)介目前華北及北京地區(qū)普遍采用的地基處理方法有:密實(shí)法、置換法、復(fù)合地基法、加筋法及灌漿法等,由于其它幾種方法對(duì)土層的依賴性較大,不適用于土層變化頻繁的城市軌道工程。而復(fù)合地基法具有密實(shí)法和置換法的效應(yīng),同時(shí)比較施工速度及經(jīng)濟(jì)性等因素,推薦復(fù)合地基法為地基處理的主要工法。復(fù)合地基是在天然地基中設(shè)置一定比例的增強(qiáng)體(樁體),使樁土共同承擔(dān)荷載,使土體的孔隙體積減少、密實(shí)度進(jìn)步,地基土的承載力增加、壓縮性降低的人工地基。不同樁型的復(fù)

7、合地基,其承載力和變形特征明顯不同。2.1復(fù)合地基效應(yīng)根據(jù)樁體材料不同,可將復(fù)合地基分為散體材料復(fù)合地基、一般粘結(jié)強(qiáng)度樁復(fù)合地基和高粘結(jié)強(qiáng)度樁復(fù)合地基。不同樁型的復(fù)合地基,其承載力和變形特征明顯不同。理解不同樁型復(fù)合地基的共同點(diǎn)以及它們之間的差異,對(duì)合理選擇復(fù)合地基中的樁型是有重要意義的。綜合各種樁型的復(fù)合地基效應(yīng),歸納為五個(gè)方面:(1)置換作用,也稱樁體效應(yīng);(2)擠密、振密作用;(3)排水作用;(4)減載作用;(5)樁對(duì)土的約束作用。復(fù)合地基比較有代表性的樁型有碎石樁、石灰樁、FG樁等,下面就對(duì)不同樁型復(fù)合地基工程特性和地基效應(yīng),結(jié)合城市軌道工程的受力特點(diǎn)及北京地區(qū)地質(zhì)情況加以比較,比選出

8、適宜北京軌道交通路堤構(gòu)造的地基處理方法。2.2復(fù)合地基樁型的選擇碎石樁復(fù)合地基是散體樁復(fù)合地基的代表樁體材料由碎石組成。主要特點(diǎn)是樁體本身沒有粘結(jié)強(qiáng)度,振動(dòng)成樁工藝,側(cè)重樁間土的擠密作用。石灰樁復(fù)合地基為低粘結(jié)強(qiáng)度樁復(fù)合地基樁體由固化劑生石灰和活性材料粉煤灰、火山灰或惰性材料干砂按一定比例配制而成。主要特點(diǎn)是樁土應(yīng)力比在25之間,復(fù)合地基即有擠密作用又有置換作用。FG樁復(fù)合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高強(qiáng)粘結(jié)樁,和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基,多采用長螺旋鉆桿內(nèi)泵壓灌注成樁工藝。FG樁施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制、工程造價(jià)低廉,是目前北京及周邊地區(qū)應(yīng)用最普遍的地基處

9、理技術(shù)之一。其主要工程特點(diǎn):(1)承載力進(jìn)步幅度大、可調(diào)性強(qiáng);(2)適用范圍廣;(3)剛性樁的性狀明顯;(4)樁體具有良好的排水作用;(5)復(fù)合地基變形小;(6)褥墊層是復(fù)合地基的重要組成部分,是高強(qiáng)粘結(jié)強(qiáng)度樁形成復(fù)合地基的必要條件。各種樁型復(fù)合地基工程特性比較如表3。由表3可見,FG樁復(fù)合地基適用土層廣泛,各種地基土層均可大幅進(jìn)步地基承載力,復(fù)合地基模量高,根底變形小,且可全樁長發(fā)揮側(cè)阻,樁端落在好的土層時(shí)可很好地發(fā)揮端阻,通過調(diào)整樁長和褥墊層厚度可以保證根底受力均勻,尤其在上部構(gòu)造變化處(如路橋分界處、根底地層有軟弱夾層處等),保證軌道平順,對(duì)運(yùn)營有利。另外,FG樁復(fù)合地基成套技術(shù)目前已有

10、施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),和普通樁基相比,由于FG樁樁體材料可以摻入工業(yè)廢料粉煤灰、不配筋以及充分發(fā)揮樁間土的承載才能,工程造價(jià)一般為樁基的1/31/2,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。根據(jù)前述實(shí)例計(jì)算,軌道路基處理以沉降控制為主要目的,要求樁土共同受力性能良好,并應(yīng)大幅度進(jìn)步復(fù)合地基的模量,而在各種樁型的復(fù)合地基中只有FG樁復(fù)合地基可以到達(dá)要求,其它樁型復(fù)合地基處理方式對(duì)根底沉降控制均較弱。綜上所述,在確定軌道路基的地基處理方案時(shí),宜優(yōu)先采用FG樁復(fù)合地基的處理工藝。3FG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算3.1承載力計(jì)算現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)FG樁復(fù)合地基承載力的計(jì)算方法很多,計(jì)算結(jié)果差異較大,本文根據(jù)對(duì)北京幾條城市軌道線的設(shè)計(jì)實(shí)

11、例及檢測(cè)結(jié)果結(jié)合道路擋墻與橋梁相接處地基處理的工程經(jīng)歷,推薦承載力可采用下面的公式進(jìn)展估算:fsp,k=Rk/Ap+(1-)fk或fsp,k=1+(n-1)fk式中:fsp,k為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa;fk為天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa;為面積置換率;n為樁土應(yīng)力比;Ap為FG樁單樁截面積,2;為樁間土強(qiáng)度進(jìn)步系數(shù);為樁間土強(qiáng)度發(fā)揮系數(shù);Rk為FG樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值,kN,Rk可按下式計(jì)算:Rk=(Upqsikhi+qpkAp)/K式中:Up為樁的周長;qsik為第i層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;hi為第i層土厚度;qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;K為平安系數(shù),經(jīng)歷值取2.0。3.2變形計(jì)算經(jīng)多個(gè)工程

12、計(jì)算比較及與實(shí)際檢測(cè),推薦FG樁復(fù)合地基變形計(jì)算方法為復(fù)合模量法。計(jì)算時(shí)復(fù)合土層與天然地基一樣,復(fù)合土層的模量等于該天然地基模量的倍。復(fù)合地基最終變形量計(jì)算公式為:式中:n1為加固區(qū)范圍內(nèi)土層分層數(shù);n2為沉降計(jì)算深度范圍土層總的分層數(shù);p0為附加應(yīng)力,kPa;Esi為根底地面下第i層土的壓縮模量,Pa;zi、zi-1為根底底面至第i層、第i-1層土底面的間隔 ,;為模量進(jìn)步系數(shù);為沉降計(jì)算修正系數(shù)。根據(jù)以上公式,前述工程實(shí)例3.75高擋墻根底承載力及沉降值計(jì)算情況如下:處理方案為FG樁,樁距2,樁長8.5,樁徑0.4,樁頂標(biāo)高39.8;圖2為計(jì)算模型,最終計(jì)算沉降量為10.43,小于軌道允許

13、沉降量(15)。為驗(yàn)證計(jì)算方法的準(zhǔn)確性,本段復(fù)合地基施工完畢后,選取3根不同樁長FG樁做單樁承載力試驗(yàn),另選三處地基做復(fù)合地基承載力試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果單樁承載力及復(fù)合地基承載力均與本文推薦公式的計(jì)算結(jié)果一致,沉降連續(xù)觀測(cè)尚未完成,就目前掌握資料,工后沉降滿足軌道要求,詳細(xì)沉降值在鋪軌完成時(shí)才有結(jié)果?？梢姳疚挠?jì)算方法可以應(yīng)用于目前軌道交通地基處理的計(jì)算。4問題與建議本文推薦的復(fù)合地基承載力計(jì)算公式中并沒有計(jì)入深度修正系數(shù),與?建筑地基根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(GB50007-2002)中規(guī)定的設(shè)計(jì)值存在一定的偏向,原因是考慮復(fù)合地基的受力機(jī)理與天然地基和樁基均不太一樣,不同土層深度修正系數(shù)差異很大,不利于計(jì)算

14、理論的推廣。目前的計(jì)算方法所得復(fù)合地基承載力相對(duì)平安。目前勘察成果一般提供土層的承載才能標(biāo)準(zhǔn)值,本文計(jì)算公式中地基土極限承載力計(jì)算方法可參照?鐵路橋涵地基和根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?中的相應(yīng)規(guī)定計(jì)算。?建筑地基根底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(GB50007-2002)中規(guī)定復(fù)合地基檢測(cè)內(nèi)容為樁身質(zhì)量檢測(cè)和復(fù)合地基承載力檢測(cè),針對(duì)無縫線路整體道床下的復(fù)合地基,作者建議還需增加單樁承載力的檢測(cè),理由是整體道床下復(fù)合地基以控制沉降為主要目的,而普通的建筑復(fù)合地基以進(jìn)步承載力為主,兩者的計(jì)算方法也不完全一樣,單樁承載力作為計(jì)算復(fù)合地基沉降值及評(píng)價(jià)復(fù)合地基承載力的重要指標(biāo),是復(fù)核計(jì)算理論準(zhǔn)確與否的參數(shù),應(yīng)該加以檢測(cè)。另外目前?客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)?(鐵建立2022160)中也對(duì)復(fù)合地基的檢測(cè)內(nèi)容作了規(guī)定,明確需檢測(cè)單樁承載力,為今后城市軌道路基的檢測(cè)提供根據(jù)。5完畢語無縫線路整體道床是今后軌道交通道床鋪設(shè)方式的開展方向,為適應(yīng)整體道床的豎向變形要求,高架及路堤擋墻根底需要提供足夠的剛度以保證線路的平順和行車舒適性。路基擋墻根底的設(shè)計(jì)較以往碎石路基根底設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格很多,地基沉降的處理往往控制根