1、北京地區(qū)無縫線路整體道床下?lián)鯄Φ鼗脑O計特點和計算方法摘要隨著軌道及道床設計不斷開展,軌道交通路堤構造上道床敷設方式逐步由碎石道床向整體道床上鋪設無縫線路轉變,根據梁軌互相作用的設計思想,對路基擋墻的設計提出了更高的要求。作者通過參加幾條城市軌道交通路堤段的設計,總結出城市軌道交通路堤構造的設計特點及地基處理方法為今后設計提供參考經歷。關鍵詞整體道床沉降FG樁前言近年來隨著城市軌道的大力開展,地鐵線網不斷加密,在遠離城市中心區(qū)及連接城市與郊區(qū)的軌道上,路堤及高架構造因為工期短、投資少的特點進入大量建立的時期。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,運營

2、及安裝對路基提出了更高的要求。隨著軌道及道床設計不斷開展,軌道交通路堤上軌道及道床的鋪設方式逐步由碎石道床轉為整體道床上鋪設無縫線路,根據梁軌互相作用的設計思想,路基頂面由列車動載及軌道構造靜載產生的應力并不大,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造的正常使用。因此,路基地基的設計需考慮工后沉降對道床的影響,往往需對道床以下直至基底范圍內地基進展特殊處理,以滿足整體道床對其下根底的強度及剛度要求。目前國內標準并不適用于軌道無縫線路整體道床路基地基處理的相應設計,有必要尋找一種計算方法為今后大量的軌道地面線設計提供理論參考和設計指導。1設計特點1.1無縫線路整體道床對地基的要

3、求軌道工程采用無縫線路整體道床增加行車的舒適度,便于標準化施工和后期養(yǎng)護和維修,同時為保證軌道的平順,整體道床對下部根底沉降要求非常嚴格,路基頂面需提供較大的剛度才能保證整體道床軌道構造的正常使用。根據鐵道部科學研究院關于無渣軌道的研究報告,鋼軌扣件的調高量僅為40,根底頂面的豎向變位一般允許取調高量的50%70%。根據目前已運營的北京地鐵十三號線實際觀測經歷,整體道床的沉降需控制在20以下,在設計過程中根底的工后沉降應控制在15。1.2計算實例及分析下面是對北京五號線干大區(qū)間3.75高擋墻的設計實例。1.計算模型及地基地質情況2.沉降計算根據?鐵路橋涵地基和根底設計標準?321條規(guī)定土層壓縮

4、的總沉降量S可按下式計算:根底埋深0.8,位于3層,土層根本承載力220kPa,地基壓應力為126kPa,計算沉降經歷修正系數(shù)s為0.4。根底底標高40.43。沉降量計算見表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的設計允許值。3.分析由此可見雖然地基土的承載力滿足設計要求,但壓縮沉降超過整體道床的豎向允許值,必須對地基土進展處理,保證根底沉降值滿足后期軌道的鋪設及運營條件。城市軌道車輛與鐵路車輛不同點在于軸重輕、軸間距長和行車密度大,計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,地基沉降控制是設計中重要指標。目前?地鐵設計標準?(GB50157-2022)及?鐵路路基支擋構造設計標準?(TB10025-2001)對路基擋墻的設計仍基于碎石道床路基,主要針對填料分類和基床土的壓實度作了要求,對于根底的沉降計算及處理方法并沒有提及,對于整體道床路基的設計欠缺理論上的指導性。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計方法,尤其是地基的處理方法一定要施工簡便、沉降處理效果明顯且工程造價合理。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用。下面分別總結在北京地區(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的方案,并針對該方案列出計算方法和實際檢測報告。轉貼于論文聯(lián)盟.ll.2地基處理方法簡介目前華北及北京地區(qū)普遍采用的地基處理方法有:密實法、置換法、復合地基法、加筋法及灌漿法等,由于其它幾種方法對土層的依賴性較大,不適用于土層變化頻繁的城市軌道工程。而復合地基法具有密實法和置換法的效應,同時比較施工速度及經濟性等因素,推薦復合地基法為地基處理的主要工法。復合地基是在天然地基中設置一定比例的增強體(樁體),使樁土共同承擔荷載,使土體的孔隙體積減少、密實度進步,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

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

8、適宜北京軌道交通路堤構造的地基處理方法。2.2復合地基樁型的選擇碎石樁復合地基是散體樁復合地基的代表樁體材料由碎石組成。主要特點是樁體本身沒有粘結強度,振動成樁工藝,側重樁間土的擠密作用。石灰樁復合地基為低粘結強度樁復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。主要特點是樁土應力比在25之間,復合地基即有擠密作用又有置換作用。FG樁復合地基是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高強粘結樁,和樁間土、褥墊層一起形成復合地基,多采用長螺旋鉆桿內泵壓灌注成樁工藝。FG樁施工速度快、工期短、質量容易控制、工程造價低廉,是目前北京及周邊地區(qū)應用最普遍的地基處

9、理技術之一。其主要工程特點:(1)承載力進步幅度大、可調性強;(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)復合地基變形小;(6)褥墊層是復合地基的重要組成部分,是高強粘結強度樁形成復合地基的必要條件。各種樁型復合地基工程特性比較如表3。由表3可見,FG樁復合地基適用土層廣泛,各種地基土層均可大幅進步地基承載力,復合地基模量高,根底變形小,且可全樁長發(fā)揮側阻,樁端落在好的土層時可很好地發(fā)揮端阻,通過調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,對運營有利。另外,FG樁復合地基成套技術目前已有

10、施工及驗收標準,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,工程造價一般為樁基的1/31/2,經濟效益和社會效益非常顯著。根據前述實例計算,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,并應大幅度進步復合地基的模量,而在各種樁型的復合地基中只有FG樁復合地基可以到達要求,其它樁型復合地基處理方式對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,宜優(yōu)先采用FG樁復合地基的處理工藝。3FG樁復合地基設計計算3.1承載力計算現(xiàn)有文獻對FG樁復合地基承載力的計算方法很多,計算結果差異較大,本文根據對北京幾條城市軌道線的設計實

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

12、計算比較及與實際檢測,推薦FG樁復合地基變形計算方法為復合模量法。計算時復合土層與天然地基一樣,復合土層的模量等于該天然地基模量的倍。復合地基最終變形量計算公式為:式中:n1為加固區(qū)范圍內土層分層數(shù);n2為沉降計算深度范圍土層總的分層數(shù);p0為附加應力,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 ,;為模量進步系數(shù);為沉降計算修正系數(shù)。根據以上公式,前述工程實例3.75高擋墻根底承載力及沉降值計算情況如下:處理方案為FG樁,樁距2,樁長8.5,樁徑0.4,樁頂標高39.8;圖2為計算模型,最終計算沉降量為10.43,小于軌道允許

13、沉降量(15)。為驗證計算方法的準確性,本段復合地基施工完畢后,選取3根不同樁長FG樁做單樁承載力試驗,另選三處地基做復合地基承載力試驗。檢測結果單樁承載力及復合地基承載力均與本文推薦公式的計算結果一致,沉降連續(xù)觀測尚未完成,就目前掌握資料,工后沉降滿足軌道要求,詳細沉降值在鋪軌完成時才有結果?？梢姳疚挠嬎惴椒梢詰糜谀壳败壍澜煌ǖ鼗幚淼挠嬎恪?問題與建議本文推薦的復合地基承載力計算公式中并沒有計入深度修正系數(shù),與?建筑地基根底設計標準?(GB50007-2002)中規(guī)定的設計值存在一定的偏向,原因是考慮復合地基的受力機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,不利于計算

14、理論的推廣。目前的計算方法所得復合地基承載力相對平安。目前勘察成果一般提供土層的承載才能標準值,本文計算公式中地基土極限承載力計算方法可參照?鐵路橋涵地基和根底設計標準?中的相應規(guī)定計算。?建筑地基根底設計標準?(GB50007-2002)中規(guī)定復合地基檢測內容為樁身質量檢測和復合地基承載力檢測,針對無縫線路整體道床下的復合地基,作者建議還需增加單樁承載力的檢測,理由是整體道床下復合地基以控制沉降為主要目的,而普通的建筑復合地基以進步承載力為主,兩者的計算方法也不完全一樣,單樁承載力作為計算復合地基沉降值及評價復合地基承載力的重要指標,是復核計算理論準確與否的參數(shù),應該加以檢測。另外目前?客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準?(鐵建立2022160)中也對復合地基的檢測內容作了規(guī)定,明確需檢測單樁承載力,為今后城市軌道路基的檢測提供根據。5完畢語無縫線路整體道床是今后軌道交通道床鋪設方式的開展方向,為適應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。路基擋墻根底的設計較以往碎石路基根底設計要求嚴格很多,地基沉降的處理往往控制根