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铁路工程不同软基处理方法工后沉降与稳定研究

 期刊栏目:工作研究     更新时间:2015-09-18 18:11:48     浏览: 529 次

铁路工程不同软基处理方法工后沉降与稳定研究

郭申鹏

河北省铁路管理局 河北石家庄  050000

摘要:高速铁路列车的安全与稳定行驶,必须为其提供平顺和稳定的轨下基础,其中路基是轨道的结构的主要基础,一定要在运行环境下保证线路轨道相关参数满足标准规定需求,因此对于铁路工程软基处理和沉降提出严格要求。在此种状况下,铁路工程不同软基处理方法和沉降稳定直接影响着列车运行的安全性与稳定性,因此必须加强铁路工程不同软基处理方法之后的沉降和稳定研究,从而确保列车的安全运行。

关键词:铁路工程;不同软基处理;工后沉降;稳定;

近些年来,社会经济的快速发展,科学技术的不断进步,已经研发出许多软基处理技术。而各种软基处理技术具备不同的特点,比如说有些软基处理技术工期短,有些处理技术造价低,部分软基处理技术造成的环境污染小等。从铁路工程项目建设方面而言,依据铁路工程项目具体状况,合理运用不同软基处理技术,应该熟练掌握技术间存在的联系,然后选择适宜的软基处理技术。

一、软土地基处理技术与设计准则

现阶段,铁路工程进行建设时,软土地基的变形和稳定处理技术有多种。可以延长施工预压期,提高施工加载从而加强软土地基的强度,地基的沉降应该尽量控制在施工阶段。其次还可以在一定程度上加大地基排水的固结率,有效加强地基强度,并且降低地基整体沉降,主要应用桩体复合地基等有关对策降低外荷载作用下形成的沉降,同时有效提升地基的承载力,降低软基处理技术后的沉降[1]。现阶段,铁路工程项目在建设过程中应用的软基处理技术包含了砂井和塑料排水板以及粉喷桩等相关技术。其中砂井和塑料排水板等相关排水固结方法在理论方面比较成熟,而且施工设备比较简单,成本小,尤其是砂井,是砂料丰富地区的主要软基处理方法。可是因为排水固结方法要进行荷载的预压,同时预压的时间相对较长,若是铁路工程的工期短,缺少压载条件,就无法应用砂井处理技术。同时此种技术仅仅可以加速沉降,难以降低沉降量,因此针对沉降与不均匀沉降要求相对较高的铁路工程不可以利用此种技术。水泥土的搅拌方法属于新型的软土地基加固方法,其主要是向土中强制拌入水泥或者是水泥浆对土体进行加固,不但能够在一定程度上提升地基承载力,还能够在原来的加固深度中有效降低原地基的沉降量,从而确保沉降稳定。此种软土地基处理技术具备良好发展前景,和其它相关处理技术比较而言,水泥的应用量相对偏大,且造价成本高。

在铁路工程项目软土地基处理技术选择过程中,一定要选择科学、有效的处理技术。通常情况下,不同软基处理技术具备各自的机理与应用范围,而在选取软土地基处理技术过程中一定要依据地质条件和上部结构种类以及应用需求等进行分析,应用先进技术和经济合理以及质量高等技术。

二、不同软基处理技术工后沉降构成以及计算分析

(一)软基处理工后沉降的构成

铁路软基处理技术工后变形通常由路基静荷载与行车动荷载进行控制,所以在预测软基工后的沉降过程中,一定要综合分析上述两种荷载影响下的软基土变形特点[2]。对于路基静荷载影响而言,软基处理工后的变形主要包含了一些并未实施的主固结构变形和次固结构变形,同时还包含了侧向变形。因为加大行车的动荷载,就会使塑性变形不断累积,而且行车的动荷载还会造成土体的超净孔隙水压力不断提升,造成排水固结不断变形,甚至还会发生侧向变形。现阶段,软基工后沉降的分析与研究的内容一般是路基的静荷载,而针对动荷载的研究比较少。

(二)工后沉降计算分析

①复合模量方法,主要是把加固区域的地基土体和增强体作为复合体,选择复合压缩模量利用分层综合方法进行加固地区中土层压缩量的计量[3]。而加固区域土体的压缩量如下:

 

上述公式中,表示第i层的复合上体中的附加应力增量,而表示第i层的复合土体相应厚度,一般选择面积的加权平均方法进行计算,也就是:

 

以上公式,表示的为状体压缩模量,而表示桩间土的压缩模量,另外m表示的为复合地基的置换率。②应力修正方法,依据桩间的土分担相应荷载密度,可以忽略强体的存在,依据桩间土相关压缩模量进行计算,而桩间土的分担荷载计算公式如下:

 

公式中的P表示的为复合地基中平均荷载密度,而表示的为应力修正系数,另外n与m分别表示的是复合地基桩间的土应力比与复合地基相应置换率。③桩身压缩量方法,竖向增强体的复合地基桩体需要承担的荷载如下:

 

公式中P表示复合地基中平均的荷载密度,而表示的为应力集中系数,另外

与m分别表示的为桩土应力比与复合地基的置换率。

三、加强不同软基的稳定与均匀沉降的对策

(一)优化设计思路

    通过对复合地基的加固区域与下卧层压缩量研究,若是下卧层属于软弱土层,而且比较厚,此种状况下下卧层土体相应压缩量就占据复合地基整体沉降量大部分比例。对此,为了能够在一定程度上降低深厚软黏土地基中复合地基的沉降量,可以降低软弱下卧层相应压缩量[4]。比如说在一定程度上加大加固区域的深度,并且降低软弱下卧土层相应厚度。综合分析荷载影响下复合地基的附加应力具体分布状况,复合地基的加固区域深度应该选择变刚度分布,不但能够降低压缩量,还能够降低工程成本的投入,提高经济效益。首先状体应用选择变刚度设计,对于浅部要选择大刚度,而深度要选择小刚度,例如选择深层搅拌方法完成水泥土桩,其中浅部应该选择相对偏高的水泥掺和梁,而深度应该选择小水泥掺和量,或者是水泥土桩的浅部应用偏大直径,深度选择小直径,另外沿深度应该选择对应的置换率。

(二)严格控制软基的总沉降

降低路基荷载能够在一定程度上减小路基总沉降,加强路基的可靠性与安全性,同时还能够满足工后沉降标准需求,有效控制工后沉降[5]。而为了可以严格控制路基总沉降,首先要选取构筑物和路基相应分界高度,要对铁路工程设计技术方案进行对比,明确路桥相应分界高度,便于对路基工后的沉降进行有效控制。通常情况下,路段的分界高度应该为5至6米。针对城市周围一定要减小标准,应该严格控制在5米上下。其次选择轻质填料,比如说粉煤灰的容重应该在1.2至1.4kN/m区间,这样便于压实。选择粉煤灰进行填筑,不仅可以在一定程度上防止路基填料发生的沉降,还可以有效降低调料对于地基造成的压力,从而防止路基沉降。

(三)路基填筑控制

其一般是应用科学填筑方式对填筑的速率进行管控,并合理编排施工增加的相关预压时间,从而保证加固层可以在施工阶段充分固结。现阶段,针对填筑高路基而言,一般选择薄层轮加法,进行分级加载填筑[6]。而此技术主要是迅速填土到极限高度,公式如下:

 

公式中的N表示承载力因子,r表示填土容量,单位为t/,C表示地基土相应十字板强度,单位也是t/。通常情况下十字板强度选择地基淤泥软土层相应强度最小平均数值。剩下填土荷载应该依据碾压规定的相关铺填厚度,一般铺填长度要以地基强度的增长(Δ)状况进行匹配。

Δ

公式中的Δ表示的为强度增加值,r表示填土重度,而K表示安全系数,另外表示承载力相关影响要素。

在进行填筑时,尽量要一次铺填碾压之后,地基的强度增长可以满足再次铺填一层的能力,有效应用地基强度自身增长能力,实现迅速填筑的目的。此种方法能够把超过极限填土高度相关填土进行科学分级,同时有效明确填土具体时间间隔,确保各层填土厚度和地基由固结从而形成的增长强度进行匹配,这样就能够防止分几级加载,同时连续逐层把路堤填筑到设计标准高度,在一定程度上减小整体填筑时间,有效降低工后沉降。

(四)施工动态控制

其主要包含两个方面,一方面是针对路基处理方法补充设计或者是调整,另外一方面是针对填土速率和各个阶段填土高度完成设计,并且制定相关加载方案。首先选择动态控制相应初始参数,依据地质资料与设计资料选择动态控制需求的相应土工参数和设计参数。其次填土极限高度的计算,对填土极限高度进行计算,加强稳定性控制,通常选择各种加载高度完成试算,其中加载稳定性的验算应用的为有效应力方法,在进行计算时利用已知的安全系数,然后反算出极限高度,试算一直到满足安全系数有关需求位置。在试算结束之后,这时获取的加载高度就是极限高度。而稳定计算方式主要是有效固结应力方法,其主要利用条分方法完成计算[7]。最后,动态控制计算编制施工方案,明确第一级的填土高度,然后综合分析施工具体状况选择相关加载高度当作第一级的加载高度,或是把施工具体加载流程当作第一级的加载高度,并且设定多种加载计划,从满足稳定性需求,同时计算沉降。

(五)处理主固结沉降

针对相对比较后厚的软土层,通常发生的变形沉降是主固结造成的。而深厚层软土地基发生主固结变形并非同步产生的,主要是慢慢发展的。由于深部软土设置的排水距离比较长,且排水条件相对偏差,此种状况下固结速率和固结度要比表层软土低,因此对于深厚软土地基而言,在软基处理过程中,一定要利用超载预压和增大排水设备深度等措施,有效防止发生主固结沉降。

结束语:

    软土地基在路基工后沉降主要因为路基填土压密和行车造成基床下沉与软土地基发生路基工后的沉降等问题。依据铁路工程路基填筑标准,要求填土压密下沉发生的工后沉降应该占据路堤高度0.2至0.3%,列车荷载发生基床下沉大致为1mm。因为铁路工程沉降的限制数值相对偏小,所以工后沉降计算一定要精确,必须有效提升计算精度,并且综合分析软土条件,保证铁路工程工后沉降可以满足标准要求。

参考文献:

[1]邢中立.塑料排水板处理高速公路软土地基路堤分析[D].西南交通大学,2011. 

[2]彭湘林.真空联合堆载预压法处理软基的影响深度与沉降预测[D].吉林大学,2012. 

[3]高颖.公路软土地基施工及处理方法探析[J].浙江建筑,2012,05:27-29. 

[4]张磊.津秦客专路涵过渡段CFG桩网复合地基沉降变形及桩土应力特性研究[D].北京交通大学,2013. 

[5]沈科.区域地面沉降对(京沪)高速铁路路基的影响及对策研究[D].西南交通大学,2013. 

[6]刘建.关于市政道路的软基施工技术措施分析[J].中华民居(下旬刊),2013,01:314-315. 

[7]李小刚.填海造地道路地基处理工程中的软基沉降监测及预测分析[D].中南大学,2013.

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