鹽漬土地區(qū)鐵路路涵過渡段沉降分析

徐志彪

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程分院， 陜西 楊凌 712100)

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鹽漬土地區(qū)鐵路路涵過渡段沉降分析

徐志彪

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程分院， 陜西 楊凌 712100)

摘要：新建錫鐵山至北霍布遜地方貨運(yùn)鐵路為三級(jí)鐵路，該地區(qū)主要為鹽漬土地區(qū)，該工程鐵路通過地段巖鹽層最厚達(dá)17.7 m。其成分以氯化鈉為主，鹽層底部為湖泊相淡水沉積, 沉積有厚2～14 m的粘砂土、砂粘土、粘土及淤泥質(zhì)粘砂土、粘土, 再下為粉砂、細(xì)砂或中砂、粗砂、礫石土等，組成第一層承壓水層, 一般厚5～8 mm 。運(yùn)用實(shí)際觀測到的涵洞的沉降變形資料和涵身現(xiàn)場的原位測試、查閱相關(guān)資料及反演得到的土性參數(shù)，通過有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬及實(shí)際觀測分析涵洞DK42+768兩側(cè)過渡段沉降規(guī)律，開展軌道平順性的研究。

關(guān)鍵詞：鐵路； 路涵過渡段； 鹽漬土； 沉降

0引言

新建地方鐵路全線TJ-B標(biāo)起訖里程DK21+300～DK45+215，全線涵洞18座，涵址位于戈壁灘14座，高含鹽飽和細(xì)砂地區(qū)4座，分別為DK37+500，DK40+297，DK42+768，DK43+750，本文主要研究上述4座涵洞過渡段沉降。由于路涵過渡段和涵洞上部剛度相差較大，如果施工過程處理不好，可能會(huì)引起兩部分沉降差異較大，繼而造成軌道平順性問題。因此，過渡段必須進(jìn)行沉降分析，并做好沉降控制。

1過渡段工況

為了對(duì)驗(yàn)證本文所研究涵洞對(duì)列車平順性的要求。本文選取涵洞DK42+768的兩側(cè)路涵過渡段作為試驗(yàn)段進(jìn)行研究，斷面里程分別為DK42+752，DK42+760，DK42+776，DK42+784，并在現(xiàn)場進(jìn)行沉降監(jiān)測。針對(duì)此地區(qū)高含鹽飽和細(xì)砂土特殊的地質(zhì)特性，由于鹽殼下土層的含水量高，地下水位埋深較淺，鹽殼挖除后，地基土滲水嚴(yán)重，無法進(jìn)行重型機(jī)械碾壓處理，實(shí)際地基處理、路基填筑中，以不擾動(dòng)鹽殼為原則，直接在鹽殼上進(jìn)行重型機(jī)械碾壓處理，達(dá)到相關(guān)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)后，繼而進(jìn)行路基填筑。路涵過渡段長為9.64 m，具體施工方法是先按實(shí)際情況采取防水和排水措施，涵洞兩側(cè)過渡段采用A組料對(duì)稱回填，回填每層壓實(shí)厚度不超過20 cm。涵洞兩側(cè)1米范圍內(nèi)采用打夯機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，1 m范圍以外采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。為保證填料壓實(shí)度防止工后沉降超標(biāo)，碾壓前要多灑水使填料含水量在5.3%～5.4%，壓實(shí)遍數(shù)必須保證每層碾壓完后地基系數(shù)指標(biāo)K30≥150 MPa/m，合格后方可進(jìn)行下一層填筑，不合格時(shí)，須碾壓至合格，方可確保過渡段沉降滿足相關(guān)要求。地下水為第四系孔隙潛水，地下水埋深0.4～2.3 m，環(huán)境作用等級(jí)分別為H4、H3，氯鹽對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具腐蝕性，環(huán)境作用等級(jí)分別為L3。本段地表屬超氯鹽漬土，且地表0～2 m細(xì)砂承載力低，為松軟土，工程地質(zhì)條件差。路涵過渡段形式見圖1。路基頂面寬度為7.7 m，路基分為四層填筑，分別是基床表層、基床底層、隔斷層和基床以下。過渡段路堤填料參數(shù)見表1。

圖1　路涵過渡段示意圖

填料部位填料類別彈性模量E(MPa)泊松比μ密度/(kg/m3)基床表層A組填料1300.252200基床底層A組填料1300.252200隔斷層天然級(jí)配卵礫石1000.251800路堤以下0.4m級(jí)配碎石1200.252200

2過渡段土柱預(yù)壓荷載

為了確保路基在鋪軌前的工后沉降值符合現(xiàn)行的規(guī)范允許值，需在路基表面上施加一個(gè)由軌道及列車荷載換算的土柱荷載。因此，為保證列車軌道運(yùn)行平順，路涵過渡段在路堤頂面進(jìn)行預(yù)壓，土柱荷載與其他段路基是相同的，待沉降值穩(wěn)定后，就可去掉壓土荷載，然后進(jìn)行鋪軌。本文的堆載預(yù)壓土柱荷載的設(shè)計(jì)底面寬度與路基上表面寬度相同均為7.7 m，預(yù)壓土為施工現(xiàn)場土體，具體土柱荷載見圖2。

為了計(jì)算路基在完成鋪軌后的工后沉降，考慮在撤去土柱荷載后，路基在軌道和道板荷載的作用下的沉降分析，軌道荷載根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供資料，縱向取單位長度進(jìn)行計(jì)算。縱向涵洞兩側(cè)過渡段按實(shí)際情況各取9.64 m，涵洞按實(shí)際情況取1孔4 m，涵洞寬度同路面寬度為7.7 m，地基寬度取80 m，深度取90 m。共計(jì)單元172 600個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)192 967個(gè)。地基發(fā)生沉降是一個(gè)復(fù)雜的土層變化過程，為了對(duì)這一過程進(jìn)行分析，就必須確定正確合理的沉降模型。本文基于流變力學(xué)的基本理論，選擇由Maxwell模型和Kelvin模型串聯(lián)組合而成的Burgers模型(M-K)作為本計(jì)算模型的流變模型。模型圖見圖3。

圖2　現(xiàn)場土柱荷載截面示意圖

圖3　涵洞及過渡段的三維有限元模型

3土柱荷載作用下過渡段的工后沉降分析

本文選取涵洞DK42+768左側(cè)路涵過渡段斷面DK42+760進(jìn)行沉降分析，分析其在土柱荷載及鋪軌后荷載作用下的沉降規(guī)律。此工程于涵洞施工完成后開始施工，2012年9月5日完成路堤施工并進(jìn)行沉降觀測，2012年11月3日完成預(yù)壓土的施工，并進(jìn)行施工完成后的沉降觀測，因此，以2012年11月3日為界限將沉降劃分為施工期沉降和施工后沉降兩部分。本文研究2012年11月3日以后工后沉降。圖4給出了在土柱荷載作用下過渡段不同深度處的工后沉降值隨時(shí)間變化的規(guī)律。

圖4　DK42+760斷面沉降-時(shí)間曲線

從圖中可以看出在預(yù)壓土柱和路基自重的共同作用下，地基隨時(shí)間變化發(fā)生了明顯的沉降。左側(cè)斷面一年后的工后總沉降趨于穩(wěn)定，最終沉降值在300 mm左右，沉降值符合相關(guān)規(guī)范的要求。從路基工后沉降的構(gòu)成可以得出沉降主要是由地基土層

的沉降引起的，路堤本身的沉降只有小部分，由此可知該地區(qū)控制沉降的方法主要是針對(duì)地基的處理；路堤回填只要保證回填土質(zhì)量，基本能符合要求。

4計(jì)算值與實(shí)測值的對(duì)比

從2012年9月5日至2013年3月27日對(duì)地方鐵路DK42+768兩側(cè)過渡段為試驗(yàn)段進(jìn)行了監(jiān)沉降測，試驗(yàn)段從2013年11月3日開始堆載預(yù)壓，本文以此為開始研究時(shí)間點(diǎn)，下面將過渡段DK42+760沉降計(jì)算值和實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。圖5給出了DK42+760過渡段路基底面實(shí)測值和計(jì)算值的對(duì)比圖。從圖中對(duì)比發(fā)現(xiàn)，計(jì)算值和實(shí)測值相似程度是比較高的。

圖5　DK42+760沉降對(duì)比圖

從有限元分析可以得出，過渡段斷面地基12個(gè)月工后沉降逐漸趨于穩(wěn)定，在土柱荷載預(yù)壓6個(gè)月剩余沉降都在10 mm左右。在本鐵路規(guī)范允許范圍內(nèi)，因此在6個(gè)月可以進(jìn)行鋪軌。根據(jù)涵洞DK42+768兩側(cè)過渡段模擬及實(shí)測分析，過渡段最大沉降能滿足規(guī)范的沉降要求。且實(shí)測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)接近，說明施工現(xiàn)場技術(shù)可靠，監(jiān)測數(shù)據(jù)可信。

5結(jié)語

本文通過有限元軟件及實(shí)際觀測對(duì)高含鹽飽和細(xì)砂區(qū)涵洞過渡段進(jìn)行了沉降分析，而研究沉降變形主要是為了評(píng)價(jià)軌道的平順性要求。通過對(duì)過渡段不同深度的沉降分析，產(chǎn)生最大部分的沉降都是未做處理的地基。為保證軌道滿足列車運(yùn)行要求，必須對(duì)路涵過渡段進(jìn)行有效的沉降控制，并通過分析得出了正確的鋪軌時(shí)間。此外，文中介紹了實(shí)際的過渡段地基處理施工工法，為該地區(qū)鐵路工程的施工提供了重要的技術(shù)資料。

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Settlement Analysis on Railway Road Culvert

Transition Section in Saline Soil Area

XU Zhi-biao

(Architectural Engineering Branch College of Yangling Vocational and Technical College, Yangling, Shaanxi 712100, China)

Abstract:Newly-built Xitieshan to North Hob Johnson is third-level local freight railways and in the regions belonged to saline soil, it passes through the thickest layer of rock salt that reaches 17.7m. Its main ingredient is sodium chloride, the salt layer at the bottom of the lake with fresh water deposit, deposited thickness of 2 ～ 14m of loam, sandy clay, clay loam and silty sand, clay, and then the next is silt, sand or medium sand, coarse sand, gravel soil, etc., composed of confined water layer on the first layer, generally a thickness of 5 ～ 8mm. Using actual observed data and culvert settlement body field of in-situ testing, accessing to relevant information and shear strength parameters of inversion, with numerical simulation and actual observation of culverts DK42 + 768 on both sides of the transition section by finite element software settlement of the law, to carry out research on track smoothness.

Key words:railroad; road culvert transition section; saline soil; settlement

中圖分類號(hào)：U213.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9131(2015)02-0047-02

作者簡介：徐志彪(1986-)，男，湖北孝感人，碩士，助教。

收稿日期：2015-03-05