樁板結(jié)構(gòu)在膨脹土地區(qū)鐵路路基中的應(yīng)用

白少儒

（中鐵十五局集團(tuán)第三工程有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

膨脹土在全國(guó)范圍內(nèi)分布廣泛，有明顯漲縮性，具有遇水軟化崩解、失水收縮開(kāi)裂的特性。這些特性會(huì)造成鐵路路基“上拱”，對(duì)后期鐵路運(yùn)營(yíng)安全造成威脅。目前常見(jiàn)的處理方式為設(shè)置改性樁、設(shè)置土工合成材料截排水、換填部分基床膨脹土、設(shè)置緩沖層（砂墊層或礫石墊層）等。

應(yīng)用結(jié)果證明，這些處理方法雖然有一定作用，但在后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中仍然會(huì)發(fā)生微膨脹。在普鐵線(xiàn)路上由于時(shí)速低且為有砟軌道，危害并不明顯，但在無(wú)砟軌道，特別是350km/h 的高速鐵路中，微小的膨脹上拱也可能造成極大危險(xiǎn)。為此，在膨脹土路基上完全消除膨脹上拱，成為高速鐵路設(shè)計(jì)的一大難題。

為此，結(jié)合樁板結(jié)構(gòu)工后沉降穩(wěn)定和原膨脹土設(shè)置緩沖層消除膨脹危害的思路，形成全新的樁板結(jié)構(gòu)。

1 樁板結(jié)構(gòu)（膨脹路基）形式和設(shè)計(jì)原理

1.1 結(jié)構(gòu)形式

樁板結(jié)構(gòu)（膨脹路基）由鋼筋混凝土樁基、路基本體及鋼筋混凝土承臺(tái)板組成（托梁式樁板結(jié)構(gòu)路基還包括托梁）。與傳統(tǒng)處理深厚軟土地基的樁板結(jié)構(gòu)不同的是，樁板結(jié)構(gòu)（膨脹路基）承臺(tái)板底部設(shè)置脫空層，在樁基頂部一定范圍采用塑料模板隔絕樁基與土層摩擦力（樁板結(jié)構(gòu)代表性橫斷面示意圖如圖1所示）。

圖1 樁板結(jié)構(gòu)代表性橫斷面示意圖

1.2 設(shè)計(jì)原理

樁板結(jié)構(gòu)（膨脹路基）設(shè)計(jì)原理是從兩方面消除路基膨脹造成的路基上拱。一是在樁板結(jié)構(gòu)承臺(tái)板底預(yù)留足夠脫空層，使板底路基上拱對(duì)頂部承臺(tái)板無(wú)法造成影響。預(yù)留高度可根據(jù)該地段膨脹土土質(zhì)特性確定。二是在樁基頂部地下水位變化區(qū)域使用土工材料將樁基與土體隔離，一旦地下水位浮動(dòng)造成土體膨脹，不會(huì)對(duì)樁基形成向上摩擦力，造成承臺(tái)板上拱（樁板結(jié)構(gòu)細(xì)部圖詳見(jiàn)圖2）。地下水位及膨脹土特性可根據(jù)地質(zhì)資料確認(rèn)。

圖2 樁板結(jié)構(gòu)細(xì)部結(jié)構(gòu)示意圖

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

新建成自高速鐵路資陽(yáng)西車(chē)站位于四川省資陽(yáng)市，地處四川盆地中部，屬丘陵地貌，多為渾圓狀緩丘，自然斜坡坡度5～30，丘間多為寬緩溝槽。資陽(yáng)西車(chē)站DK84+659.1—DK84+841.28 段路基地面高程411～443m，最大高差28.63m，地形起伏較大。段內(nèi)泥巖泥質(zhì)膠結(jié)，含較多親水礦物，具遇水軟化崩解、失水收縮開(kāi)裂等特性，且具膨脹性。根據(jù)試驗(yàn)資料及工點(diǎn)取樣試驗(yàn)結(jié)果，自由膨脹率Fs=3%～40%，平均值16.58%；飽和吸水率4.66%～40.05%，平均值15.25%；膨脹力13.70～690kPa，平均值187.90kPa，為弱膨脹性軟巖。

因此，在該段落設(shè)置樁板結(jié)構(gòu)消除其膨脹路基危害，樁采用C35 混凝土鉆孔灌注樁，樁徑1.25m，樁長(zhǎng)11～25m，結(jié)構(gòu)中間的樁橫向間距分別為4m、4.5m、5.0m 和5.5m，縱向間距5.0m，沿縱向設(shè)置40 排，縱向依據(jù)跨度及交叉角度調(diào)整，樁基頂部采用7.0m 塑料模板包裹泡沫板隔絕樁基與地層摩擦力。板采用C35 鋼筋混凝土澆筑，板厚0.9m，寬9.8～19.7m，共分10 聯(lián)，板下設(shè)0.15m 厚脫空層（含1.5cm 厚承臺(tái)板底模）,0.10m 厚C25 細(xì)石混凝土找平層。

2.2 工后觀測(cè)

為觀測(cè)樁板結(jié)構(gòu)工后沉降及地底軟巖膨脹數(shù)據(jù)，在承臺(tái)板頂面設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)每排樁中心里程，距高板邊緣0.5m。觀測(cè)點(diǎn)采用半圓形不銹鋼沉降觀測(cè)標(biāo)志，預(yù)埋于承臺(tái)板中，人工觀測(cè)其沉降量；在樁基樁身設(shè)置鋼筋計(jì)，用于觀測(cè)其樁內(nèi)力（鉆孔樁內(nèi)力檢測(cè)布置圖詳見(jiàn)圖3），同時(shí)設(shè)置地下水位觀測(cè)孔，獲得地下水位波動(dòng)情況，觀測(cè)孔孔深20m；在承臺(tái)板脫空底面設(shè)置自動(dòng)沉降及變形觀測(cè)斷面，用于觀測(cè)板底軟巖膨脹，觀測(cè)斷面對(duì)應(yīng)里程分別為D1K84+705、D1K84+741、D1K84+778、D1K84+814（自動(dòng)沉降觀測(cè)布置圖詳見(jiàn)圖4）。

圖3 鉆孔樁內(nèi)力檢測(cè)布置圖（單位：m）

圖4 自動(dòng)沉降觀測(cè)布置圖（單位：m）

該段樁板結(jié)構(gòu)施工完成后，自動(dòng)沉降開(kāi)始觀測(cè),頻次為1 次/天（組），具體觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1～表4。

表1 D1K84+705

表2 D1K84+741

表3 D1K84+778

表4 D1K84+814

同時(shí)對(duì)板頂沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5～表8。

表5 D1K84+707

表6 D1K84+739

表7 D1K84+767

表8 D1K86+037

根據(jù)上述觀測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，樁板結(jié)構(gòu)不但能夠有效控制路基不均勻沉降，同時(shí)在弱膨脹性地層中具有防止基底上拱影響上部結(jié)構(gòu)的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

樁板結(jié)構(gòu)在膨脹土地區(qū)鐵路路基地段應(yīng)用，是樁板結(jié)構(gòu)地基處理的一項(xiàng)新的應(yīng)用方式，不僅可以有效減少路基工后不均勻沉降，更能在地層有弱膨脹性時(shí)防止路基上拱，增強(qiáng)后期運(yùn)營(yíng)期間的穩(wěn)定性及安全性，具有良好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。