高速鐵路深厚全風(fēng)化花崗巖地基沉降特性及加固技術(shù)研究.pdf

1、我國東南部花崗巖分布十分廣泛，隨著交通基本建設(shè)的迅速發(fā)展，高速鐵路、高速公路穿越花崗巖分布地區(qū)是必然的。高速鐵路的建設(shè)是個(gè)系統(tǒng)工程，路基應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度與剛度，且強(qiáng)度與剛度變化均勻，路基也應(yīng)具有長久穩(wěn)定性，這是保證鐵路軌道平順，列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵?？刂谱冃问歉咚勹F路路基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。但是，對(duì)于全風(fēng)化花崗巖這種在我國較為廣泛分布的特殊土，其工程性質(zhì)，還未展開廣泛研究，其路用性質(zhì)，如路基設(shè)計(jì)及地基沉降控制、地基加固措施方面存在著一些必須重視、

2、亟待解決的問題。尤其是在全風(fēng)化花崗巖地基土上，修筑對(duì)工后沉降有嚴(yán)格要求的高速鐵路。因此，有必要對(duì)全風(fēng)化花崗巖的路用性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　論文依托科研項(xiàng)目“客運(yùn)專線中等壓縮性土地基沉降特性及處理技術(shù)研究”，在掌握海南全風(fēng)化花崗巖的特殊土性的基礎(chǔ)上，從樁網(wǎng)復(fù)合地基土拱效應(yīng)、路堤基底應(yīng)力分布、地基側(cè)向變形等方面，通過室內(nèi)土工試驗(yàn)、現(xiàn)場測(cè)試、離心模型試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值分析等方法，對(duì)海南深厚全風(fēng)化花崗巖地基的沉降及

3、加固機(jī)理、高速鐵路全風(fēng)化花崗巖地基的沉降變形特性進(jìn)行研究。提出與工程實(shí)際相適應(yīng)的全風(fēng)化花崗巖地基沉降變形理論計(jì)算方法。
　　本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　　(1)通過理論分析、離心模型試驗(yàn)、數(shù)值仿真分析了海南東環(huán)客運(yùn)專線路堤基底壓力的分布規(guī)律，并進(jìn)行了基底壓力的現(xiàn)場測(cè)試，對(duì)比研究分析后認(rèn)為:基底壓力值大小不等于其上填土的重度和填土高度的乘積γh，也不等于按均布荷載法計(jì)算的值;路堤基底壓力分布不是均勻的，呈現(xiàn)中

4、間大、兩邊小的曲線分布，路堤基底壓力隨填筑高度增加而增加。在研究路堤形狀、尺寸與路堤基底中心壓力之間的相關(guān)關(guān)系中，發(fā)現(xiàn)無量綱化數(shù)據(jù)σ/γh和b/h之間存在很高的相關(guān)度，進(jìn)一步分析得出基底中心壓力的計(jì)算方法，即修正的比例荷載法。根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》(TB10621-2009)中規(guī)定的高速鐵路路基面寬和坡度，給出了基底中心壓力修正系數(shù)ψ=1-0.3e-4.3/h和修正后的壓力分布形式。
　　(2)在對(duì)海南東環(huán)客運(yùn)專線樁網(wǎng)結(jié)

5、構(gòu)分析中，以土工格柵加筋墊層條帶上的荷載形式為反三角形分布，推導(dǎo)出土工格柵的變形和受力計(jì)算公式。土工格柵條帶劃分為相鄰兩樁間的菱形狀，考慮整個(gè)樁間土產(chǎn)生的豎向反力，推導(dǎo)出樁間土的向上反力的計(jì)算式。將土工格柵加筋墊層、樁、樁間土視為三個(gè)不同的受力體，在考慮樁體的上刺入、下刺入的情況下，對(duì)墊層-樁-樁間土共同作用加以分析，推導(dǎo)出樁土應(yīng)力比的計(jì)算方法。經(jīng)計(jì)算對(duì)比分析，推導(dǎo)的計(jì)算方法和實(shí)測(cè)值相比，還是有較大的偏差。但和其他方法計(jì)算值相比，最接近

6、實(shí)測(cè)值和有限元法計(jì)算值的算法。
　　(3)基于Gray地基附加應(yīng)力解，推導(dǎo)出路堤荷載下地基土的側(cè)向應(yīng)變計(jì)算公式?；贐oussinesq集中力下半無限體位移解，推導(dǎo)出路堤荷載下地基土的側(cè)向變形計(jì)算公式。對(duì)于海南東環(huán)線的中等壓縮性全風(fēng)化花崗巖地基土，實(shí)測(cè)、理論計(jì)算、數(shù)值分析表明其側(cè)向變形曲線的特性一致?？梢圆捎肔orentz曲線方程對(duì)中等壓縮性全風(fēng)化花崗巖地基土的側(cè)向變形進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。對(duì)海南東環(huán)客運(yùn)專線試驗(yàn)工點(diǎn)的側(cè)向位移進(jìn)行了現(xiàn)場觀

7、測(cè)和理論計(jì)算。從觀測(cè)結(jié)果看，海南地基側(cè)向變形隨深度的關(guān)系曲線呈現(xiàn)“弓”形的特點(diǎn)，存在最大側(cè)向變形點(diǎn)，側(cè)向變形先隨深度增加到最大值，再隨著深度增加而減小，在地基土表面?zhèn)认蜃冃尾粸榱?。?duì)海南全風(fēng)化花崗巖地基，當(dāng)鐵路路堤高度在3.2m～7.7m之間時(shí)，最大側(cè)向變形Dm觀測(cè)值在7mm～11mm之間，地表側(cè)向變形D0觀測(cè)值在4mm～6mm之間。
　　(4)海南東環(huán)客運(yùn)專線深厚全風(fēng)化花崗巖未加固地基的沉降計(jì)算時(shí)，壓縮模量采用由標(biāo)貫擊數(shù)換算得來

8、壓縮模量，路堤作用下的基底壓力分布按修正后的基底壓力，附加應(yīng)力在地基中的擴(kuò)散采用Boussinesq彈性解，并考慮側(cè)向位移對(duì)沉降影響的算法，精度較高。海南東環(huán)客運(yùn)專線深厚全風(fēng)化花崗巖加固地基的沉降沉降計(jì)算時(shí)，對(duì)比分析認(rèn)為:采用復(fù)合模量法計(jì)算的沉降，比實(shí)測(cè)值小很多，偏于不安全。采用L/3法計(jì)算加固地基的沉降量，在考慮側(cè)向變形產(chǎn)生的沉降時(shí)，沉降量與實(shí)測(cè)值非常接近。L/3法計(jì)是計(jì)算海南全風(fēng)化花崗巖地基沉降的較好的方法。
　　(5)綜合分

9、析試驗(yàn)工點(diǎn)長期觀測(cè)、土工離心模型試驗(yàn)、數(shù)值分析等表明，海南東環(huán)客運(yùn)專線深厚飽和全風(fēng)化花崗巖地基土的沉降規(guī)律為:在填筑期間，沉降速率較大，在放置期沉降發(fā)展緩慢，填筑期末完成的沉降值占放置期末的85％左右，放置3個(gè)月后路基沉降逐漸趨于穩(wěn)定，工后沉降均能滿足要求。對(duì)沉降的現(xiàn)場觀測(cè)數(shù)據(jù)分析可以看出，6個(gè)工點(diǎn)填筑期沉降占鋪軌前沉降的百分比在74.6％～94.4％之間，平均值85.6％;填筑期沉降占總沉降的百分比在67.1％～85.4％之間，平均值

10、78.0％;鋪軌前沉降占總沉降的百分比在87.5％～93.6％之間，平均值91.1％;工后沉降在7～13mm之間，均滿足滿足工后沉降量的要求。
　　(6)結(jié)合海南深厚全風(fēng)化花崗巖地基土的沉降規(guī)律，提出了在海南修建高速鐵路時(shí)的處理原則及措施。在海南深厚全風(fēng)化花崗巖地基上修建有砟軌道客運(yùn)專線，在分層填筑后，放置3個(gè)月后路基沉降逐漸趨于穩(wěn)定。對(duì)沉降滿足要求的路段可不進(jìn)行地基處理，但表層存在的松軟土采取挖除換填、水泥土攪拌樁、CFG樁等加