高速鐵路深厚全風化花崗巖地基沉降特性及加固技術研究.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。高速鐵路的建設是個系統(tǒng)工程，路基應具有足夠的強度與剛度，且強度與剛度變化均勻，路基也應具有長久穩(wěn)定性，這是保證鐵路軌道平順，列車安全運行的關鍵?？刂谱冃问歉咚勹F路路基設計的關鍵。但是，對于全風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)，如路基設計及地基沉降控制、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。尤其是在全風化花崗巖地基土上，修筑對工后沉降有嚴格要求的高速鐵路。因此，有必要對全風化花崗巖的路用性能進行系統(tǒng)的研究，為工程設計提供依據(jù)。
　　論文依托科研項目“客運專線中等壓縮性土地基沉降特性及處理技術研究”，在掌握海南全風化花崗巖的特殊土性的基礎上，從樁網(wǎng)復合地基土拱效應、路堤基底應力分布、地基側(cè)向變形等方面，通過室內(nèi)土工試驗、現(xiàn)場測試、離心模型試驗、理論分析、數(shù)值分析等方法，對海南深厚全風化花崗巖地基的沉降及

3、加固機理、高速鐵路全風化花崗巖地基的沉降變形特性進行研究。提出與工程實際相適應的全風化花崗巖地基沉降變形理論計算方法。
　　本文的研究工作主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:
　　(1)通過理論分析、離心模型試驗、數(shù)值仿真分析了海南東環(huán)客運專線路堤基底壓力的分布規(guī)律，并進行了基底壓力的現(xiàn)場測試，對比研究分析后認為: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關系中，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度，進一步分析得出基底中心壓力的計算方法，即修正的比例荷載法。根據(jù)《高速鐵路設計規(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)在對海南東環(huán)客運專線樁網(wǎng)結(jié)

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

6、實測值和有限元法計算值的算法。
　　(3)基于Gray地基附加應力解，推導出路堤荷載下地基土的側(cè)向應變計算公式?；贐oussinesq集中力下半無限體位移解，推導出路堤荷載下地基土的側(cè)向變形計算公式。對于海南東環(huán)線的中等壓縮性全風化花崗巖地基土，實測、理論計算、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曲線方程對中等壓縮性全風化花崗巖地基土的側(cè)向變形進行預測分析。對海南東環(huán)客運專線試驗工點的側(cè)向位移進行了現(xiàn)場觀

7、測和理論計算。從觀測結(jié)果看，海南地基側(cè)向變形隨深度的關系曲線呈現(xiàn)“弓”形的特點，存在最大側(cè)向變形點，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?。對海南全風化花崗巖地基，當鐵路路堤高度在3.2m～7.7m之間時，最大側(cè)向變形Dm觀測值在7mm～11mm之間，地表側(cè)向變形D0觀測值在4mm～6mm之間。
　　(4)海南東環(huán)客運專線深厚全風化花崗巖未加固地基的沉降計算時，壓縮模量采用由標貫擊數(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，附加應力在地基中的擴散采用Boussinesq彈性解，并考慮側(cè)向位移對沉降影響的算法，精度較高。海南東環(huán)客運專線深厚全風化花崗巖加固地基的沉降沉降計算時，對比分析認為:采用復合模量法計算的沉降，比實測值小很多，偏于不安全。采用L/3法計算加固地基的沉降量，在考慮側(cè)向變形產(chǎn)生的沉降時，沉降量與實測值非常接近。L/3法計是計算海南全風化花崗巖地基沉降的較好的方法。
　　(5)綜合分

9、析試驗工點長期觀測、土工離心模型試驗、數(shù)值分析等表明，海南東環(huán)客運專線深厚飽和全風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個月后路基沉降逐漸趨于穩(wěn)定，工后沉降均能滿足要求。對沉降的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)分析可以看出，6個工點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的處理原則及措施。在海南深厚全風化花崗巖地基上修建有砟軌道客運專線，在分層填筑后，放置3個月后路基沉降逐漸趨于穩(wěn)定。對沉降滿足要求的路段可不進行地基處理，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