高速铁路站场宽路堤复合地基沉降特性分析

对京沪高速铁路济南西客站PHC管桩和CFG桩联合堆载预压处理宽站场复合地基的沉降特性开展试验研究,监测不同宽度、不同桩型和桩长复合地基的地表沉降及分层沉降,分析沉降变形随路堤填筑高度和时间的变化规律,研究路基宽度对沉降量和沉降曲线形状的影响。研究结果表明:站场路基沉降-时间曲线包含沉降发展阶段(路基填筑阶段)、沉降快速发展阶段(堆载预压土至2~3个月静置期)和沉降基本稳定阶段;宽大站场PHC管桩及CFG桩复合地基在中心区附近呈现沉降洼地,而在中央区沉降洼地的两侧出现次一级沉降洼地;宽大站场PHC管桩及CFG桩复合地基附加应力较大,衰减速度慢,沉降影响深度大,30~50m以下的地基沉降量约占总沉降的75%~85%,加固区范围内沉降量占总沉降的5%~10%。     

固化垃圾土路基沉降变形特性研究

采用垃圾土作为高速公路路基填料,对比素垃圾土和固化垃圾土路基的沉降量、土压力、水平位移等参数的变化规律,研究了废土路基的沉降变形特征,测试了固化垃圾土对路基变形的控制作用。结果表明:(1)采用水泥、水玻璃和CaCl_2组成的固化剂对兴延高速沿线附近的垃圾土有很好的固化效果。(2)添加固化剂可有效控制路基沉降;随荷载增大和时间增长,沉降量增大;在间歇填充间隔期间,沉降变化很小。(3)固化垃圾土地基和素垃圾土地基的土压力均随荷载的增加而增大;当填充速度加快时,土压力增加得更快。(4)固化垃圾土地基和素垃圾土地基的水平位移在施加荷载前期均较小,随着负荷的增加,素垃圾土地基的水平位移比固化的垃圾土增长得更快。     

戈壁土路基沉降监测技术及其变形特征研究

兰新铁路第2双线新疆段气候条件严酷,现有的人工水准测量的沉降观测方式难以满足规范所要求的频率和频次。中铁西北院研发了CDI-400组合式沉降仪,并选择有代表性的试验工点对路基沉降变形特征进行评估。CDI-400组合式沉降仪绝对误差在±0.2 mm以内,对高铁路基沉降的观测可以满足相关技术要求;试验工点地基沉降量均值为10.38 mm,其中路基填筑阶段发生了6.0 mm,路基填筑完成后发生了4.38 mm,地基沉降主要发生在路基填筑阶段;路基本体的压缩沉降量非常小,均值为1.14 mm,路基总沉降主要体现为地基的沉降,戈壁土地区采用冲击碾压的地基处理方式可以达到客运专线对路基沉降控制的要求;戈壁土的地基沉降主要发生在瞬时沉降阶段,表现为剪切沉降变形。     

刚柔长短组合桩-网复合地基工作性状研究

研究目的:为了探讨刚柔长短组合桩-网复合地基控制深厚软土路基工后沉降的可行性,须深入研究该类复合地基在深厚软土路基中的工作性状。为此,依托哈大高速铁路新营口车站路基处理工程,有针对性地开展现场试验研究。研究结论:(1)桩体刚度与桩间土体刚度存在较大的差异,是路堤填土中产生"土拱效应"的直接原因,且土拱效应的强弱取决于差异刚度的大小;(2)该类复合地基下的沉降变形模式主要包括路堤等沉区域、路堤土拱效应影响区域、负摩阻力作用区域、正摩阻力作用区域以及下卧土层等沉区域等五方面,且褥垫层基础的刚度是桩体与土体差异沉降大小的主要影响因素;(3)该类复合地基中CFG桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的196倍,而MIP桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的22倍,MIP桩有效提高了浅层土体的地基承载力;(4)采取刚柔长短组合桩-网复合地基联合堆载预压法加固深厚软土路基,可消除96%以上的沉降量,工后沉降可控制在2.0 mm左右,能满足高速铁路运营期间的稳定性要求;(5)研究成果能够为高速铁路、高速公路的深厚软土路基处理提供良好的指导作用。     

戈壁土地基的变形影响因素研究

针对兰新铁路第二双线新疆段戈壁区路基试验段工程,分析了含水率、颗粒组成、物质组成成分、含盐量4个因素对戈壁土地基的沉降影响。通过荷载-沉降曲线得出含水率对戈壁土变形的影响程度;通过分析戈壁土的颗粒组成,得出了平均粒径和不均匀系数对戈壁土地基变形的影响;采用X射线衍射法进行矿物分析得出了戈壁土的物质组成成分;通过对试验段样品易溶盐含量的分析,得出了该线盐渍土类型、含盐量随深度的分布规律和含盐量较大的戈壁土类型。试验成果为戈壁地区无砟轨道铁路路基的设计及工程实践提供了依据。     

膨胀土超固结特性及其对地基沉降计算的影响分析

对于铁路、公路的膨胀土地段路基,经常会遇到地基沉降理论计算值远大于实测值,进而使得处理措施过于保守的情况。本文以云桂线膨胀土地段路基DK619+430断面为例,通过取原状土试样开展K0固结试验、现场沉降观测和理论计算,对膨胀土的超固结特性及其对地基沉降计算的影响、路基临界填高等进行了分析。结果表明:云桂线弥勒膨胀土地基15 m深度范围内具有明显的超固结性,超固结比为4.10~1.08,且沿地基深度方向呈衰减变化;弥勒膨胀土地基6 m深度处(0~6 m范围的地基附加应力最大)由超固结状态开始进入正常固结状态的路基临界填高为7.2 m,填高小于该值时地基沉降量很小;考虑超固结性的膨胀土地基沉降计算值与实测值很接近,远小于不考虑超固结性的沉降计算值。膨胀土地基沉降计算应考虑超固结因素,避免膨胀土地基处理措施过于保守,节约投资。     

盾构法地铁隧道施工引起的地表变形分析

以南京地铁1号线许府巷—南京站区间隧道为背景,结合现场监测数据及各项掘进参数设置,对土压平衡盾构在富水饱和粉土、粉砂夹细砂、粉细砂地层中掘进引起的地表变形过程和分布规律进行分析,并使用有限差分法程序FLAC3D对考虑盾构施工工序、地下水位、土仓压力和注浆等因素的地表变形进行模拟计算分析。实测分析结果表明地表变形特征为:沉降速率大,测点最大沉降速率在-12~-15 mm.d-1之间;地层稳定快,盾尾脱出2~3 d后地层即趋于稳定;影响范围小,盾构掘进对隧道纵向地表的扰动在刀盘前方约10 m至盾尾后方16~20 m的范围内,横向地表沉降主要分布在隧道中心线两侧各5~7 m的范围内,地表距中心线20 m以外几乎不受影响。模拟计算地表沉降分布结果与实测数据基本吻合。     

考虑地下水位下降的刚性桩复合地基沉降模型

研究目的:地下水位降低同区域性沉降直接相关,为研究区域沉降地区的高速铁路路基沉降控制问题,对地下水位降低情况下的刚性桩复合地基桩土作用发展变化规律展开研究就显得尤为重要。基于桩土荷载传递和桩侧土体极限抗剪强度理论,本文建立考虑地下水位降低影响的刚性桩复合地基沉降计算模型,根据沉降模型关于不同初始地下水位及不同深度地下水位降低情形的计算结果,确定地下水位降低引起的刚性桩复合地基沉降变形以及桩侧摩阻力分布特征。研究结论:(1)初始地下水位对桩土沉降变形的影响随地下水位深度的增加而减小,且总体处于较低水平;(2)地下水位降低幅度和水位线位置均影响桩土沉降变形,浅层地下水位变化将引起更严重的地基沉降变形;(3)地下水位降低引起桩土附加沉降的作用机理类似于大面积堆载,并将引起桩顶附近桩侧负摩阻力的增加;(4)本研究成果可为地下水开采诱发区域性地面沉降地区的刚性桩负荷地基设计提供参考,也可为高铁路基沉降控制提供可靠的设计计算依据。     

西安某地铁车站洞桩法施工的地表变形规律数值模拟分析

以西安某地铁车站为例,采用PBA(洞桩)法暗挖施工,通过FLAC软件的数值模拟与现场监测相结合的方法研究了车站施工诱发的地表沉降与边桩变形的规律.研究结果表明:①地表沉降曲线沿车站中线对称分布,地表沉降变化的主要影响区域在距车站中线20 m的范围内,最终地表沉降最大值为50.45 mm;车站整体施工中,地表沉降累计变化速率呈现先增加后平缓、再增加最后平缓的现象;②边桩水平位移最大值为16.89mm,位于边桩中上部位置,越接近桩底,边桩水平位移越小;③边桩主要承受轴向压力,应力值随时间经历了"平缓、加速,再平缓、加速增加"的过程;背土侧轴向钢筋为受拉状态,仅在桩底偶尔会出现受压情况;迎土侧、中性面轴向钢筋为受压状态.FLAC软件数值模拟的结果与现场实测的结果基本吻合.     

西安某地铁车站洞桩法施工的地表变形规律数值模拟分析

以西安某地铁车站为例,采用PBA(洞桩)法暗挖施工,通过FLAC软件的数值模拟与现场监测相结合的方法研究了车站施工诱发的地表沉降与边桩变形的规律.研究结果表明:①地表沉降曲线沿车站中线对称分布,地表沉降变化的主要影响区域在距车站中线20 m的范围内,最终地表沉降最大值为50.45 mm;车站整体施工中,地表沉降累计变化速率呈现先增加后平缓、再增加最后平缓的现象;②边桩水平位移最大值为16.89mm,位于边桩中上部位置,越接近桩底,边桩水平位移越小;③边桩主要承受轴向压力,应力值随时间经历了"平缓、加速,再平缓、加速增加"的过程;背土侧轴向钢筋为受拉状态,仅在桩底偶尔会出现受压情况;迎土侧、中性面轴向钢筋为受压状态.FLAC软件数值模拟的结果与现场实测的结果基本吻合.     

挤密桩处理湿陷性黄土路基的效果研究

黄土由于其湿陷性的特殊性质,导致铁路路基出现不均匀沉降,从而影响铁路安全。本文依托湿陷性黄土路基工程背景,建立三维数值模型,对挤密桩处理湿陷性黄土路基效果进行研究。结果表明:挤密桩桩径对挤密水平范围有显著影响,挤密影响范围可分为充分挤密区、有效挤密区和挤密影响区。桩周土体竖向位移随距桩边距离的增大先迅速增大随后逐渐减小直至为0,在距离桩边约0.7~1.0 D处,竖向位移达到峰值;竖向位移随深度增加而逐渐减小,当深度约为2 m(0.4倍桩长)时土体几乎无竖向位移,随后竖向位移继续增大。一定范围内增大挤密桩直径能显著扩大挤密影响区。依据分析结果得出依托工程最经济、合理的挤密桩直径为0.4 m;根据现场监测数据,路堤施工完毕后路基整体累计沉降量不超过5 mm,满足规范要求,说明灰土挤密桩处理湿陷性黄土路基效果良好。     

黄土地区无砟轨道路基变形与稳定性分析

研究目的:探讨解决在黄土地区尤其是湿陷性黄土地区修建无砟轨道客运专线时路基变形的监测、预测沉降、路基稳定性评判问题,为指导黄土地区路基设计、施工和沉降监控提供建议及依据。研究结果:分析得出路基变形的主要因素,提出了复合地基桩一土“综合模量“的概念以及沉降量的计算方法,对路基稳定性进行了判定,解决了黄土路基的工后沉降技术问题。     

夯实高速铁路路基生命力的基础-地基处理

本文归纳总结了高速铁路路基建设中,软土、松软土与软土互层、湿陷性黄土、膨胀土、膨胀岩、岩溶等重点地基处理问题的经验教训和技术成果,对斜坡软土、膨胀岩土等地基的纵横向不均匀沉降和横向位移问题,对非饱和土地基吸水增湿效应引发的二次沉降变形问题,对站场路基与区间路基在受力、沉降方面的差异问题等进行了梳理。简析了问题产生的原因及其对路基生命力的影响,并提出了相关思考和建议,希冀有助于夯实路基基础,提高路基的生命力。     

宝兰客运专线路基刚柔性组合桩地基处理技术

依托宝兰客运专线路基的地基处理工程,研究深厚层强湿陷性黄土地基处理新技术。对刚柔性组合桩复合地基在湿陷性黄土地区的应用进行深入研究,首次提出了地基处理设计中工后沉降的计算方法。研究结果表明:在深厚层湿陷性黄土地基处理时,柔性短桩长度宜控制在5~10 m;当路基荷载超过200 kPa(路基填高超过8 m)时,应适当增加刚性桩的桩土应力比值,以提高刚性桩荷载分担比,充分发挥长桩的作用。宝兰客运专线自开通运营以来,刚柔性组合桩复合地基段路基状况良好,列车运行平稳。     

高速铁路路基帮填沉降变形控制及监测技术应用探讨

高速铁路路基帮填将引起既有线附加沉降变形,为研究帮填路基有效可行的沉降变形控制技术及运营高速铁路安全监控技术,结合某新建客运专线引入既有高铁站,与运营高速铁路并站设置引起既有线路基帮填的工程实例,探讨帮填路基地基采用管桩桩筏结构加固及采用泡沫轻质土代替常规土质填料作为控制路基沉降变形措施的适用性,通过数值计算评估既有线附加沉降量为1.75~3.42 mm,验证设计方案是可行的;探讨自动化监测技术应用于运营高速铁路沉降变形监测,并建立预警及多方联动机制以确保运营安全是必要的、可行的。目前实测路基沉降量为1.73~2.44 mm,实测值略低于评估值且沉降较为均匀。     

浅埋式桩板结构在宝兰客运专线湿陷性黄土短路基中的应用研究

我国西北地区广布冲、洪、风积黄土,地质情况非常复杂,宝兰客运专线山区深厚层湿陷性黄土具有高压缩性、湿陷等级高、遇水易产生湿陷等特点,路基工后沉降值要求严格,路基、桥梁、隧道频繁过渡,各结构物的刚度及工后沉降均存在差异,影响无砟轨道的刚度和变形均匀性。针对以上难题,结合宝兰客运专线深厚层湿陷性黄土采用浅埋式桩板结构处理措施进行分析研究,其既能满足路基工后沉降要求,又能有效地减少各结构物工后沉降差异值。     

边桩对PBA法黄土车站地表变形的影响分析

研究目的:边桩作为PBA法施工中主要的承重构件之一,其参数对控制车站变形具有重要意义。因此,本文以西安黄土地区某PBA法施工的地铁车站为背景,分别研究不同入土深度和直径对地表和边桩变形的影响规律,从而为黄土地区PBA法施工边桩参数选取提供参考。研究结论:(1)地表沉降曲线沿车站中线轴对称分布,中间沉降量最大,向两边减小;边桩水平位移曲线呈现"鼓肚"形式;(2)地表的沉降量及边桩的侧向位移随入土深度的增加而减小;随着直径的增加,地表下沉和边桩的侧向位移逐渐减小,减小速率随着相关参数的增加而减小;(3)从变化幅度来讲,入土深度达到承载力和稳定性要求后,增加入土深度对改善边桩位移影响较小;适当增加边桩桩径,可以有效改善边桩的水平位移;(4)入土深度对塑性区的分布范围具有重要意义,入土深度过小会产生较大的塑性区,影响结构的整体稳定性;(5)本研究成果可为日后黄土地区PBA法施工边桩参数选取提供一定的参考依据。     

黄土地区高速铁路修建技术创新

研究目的:在湿陷性黄土地区建设铺设无砟轨道的高速铁路,国内外尚无可供借鉴的研究成果和工程经验。黄土的湿陷变形特性,加大了路基、桥梁、隧道等结构物的沉降,影响铁路的稳定性、安全性等。本文结合郑州至西安铁路客运专线工程实践,对综合勘察和路基、隧道、桥梁的关键设计技术创新进行总结。研究结论:在黄土勘察中引入"松软土"的概念,补充完善《铁路工程地质勘察规范》;国内外首次采用埋入式连续桩板路基结构,解决了基底下部厚层黏性土的长期蠕变引起路基下沉问题;全面、系统地提出了大断面黄土隧道的设计原则和安全、快速、经济的施工方法;在高烈度震区长联连续梁上采用4组双向式钢轨伸缩调节器设计技术,在渭南北站采用350 km/h通过式车站桥梁与无砟轨道无缝道岔群一体化设计技术。这些创新技术成为在湿陷性黄土地区修建高速铁路的土建工程成套技术的关键。     

高速铁路深厚软土地基物理力学特性分析及沉降控制

为研究东北地区高速铁路软土地基路基物理力学特性及其沉降控制方法,通过物性参数试验、无侧限抗压强度试验、直接剪切试验以及固结试验等,并结合工后沉降检算,提出适用于该片区的地基加固手段。研究表明:(1)研究区域软弱夹层分布在地表8 m以下,厚度为4~8 m,液性指数随深度逐渐下降,在14 m处降至最低;(2)0~8 m深度范围内,无侧限抗压强度、黏聚力、内摩擦角、压缩模量等指标随深度变大逐渐下降,深度8 m以下,强度指标随深度加深不断上升,在14 m深度处达到峰值;(3)桩长为8~16 m时,工后沉降随着CFG桩长增大线性降低,桩长增至16 m时,工后沉降降幅约为70%,为该区域最优桩长。     

季节性冻土区铁路路基含水率变化特征研究

季节性冻土区路基冻害一直是困扰铁路工程建设和运营的核心问题。针对兰新铁路西段路基冻害严重的问题,探讨不同工程措施对路基冻融循环过程中含水率变化的影响,以及含水率对路基冻结深度及冻胀变形的影响规律。研究结果表明,季节性冻结对兰新铁路西段路基含水率影响的范围在0.4~0.8m,影响深度有限;“隔一挖一”、“隔三挖一”等工程措施能够有效降低路基含水率和冻胀量:含水率降低2%~5%,冻胀变形减少50%~70%。