樁板結構在膨脹土地區(qū)鐵路路基中的應用

2022-08-18 00:48:16白少儒

運輸經(jīng)理世界 2022年17期

白少儒

（中鐵十五局集團第三工程有限公司，四川成都 610000）

0 引言

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

應用結果證明，這些處理方法雖然有一定作用，但在后期運營過程中仍然會發(fā)生微膨脹。在普鐵線路上由于時速低且為有砟軌道，危害并不明顯，但在無砟軌道，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。為此，在膨脹土路基上完全消除膨脹上拱，成為高速鐵路設計的一大難題。

為此，結合樁板結構工后沉降穩(wěn)定和原膨脹土設置緩沖層消除膨脹危害的思路，形成全新的樁板結構。

1 樁板結構（膨脹路基）形式和設計原理

1.1 結構形式

樁板結構（膨脹路基）由鋼筋混凝土樁基、路基本體及鋼筋混凝土承臺板組成（托梁式樁板結構路基還包括托梁）。與傳統(tǒng)處理深厚軟土地基的樁板結構不同的是，樁板結構（膨脹路基）承臺板底部設置脫空層，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（樁板結構代表性橫斷面示意圖如圖1所示）。

圖1 樁板結構代表性橫斷面示意圖

1.2 設計原理

樁板結構（膨脹路基）設計原理是從兩方面消除路基膨脹造成的路基上拱。一是在樁板結構承臺板底預留足夠脫空層，使板底路基上拱對頂部承臺板無法造成影響。預留高度可根據(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，一旦地下水位浮動造成土體膨脹，不會對樁基形成向上摩擦力，造成承臺板上拱（樁板結構細部圖詳見圖2）。地下水位及膨脹土特性可根據(jù)地質(zhì)資料確認。

圖2 樁板結構細部結構示意圖

2 工程實例

2.1 工程概況

新建成自高速鐵路資陽西車站位于四川省資陽市，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。資陽西車站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，含較多親水礦物，具遇水軟化崩解、失水收縮開裂等特性，且具膨脹性。根據(jù)試驗資料及工點取樣試驗結果，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，在該段落設置樁板結構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11～25m，結構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0.15m 厚脫空層（含1.5cm 厚承臺板底模）,0.10m 厚C25 細石混凝土找平層。

2.2 工后觀測

為觀測樁板結構工后沉降及地底軟巖膨脹數(shù)據(jù)，在承臺板頂面設置沉降觀測點，觀測點對應每排樁中心里程，距高板邊緣0.5m。觀測點采用半圓形不銹鋼沉降觀測標志，預埋于承臺板中，人工觀測其沉降量；在樁基樁身設置鋼筋計，用于觀測其樁內(nèi)力（鉆孔樁內(nèi)力檢測布置圖詳見圖3），同時設置地下水位觀測孔，獲得地下水位波動情況，觀測孔孔深20m；在承臺板脫空底面設置自動沉降及變形觀測斷面，用于觀測板底軟巖膨脹，觀測斷面對應里程分別為D1K84+705、D1K84+741、D1K84+778、D1K84+814（自動沉降觀測布置圖詳見圖4）。