CN107604770A - 无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法 - Google Patents

Abstract

无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法，以为无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固设计提供支撑，使膨胀土桩基加固设计更有针对性，从而有效提高膨胀土地基抗隆起加固效果。包括以下步骤：通过实际取样实测或调查，确定膨胀土地基的大气影响深度或浸水影响深度l，单位m；通过现场实际勘察，确定加固桩基的中性点深度l₀，单位m，所述中性点为地基土的隆起量与加固基桩的上拔量相等的位置；通过以下公式确定无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量s_e。 $s_e=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\Δs}}_{ei}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{-C_{si}{H}_i}{1+e_{0i}}log{\[\frac{{\mathrm{\σ}}_{y0}+(1-m){\mathrm{\σ}}_{sf}+{\mathrm{\Δ\σ}}_y+{\mathrm{\σ}}_u}{{\mathrm{\σ}}_{y0}+(1-m){\mathrm{\σ}}_{s0}}\]}_i.$

Description

无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法

技术领域

本发明涉及高速铁路无砟轨道路基技术领域，特别涉及无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定。

技术背景

伴随着高速铁路作为中国一张名片走出国门的到来，高速铁路勘察设计的设计理论、计算方法、设计流程極需加以配套完备，以便提高中国高速铁路在海外市场的竞争力。高速无砟轨道对变形控制要求严格，隆起或下沉变形均会造成线路不平顺性加剧，加大高速铁路后期维护工作量，甚至可能危及高速列车正常运营，引发重大安全事故。

在工程建设中，膨胀土大都属于非饱和土范畴，在大气降雨或外界渗水条件下，非饱和膨胀土吸水产生隆起变形。低路堤基底膨胀土隆起变形极易导致路基面隆起，引发无砟轨道板开裂，造成重大无砟轨道病害。目前，在减弱或消除无砟轨道低路堤基底膨胀土隆起变形方面，桩基加固是一种常用的方法之一，所述桩基包括CFG桩、水泥搅拌桩、素混凝土桩、钢筋混凝土桩等。然而，桩基加固膨胀土的工作机理及加固后地基隆起变形量的确定尚不明确，也缺乏相应的计算理论作为支撑，在面对国内外咨询专家质询时难以有效响应。因此，针对上述面临的难题，有必要提出一种无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法，为膨胀土区域桩基加固措施提供理论计算支撑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法，以为无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固设计提供支撑，使膨胀土桩基加固设计更有针对性，从而有效提高膨胀土地基抗隆起加固效果。

本发明解决上述技术所采用的技术方案如下：

本发明的一种无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法，包括以下步骤：

①通过实际取样实测或调查，确定膨胀土地基的大气影响深度或浸水影响深度l，单位m；通过现场实际勘察，确定加固桩基的中性点深度l₀，单位m，所述中性点为地基土的隆起量与加固基桩的上拔量相等的位置。

②通过以下公式确定无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量s_e：

式中，s_e为桩基加固后低路堤基底膨胀土的隆起量，单位mm；Δs_ei为桩基加固后低路堤基底第i层土的隆起量，单位mm；C_si为第i层土的膨胀指数；H_i为第i层土的分层厚度，单位m；e_0i为干旱季节第i层土的初始孔隙比；σ_y0为原位净上覆应力，单位kPa；m为桩土面积置换率；σ_s0为干旱季节天然非饱和膨胀土的初始膨胀力，单位kPa；σ_sf为外界降雨或浸水作用后天然非饱和膨胀土的剩余膨胀力，单位kPa；Δσ_y为低路堤填土产生的总应力变化，单位kPa。σ_u为桩基加固赋予膨胀土地基的锚固力，单位kPa。

本发明的有益效果是，提出了可行的无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量确定方法，解决了桩基加固膨胀土地基缺乏设计基础的难题，填补了地基处理设计规范的空白，使无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固设计更有针对性和更为科学，对国内外高速无砟铁路设计具有重要的指导意义。

附图说明

图1是本发明无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固的横断面图。

图中示出构件和对应的标记：低路堤1，桩基2，膨胀土D。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。

本发明方法通过桩基加固膨胀土的工作机理、应力路径研究，从而得到了低矮路堤荷载作用下桩基加固后膨胀土地基的隆起变形计算公式，适用于无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定。

本发明的无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法，包括以下步骤：

①通过实际取样实测或调查，确定膨胀土地基的大气影响深度或浸水影响深度l，单位m；通过现场实际勘察，确定加固桩基的中性点深度l₀，单位m，所述中性点为地基土的隆起量与加固基桩的上拔量相等的位置。

②通过以下公式确定无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量s_e：

式中，s_e为桩基加固后低路堤基底膨胀土的隆起量，单位mm；Δs_ei为桩基加固后低路堤基底第i层土的隆起量，单位mm；C_si为第i层土的膨胀指数；H_i为第i层土的分层厚度，单位m；e_0i为干旱季节第i层土的初始孔隙比；σ_y0为原位净上覆应力，单位kPa；m为桩土面积置换率；σ_s0为干旱季节天然非饱和膨胀土的初始膨胀力，单位kPa；σ_sf为外界降雨或浸水作用后天然非饱和膨胀土的剩余膨胀力，单位kPa；Δσ_y为低路堤填土产生的总应力变化，单位kPa；σ_u为桩基加固赋予膨胀土地基的锚固力，单位kPa。

所述步骤(2)中，桩土面积置换率m可通过以下公式确定

式中，A_p为桩的平均截面积，单位m²；A_e为单桩所承担的处理地基面积，单位m²。

所述步骤(2)中，第i层土的膨胀指数C_si、干旱季节第i层土的初始孔隙比e_0i、原位净上覆应力σ_y0、干旱季节天然非饱和膨胀土的初始膨胀力σ_s0、外界降雨或浸水作用后天然非饱和膨胀土的剩余膨胀力σ_sf、桩基加固赋予地基的锚固力σ_u是通过现场地质钻孔调查及室内土工测试确定。

所述步骤(2)中，低路堤填土产生的总应力变化Δσ_y是通过Boussinesq理论计算确定。

实施例：

参照图1，南昆客运专线某一低路堤1填筑高度为2.70m，膨胀土D地基上低路堤1顶面宽度为13.4m，低路堤1边坡比为1:1.5。该低路堤1基底膨胀土D地基具有中-强膨胀势，基底隆起变形极易导致低路堤1顶面产生上升位移，导致无砟轨道板开裂，影响线路平顺性。

为减弱该低路堤1基底隆起变形，拟采用桩基2进行地基加固，所述桩基2包括CFG桩、水泥搅拌桩、素混凝土桩、钢筋混凝土桩等，所述桩基2按正方形布置、桩间距1.2m、桩径0.5m、桩长6m。下面对桩基2加固的低路堤1基底膨胀土D的隆起量进行确定，具体步骤如下：

①通过实际取样实测，确定膨胀土D地基的浸水影响深度l为4.5m；通过现场实际勘察，确定加固基桩2的中性点深度l₀为3.0m。

②通过以下公式确定无砟轨道低路堤1基底膨胀土D桩基2加固后隆起量s_e：

式中，s_e为桩基2加固后低路堤1基底膨胀土D的隆起量，单位mm；Δs_ei为桩基2加固后低路堤1基底第i层土的隆起量，单位mm；C_si为第i层土的膨胀指数；H_i为第i层土的分层厚度，单位m；e_0i为干旱季节第i层土的初始孔隙比；σ_y0为原位净上覆应力，单位kPa；m为桩土面积置换率；σ_s0为干旱季节天然非饱和膨胀土D的初始膨胀力，单位kPa；σ_sf为外界降雨或浸水作用后天然非饱和膨胀土D的剩余膨胀力，单位kPa；Δσ_y为低路堤1填土产生的总应力变化，单位kPa。σ_u为桩基2加固赋予膨胀土D地基的锚固力，单位kPa。

所述步骤(2)中，第i层土的膨胀指数C_si、干旱季节第i层土的初始孔隙比e_0i、原位净上覆应力σ_y0、干旱季节天然非饱和膨胀土D的初始膨胀力σ_s0、外界降雨或浸水作用后天然非饱和膨胀土D的剩余膨胀力σ_sf、桩基2加固赋予膨胀土D地基的锚固力σ_u是通过现场地质钻孔调查及室内土工测试，确定，结果见表1。

所述步骤(2)中，桩土面积置换率m是通过以下公式确定

式中，A_p为桩的平均截面积，单位m²；A_e为单桩所承担的处理地基面积，单位m²；d为桩径，单位m；s为桩间距，单位m。

所述步骤(2)中，无砟轨道低路堤1基底第i层土的隆起量Δs_ei的详细计算过程见表1，表1计算过程中若Δs_ei＜0时，Δs_ei取0。

据表1，可得无砟轨道低路堤1基底膨胀土D桩基2加固后隆起量s_e：

依次可得该低路堤1基桩2加固后基底膨胀土D的隆起量为3.21mm。

表1低路堤1基底隆起变形计算

本发明方法适用于高速无砟铁路、高速有咋铁路、高速公路、高速磁悬浮低路堤1桩基2加固后基底膨胀土D隆起量的确定。

以上所述只是采用图解说明本发明无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述方法和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (2)

1.无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法，包括以下步骤：

①通过实际取样实测或调查，确定膨胀土(D)地基的大气影响深度或浸水影响深度l，单位m；通过现场实际勘察，确定加固桩基(2)的中性点深度l₀，单位m；

②通过以下公式确定无砟轨道低路堤(1)基底膨胀土(D)桩基(2)加固后隆起量s_e：

<mrow> <msub> <mi>s</mi> <mi>e</mi> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;Delta;s</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <mfrac> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>H</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mi>log</mi> <msub> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;&amp;sigma;</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>u</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>m</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>i</mi> </msub> </mrow>

式中，s_e为桩基(2)加固后低路堤(1)基底膨胀土(D)的隆起量，单位mm；Δs_ei为桩基(2)加固后低路堤(1)基底第i层土的隆起量，单位mm；C_si为第i层土的膨胀指数；H_i为第i层土的分层厚度，单位m；e_0i为干旱季节第i层土的初始孔隙比；σ_y0为原位净上覆应力，单位kPa；m为桩土面积置换率；σ_s0为干旱季节天然非饱和膨胀土(D)的初始膨胀力，单位kPa；σ_sf为外界降雨或浸水作用后天然非饱和膨胀土(D)的剩余膨胀力，单位kPa；Δσ_y为低路堤(1)填土产生的总应力变化，单位kPa。σ_u为桩基(2)加固赋予膨胀土(D)地基的锚固力，单位kPa。

2.根据权利要求1所述的无砟轨道低路堤基底膨胀土桩基加固后隆起量的确定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述第i层土的膨胀指数C_si、干旱季节第i层土的初始孔隙比e_0i、原位净上覆应力σ_y0、干旱季节天然非饱和膨胀土(D)的初始膨胀力σ_s0、外界降雨或浸水作用后天然非饱和膨胀土(D)的剩余膨胀力σ_sf、桩基(2)加固赋予膨胀土(D)地基的锚固力σ_u是通过现场地质钻孔调查及室内土工测试确定。