淺析軟土地基地段動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的理念和方法

1、淺析軟土地基地段動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的理念和方法論文關(guān)鍵詞:秦沈客運(yùn)專線軟土動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)論文摘要:簡(jiǎn)要介紹了秦沈客運(yùn)專線軟土和松軟地基處理方案和路基工后沉降量控制標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)秦沈客運(yùn)專線動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論，強(qiáng)調(diào)在高速鐵路建立過(guò)程中開展動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的意義，并從沉降斷面布置、設(shè)備選擇、觀測(cè)頻度、數(shù)據(jù)處理方法、數(shù)據(jù)分析的根本原理和應(yīng)用等方面，系統(tǒng)介紹動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的方法和步驟。秦沈客運(yùn)專線西起秦皇島，東至沈陽(yáng)，是我國(guó)鐵路第一條時(shí)速160k/h以上的新建客運(yùn)專線，是鐵路建立史上的標(biāo)志性工程。工程工程在建立過(guò)程中引人了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念，該理念很好地指導(dǎo)了工程的建立，從而使地基工后沉降量的控制到達(dá)了預(yù)期目的。本文就該工程的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)做一介紹。1

2、路基工后沉降量控制標(biāo)準(zhǔn)鑒于路基標(biāo)準(zhǔn)及施工狀況對(duì)列車高速、平穩(wěn)、舒適和平安的重要意義，秦沈客運(yùn)專線對(duì)路基工后沉降量提出了嚴(yán)格的要求，一般地段要求不得大于15(年沉降量不得大于4)，路橋過(guò)渡段要求不得大于8(年沉降量不得大于3)。2軟土松軟地基處理方案設(shè)計(jì)秦沈客運(yùn)專線東段，屬遼河西部凌河沖積平原和遼河下游沖積平原，分布著總長(zhǎng)度近120k的軟土和松軟地基，這些軟土和松軟地基具有強(qiáng)度低、壓縮性大、浸透系數(shù)小的特點(diǎn)，在路根本體到達(dá)一定密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)后，地基的沉降變形控制成為保證秦沈客運(yùn)專線路基高標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵和重點(diǎn)。針對(duì)松軟、軟土地基的不同物理力學(xué)指標(biāo)情況，設(shè)計(jì)分別采用排水固結(jié)法和復(fù)合地基法進(jìn)展地基加固處理，部

3、分地段還結(jié)合采用土工格柵(室)加筋墊層。當(dāng)采取這些措施后，路基工后沉降量仍不能滿足要求時(shí)，再結(jié)合采用堆載預(yù)壓進(jìn)展處理。3開展動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的必要性秦沈客運(yùn)專線建立成敗的主要標(biāo)志是鐵路運(yùn)營(yíng)后能否實(shí)現(xiàn)既定的速度目的值，能否實(shí)現(xiàn)速度目的值的關(guān)鍵在于路基的工后沉降量能否滿足要求。作為我國(guó)鐵路第一條時(shí)速160k/h以上的新建客運(yùn)專線，如何控制大范圍軟土和松軟地基地段路基的沉降量，此前沒(méi)有成功的經(jīng)歷可供借鑒，因此引人動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念很有必要。引人動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)可以到達(dá)2個(gè)目的:一是檢校設(shè)計(jì)理論，由于自然條件的千差萬(wàn)別，計(jì)算理論的假定邊界條件與實(shí)際情況往往存在差異，這將導(dǎo)致理想與現(xiàn)實(shí)的差異;二是指導(dǎo)施工，根據(jù)施工組織變化的

4、需求，通過(guò)沉降分析調(diào)整預(yù)壓土高度和預(yù)壓期，調(diào)整設(shè)計(jì)路基抬高值。不管是哪個(gè)目的，其最終目的都是為了保證工程的高質(zhì)量。4開展動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的方法4.1數(shù)據(jù)的采集4.1.1觀降斷面的布設(shè)在軟土及松軟地基地段設(shè)置觀測(cè)沉降設(shè)備，設(shè)置的原那么是每隔100-200設(shè)置一個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)路基橋涵過(guò)渡段設(shè)置2個(gè)觀測(cè)斷面。4.1.2觀降設(shè)備的選擇可以選擇的觀降設(shè)備有沉降板、沉降水杯和沉降管等。采用沉降板觀測(cè)沉降，操作簡(jiǎn)單，水準(zhǔn)測(cè)量線路短，但容易受到施工車輛的干擾，尤其是在施工繁忙階段，沉降板容易遭到破壞。假設(shè)將沉降水杯的進(jìn)水、溢水和排氣等三管置于路基非施工便道的一側(cè)，進(jìn)展水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)可不必上下路基，水準(zhǔn)測(cè)量比較容易，但灌

5、水和找穩(wěn)定水面的時(shí)間較長(zhǎng)，且在寒冷的冬季進(jìn)展觀測(cè)時(shí)三管容易上凍。采用沉降管觀測(cè)的數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，還可以得到整個(gè)斷面上各點(diǎn)的變形值，但仍需要配合進(jìn)展水準(zhǔn)測(cè)量，且水準(zhǔn)途徑長(zhǎng)，管的造價(jià)很高。在工程理論中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況和不同的施工組織要求，進(jìn)展不同的選擇。4.1.3測(cè)量?jī)x器及精度的選擇由于最終的數(shù)據(jù)處理結(jié)果要控制在毫米級(jí)，所以現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)水準(zhǔn)應(yīng)準(zhǔn)確到0.1。根據(jù)不同等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量精度及相應(yīng)閉合差大小的比照，水準(zhǔn)測(cè)量采用二等為宜。4.1.4觀測(cè)周期施工期間一般每填筑一層，進(jìn)展一次觀測(cè)，假設(shè)2次填筑間隔時(shí)間較長(zhǎng)，每3d至少觀測(cè)一次。路堤經(jīng)分層填筑到達(dá)預(yù)壓高程后，在預(yù)壓期前2一3個(gè)月-內(nèi)，每Sd觀測(cè)一次，3

6、個(gè)月后7一15d觀測(cè)一次，半年后一個(gè)月觀測(cè)一次，一直觀測(cè)到預(yù)壓期末。4.2數(shù)據(jù)的處理采用Exel軟件，可以很方便地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)展處理。根據(jù)時(shí)間，填土高度和沉降量，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，縱軸上正方向以填土高度為坐標(biāo)，負(fù)方向以沉降量為坐標(biāo)，可以很方便地繪制實(shí)測(cè)“填土一時(shí)間一沉降量關(guān)系曲線。在這個(gè)過(guò)程中，要注意將一些明顯異常點(diǎn)剔除。4.3數(shù)據(jù)的分析根據(jù)實(shí)測(cè)“填土一時(shí)間一沉降量關(guān)系曲線，將其擬合成某個(gè)函數(shù)曲線，進(jìn)而預(yù)測(cè)將來(lái)的開展趨勢(shì)和最終沉降量。常用的擬合曲線有雙曲線和指數(shù)曲線。4.3.1雙曲線法根本原理如圖1所示，將實(shí)測(cè)沉降曲線上拐點(diǎn)B以后的部分按照雙曲線擬合延伸。由公式(3)可見(jiàn)t和t/s關(guān)于和a

7、線性變化，這樣，假設(shè)有一組足夠多的數(shù)據(jù)，就可以通過(guò)線性回歸的方法得到和a的值。各時(shí)刻的擬合沉降值:;=s+s最終沉降量:一s+4.3.2指數(shù)法根本原理如圖2所示，將實(shí)測(cè)沉降曲線上拐點(diǎn)B以后的部分按照指數(shù)曲線擬合延伸。公式(6)中In(ds/dt)和t是變量，假設(shè)有一組足夠多的數(shù)據(jù)，就可以通過(guò)線性回歸的方法得到、二值，即為最終沉降量。各時(shí)刻的擬合沉降值由公式(5)給出。4.3.3分析前面介紹的是數(shù)據(jù)分析的根本原理，所考慮的上部荷載假定為一次加載。但高速鐵路對(duì)路根本體的密實(shí)度要求很高，在填筑過(guò)程中嚴(yán)格限制了每層的層厚，所以地基的上部荷載是分級(jí)加載的。基于地基的沉降是各級(jí)荷載共同作用的結(jié)果，可以通過(guò)

8、編制程序，將復(fù)雜的逐級(jí)加載問(wèn)題交由計(jì)算機(jī)完成，進(jìn)而擬合出較為理想的沉降曲線。利用沉降曲線可以得到推算的總沉降量和工后沉降量，將其與計(jì)算結(jié)果進(jìn)展比照，可以對(duì)將來(lái)沉降的開展趨勢(shì)進(jìn)展預(yù)測(cè)，進(jìn)而到達(dá)指導(dǎo)施工的目的。5工程例如5.1工程概況該段地基采用袋裝砂井處理，袋裝沙井深8，間距1.2，直徑7，地表設(shè)砂墊層，厚0.5，中間鋪設(shè)一層土工隔柵。地基各層各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表1。5.2沉降估算按照0.2標(biāo)準(zhǔn)確定壓縮層，即壓縮層計(jì)算到附加應(yīng)力與自重應(yīng)力比不超過(guò)0.2，由此確定壓縮區(qū)為表1中前4層，按照分層總和法計(jì)算地基的總沉降量為53.8，工后沉降量為2.5.5.3動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)2001年下半年，部分單位對(duì)施工組織方案進(jìn)展了調(diào)整，有個(gè)別地段將提早鋪軌，根據(jù)這一變化，應(yīng)有關(guān)方面的需求，設(shè)計(jì)對(duì)將來(lái)沉降的開展趨勢(shì)進(jìn)展了預(yù)測(cè)。當(dāng)前實(shí)測(cè)沉降量為27.9，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料，采用修正指數(shù)