潘振華

高速鐵路軟土路基糾偏整治探索

潘振華

(上海鐵路局工務(wù)處,上海 210075)

軟土地區(qū)的高速鐵路受施工、堆載等外部因素的影響,路基和橋墩可能發(fā)生位移,這不僅威脅高速鐵路行車安全,而且要糾正這種位移(糾偏)十分困難?，F(xiàn)以某高速鐵路K45路基發(fā)生橫向位移整治工程為例,分析產(chǎn)生路基偏移的原因,研究探索影響糾偏的各個(gè)因素,通過6次整治方案的調(diào)整,實(shí)現(xiàn)了路基的糾偏。最后提出高壓旋噴樁進(jìn)行糾偏整治的關(guān)鍵要點(diǎn),為軟土地區(qū)橋梁樁基糾偏提供了思路。

高速鐵路;路基;糾偏

我國(guó)幅員遼闊,軟土分布極為廣泛;隨著高速鐵路大規(guī)模興建,高速鐵路必將以不同形式通過軟土地區(qū)。華東地區(qū)的杭深、滬寧、滬杭及杭甬高速鐵路均位于地質(zhì)條件復(fù)雜的軟土地區(qū),由于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),其土木工程建設(shè)往往給高速鐵路安全帶來一定威脅。例如:在橋墩一側(cè)堆載2 m以上的建筑垃圾所形成的單側(cè)偏壓,可給橋梁樁基造成數(shù)十毫米橫向位移;河堤加高同樣對(duì)橋梁樁基造成偏壓使橋梁樁基沿線路縱向發(fā)生位移;大型建筑的深基坑開挖也會(huì)造成路基發(fā)生橫向位移;還有因打樁施工、高壓旋噴樁施工不當(dāng),也可能造成路基橫向位移。因此,高速鐵路的周邊環(huán)境安全極其重要。本文以某高速鐵路K45工點(diǎn)為例,分析因高壓旋噴樁施工造成路基的橫移機(jī)理以及在糾偏過程中糾偏量與路基邊界條件、土體超靜孔隙水壓力、外力作用時(shí)間等因素的相關(guān)性。

1 路基發(fā)生橫移的機(jī)理分析

1.1 高壓旋噴樁對(duì)周邊軟土作用特點(diǎn)

上海地區(qū)的淤泥質(zhì)軟黏土具有強(qiáng)度低(c為6 kPa)、含水量大(42%)和壓縮系數(shù)高的特點(diǎn),一般情況下,軟土地層呈水平狀。若采用單管高壓旋噴樁機(jī)施工,旋噴的提升速度在15～20 cm/min時(shí),則在提升或復(fù)攪過程中將產(chǎn)生20～24 MPa的噴射流壓力,并且噴射流壓力具有脈沖振蕩的特點(diǎn);高壓噴射流對(duì)樁周軟土結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生沖切破壞[1],使土體顆粒與水泥漿混合成絮狀混合體,形成直徑為60～80 cm的重塑區(qū)(Ⅰ區(qū)),這也是高壓旋噴樁成樁直徑范圍,其水平剖面如圖1所示。

圖1 高壓旋噴樁影響分區(qū)

在高壓旋噴樁噴射流對(duì)土體產(chǎn)生沖切作用后,其壓力必然衰減,當(dāng)壓力衰減至1～2 MPa時(shí),噴射流將對(duì)Ⅰ區(qū)外的土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生劈裂破壞作用,同時(shí)水泥漿將沿劈裂裂隙滲入土體,形成塑性區(qū)(Ⅱ區(qū))。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)樁體挖探,塑性區(qū)的厚度一般在40～60 cm。

根據(jù)動(dòng)量原理,噴嘴壓力P0為

P0=rQVm, Q=AVm

其中,A為噴嘴面積;Vm為平均流速;Q為流量。

噴射壓力在Ⅰ、Ⅱ區(qū)的衰減公式可表示為

P=kD0.5P0/Xn

其中,k、n為系數(shù);D為噴嘴直徑;X為距噴嘴距離。

隨著高壓旋噴樁的噴射壓力進(jìn)一步衰減,雖然它不能劈裂土體,但可使土體產(chǎn)生較高超靜孔隙水壓力,這將對(duì)周圍土體產(chǎn)生擠推作用力[2],形成擾動(dòng)區(qū)(Ⅲ區(qū))。擾動(dòng)區(qū)的軟土在高壓旋噴樁噴射壓力的持續(xù)擾動(dòng)下,可能發(fā)生觸變,強(qiáng)度衰減,由軟塑體變成流塑體,而流塑體能較好地傳遞噴射壓力,特別在軟土基底傾斜的地層條件下,流塑體在自重(W·sinα)和高壓旋噴樁噴射壓力f(t)共同作用下將對(duì)土體或地基中的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生擠壓推動(dòng)作用,使之產(chǎn)生側(cè)向變形,形成擠壓變形擾動(dòng)區(qū)(Ⅲ區(qū))。Ⅲ區(qū)的寬度與軟土地層傾角、軟土的力學(xué)參數(shù)、高壓旋噴樁施工時(shí)間等因素有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高壓旋噴樁施工對(duì)鐵路路基影響的案例調(diào)查,上海軟土地層水平,其Ⅲ區(qū)寬度一般在30d～40d范圍內(nèi)(d高壓旋噴樁樁徑)。Ⅳ區(qū)是非擾動(dòng)區(qū),在該區(qū)中建筑物不受高壓旋噴樁施工的影響。

1.2 路基產(chǎn)生橫移病害的機(jī)理和特點(diǎn)

1.2.1 路基結(jié)構(gòu)及地基地質(zhì)條件

某高速鐵路運(yùn)營(yíng)時(shí)速為300 km,無砟軌道。路基高度為4.6 m,路基表層為0.4 m的級(jí)配碎石層,路基底層為2.3 m厚A、B填料。地基采用40 m PHC管樁加0.5 m厚C30鋼筋混凝土筏板加固,樁尖持力層為④3粉土層,其中PHC管樁按兩次焊接而成。工區(qū)軌道車出入庫(kù)線W1、W2地基采用砂井聯(lián)合攪拌樁(樁長(zhǎng)6～10 m)加固。K45+105～K45+230的上行線路坡腳外側(cè)10 m處為河流。上、下行線路基與W1、W2的路基等高平行。見圖2。

圖2 研究工點(diǎn)布置示意(單位:m)

地基的土質(zhì)分層如下:

①0(Qml)種植土、人工填土:灰黃色,稍濕,松散;

①(Q4al+1)黏土:黃褐色、軟塑;

②(Qm)淤泥質(zhì)黏土:灰色,軟塑～流塑;

③1(Q4al+m)黏土:黃褐色、硬塑;

③2(Q4m)粉土:黃褐色、稍密;

④1(Q3al+1)黏土:灰褐色、硬塑;

④2(Q3m)粉質(zhì)黏土:灰褐色、軟塑;

④3(Q3al+m)粉土:灰褐色、稍密、飽和;

⑤2(Q3m)黏土:灰褐色、軟塑;

⑤3(Q3al)粉土:灰褐色、稍密、飽和;

⑥1(Q3al+1)粉質(zhì)黏土:灰色,硬塑。

各地層呈水平分層,無明顯傾斜角度。

水文條件:站場(chǎng)區(qū)地表水為河流水,水深約1.5 m;地下水為孔隙潛水,水位埋深1.0～1.6 m。

潮汐影響,河水具氯鹽侵蝕,作用等級(jí)為L(zhǎng)1。

1.2.2 路基發(fā)生橫移的特點(diǎn)分析

由于K45+105～K45+230地基與相鄰地段的最大差異沉降達(dá)60 mm,其沉降原因分析如下:由于高速鐵路的線位與原有河道斜交50°,該地段線路地基位于河道中,其地層較復(fù)雜。當(dāng)PHC管樁的摩擦力不足以抵抗上覆路基軌道荷載和高速列車運(yùn)行時(shí)的動(dòng)荷載時(shí),樁底發(fā)生下沉,最終導(dǎo)致軌道的沉降。

為減緩地基沉降速率,在上下行線兩側(cè)用高壓旋噴樁加固地基,進(jìn)行側(cè)向約束施工,每側(cè)兩排,噴射壓力為24 MPa,高壓旋噴樁樁長(zhǎng)為23 m,即自鋼筋混凝土筏板以下23 m。其中下行側(cè)的高壓旋噴樁在砂井加固區(qū)內(nèi)施工,因砂井施工完成時(shí)間僅2年,軟土固結(jié)時(shí)間較短,從鉆孔取樣可知軟土仍呈軟塑狀,具有軟土特性。下行側(cè)的高壓旋噴樁距離下行軌道中心10.8 m,上行側(cè)的高壓旋噴樁距離上行軌道中心16 m。

為防止高壓旋噴樁施工引起地基、路基和軌道的變形,特別要求:①建立測(cè)量系統(tǒng),分別要求高速鐵路軌道水平、高低累計(jì)不超過2 mm和4 mm;②由于只能在夜間列車停止運(yùn)行條件下進(jìn)行施工,為防止施工發(fā)生軌道偏移超限后,沒有時(shí)間進(jìn)行軌道調(diào)整,而將白天列車的運(yùn)行速度限制為80 km/h;③在同側(cè)的高壓旋噴樁機(jī)施工時(shí)保持間距為10 m,并在兩側(cè)對(duì)稱布設(shè)樁機(jī)進(jìn)行施工;④在第一排高壓旋噴樁完成施工后且當(dāng)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)8 MPa后,進(jìn)行第二排樁的施工。

由于高壓旋噴樁在軟土地層中施工控制困難,路基及軌道發(fā)生了橫向位移,其中軌道最大橫移達(dá)69 mm,嚴(yán)重影響軌道線形。

(1)路基橫向位移與高壓旋噴樁作用的關(guān)系

在按對(duì)稱方式布設(shè)樁機(jī)位置方案施工時(shí),樁筏結(jié)構(gòu)在兩側(cè)所受的水平推力相對(duì)平衡,因此未發(fā)生線路結(jié)構(gòu)較大偏移,軌道水平不超過1.6 mm,滿足施工安全要求。但在7月8日～10日施工中,上下行線的路基、軌道同時(shí)向上行側(cè)橫向移動(dòng),見圖3。其中K45+ 180處產(chǎn)生了最大69 mm的橫向位移。分析其原因可能主要是:由于7月8日在下行側(cè)K45+175處施工, PHC管樁結(jié)構(gòu)的水平抗力較低,當(dāng)受到高壓旋噴樁機(jī)噴射的水平推力后,管樁結(jié)構(gòu)發(fā)生撓曲變形,如圖4所示,并帶動(dòng)筏板、路基及軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了橫向位移。擬合(σ取5.8)。在未進(jìn)行地基處理的軟土路基,由單臺(tái)高壓旋噴樁機(jī)施工引起的線路水平位移也是正態(tài)分布型曲線,另一個(gè)典型實(shí)例是: 2009年9月4日在京滬線下行K1455+190至K1455+ 205當(dāng)高壓旋噴樁以旋噴壓力8 MPa施工時(shí),線路在水平方向發(fā)生了最大偏移達(dá)8 mm的情況。

圖3 軌道隨時(shí)間發(fā)生橫向變形

圖4 PHC管樁撓曲變形示意

(2)路基橫向位移與高壓旋噴樁機(jī)位置的關(guān)系

將軌道、路基和樁板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為橫梁,在高壓旋噴樁機(jī)噴射壓力作用下失穩(wěn),發(fā)生橫向變形,軌道變形接近正態(tài)分布型曲線,此時(shí)高壓旋噴樁機(jī)所在位置是線路結(jié)構(gòu)橫向位移量最大的點(diǎn),見圖5。

K45+105～K45+230線路結(jié)構(gòu)橫向位移可以用

圖5 軌道變形曲線

(3)路基橫向位移與施工時(shí)間的關(guān)系

K45軟土地層呈水平狀,從測(cè)量數(shù)據(jù)知,線路位移發(fā)生在高壓旋噴樁機(jī)施工期間,當(dāng)高壓旋噴樁機(jī)的水平噴射推力大于樁筏結(jié)構(gòu)的水平抗力時(shí),樁筏結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向變形;當(dāng)高壓旋噴樁施工停止,則線路變形基本停止,沒有產(chǎn)生繼續(xù)變形的滯后效應(yīng)。從圖4知,7月10日發(fā)生路基橫移后,直到8月22日進(jìn)行糾偏工程前,其最大變形量仍是69 mm,說明線路變形的反彈量很小。又如2007年6月,宣杭線竹絲港橋的21號(hào)橋墩樁基處于軟土地層中,且軟土地層與水平成30°傾角,因采用高壓旋噴樁圍護(hù)施工中導(dǎo)致橋墩發(fā)生位移,當(dāng)高壓旋噴樁停止施工后,橋墩樁基的縱向位移也基本停止。

(4)路基橫向位移與路基地基結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

京滬線K1449的路基位于未加固的軟土地基上, 2009年9月4日,高壓旋噴樁機(jī)用8 MPa噴射壓力在上行線一側(cè)施工了14根φ30 cm的樁后,造成了路基8 mm的橫向位移。而滬杭高速鐵路K45+080處的地基采用了長(zhǎng)40 m的PHC管樁加筏板結(jié)構(gòu),2014年元月2日,用12 MPa噴射壓力施工了10根樁后,造成了路基5.2 mm的橫向位移。無論軟土地基是否加固,只要軟土性質(zhì)未發(fā)生根本性的改變,地基單側(cè)受高壓旋噴樁水平噴射壓力作用時(shí),流塑狀的軟土傳遞水平噴射壓力,而地基中管樁的水平抗力極低,最終導(dǎo)致路基發(fā)生橫向位移。因此,高壓旋噴樁導(dǎo)致路基發(fā)生橫移,其橫移量與路基的地基結(jié)構(gòu)沒有明顯的關(guān)系。

2 路基糾偏

2.1 路基糾偏原理及施工關(guān)鍵因素

K45+105～K45+230線路為直線段,當(dāng)軌道結(jié)構(gòu)在125 m范圍內(nèi)出現(xiàn)矢度為69 mm的正態(tài)分布型曲線時(shí),可以推斷管樁、筏板和路基也產(chǎn)生了至少69 mm的橫向變形量。從《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》知:預(yù)應(yīng)力管樁彎曲不得超過1/1 000[3],顯然管樁撓曲變形已超限。因該段線路的高程沒有發(fā)現(xiàn)異常變化,故可判斷管樁暫時(shí)沒有發(fā)生剪切破壞,但若不能及時(shí)得以糾偏,在長(zhǎng)期彎矩作用下管樁有可能產(chǎn)生局部裂縫,并影響其承載能力,加速路基結(jié)構(gòu)的沉降。同時(shí),無砟軌道直線段變成為矢度為69 mm的正態(tài)分布型曲線,使線路允許的行車速度由原來的300 km/h降至160 km/h及以下。因此,對(duì)該段路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行糾偏整治十分迫切。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]可知,目前大部分糾偏多在施工階段進(jìn)行,主要采用千斤頂頂推法與堆載(或卸載)法。堆載(或卸載)法是利用堆載反壓使線路結(jié)構(gòu)連續(xù)變形,達(dá)到糾偏的目的,然而這種方法存在糾偏量不能控制和預(yù)測(cè)、連續(xù)變形對(duì)運(yùn)行中的列車安全構(gòu)成威脅和施工持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等問題。頂推法雖然可行,但也存在千斤頂?shù)暮罂勘吃谲浲恋貙又袩o法固定,且變形無法控制等問題,因此這些方法未在該項(xiàng)目中采用。

高速鐵路路基的糾偏需利用夜間封鎖時(shí)段進(jìn)行,還需保證白天列車正常運(yùn)行,因此糾偏必須滿足軌道線形圓順的要求。同時(shí),因40 m長(zhǎng)的PHC管樁由2根13 m PHC管樁和1根14 m PHC管樁焊接而成,因此如何保證焊接部位不被剪斷也是施工中的一項(xiàng)關(guān)鍵。綜合考慮多種因素,最后決定在充分利用軟土地基特點(diǎn)的前提下,利用高壓旋噴樁施加橫向推力[5]將能使路基發(fā)生橫向變形,實(shí)現(xiàn)對(duì)路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行糾正的目的。

2.2 高壓旋噴樁糾偏主要方案

由于K45+150～K45+210偏移量均超過40 mm,是拋物線的“鍋底”,也是整治的關(guān)鍵區(qū)段,為了有利于軌道線形和管樁受力的改善,先糾偏該段路基結(jié)構(gòu)是必要的。在方案實(shí)施中的總體思路是:充分利用多臺(tái)高壓旋噴樁共同作用效果及樁板結(jié)構(gòu)的整體性,以期帶動(dòng)相鄰路基結(jié)構(gòu)的糾偏。初期,4臺(tái)高壓旋噴樁機(jī)按7 m間距在上行線路基坡腳排列,并考慮充分利用4.5 h施工時(shí)間(夜間天窗時(shí)間)完成8根樁的施工;高壓旋噴樁的施工深度定為10 m,上部5 m的噴射壓力24 MPa、下部5 m的噴射壓力為22 MPa。

對(duì)施工影響范圍內(nèi)軌道和軌道板橫向及垂向變形進(jìn)行監(jiān)測(cè),測(cè)點(diǎn)間距5 m,每天施工前和施工結(jié)束后各測(cè)量1次,在K45+155、K45+180、K45+205設(shè)測(cè)斜管和孔隙水壓力計(jì)(原地面以下2、5、8、11、14 m和17 m處埋設(shè)孔隙水壓力計(jì))。

本工程自2013年8月22日施工,至12月20日糾偏完成,歷時(shí)4個(gè)月,從中研究分析了糾偏量與線路結(jié)構(gòu)邊界條件的關(guān)系、與施工壓力和時(shí)間關(guān)系、與孔隙水壓力關(guān)系及施工順序的關(guān)系。

2.2.1 糾偏量與線路結(jié)構(gòu)邊界條件的關(guān)系

高壓旋噴樁機(jī)在上行線對(duì)樁板結(jié)構(gòu)施加噴射壓力以期推動(dòng)樁板結(jié)構(gòu),但8月24日至26日連續(xù)3 d進(jìn)行試樁施工,線路結(jié)構(gòu)的糾偏量在1.4 mm左右。從圖2可知下行線與W1、W2專用線并行,約束了線路結(jié)構(gòu)的變形,只有解除對(duì)線路結(jié)構(gòu)的側(cè)向約束,才有可能達(dá)到糾偏的目的。

為此,在下行線與W1線間用挖掘機(jī)開挖出寬0.8 m,深至筏板以下0.3 m的變形槽,這樣可使線路結(jié)構(gòu)有橫移變形的空間。在上述基礎(chǔ)上,9月4日開始施工至28日累計(jì)糾偏量達(dá)到16 mm,平均每天0.6 mm。由于上行線一側(cè)施工場(chǎng)地限制,高壓旋噴樁施工空間有限,如按此糾偏進(jìn)度施工,則達(dá)不到整治目的,應(yīng)考慮進(jìn)一步調(diào)整方案。由于變形槽僅為筏板橫向變形提供空間,而管樁的橫向位移仍受約束。為了克服上述問題,隨后在大筏板和樁帽間進(jìn)行了連續(xù)鉆孔,深度自筏板向下20 m,以保證線路結(jié)構(gòu)有充分的自由位移空間,徹底解除線路結(jié)構(gòu)的側(cè)向約束;同時(shí)也虛擬了帶傾斜基底的軟土地層,有利于線路結(jié)構(gòu)的橫向變形。在這樣的條件下,每日的糾偏量大幅提高,平均每天可達(dá)1.4 mm。

2.2.2 糾偏量與旋噴壓力、樁長(zhǎng)和樁機(jī)數(shù)量的關(guān)系

在施工時(shí),前4排高壓旋噴樁采用24 MPa壓力,樁長(zhǎng)10 m。為了提高每日糾偏效果,在第5排試驗(yàn)時(shí)高壓旋噴樁加長(zhǎng)至16 m,壓力增加到26 MPa,但試驗(yàn)效果不明顯,主要原因是原來4排10 m的高壓旋噴樁形成了“旋噴樁地下連續(xù)墻”,當(dāng)高壓旋噴樁加長(zhǎng)到16 m時(shí),超過10 m的部分的側(cè)向沒有地下墻約束,旋噴壓力向四周擴(kuò)散較快,沒有形成定向推力。因此,加長(zhǎng)高壓旋噴樁長(zhǎng)度并沒有明顯效果。隨著糾偏量加大,根據(jù)軌道線形分步增加高壓旋噴樁機(jī)數(shù)量,9月4日起增加到8臺(tái),從而保證了軌道線形變形圓順,見圖6。

圖6 高壓懸噴樁布置

2.2.3 糾偏速率與軌道線形、施工時(shí)間的關(guān)系

在7月8～11日,在路基發(fā)生橫向變形期間,高壓旋噴樁在4 h施工時(shí)間內(nèi)使線路結(jié)構(gòu)平均橫向位移達(dá)15 mm?？杉俣ㄔ谕瑯訒r(shí)間、噴射壓力、作業(yè)時(shí)間條件下,甚至采用更多臺(tái)高壓旋噴樁機(jī)進(jìn)行糾偏時(shí),其每日糾偏量也遠(yuǎn)小于15 mm,單日糾偏量最大為4mm,平均為1.4 mm;究其原因,在路基發(fā)生橫向變形前,可將地基樁筏、路基和軌道結(jié)構(gòu)假定為“橫梁結(jié)構(gòu)”;路基變形后,可將其視為“拱形結(jié)構(gòu)”,從結(jié)構(gòu)力學(xué)知,在同樣受力條件下,拱形結(jié)構(gòu)跨中的彎矩遠(yuǎn)小于橫梁結(jié)構(gòu)的彎矩,拱形結(jié)構(gòu)抗彎能力大于橫梁的抗彎能力,因此糾偏遠(yuǎn)比發(fā)生橫移時(shí)復(fù)雜。

在徹底解除下行線側(cè)向約束后,自10月12日起施工進(jìn)入正常狀態(tài),在施工過程中,發(fā)現(xiàn)糾偏施工周期律,同時(shí),存在糾偏后反彈現(xiàn)象,根據(jù)統(tǒng)計(jì),實(shí)際累計(jì)糾偏量與累計(jì)反彈量之比為5∶1。見表1及圖7。10月12日至施工結(jié)束,即施工5 d左右糾偏量達(dá)6 mm,期間必然引起1～2 mm的反彈;如繼續(xù)進(jìn)行施工,則糾偏量沒有增加。如果停工3～4 d,再施工能得到較好的糾偏量。因此,糾偏工程應(yīng)“三天打魚,兩天曬網(wǎng)”?？赡苁敲看斡傻鼗鶚栋褰Y(jié)構(gòu)、路基本體和軌道構(gòu)成的“拱形結(jié)構(gòu)”存在變形限值問題。如果需繼續(xù)變形,“拱形結(jié)構(gòu)”需進(jìn)行內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整,以適應(yīng)下一次變形需要,最終將線路結(jié)構(gòu)偏移糾正到位。

表1 施工過程中糾偏周期分析

圖7 糾偏量與時(shí)間關(guān)系

2.2.4 糾偏與超靜孔隙水、土體位移的關(guān)系

高壓旋噴樁施工時(shí),噴射壓力使樁周圍土體超靜孔隙水壓力[6](以下簡(jiǎn)稱超靜孔壓)增加,其中在樁周的塑性區(qū)與擾動(dòng)區(qū)交界處的超靜孔壓最大,且隨著距樁中心的距離增加而減小。根據(jù)K45+180孔隙水壓力計(jì)測(cè)試結(jié)果,圖8給出在連續(xù)高壓旋噴樁施工時(shí),超靜孔壓的變化過程。圖8說明在施工開始后0.5 h,超靜孔壓升至峰值,停噴后1 h內(nèi)超靜孔壓消散速率較快,以后逐漸減小,平均24 h消散15 kPa超靜孔壓。

圖8 K45+180超靜孔壓與時(shí)間關(guān)系

通過土體超靜孔壓的增長(zhǎng)和消散過程的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),可得出高壓旋噴樁施工過程中超靜孔壓的時(shí)程消散模型[7-8](圖9),其將曲線分別劃分為以下3個(gè)區(qū)。

Ⅰ區(qū):土體受到高壓旋噴壓力,超靜孔壓持續(xù)增加,直至最大值umax=u(t0),t0=0.5 h。

圖9 超靜孔壓與時(shí)間關(guān)系

Ⅱ區(qū):由于超靜孔壓增加,土體有效應(yīng)力減小,抗剪強(qiáng)度降低,使土體會(huì)產(chǎn)生“水裂”[9],形成有利于孔隙水壓力消散的微裂隙,超靜孔壓的消散速度緩慢增加。

Ⅲ區(qū):當(dāng)高壓旋噴壓力停止后,超靜孔壓繼續(xù)消散,消散速度逐漸減小,直至完全消散。

某一深度的超靜孔壓可表達(dá)為

式中,u為超靜孔壓;t為時(shí)間;a、b、c為常數(shù),可以通過超靜孔壓與時(shí)間關(guān)系曲線擬合計(jì)算得到。

從圖10可以看出,在K45+180斷面沿深度方向,在高壓旋噴樁的作用下,各測(cè)點(diǎn)的超靜孔壓呈單駝峰型,即地基表層測(cè)點(diǎn)超靜孔壓較小,隨后增大,超靜孔壓最大是在8～12 m深度,這與高壓旋噴樁施工深度10 m接近,然后超靜孔壓減小,其影響深度為17 m。

圖10 超靜孔壓與深度關(guān)系

從圖11可知,該測(cè)斜管位于下行K45+180處,地基土體受樁板結(jié)構(gòu)橫向變形影響,地表的側(cè)向位移最大,地表下20～25 m及以下的土體基本不受高壓旋噴樁施工的影響。

2.2.5 糾偏與路基本體、軌道結(jié)構(gòu)高程關(guān)系

從圖12可知,在施工地段即K45+155～K45+ 210的軌道上下行的高程比未施工地段有明顯的變化,主要原因是:在上行側(cè)進(jìn)行高壓旋噴樁施工時(shí),地基20 m深范圍內(nèi)的軟土層受擾動(dòng)作用,使管樁摩擦力下降,承載力降低,加速了管樁的下沉[10],最終使軌面下沉,所以下行線軌面比未施工地段低5 mm。由于上行線進(jìn)行高壓旋噴樁施工時(shí),在地表面出現(xiàn)返漿現(xiàn)象,致使在路堤坡腳隆起達(dá)到3.5 mm,同時(shí)部分返漿進(jìn)入上行線路基本體中,填充了路基本體土體顆粒間的空隙,導(dǎo)致上行線路基本體抬升,因上行線抬升較大,除去管樁下沉量,仍使上行線軌面比未施工地段高2 mm。

圖11 K45+180沿深度位移

圖12 施工區(qū)軌面高程變化

圖13 整治前后效果對(duì)比

3 結(jié)語

K45路基糾偏共進(jìn)行了6次方案調(diào)整,實(shí)現(xiàn)了糾偏的目的,見圖13,回顧施工過程,主要以下結(jié)論。

(1)對(duì)于軟土地區(qū)樁板結(jié)構(gòu)發(fā)生橫向偏移后,采用高壓旋噴樁糾偏是可行的;也為軟土地區(qū)橋梁樁基糾偏提供了思路。

(2)高壓旋噴樁糾偏設(shè)計(jì)中的噴射壓力、提升速度、樁長(zhǎng)度、樁機(jī)間距等參數(shù)應(yīng)考慮軌道線形、施工時(shí)間、地層條件等綜合因素。

(3)高壓旋噴樁在軟土地層進(jìn)行加固處理時(shí),應(yīng)根據(jù)軟土地層條件、建筑物環(huán)境等綜合條件而慎用。

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Study on Inclination Correction of Soft-soil Subgrade of High-speed Railway

PAN Zhen-hua
(Track Maintenance Department,Shanghai Railway Administration,Shanghai 210075,China)

In soft soil areas,the high-speed railways are likely to be affected by construction,loads and other external factors,with the result that there may be displacements at the railway subgrade or bridge piers.Those displacements will pose a threat to the safety of trains running on high-speed railway,and even worse,it is very difficult to correct those displacements(inclinations).Based on a case in relation to the correction of the transverse displacement of subgrade of section K45 of a high-speed railway,this paper analyzed the reason of subgrade inclination,and researched the relevant factors which affect the correction of subgrade inclination.As a result,after six times of adjustments on inclination correction scheme,the subgrade inclination was corrected successfully.Finally,this paper proposed the key points of high-pressure chemical churning piles used in inclination correction,providing a way for inclination correction of bridge pile-foundations in soft soil areas.

high-speed railway;subgrade;inclination correction

U238;U213.1+4

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.04.006

1004-2954(2014)04-0022-06

2014-01-08

潘振華(1967—),男,高級(jí)工程師,1993年畢業(yè)于西南交通大學(xué)鐵道工程專業(yè),工學(xué)碩士,E-mail:pzh_sh@126.com。