王洪達(dá)

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高速鐵路風(fēng)積土路基不均勻沉降特性與控制

王洪達(dá)

（中鐵十八局集團(tuán)隧道工程有限公司，陜西西安710400）

利用MIDAS/GTS進(jìn)行高速鐵路風(fēng)積土路基小均勻沉降特性的研究，結(jié)果表明地基加固樁和土之間存在相對(duì)變形和變形關(guān)鍵區(qū)，分析變形關(guān)鍵區(qū)找出影響風(fēng)積土路基小均勻沉降的因素，采用控制變量法通過單因素?cái)?shù)值模擬分析得出最佳徑距比和碎石墊層厚度，通過擬介計(jì)算得出同時(shí)考慮徑距比和碎石墊層厚度禍介作用的地基樁沉降計(jì)算式以及樁間土沉降計(jì)算公式。

路基；風(fēng)積土；小均勻沉降；徑距比；墊層厚度

1 建模計(jì)算

施工階段設(shè)置，其主要是為了對(duì)施工情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的現(xiàn)場模擬，所以，共設(shè)有6個(gè)工況(階段)，其中第0個(gè)工況：CFG加固地基+砂石墊層；第1個(gè)工況：第一層填料，高度：1.4m，總高度：1.4m；第2個(gè)工況：第二層填料，高度：1.4m，總高度：2.8m；第3個(gè)工況：第一層AB組料，高度：1.1m，總高度：3.9m；第4個(gè)工況：第二層AB組料，高度：1.1m，總高度：5.0m；第5個(gè)工況：堆載預(yù)壓土，高度：3.0m，總高度：8.0m。幾何參數(shù)的設(shè)置，都是根據(jù)具體的實(shí)際情況來建立模型，其主要是為了使應(yīng)用力不集中過度，這樣就使得建立模型、劃分單元格、控制施工更加方便。在結(jié)構(gòu)上，左右邊界，采用橫向固定，底部采用橫豎雙向固定，其目的是為了避免無位移情況出現(xiàn)。將網(wǎng)格尺寸參數(shù)設(shè)定到0.25 m×0.25 m，是根據(jù)路基模型的具體尺寸而定，這主要是保持網(wǎng)格均勻，從而使計(jì)算更精確。

2 計(jì)算結(jié)果分析

在提取地面中心沉降量時(shí)，發(fā)現(xiàn)樁頂和樁間土上的最大沉降量不一樣，計(jì)算結(jié)果顯示：6個(gè)工況的地面中心樁間土變形、地面中心樁變形、中心沉降值分別為：第0個(gè)工況分別為0 mm、0 mm、0 mm；第1個(gè)工況分別為0 mm、0 mm、0 mm；第2個(gè)工況分別為4.365 mm、3.53 mm、0.835 mm；第3個(gè)工況分別為7.816 mm、6.279 mm、1.537 mm；4個(gè)工況分別為11.027 mm、8.805 mm、2.222 mm；第5個(gè)工況分別為17.317 mm、13.681 mm、3.6.6 mm。即樁與土之間通過變形曲線而呈現(xiàn)出“鋸齒”狀。上述的數(shù)據(jù)表明，樁與裝間土，二者成反比關(guān)系。所以，根據(jù)上述的數(shù)據(jù)顯示，選擇模型的樁間土的最大變形值為3.636 mm，如果相對(duì)的變形值偏大，那么，砂石墊層的沖剪就會(huì)受到破壞，進(jìn)而影響路基結(jié)構(gòu)。

3 路基沉降控制措施

3.1 砂石墊層厚度

在樁與樁間土的受力方面，砂石墊層的作用很大。當(dāng)砂石墊層的厚度偏小時(shí)，樁所要承受的力度偏大；反之，樁與樁間土的的受力情況就相等。這種情況下，不能充分地將樁的強(qiáng)度體現(xiàn)出來，就會(huì)產(chǎn)生位移，導(dǎo)致變形。

3.2 對(duì)路基沉降影響單因素分析

在路基沉降中，有兩個(gè)重要影響因素，即墊層厚度和徑距比，并且兩者相互影響。所以，為了全面分析路基沉降的影響，可以運(yùn)用變量法進(jìn)行控制，同時(shí)擬出分析兩個(gè)單因素的模擬方案。通過計(jì)算可知，為了不引起擠土效應(yīng)，破壞土體和CFG樁，徑距比的最佳設(shè)定為1:3。同理，墊層厚度對(duì)沉降量也存在影響，根據(jù)參數(shù)設(shè)置，得出的模擬結(jié)果顯示：墊層厚度的系數(shù)達(dá)到0.4m時(shí)，沉降值為3.148 mm，偏差最小。因此，墊層厚度的最佳理想值應(yīng)不超過30cm。

3.3 徑距比和砂石墊層厚度對(duì)路基沉降影響

樁沉降量隨徑距比增大呈負(fù)指數(shù)減小趨勢。假定

在兩種共同作用的情況下，令樁和樁土間的變形相等，那么，所得出的系數(shù)0.6 m，即墊層厚度，系數(shù)0.622872，即徑距比，此時(shí)，樁土間變形協(xié)調(diào)。如果徑距比1:3時(shí)，那么，墊層高度就出現(xiàn)負(fù)值，則兩者就不成立。因此，路基沉降受徑距比和墊層高度影響。三者的關(guān)系可用新的變量表示，即.由上述可知，徑距比是影響路基沉降的主要因素，墊層厚度是次要因素。將兩者影響程度用新的變量求出，可用、表示。然后將兩種表示沉降的方案進(jìn)行分析對(duì)比，列出影響沉降的系數(shù)?；谝陨涎芯績?nèi)容，假定樁沉降隨徑距比和墊層厚度的變化函數(shù)為

式（5）即為考慮徑距比和墊層厚度的地基樁沉降計(jì)算式.同理，可得地基樁間土沉降計(jì)算式為

在具體的實(shí)際操作中，式（5）和式（6）的計(jì)算結(jié)果應(yīng)該保證相等，或者不能出現(xiàn)較大偏差。

4 結(jié)論

（1）在路基結(jié)構(gòu)中，路堤填料層與地基壓縮層是非常關(guān)鍵的區(qū)，在結(jié)構(gòu)中最易變形。而對(duì)路基沉降因素影響較大的有墊層厚度、樁與樁間的距離；（2）在徑距比與墊層厚度的計(jì)算中，控制變量法是其最合適的方法；（3）徑距比和墊層厚度是影響路基沉降的重要因素，對(duì)兩者間的關(guān)系進(jìn)行分析，可計(jì)算出樁土間的預(yù)測式。

[1]楊暢.高速鐵路路基動(dòng)力響應(yīng)中的雙峰現(xiàn)象分析J.土木工程學(xué)報(bào),2015(06):201.

Characteristics and control of uneven settlement of aeolian soil roadbed in high speed railway

(China Railway eighteen Bureau Group Tunnel Engineering Co., Ltd., Xi'an Shaanxi 710400)

Use of MIDAS/GTS for high-speed railway small aeolian soil roadbed subsidence characteristics of research, find out factors that affect small aeolian soil roadbed subsidence, control variable method is used to draw the best span ratio and gravel cushion thickness.

subgrade; Aeolian soil; Small uneven subsidence; Span ratio; Cushion layer thickness

（責(zé)任編輯：廖建勇）

U213.1

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.06.002

1672–7304(2016)06–0005–02

王洪達(dá)（1984-），男，遼寧新賓人，工程師，研究方向：路基、橋梁、隧道工程。