魏 征，梁 偉，李 佳，梁擇聲

(1.中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308；2.江門市銀洲湖高速公路有限公司，廣東 江門 529152；3.廣東交大檢測有限公司，廣東 廣州 510890)

0 引言

我國廣東、浙江、福建等存在大片的近海平原-丘陵區(qū)，此區(qū)域的地質(zhì)條件由巖石向海相沉積急劇變化，由此帶來了軟土沉降、不均勻沉降、附加荷載難以控制等困難。目前，地鐵規(guī)范[1]在該地質(zhì)條件下尚缺乏明確的標(biāo)準(zhǔn)，因此，研究并解決地質(zhì)變化劇烈引起的各種問題，建立近海平原-丘陵區(qū)的地路基工程成熟、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，是非常必要和迫切的。

在近些年的鐵路、公路工程設(shè)計(jì)中，工程技術(shù)人員注意到了濱海平原軟土路基的技術(shù)難點(diǎn)。如：趙明華[2]等采用變權(quán)重系數(shù)組合各個模型來計(jì)算和預(yù)測軟土路基的沉降-時間曲線；楊生[3]等發(fā)現(xiàn)濱海軟土地區(qū)隔離樁可以減小堆載對周邊構(gòu)筑物的附加影響15%～30%；張旭[4]等發(fā)現(xiàn)濱海傍山軟土路基會發(fā)生側(cè)向滑移。但是這些研究只是揭示了近海平原-丘陵區(qū)路基工程的某些特點(diǎn)，并未提出近海平原-丘陵區(qū)這一概念，且沒有完整形成該地區(qū)地鐵路基工程的設(shè)計(jì)方法。

本文介紹在某沿海地區(qū)地鐵路基工點(diǎn)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)并解決了近海平原-丘陵區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不明確和內(nèi)澇嚴(yán)重、軟土沉降、地基軟硬不均、附加荷載對鄰近建筑物產(chǎn)生附加沉降等問題的方法和經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了近海平原-丘陵區(qū)的路基工程設(shè)計(jì)方法。

1 工程概況

某地鐵軌道交通連接沿海經(jīng)濟(jì)大省省會及其相鄰城市，建成于2021年6月，全長20.3km，其中正線路基0.7km，車輛段路基1.2km。路基工點(diǎn)類型有深路塹、受限路基、地上地下過渡段、軟土路基等四種類型，存在著路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不明確，內(nèi)澇嚴(yán)重、軟土沉降、地基軟硬不均、附加荷載對鄰近建筑物產(chǎn)生附加沉降等問題。

2 研究內(nèi)容

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問題

2.1.1 路基面寬度標(biāo)準(zhǔn)

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2013)未規(guī)定區(qū)間路基面寬度，因此按照規(guī)范中規(guī)定的方法進(jìn)行了綜合布置，確定為接觸網(wǎng)桿一側(cè)3.8m、另一側(cè)3.0m。路基綜合布置如圖1所示。從圖1可見，路基面寬度左右可不對稱，滿足路基面上的設(shè)備、限界等要求即可。

圖1 路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面(單位：m)

2.1.2 基床厚度、填料、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

基床厚度按照地鐵規(guī)范：表層0.5m、底層1.5m。但是地鐵規(guī)范規(guī)定表層填料性質(zhì)為A、B組土，不滿足本線無砟軌道的沉降要求。因此，按照軌道類型和沉降標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)采用基床表層填筑0.5m級配碎石，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)采用《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10623-2014)[5]的相關(guān)規(guī)定?；驳讓蛹盎驳讓右韵碌奶盍先园础兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2013)執(zhí)行。

2.1.3 路塹邊坡設(shè)計(jì)

本線深路塹位于丘陵區(qū)，最大邊坡高度為30.5m，挖方深度范圍內(nèi)地質(zhì)條件為凝灰?guī)r，表層0.5～1.0m全風(fēng)化，其余均為強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化。由于《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2013)缺乏對該類型路基工程的設(shè)計(jì)方法，筆者參照國鐵《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10001-2016)[6]中的坡率法，按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330-2013)[7]中的一級邊坡進(jìn)行檢算。最后確定的坡率：全風(fēng)化1:1.5，強(qiáng)風(fēng)化1:1.25，中風(fēng)化1:1；邊坡8m高一級，每級邊坡設(shè)2m寬的邊坡平臺。坡面采用C35鋼筋混凝土錨桿格梁進(jìn)行防護(hù)，錨桿長8～10m，格梁內(nèi)鋪空心塊并客土植草。

建成后，經(jīng)歷了一個春季的持續(xù)梅雨和一個夏季的強(qiáng)降雨，該邊坡坡率穩(wěn)定、植被生長良好(圖2)。

圖2 建成后的路塹邊坡

2.2 內(nèi)澇嚴(yán)重問題

本線地上、地下過渡段位于平原地區(qū)，存在排水不暢、內(nèi)澇嚴(yán)重的問題。內(nèi)澇的解決主要依賴罩棚的設(shè)置和防洪水位高程的確定。

在上海[8]、杭州、廣州等許多城市，軌道交通地上、地下過渡段不設(shè)置罩棚，通過機(jī)排解決降雨積水問題，一方面可節(jié)省工程造價，另一方面也增加了視覺的通透性。但考慮到極端天氣和機(jī)械排水的失效概率問題，本線過渡段采用頂部設(shè)置全封閉的鋼結(jié)構(gòu)罩棚(圖3)，從根本上減小內(nèi)澇問題。

圖3 全封閉鋼結(jié)構(gòu)罩棚效果

防洪水位在《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2013)中無明確規(guī)定，本文參照《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10001-2016)中濱河路基的規(guī)定，按照百年洪水位+0.5m確定。再者，筆者所在單位內(nèi)部規(guī)定，防洪水位在無特殊規(guī)定時可取場坪高度+1m。根據(jù)上述規(guī)定確定了最終的U型槽(圖4)側(cè)墻高程。

圖4 U型槽標(biāo)準(zhǔn)橫斷面

2.3 軟土沉降問題

本線車輛段位于濱河軟土地基上，軟土層位于地表以下3～20m，厚度較厚，常規(guī)的攪拌樁難以穿透，用管樁、CFG樁等剛性樁則工程造價較高。通過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較，根據(jù)上海地區(qū)“硬殼層”的理念，采用攪拌樁8～16m，不進(jìn)入持力層，樁間距1.3m，三角形布置。通過沉降檢算，攪拌樁硬殼層和下臥軟弱層的總工后沉降小于150mm，滿足規(guī)范要求。但是庫前有砟無砟過渡區(qū)域則采用管樁、灌注樁等剛性樁，且進(jìn)入持力層一定的深度，通過調(diào)整攪拌樁的長度達(dá)到與剛性樁平順過渡。

2.4 地基軟硬不均問題

該工點(diǎn)位于山區(qū)和平原交界處，工點(diǎn)類型為地面U型槽(圖5)。施工過程中發(fā)現(xiàn)下伏基巖面起伏較大，局部基巖凸起，基巖為強(qiáng)度較高的強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r?；鶐r缺失部分沉積有軟土，局部存在雜填土。設(shè)計(jì)中U型槽基底軟土和雜填土全部挖除，為避免橫向剛度不均導(dǎo)致不均勻沉降，采用C30混凝土回填，且橫向在強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r上鑿出1.5m寬的臺階，并植入鋼筋。基礎(chǔ)表層與U型槽底板接觸部分鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，防止開裂。

圖5 U型槽地基處理橫斷面

2.5 附加荷載控制問題

本線在車輛段與某高速鐵路橋梁長距離并行，并行距離達(dá)650m，并行間距30m。該橋?yàn)?2m簡支梁，其上為無砟軌道，對附加沉降較敏感。車輛段位于河岸區(qū)軟土區(qū)。洪評要求需填土2～3m，而鐵路部門要求高鐵附近不能有大面積的填土，以免引起沉降，兩者形成了較大的矛盾。為確定合理的工程措施，初步設(shè)計(jì)時選用“擋墻+地基處理”和“隔離樁”兩種方案進(jìn)行對比。

模型單元采用三維實(shí)體單元，以六面體單元為主，金字塔單元過渡，再用四面體單元和棱柱體單元輔助的混合單元構(gòu)成。土體均采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型。橋臺、承臺、樁基材料采用彈性本構(gòu)模型。兩種方案的模型如圖6～圖7所示。

圖6 車輛段大面積堆載—擋墻方案

圖7 車輛段大面積堆載—隔離樁方案

模擬本工程施工階段：

階段1：僅計(jì)算有地面、承臺、橋樁加上橋梁荷載后的模型(此過程路基管樁和旋噴樁屬性為相應(yīng)土層的參數(shù))，并位移清零。

階段2：路基管樁和旋噴樁屬性由相應(yīng)土層轉(zhuǎn)化樁屬性。

階段3：加入填土、擋墻(隔離樁)、換算土柱及公路荷載，得出最終結(jié)果。

圖8 車輛段隔離樁方案計(jì)算云圖(橫向)

表1 車輛段堆載施工對高鐵橋梁墩臺的附加變形

受車輛段堆載施工的影響，高鐵橋梁發(fā)生附加變形。由圖8和表1可知：對橋梁影響最大的橫向方向上，懸臂式擋墻方案對高鐵橋梁的附加變形較大，變形為2.64mm，遠(yuǎn)大于隔離樁方案的0.19mm。

因此，采取車輛段正常填土的措施，以滿足洪評要求。沿車輛段邊線設(shè)置隔離樁，切斷車輛段和高鐵橋梁的力學(xué)傳遞。隔離樁上設(shè)加筋土擋墻，滿足收坡要求。

經(jīng)過長期觀測，發(fā)現(xiàn)施工期間高鐵橋梁沉降和橫向變形均不足1mm，表明設(shè)計(jì)方案安全合理、科學(xué)有效。

3 結(jié)語

在該地鐵軌道交通路基工點(diǎn)設(shè)計(jì)中，進(jìn)行分析研究，形成了一系列針對近海平原-丘陵區(qū)的路基設(shè)計(jì)方法，要點(diǎn)為：

(1)該區(qū)域地鐵地面路基工程較少，規(guī)范規(guī)定較模糊，路基面寬度應(yīng)進(jìn)行綜合布置，接觸網(wǎng)桿一側(cè)3.8m，另一側(cè)3.0m。無砟軌道路基基床表層厚度0.5m，采用級配碎石填筑，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)符合《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10623-2014)的相關(guān)規(guī)定，基床底層及以下按照《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2013)執(zhí)行。深路塹參照坡率法進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013)進(jìn)行分級和檢算。

(2)該區(qū)域降雨量較大，內(nèi)澇問題突出。地上、地下過渡段采用頂部增設(shè)罩棚，避免雨水進(jìn)入。U型槽防洪高程應(yīng)采用百年洪水位+0.5m，無洪評資料時可采用地面高程+1.0m。

(3)該區(qū)域普遍沉積有較厚的軟土，在沉降要求不嚴(yán)格的區(qū)域，樁基可不進(jìn)入持力層，可采用攪拌樁、旋噴樁形成硬殼層，滿足軌道沉降要求即可，剛性樁則必須進(jìn)入持力層一定深度。

(4)該區(qū)域地質(zhì)條件由巖石向軟土急劇變化，軟硬不均勻問題突出。設(shè)計(jì)中需采用剛度一致的材料處理地基基礎(chǔ)，并且采取一定的措施，加強(qiáng)人工換填地基和巖石地基的結(jié)合。

(5)該區(qū)域公共交通發(fā)達(dá)，常與重要構(gòu)筑物長距離、窄間距地并行，附加荷載的控制問題較突出，設(shè)計(jì)中有必要采用隔離樁，雖工程投資較大但安全效果好。

(收稿日期：2022-05-10)

DesignMethodofSubwaySubgradeinCoastalPlainHillyArea

WEIZheng1,LIANGWei1,LIJia2,LIANGZesheng3

(1. China Railway Design Group Corporation Limited, Tianjin， 300308，China;2.Jiangmen Yinzhouhu Highway Co., Ltd., Jiangmen 529152，Guangdong， China;3.Guangdong Jiaoda Testing Co., Ltd., Guangzhou 510890， Guangdong， China)

Abstract:There are large coastal plain hilly areas in Guangdong, Zhejiang, Fujian and other areas of China. The geological conditions in this kind of area change sharply from rock to marine sedimentation. Under such geological conditions, there are many difficulties in building subgrade project of subway, and there are lacking of mature and systematic subgrade design method. Through reference, analogy, numerical simulation and other research methods, in this paper, the design difficulties of Subgrade project in coastal plain hilly area have been studied, and the subgrade design method in coastal plain hilly area has been systematically formed.

Keywords: coastal plain hilly areas; subway subgrade; subgrade design method; isolation pile;uneven settlement