湿陷性黄土地基不同处理措施流变分析

董晓亮

（兰州市城市建设设计院，甘肃兰州 730000）

0 引言

相对于客运专线路基沉降的严格要求，湿陷性黄土地基必须进行处理，以达到消除黄土湿陷性和控制压缩变形的目的。截至目前，对湿陷性黄土地基处理方法已有较多研究，也形成了诸多方法。但施工机具发展较快，处理措施有改进的空间。针对郑西客运专线湿陷性黄土的特殊性：自重湿陷性黄土厚度较大，可达20 m以上，这时要达到处理的目的，机具的优化选择和施工工艺的改进显得很重要，该问题的解决将有利于湿陷性黄土地基处理措施的实施和处理效果的提高。

以往常规铁路黄土路基的沉降变形是较为严重的，其主要原因是：黄土地基基本不处理，用黄土作填料的堤身压实度不够等。近几年在黄土地区的陕西、甘肃、山西、宁夏、河南等省区修建了一定数量的高等级公路。对于湿陷性黄土地基作了一定的处理（处理厚度多为湿陷性土层的一半），黄土填料的压实度为0.93～0.95（重型击实）。从目前运营情况看，因沉降变形引起路面不平顺的状况仍是比较严重，不少区段不得不进行整修，给运营带来很大影响。因此，黄土地区路基沉降变形仍是一个没有得到解决的重要课题。

该项研究以DK354+250左侧离铁路中线100 m远处156 m×45 m的路基试验段（试验场地Ⅰ）为研究对象，采用数值模拟方法，对地基在不同处理方法条件下(挤密桩、柱锤冲扩桩和强夯三种类型)及在各种荷载作用下地基、堤身不同部位的沉降变形值，以及与时间的关系进行分析，推算工后沉降，总结各种工况及条件下，路基工后沉降的变化规律。同时分析路基工后沉降的构成，工后沉降发生的部位，为优化设计提供试验依据,预测沉降变形随时间的变化,验证湿陷性黄土地基处理措施设计的可靠性。

1 路堤的沉降组成

路堤的沉降包括以下几个方面。

1.1 堤身的压缩变形

由路堤土体自重、轨道结构及列车荷载引起。堤身既是承重构筑物又是荷重，其变形分析有一定特点，不应同于一般地基沉降的分析。

1.2 地基处理范围的压缩变形

由地表以上堤身重量、轨道结构和列车荷载引起；当湿陷性处理不彻底时，在浸水条件下会产生剩余湿陷变形。

1.3 处理土层以下的沉降变形

由于经处理的土层自重的增加（如孔内强夯和挤密桩增加量可能达到原自重的20%～25%）和堤身重量、轨道结构和列车荷载引起的沉降。

2 路基与地基处理设计

实体路基试验段有效长度140 m，宽度满足设计需要。

路基设计标准(含路基断面、防排水、侧沟等)与客运专线基本一致，路堤高度选择5 m。填料考虑水泥和石灰两种改良土、黄土共三种，每段路堤有效长各40 m。

地基处理分挤密桩、孔内强夯和强夯三种类型，将试验场地Ⅰ自东向西分为3个试验区，每个分区长40 m,分区之间设10 m的分隔带。路堤坡脚两侧至少布置两排桩，试验段共布置了8个断面进行实测。具体布置见图1所示。

试验场地I采用的地基处理措施如表1所列。

3 流变分析计算假定及地层的流变

3.1 计算模型中采用以下几个假定与原则

图1 试验平面布置图（单位：m）

表1 试验场地Ⅰ的地基处理措施一览表

（1）地基土中的初始应力场由模拟实际开挖或填土过程后得到，并在此基础上将位移场置零后施加道板及钢轨荷载以计算相应的流变值。

（2）边界条件：复合地基左右边界为位移约束,下边界为全约束。

（3）土体采用非线性流变材料，复合地基弹性模量取值采用复合模量法[2]。

（4）计算黄土的流变，厚度大于20 m。

3.2 测点流变分析

为了短期实测数据对比，模拟前两个月的沉降和时间的关系，如图2～图4所示。

图2 6m强夯区沉降-时间曲线图

图3 挤密桩区沉降-时间曲线图

图4 DDC桩区沉降-时间曲线图

6 m强夯区沉降最大值达到273 mm，工后沉降有106 mm。挤密桩区的沉降值达到120 mm，工后1个月沉降最大值为38 mm。DDC桩区的总沉降值达到50 mm，工后1个月沉降为2 mm，原因是有限元模型的简化，DDC桩桩长（22 m）和黄土深度几乎一样。

表2为不同区段地基的沉降量实测统计表。

表2 不同区段地基的沉降量实测统计表

从总沉降对比中可以看出：DDC桩区实测值与计算值相差11.6 mm，挤密桩区相差20.7 mm，较为接近；6 m强夯区相差60.7 mm，原因是实际工程在施工期间强夯沉降较大，而模拟计算没有模拟夯实沉降，所以实测值要大些。

工后沉降对比参见图5～图7所示。由于路堤堤身和复合地基压缩量很小，只提取地基处理深度处的沉降进行对比。

6 m强夯区相差38 mm，原因是实际工程在施工期间强夯沉降较大，而模拟计算没有模拟夯实沉降，所以在工后沉降中计算值要大些。挤密桩区的沉降，实测值的两组数据的平均值和计算值几乎一致。DDC桩区的工后沉降相差4 mm，计算值较小，只有2 mm，原因是有限元模型的简化，只考虑了黄土的流变。

图5 6m强夯区工后沉降-时间曲线图

图6 挤密桩区工后沉降-时间曲线图

图7 DDC桩区工后沉降-时间曲线图

4 结论

从以上分析中可见，三种加固措施中，加固深度越大效果越好，在该实验段按效果排列依此为：22 m桩加固区（柱锤冲扩桩）；15 m桩加固区（水泥土挤密桩）；6 m强夯区。但三者的沉降值都满足设计要求，且差值相差不大,那一种措施最优还要考虑经济性,场地,施工条件,湿陷性的消除效果等因素。

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