盐渍土地区铁路路涵过渡段沉降分析

徐志彪

(杨凌职业技术学院建筑工程分院， 陕西 杨凌 712100)



盐渍土地区铁路路涵过渡段沉降分析

徐志彪

(杨凌职业技术学院建筑工程分院， 陕西 杨凌 712100)

摘要：新建锡铁山至北霍布逊地方货运铁路为三级铁路，该地区主要为盐渍土地区，该工程铁路通过地段岩盐层最厚达17.7 m。其成分以氯化钠为主，盐层底部为湖泊相淡水沉积, 沉积有厚2～14 m的粘砂土、砂粘土、粘土及淤泥质粘砂土、粘土, 再下为粉砂、细砂或中砂、粗砂、砾石土等，组成第一层承压水层, 一般厚5～8 mm 。运用实际观测到的涵洞的沉降变形资料和涵身现场的原位测试、查阅相关资料及反演得到的土性参数，通过有限元软件进行数值模拟及实际观测分析涵洞DK42+768两侧过渡段沉降规律，开展轨道平顺性的研究。

关键词：铁路； 路涵过渡段； 盐渍土； 沉降

0引言

新建地方铁路全线TJ-B标起讫里程DK21+300～DK45+215，全线涵洞18座，涵址位于戈壁滩14座，高含盐饱和细砂地区4座，分别为DK37+500，DK40+297，DK42+768，DK43+750，本文主要研究上述4座涵洞过渡段沉降。由于路涵过渡段和涵洞上部刚度相差较大，如果施工过程处理不好，可能会引起两部分沉降差异较大，继而造成轨道平顺性问题。因此，过渡段必须进行沉降分析，并做好沉降控制。

1过渡段工况

为了对验证本文所研究涵洞对列车平顺性的要求。本文选取涵洞DK42+768的两侧路涵过渡段作为试验段进行研究，断面里程分别为DK42+752，DK42+760，DK42+776，DK42+784，并在现场进行沉降监测。针对此地区高含盐饱和细砂土特殊的地质特性，由于盐壳下土层的含水量高，地下水位埋深较浅，盐壳挖除后，地基土渗水严重，无法进行重型机械碾压处理，实际地基处理、路基填筑中，以不扰动盐壳为原则，直接在盐壳上进行重型机械碾压处理，达到相关压实标准后，继而进行路基填筑。路涵过渡段长为9.64 m，具体施工方法是先按实际情况采取防水和排水措施，涵洞两侧过渡段采用A组料对称回填，回填每层压实厚度不超过20 cm。涵洞两侧1米范围内采用打夯机进行夯实，1 m范围以外采用振动压路机进行压实。为保证填料压实度防止工后沉降超标，碾压前要多洒水使填料含水量在5.3%～5.4%，压实遍数必须保证每层碾压完后地基系数指标K30≥150 MPa/m，合格后方可进行下一层填筑，不合格时，须碾压至合格，方可确保过渡段沉降满足相关要求。地下水为第四系孔隙潜水，地下水埋深0.4～2.3 m，环境作用等级分别为H4、H3，氯盐对钢筋混凝土中的钢筋具腐蚀性，环境作用等级分别为L3。本段地表属超氯盐渍土，且地表0～2 m细砂承载力低，为松软土，工程地质条件差。路涵过渡段形式见图1。路基顶面宽度为7.7 m，路基分为四层填筑，分别是基床表层、基床底层、隔断层和基床以下。过渡段路堤填料参数见表1。

图1　路涵过渡段示意图

填料部位填料类别弹性模量E(MPa)泊松比μ密度/(kg/m3)基床表层A组填料1300.252200基床底层A组填料1300.252200隔断层天然级配卵砾石1000.251800路堤以下0.4m级配碎石1200.252200

2过渡段土柱预压荷载

为了确保路基在铺轨前的工后沉降值符合现行的规范允许值，需在路基表面上施加一个由轨道及列车荷载换算的土柱荷载。因此，为保证列车轨道运行平顺，路涵过渡段在路堤顶面进行预压，土柱荷载与其他段路基是相同的，待沉降值稳定后，就可去掉压土荷载，然后进行铺轨。本文的堆载预压土柱荷载的设计底面宽度与路基上表面宽度相同均为7.7 m，预压土为施工现场土体，具体土柱荷载见图2。

为了计算路基在完成铺轨后的工后沉降，考虑在撤去土柱荷载后，路基在轨道和道板荷载的作用下的沉降分析，轨道荷载根据设计单位提供资料，纵向取单位长度进行计算。纵向涵洞两侧过渡段按实际情况各取9.64 m，涵洞按实际情况取1孔4 m，涵洞宽度同路面宽度为7.7 m，地基宽度取80 m，深度取90 m。共计单元172 600个，节点数192 967个。地基发生沉降是一个复杂的土层变化过程，为了对这一过程进行分析，就必须确定正确合理的沉降模型。本文基于流变力学的基本理论，选择由Maxwell模型和Kelvin模型串联组合而成的Burgers模型(M-K)作为本计算模型的流变模型。模型图见图3。

图2　现场土柱荷载截面示意图

图3　涵洞及过渡段的三维有限元模型

3土柱荷载作用下过渡段的工后沉降分析

本文选取涵洞DK42+768左侧路涵过渡段断面DK42+760进行沉降分析，分析其在土柱荷载及铺轨后荷载作用下的沉降规律。此工程于涵洞施工完成后开始施工，2012年9月5日完成路堤施工并进行沉降观测，2012年11月3日完成预压土的施工，并进行施工完成后的沉降观测，因此，以2012年11月3日为界限将沉降划分为施工期沉降和施工后沉降两部分。本文研究2012年11月3日以后工后沉降。图4给出了在土柱荷载作用下过渡段不同深度处的工后沉降值随时间变化的规律。

图4　DK42+760断面沉降-时间曲线

从图中可以看出在预压土柱和路基自重的共同作用下，地基随时间变化发生了明显的沉降。左侧断面一年后的工后总沉降趋于稳定，最终沉降值在300 mm左右，沉降值符合相关规范的要求。从路基工后沉降的构成可以得出沉降主要是由地基土层

的沉降引起的，路堤本身的沉降只有小部分，由此可知该地区控制沉降的方法主要是针对地基的处理；路堤回填只要保证回填土质量，基本能符合要求。

4计算值与实测值的对比

从2012年9月5日至2013年3月27日对地方铁路DK42+768两侧过渡段为试验段进行了监沉降测，试验段从2013年11月3日开始堆载预压，本文以此为开始研究时间点，下面将过渡段DK42+760沉降计算值和实测数据进行对比。图5给出了DK42+760过渡段路基底面实测值和计算值的对比图。从图中对比发现，计算值和实测值相似程度是比较高的。

图5　DK42+760沉降对比图

从有限元分析可以得出，过渡段断面地基12个月工后沉降逐渐趋于稳定，在土柱荷载预压6个月剩余沉降都在10 mm左右。在本铁路规范允许范围内，因此在6个月可以进行铺轨。根据涵洞DK42+768两侧过渡段模拟及实测分析，过渡段最大沉降能满足规范的沉降要求。且实测数据和模拟数据接近，说明施工现场技术可靠，监测数据可信。

5结语

本文通过有限元软件及实际观测对高含盐饱和细砂区涵洞过渡段进行了沉降分析，而研究沉降变形主要是为了评价轨道的平顺性要求。通过对过渡段不同深度的沉降分析，产生最大部分的沉降都是未做处理的地基。为保证轨道满足列车运行要求，必须对路涵过渡段进行有效的沉降控制，并通过分析得出了正确的铺轨时间。此外，文中介绍了实际的过渡段地基处理施工工法，为该地区铁路工程的施工提供了重要的技术资料。

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[4]吴增强.关中地区不良地基土类型及治理[J].杨凌职业技术学院学报2008,(4):40-42.

Settlement Analysis on Railway Road Culvert

Transition Section in Saline Soil Area

XU Zhi-biao

(Architectural Engineering Branch College of Yangling Vocational and Technical College, Yangling, Shaanxi 712100, China)

Abstract:Newly-built Xitieshan to North Hob Johnson is third-level local freight railways and in the regions belonged to saline soil, it passes through the thickest layer of rock salt that reaches 17.7m. Its main ingredient is sodium chloride, the salt layer at the bottom of the lake with fresh water deposit, deposited thickness of 2 ～ 14m of loam, sandy clay, clay loam and silty sand, clay, and then the next is silt, sand or medium sand, coarse sand, gravel soil, etc., composed of confined water layer on the first layer, generally a thickness of 5 ～ 8mm. Using actual observed data and culvert settlement body field of in-situ testing, accessing to relevant information and shear strength parameters of inversion, with numerical simulation and actual observation of culverts DK42 + 768 on both sides of the transition section by finite element software settlement of the law, to carry out research on track smoothness.

Key words:railroad; road culvert transition section; saline soil; settlement

中图分类号：U213.1

文献标识码：A

文章编号：1671-9131(2015)02-0047-02

作者简介：徐志彪(1986-)，男，湖北孝感人，硕士，助教。

收稿日期：2015-03-05