高速铁路风积土路基不均匀沉降特性与控制

王洪达



高速铁路风积土路基不均匀沉降特性与控制

王洪达

（中铁十八局集团隧道工程有限公司，陕西西安710400）

利用MIDAS/GTS进行高速铁路风积土路基小均匀沉降特性的研究，结果表明地基加固桩和土之间存在相对变形和变形关键区，分析变形关键区找出影响风积土路基小均匀沉降的因素，采用控制变量法通过单因素数值模拟分析得出最佳径距比和碎石垫层厚度，通过拟介计算得出同时考虑径距比和碎石垫层厚度祸介作用的地基桩沉降计算式以及桩间土沉降计算公式。

路基；风积土；小均匀沉降；径距比；垫层厚度

1 建模计算

施工阶段设置，其主要是为了对施工情况进行动态的现场模拟，所以，共设有6个工况(阶段)，其中第0个工况：CFG加固地基+砂石垫层；第1个工况：第一层填料，高度：1.4m，总高度：1.4m；第2个工况：第二层填料，高度：1.4m，总高度：2.8m；第3个工况：第一层AB组料，高度：1.1m，总高度：3.9m；第4个工况：第二层AB组料，高度：1.1m，总高度：5.0m；第5个工况：堆载预压土，高度：3.0m，总高度：8.0m。几何参数的设置，都是根据具体的实际情况来建立模型，其主要是为了使应用力不集中过度，这样就使得建立模型、划分单元格、控制施工更加方便。在结构上，左右边界，采用横向固定，底部采用横竖双向固定，其目的是为了避免无位移情况出现。将网格尺寸参数设定到0.25 m×0.25 m，是根据路基模型的具体尺寸而定，这主要是保持网格均匀，从而使计算更精确。

2 计算结果分析

在提取地面中心沉降量时，发现桩顶和桩间土上的最大沉降量不一样，计算结果显示：6个工况的地面中心桩间土变形、地面中心桩变形、中心沉降值分别为：第0个工况分别为0 mm、0 mm、0 mm；第1个工况分别为0 mm、0 mm、0 mm；第2个工况分别为4.365 mm、3.53 mm、0.835 mm；第3个工况分别为7.816 mm、6.279 mm、1.537 mm；4个工况分别为11.027 mm、8.805 mm、2.222 mm；第5个工况分别为17.317 mm、13.681 mm、3.6.6 mm。即桩与土之间通过变形曲线而呈现出“锯齿”状。上述的数据表明，桩与装间土，二者成反比关系。所以，根据上述的数据显示，选择模型的桩间土的最大变形值为3.636 mm，如果相对的变形值偏大，那么，砂石垫层的冲剪就会受到破坏，进而影响路基结构。

3 路基沉降控制措施

3.1 砂石垫层厚度

在桩与桩间土的受力方面，砂石垫层的作用很大。当砂石垫层的厚度偏小时，桩所要承受的力度偏大；反之，桩与桩间土的的受力情况就相等。这种情况下，不能充分地将桩的强度体现出来，就会产生位移，导致变形。

3.2 对路基沉降影响单因素分析

在路基沉降中，有两个重要影响因素，即垫层厚度和径距比，并且两者相互影响。所以，为了全面分析路基沉降的影响，可以运用变量法进行控制，同时拟出分析两个单因素的模拟方案。通过计算可知，为了不引起挤土效应，破坏土体和CFG桩，径距比的最佳设定为1:3。同理，垫层厚度对沉降量也存在影响，根据参数设置，得出的模拟结果显示：垫层厚度的系数达到0.4m时，沉降值为3.148 mm，偏差最小。因此，垫层厚度的最佳理想值应不超过30cm。

3.3 径距比和砂石垫层厚度对路基沉降影响

桩沉降量随径距比增大呈负指数减小趋势。假定

在两种共同作用的情况下，令桩和桩土间的变形相等，那么，所得出的系数0.6 m，即垫层厚度，系数0.622872，即径距比，此时，桩土间变形协调。如果径距比1:3时，那么，垫层高度就出现负值，则两者就不成立。因此，路基沉降受径距比和垫层高度影响。三者的关系可用新的变量表示，即.由上述可知，径距比是影响路基沉降的主要因素，垫层厚度是次要因素。将两者影响程度用新的变量求出，可用、表示。然后将两种表示沉降的方案进行分析对比，列出影响沉降的系数。基于以上研究内容，假定桩沉降随径距比和垫层厚度的变化函数为

式（5）即为考虑径距比和垫层厚度的地基桩沉降计算式.同理，可得地基桩间土沉降计算式为

在具体的实际操作中，式（5）和式（6）的计算结果应该保证相等，或者不能出现较大偏差。

4 结论

（1）在路基结构中，路堤填料层与地基压缩层是非常关键的区，在结构中最易变形。而对路基沉降因素影响较大的有垫层厚度、桩与桩间的距离；（2）在径距比与垫层厚度的计算中，控制变量法是其最合适的方法；（3）径距比和垫层厚度是影响路基沉降的重要因素，对两者间的关系进行分析，可计算出桩土间的预测式。

[1]杨畅.高速铁路路基动力响应中的双峰现象分析J.土木工程学报,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

（责任编辑：廖建勇）

U213.1

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.06.002

1672–7304(2016)06–0005–02

王洪达（1984-），男，辽宁新宾人，工程师，研究方向：路基、桥梁、隧道工程。