含砾黏土CFG桩复合地基沉降特性研究

姚 成 志

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)

1 研究背景

路基作为铁路的重要工程形式，其沉降变形关系到列车的安全，影响旅客乘坐的舒适度。近年来，随着高铁的发展，关于路基沉降控制的研究，国内已经取得了一系列成果，如京沪高铁对中等压缩黏土的沉降研究；武广客专对红黏土工程特性的研究等，并均提出了针对性的处理方案。但是，我国地域辽阔，在南方还广泛分布着含砾黏土，工程性质普遍较好，能满足一般铁路的技术要求，故对其工程特性、处理方案的研究较少。随着高铁建设规模的扩大，有必要针对此类含砾黏土开展沉降特性研究，以确定经济合理的加固处理方案。

本文以赣龙铁路实验课题为依托，对山前含砾黏土进行了系统研究。通过理论计算、现场测试、曲线拟合分析，对采用了堆载预压和CFG短桩加固的地基沉降特性进行了分析，探寻其沉降变形的特性。

2 工程概况

试验工点位于于都县附近的山前缓坡。上覆地层为含砾黏土，硬塑，试验土体参数如表1所示，路基设计采用的技术标准为高速铁路无砟轨道，参考类似工程，对地基进行了加固处理。主要采取CFG桩短桩复合地基，桩径0.5 m，间距0.5 m，桩长6 m，桩顶铺设0.6 m厚碎石+中粗砂夹土工格栅，低填浅挖地段采用堆载预压处理，以满足工后沉降控制要求。

表1 试验段地基主要土工参数指标

现场采用沉降板对路基中心及两侧路肩进行沉降观测，在路基中心分层设置单点沉降计对土体各点的沉降进行实测，了解地基不同深度处的沉降规律，在坡脚外设置测斜管，对土体在路基荷

载下的侧向变形规律进行研究。

3 地基沉降测试成果分析

沉降监测曲线显示：不同埋深处的沉降曲线与加载曲线的趋势一致，各深处土层的沉降随填筑高度变化呈现出明显的增加，路堤填筑速率较快时，地基各深度处土层沉降速率也随之增加，路堤填筑的间歇期，地基各深度处土层沉降量出现反复波动或以较小的速率增长，增长趋势与路堤填筑期相比明显减小(见图1)。

沉降沿深度的变化表明：在荷载较小时，沉降很小；随着时间荷载的增加，各测点的沉降增加。在荷载较小时，各测点的沉降分布呈线性减小；随着荷载的增加，在接近桩底以下的土层沉降减小幅度增大。加荷较快时，沉降发生的也较快；路堤本体荷载填筑完成后，各深度沉降逐渐得到收敛，沉降速率与填筑速率是正相关的。

测斜管监测成果显示：两侧路肩侧向位移基本呈对称分布。随荷载增加，侧向位移向外侧呈增加的趋势。预压结束后侧向位移有少量回弹，但回弹位移较小。预压土堆载期地基土层侧向位移的增大速率是路基填筑期的2倍～3倍左右。路基填筑期地基侧向位移速率是路基填筑速率的3‰左右。深度20 m范围内地基侧向位移是侧向位移的主要组成部分，约占总侧向位移的70%～80%。天然地基和复合地基的侧向位移对比显示，采用CFG桩加固后，侧向位移仅为天然地基的50%左右，CFG桩可显著提高地基土的整体性(见图2)。

实测沉降与理论计算对比：常规的计算结果与实测值的相对误差在20%～55%，计算成果较稳定；改进解析法的计算结果与实测值的相对误差为15%～30%，计算精度较常规方法有所改善，但尚存不确定因素。综合考虑，仍推荐常规方法进行CFG桩复合地基的沉降计算，对于加固区沉降采用桩身压缩法计算，对下卧层采用应力扩散法进行估算，其中原状土的压缩模量采用切线模量与监测成果最为接近。

4 地基沉降预测研究

根据目前通用的分层总和法计算思路，结合三点法、双曲线法、三点修正双曲线法、抛物线法、指数曲线法五种方法沉降进行曲线拟合，并与实测值进行对比，找出该含砾黏土地基的最佳沉降预测方法(见图3)。

从表2可知，双曲线法的相对误差振动范围明显小于其他四种预测方法的相对误差振动范围。就具体拟合过程而言，双曲线法简单便捷，具有较好的拟合预测效果。

对含砾黏土地基沉降推算，在路基小变形情况下，观测数据会有一定的波动，双曲线法预测出的数据存在一定误差，但在允许范围内，而三点法及三点修正的双曲线法在部分情况下预测结果较准确，其中三点法可作为双曲线法的参考，进行辅助预测，指数曲线法所预测的后期沉降亦可作为参考。

表2 五种拟合方法技术指标对比

5 结语

研究成果显示，含砾黏土地基为中等偏低压缩性土，通过监测对比，可得到如下结论：

1)数据显示，常规沉降计算与实测值相对误差20%～55%左右，计算成果较稳定。改进解析法的计算结果与实测值误差较小，但尚存不确定因素。综合考虑，仍推荐常规分层总和法进行计算。其中原状土的压缩模量推荐采用切线模量。

2)对工后沉降的预测，双曲线法预测结果较准确，推荐使用双曲线法进行工后沉降的预测分析。

3)就工后沉降控制效果而言，采用短桩或堆载预压处理均能满足高速铁路无砟轨道15 mm的工后沉降要求，体现了含砾黏土的中等偏低压缩性特点，相比于软土地区一般采用的桩板或桩筏结构，可以采用短桩桩网复合地基、堆载预压等相对较弱的处理方案，工程造价更为经济。