不同场地条件下轨道基础设计探究

张恩铭

(山东港通工程管理咨询有限公司，山东 烟台 264000)

0 引 言

几内亚的铝矿储量大、品味高，铝矿探明储量居世界第一。近年来，中国企业到几内亚开发运输回国的铝土矿数量保持稳步增长，而装卸工艺是铝土矿运输的重要节点，直接影响着装卸效率及运营成本。在项目前期,铝土矿装卸工艺大多采用装载机水平运输、固定吊抓斗装卸的工艺，该工艺采用装卸设备少、投产快、节省投资，但工作效率较低;后期考虑装卸效率、运营成本、节能环保等因素，对原装卸工艺进行改造，增加堆取料机等装卸设备，堆取料机作为专业化散货堆场的重要装卸设备，已得到广泛应用。大型装卸设备安装及使用期对轨道差异沉降要求较高，即使对地基进行处理后，在使用期仍不可避免出现地基不均匀沉降，需要结合工程具体地质情况合理设计轨道基础，控制轨道不均匀沉降，确保设备安全运行。

1 工程概况

拟建工程位于几内亚博凯地区Nunez河东岸，目前港区已建有5个8 000吨级铝土矿装船泊位及矿石堆场，通过装载机和运矿车为固定吊供料进行装船作业。结合几内亚运矿铁路建设，在港区南侧、铁路环线的北侧进行堆场扩建，新增堆场面积约40万m2，装卸工艺进行相应调整，通过堆取料机、堆料机等设备为固定吊供料进行装船作业。堆取料机位于新建堆场，场区地势较高，大部分区域需要开挖；堆料机位于现有码头后方堆场，场区通过回填山皮土形成，未进行地基处理。

2 设计条件

2.1 地基条件

堆取料机所在区域土层自上而下为铁帽石、含角砾粉质黏土、残积土、强风化砂岩，土层分布不均匀，局部分布残积土性质较差。堆料机所在区域表层为10～15 m素填土，欠固结状态，下层为强风化岩。

2.2 设计荷载

堆取料机轨距10 m，轮数共52个，轮间距850 mm，正常工作状态最大轮压250 kN。堆料机轨距9 m，轮数共34个，轮间距850 mm，正常工作状态最大轮压250 kN。

3 轨道基础方案设计

港口堆场常用的轨道基础有轨枕道砟结构和轨道梁结构，其中轨道梁基础根据地基条件可选择天然地基或桩基础。

3.1 轨枕道砟结构

地基采用强夯等方法进行处理，轨道采用间隔布置的钢筋混凝土轨枕作为基础，下部采用道砟基床及级配碎石垫层，断面如图1所示。

图1 轨枕道砟结构方案

3.2 天然地基轨道梁结构

地基采用强夯等方法进行处理，轨道采用钢筋混凝土轨道梁作为基础，下设C15混凝土垫层、水泥稳定碎石层、级配碎石垫层，断面如图2所示。

图2 天然地基轨道梁结构方案

3.3 桩基轨道梁结构

钢筋混凝土轨道梁采用桩基础，考虑持力层为基岩，桩基采用灌注桩，桩径采用φ1 000 mm，桩间距5～6 m，断面如图3所示。

图3 桩基轨道梁结构方案

3.4 方案比选

(1)各方案优缺点。轨枕道砟结构造价较低，道砟为柔性基床，出现不均匀沉降后，可通过调整道砟厚度调平，对地基条件要求较低，但后期需要调整维护。

天然地基轨道梁结构造价较低，水泥稳定碎石层为半刚性基床，对不均匀沉降适应性差，适用于地基条件良好的情况。

桩基轨道梁结构基本不会产生沉降，不需要维护，但造价较高、施工速度慢。

(2)方案选择。堆取料机场区土层分布不均匀，会出现不均匀沉降，天然地基轨道梁调平困难，而堆取料机轨道较长，桩基轨道梁方案造价昂贵，轨枕道砟结构调平方便、造价低，综合考虑选择轨枕道砟结构方案。

堆料机场区分布较厚的欠固结素填土，天然地基进行处理的难度大、周期长、造价高，而桩基础不需要进行地基处理，后期不需要对轨道进行调整，综合考虑选择桩基轨道梁结构方案。

4 轨道基础计算

(1)轨枕道砟结构。港口行业规范对于轨枕道砟结构计算未作明确说明，本工程参考《现代铁路工程师手册》[2]进行设计，钢轨视为置于弹性基础上的无限长梁，钢轨支承在轨枕上，轨枕铺得相对较密，可以近似地把轨枕的支承看作是连续支承。轨枕道砟结构计算结果见表1。

表1 轨枕道砟结构计算结果

(2)桩基轨道梁结构。桩基轨道梁采用弹性支承连续梁进行结构计算，计算得Mmax=3 310.92 kN·m，Mmin=-1 607.01 kN·m，弯矩包络图如图4所示。

图4 桩基轨道梁弯矩包络图

5 结束语

地基条件对确定轨道基础方案有着较大的影响，本工程轨道基础结合不同地基条件进行设计，设计方案能够满足大型装卸设备安全使用，同时兼顾节省工程投资。结合本次扩建工程进行的轨道基础分析研究，对今后在海外建设专业化散货堆场有一定的借鉴参考意义。