软土地区路桥分界设计方案研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 21 日 作者简介:马欢雄(1991),男,汉族,陕西榆林人,工程师,研究方向为铁路工程。-126-软土地区路桥分界设计方案研究 马欢雄 中铁第六勘察设计院集团有限公司,天津 300308 摘要:摘要:软土地区路桥方案比选是控制工程投资,保证工程设计合理的重要内容。本文以天津枢纽某复线工程为例,从工程实施的合理性和投资的节约性角度,系统研究分析铁路工程路桥分界设计方案的主要影响因素,包括:路基沉降控制标准、地基处理措施、路基填料来源、土地资源、环境保护及桥梁设计方案等。通过投资对比计算,合理确定软土地区的路桥分界高度值。关键词:关
2、键词:软土地基;路桥分界;路基工程;影响因素 中图分类号:中图分类号:U41 0 引言 路桥分界高度是设置桥梁的临界高度,在一般地区,当线路高度大于该临界高度时则采用桥梁通过,低于临界高度则采用路基形式。铁路工程沿线受立交需求、地形地貌、水文地质等因素限制,需设置桥梁。一般而言,桥梁经济指标要高于路基,但是随着路基高度的增加,受多方面因素影响,则可能出现相反的结果。以天津枢纽某复线工程为例,沿线广泛分布较深厚软土层,受地区工程建设多种因素影响,需要进一步研究路桥设置的临界高度,以保证工程设计方案的合理性,并合理控制工程投资。1 软土地区工程概况 1.1 地形地貌 天津枢纽某复线工程位于天津南部
3、平原区,海河流域下游,东靠渤海湾,由海侵层和河流冲积层交互形成第四系覆盖广泛,主要为冲积-冲海积相地层。在地貌形态上,地势平坦,主要为起伏很小的冲积海积平原。地形平坦开阔,陆地平均海拔 03m,地面坡度 130000110000 左右,平原中洼淀众多,坑塘遍布;人工沟渠纵横交错,河网密布,浅层地下水埋深 1m 左右。1.2 工程地质 根据区域地质资料,沿线揭示地层均为第四系全新统、上更新统及部分中更新统沉积地层。从整体上看主要由黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、淤泥质粉质黏土等组成,一般具有成层分布特点,土层分布较稳定。沿线分布的软土层主要为软质粉质黏土、淤泥质粉质黏土层,普遍具有天然含水量高,孔隙
4、比大,压缩性高,具有触变性、流变性(蠕变性,变形持续时间长),抗剪强度低,承载力低的特点,岩土物理力学参数详见表 1。2 路基设计因素分析 2.1 路基沉降控制标准 为保证列车行进安全、平顺,需对路基沉降进行严格控制。根据 铁路路基设计规范(TB10001-2016)要求,I 级铁路路基工后沉降量应满足以下要求:一般地段工后沉降不应大于 200mm,路桥过渡段不应大于100mm,沉降速率均不应大于 50mm/年1。表 1 岩土物理力学参数 岩土 名称 天然含水量(%)质量密度(g/cm3)天然孔隙 比 e 液限L(%)液性指数 IL 粘聚力c(kPa)内摩擦角()压缩模量Es(MPa)地基基本
5、承载力0(kPa)素填土 25.9 1.93 0.783 34.6 0.42/粉质 黏土 40.4 1.81 1.121 39.1 1.08 9.5 6.5 3.2 80100 淤泥质黏土 40 1.78 1.122 41.5 1.21 8.7 4.9 2.32 4060 粉质 黏土 30.7 1.91 0.859 34.3 0.78 14 17.7 7.2 120140 粉土 19 2.09 0.537 22.4 0.57 11.7 27.6 15.3 180 中国科技期刊数据库 工业 A-127-路基工后沉降主要分两部分:一是路基填方本体的沉降,二是地基沉降。已有的研究成果表明:路基填方本
6、体压实度达到规定要求,其后期沉降很小粗粒土压实度达 0.9 工后沉降仅为路堤高度的 0.10.3,且工后沉降大部分在 1 年之内完成3。因此路基工后沉降控制主要是对地基变形的控制。对于高填方地段路基,为达到沉降控制要求,需增加地基处理桩基长度,必要时穿透软土层厚度,以降低下卧层沉降量。2.2 地基加固处理措施 软土地基路基应根据软土厚度及特性、成层情况等因素进行加固。地基处理深度应满足路堤稳定和工后沉降的基本要求。本项目所处位置属于冲海积平原区,地形平坦开阔。全线影响路基设计的主要特殊岩土为人工填土、软土及松软土,未经处理的地基,在路基本体填筑后,易造成路基失稳、不均匀沉降或沉降过大导致路基及
7、轨道变形,影响线路运营安全。本项目所在区域广泛存在软土地层,软土层厚达12m。经综合比选,针对路基一般地段采用常规的水泥搅拌桩或者高压旋喷桩处理措施,路基代表性设计横断面如图 1 所示。图 1 路基代表性横断面 工后沉降计算按 I 级铁路一般地段的沉降要求进行控制计算,通过软土沉降分析计算如下表。可见随着填高的增加,计算桩长则显著增长。且随着填高的增加,对复合桩基加固强度需求明显增大。若需满足路桥过渡段不应大于 10cm 的沉降要求,则需要选取刚度更强的桩基进行地基加固。以水泥搅拌桩为例,沉降计算结果如表 2 所示。2.3 路基填料来源影响 路基填筑需要大量土石方,以单线I级铁路为例,路基面宽
8、度 8.1m,边坡坡率 1:1.5,路基填高 6m 时,路基断面土石方为 102.6m3,且路基填筑对填料具有较高的要求。路基填料选取受多方面因素制约,一般平原地区填料资源稀缺且来源匮乏,尤其在经济较为发达地区,邻近城区地带一般受到环保、水利等多方面政策制约,取土尤为困难。以本项目为例,经广泛调查核实,路基填料需采用远距离运输,最终确定路基填料来源于河北滦县。工程弃土,受城市建设及环保要求,一般避免跨区域运输,但需置于政府指定区域。本项目最终确定取土运距达到 150km,弃土运距为 10km。由于超远距离填料运输,则不可避免造成路基工程造价的提高。2.4 土地资源 土地是工业、农业及城市发展的
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