摘要:陡坡路基基底下软弱层滑动的稳定性及沉降控制
关键词:陡坡路基;钻孔灌注桩+板梁结构加固
一、工程概况
新建赣深铁路DK212+295~+325段陡坡路基,由于路堤填土高,地面横坡陡于1:2.5,基底为一般土质地基。针对陡坡路基可能出现的工后沉降不满足要求、路基稳定性不足、横向沉降不均匀的难题,采用钻孔灌注桩+板梁结构加固,不仅能够满足路基对变形的要求,还能充分发挥其承载能力高、适应能力好和横向抗变形能力强的特点。
二、工程地质条件
丘坡表层为粉质黏土,褐黄色,可塑;下伏基岩为第三系Edn含砾砂岩,强风化,褐红色,层约2~12.8m;其下为弱风化含砾砂岩,弱风化,褐红色。
三、断面设计
选取最不利断面进行设计,如图所示,基底采用钻孔灌注桩+板梁结构加固,以满足基底的稳定性及工后沉降控制要求。
四、桩板结构计算
4.1 计算荷载确定
按照《铁路工程结构可靠性设计统一标准》,恒载分项系数为 1.2,列车活载的分项系数 1.4(结合高铁设计规范确定)。
4.4.1计算
(1)承载板
宽度 20m,长度15m,厚度1m。C35钢筋混凝土,重度取25kN/ m3。横向跨度1.0+5+5+5+1.0m=17m,纵向跨度2.5+5+5+2.5m=15m,板顶上部基床表层填筑级配碎石,基床底层填筑A、B组填料。
(2)钻孔灌注桩
桩径0.8m,横向桩间距5.0m,纵向桩间距5.0m,正方形布置,横向4根,纵向3根,重度取25kN/m3。
(3)承载板上的填料
采用级配碎石及AB组填料,重度取21kN/m3。计算中不考虑填土及挖除换填部分对桩基的竖向支撑作用。
4.4.2 承载板横向荷载
1、取横向5.0m板带宽度进行计算。
(1)恒载
a)承载板自重:25*1.0*5.0=125(kN/m)
b)轨道和线间荷载自重:
分布宽度b=3.1m,轨道自重13.7kN/m2,线间荷载:2.3kN/m2。列车荷载:40.4kN/ m2,总荷载54.1 kN/ m2;轨道及线间荷载自重:等效成8.1m宽,高11.03 kN/m2,按照45度扩散至基床地层,然后等效至承载板表面,等效面荷载为(11.03*8.1)/(2.7*2+8.1)=6.62N/m2,等效成5m板带宽,17m长为:6.62*5=33.10 (kN/m)。
c)承载板以上填料自重:表层级配碎石厚0.4m,重度取21KN/m,底层AB组填料厚2.3m,重度取20KN/m,(21*0.4+20*2.3)*5=272kN/m;
(2)活载
高速铁路列车设计活载采用ZK标准活载,列车荷载40.4kN/m2,双线双荷载,等效为8.1m宽,高29.82 kN/m2,按45度扩散,等效荷载为29.82*8.1/(8.1+2*2.7)=17.89kN/m2,等效成5m板带宽,17m长为:17.89*5=89.45kN/m
考虑荷载分项系数恒载1.2,列车荷载1.4
故横向恒载:1.2*125+272*1.2+1.2*33.1=516.12kN/m;横向活载:89.45*1.4=125.23kN/m
2、取纵向5m板带进行计算,板厚1m;
(1)恒载
a)承载板自重:25*5*1=125kN/m
填料自重:表层级配碎石厚0.4m,重度取21KN/m,底层AB组填料厚2.3m,重度取20KN/m,(21*0.4+20*2.3)*5=272kN/m;
b)轨道和线间荷载自重:
分布宽度b=3.1m,轨道自重13.7kN/m2,线间荷载:2.3kN/m2。轨道及线间荷载自重:等效成8.1m宽,高11.03 kN/m2,等效成5m板带宽为:11.03*5=55.15(kN/m)。
纵向恒载:1.2*125+272*1.2+55.15*1.2=542.58kN/m
活载:列车荷载:40.4kN/m2,总荷载54.1 kN/m2,等效成8.1m宽 ,高29.82 kN/m2,5m板带宽:149.1 kN/m
桩板结构按照多支撑连续板梁计算,需要考虑列车竖向活载动力作用。
动力放大系数为跨数为2跨,跨度调整系数为1.2,加载长度Lφ =5*1.2=6(m),代入上式,可得动力方法系数为1.46。综合考虑取动力系数1.46
等效线荷载为 149.1*1.46=217.69(kN/m)。纵向向活载为217.69 (kN/m)。
4.4.3配筋计算
板配筋表
底板上下侧需要按照受力配筋(As=2000mm2)即可满足要求,实际每延米配筋8 根φ22@200mm,As=3039.52mm2,满足要求。实际配筋率=0.30%>0.2%,满足要求。
(1)桩配筋
考虑到桩主要为纵向受压构件,已知最不利工况下,纵向桩顶最大竖向力为4311.8KN,桩顶最大弯矩为160.46KNm,配置构造钢筋即可满足要求,建议配16根φ20钢筋。
(2)单桩承载力验算
根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》,钻孔灌注桩容许承载力为:
式中[P]—桩的容许承载力(KN)
R—岩石单轴抗压强度、C1、C2—系数、A—桩底面积、 U—桩身界面周长(m)、h—岩石面嵌入深度
Rc取10MPa,经计算,桩端最少需进入弱风化粉砂质泥岩3.5m满足要求。
五、结论
桩板结构作为高速铁路软土路基处理的一种新型结构形式,通过计算,承载板挠度、桩基础承载力及其变形均满足了无砟轨道的控制指标要求,为以后的工程设计具有参考意义。
参考文献
[1]《高速铁路设计规范》(TB10621-2014).
[2]《铁路路基设计规范》(TB10001-2005).
[3]《铁路工程地基处理技术规程》(TB10106-2010).
[4]《铁路桥涵设计基本规范》(TB10001.1-2005).
[5]《铁路工程结构可靠性设计统一标准》(Q/CR9007-2014).
[6]《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008.
论文作者:郭文琴
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
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