高速铁路低路堤桩板结构复合地基现场试验方案设计

摘要：高速铁路运行速度快，安全性、平稳性、舒适性要求高，低路基设计缺乏相关理论支持，正确把握低路堤变形及受力规律成为了一个亟待解决的课题，本文介绍了某高速铁路低路堤桩板结构复合地基现场试验的研究方法，期望能够在铁路低路堤规律的把握及相关试验方法上为铁路设计工作者提供一定的借鉴。

关键词：低路堤；沉降；桩身应变；土压力；试验研究

中图分类号： TU196.2 文献标识码： A

高速铁路设计规范[1]~【2】中对于低路基高度的确定没有明确的标准，通常认为当路基填筑高度小于规范要求的基床厚度时该路基属于低路堤范围。在客运专线铁路中，对于高度小于基床厚度的低路堤，其基床范围包括地基的一部分，而对于路堑一般则为路基面以下2.7m范围的厚度。

由于缺乏相关理论与实践，从我国高速铁路和客运专线的发展现状来看，开展低路基的相关试验研究十分必要和迫切。通过对基床中设置混凝土板的低路基的现场试验和理论分析，研究静荷载作用下混凝土板的荷载分布与桩顶沉降，为软土地区高速铁路低路堤结构设计及地基处理方式提供指导。

1 工程措施

高速铁路某段左线下采用素混凝土钻孔桩处理，直径0.8m，横向2根桩，横向间距3.0m，纵向间距3.0m，桩长10m；津秦右线采用C35钢筋混凝土钻孔灌注桩加固处理，直径1.0m，段落Ⅰ横向2根桩，横向间距4.0m；段落Ⅱ横向3根桩，横向间距4.0m，钻孔桩与板采用刚性连接，桩长15m。相邻城际铁路段为管桩，桩径0.8m，间距3.0m，桩长10m。

管桩及素混凝土钻孔桩下按原设计0.5m厚钢筋混凝土板；C35钢筋混凝土钻孔灌注桩下采用0.7m厚钢筋混凝土板。桩板与涵洞相接处，桩顶板断开。

桩顶板下设0.1m厚C25混凝土找平层及0.2m厚碎石垫层。

2 试验方案

2.1 测试内容

通过在地基土中埋设测试元件进行应力和变形、位移、土压力等项目的测试，对基床分层压力及复合地基和复合桩基的沉降变形特性、钢筋混凝土板应力应变特征以及灌注桩身应力等进行研究，主要观测测试项目如下：

(1)混凝土板顶的荷载分布；

(2)钢筋混凝土板应力观测；

(3)地基沉降观测；

(4)桩身应力（应变）量测。

2.2 观测断面设计

1.试验观测断面选取

针对不同的基床高度，共设2个观测断面，分别为断面Ⅰ与断面Ⅱ。断面情况见表1：

表1试验段方案

断面型式如下图所示：

a.断面Ⅰb.断面Ⅱ

图1 断面示意图

2.试验观测细则

（1）混凝土板顶荷载分布

对每一个观测断面的钢筋混凝土板顶处、低路堤填土内部埋设土压力盒进行土体应力测试，分析低路基荷载在板的不同位置沿深度的传递规律。每处沿线路方向布设3排。

断面Ⅰ断面需用土压力盒15件，断面Ⅱ断面需用土压力盒45件，2个测试方案共60件土压力盒。

（2）桩顶沉降测试

采用单点沉降计来测试桩顶沉降值。每个测试断面设单点沉降计6件，两个测试断面共12件单点沉降计。

（3）桩身应变测试

在每个观测断面素混凝土桩、钻孔灌注桩各选择3根桩，从上至下沿深度每隔3m布设一层1只应变计（土层分界面、桩端处亦应布设），共60只应变计，用于观测在荷载作用下桩身的应变情况，以分析沿桩身的荷载传递规律。

（4）观测仪器布置

观测点总数90点，具体仪器布置详见图2~图5。

图2 断面Ⅰ处设备埋设平面布置图图3 断面Ⅰ处设备埋设横断面布置图

图4 断面Ⅱ处设备埋设平面布置图 图5 断面Ⅱ处设备埋设横断面布置图

2.3 检测元件主要参数指标

表2 主要监测元件参数指标

注：上述各与精密测量网结合的沉降、位移等测量由专业测量人员进行。

2.4 远距离自动监测系统

为提高现场试验监测技术水平，实现远距离自动实时监测，本试验采用相适应的远距离自动检测系统。远程自动监测系统由数据采集、数据传输、数据处理三大子系统组成。下面结合附图就本次试验拟采用远距离监测的元器件、测试内容以及相关设备进行简述。

如图6所示，自动数据测试仪由传感器1、数据传输电缆2、自动数据测试仪3、通讯设备4、基站5和远程计算机6构成，远距离自动监测系统将由传感器监测到的数据通过数据传输电缆与自动数据测试仪连接，实现自动采集、动态监测和远程无线控制；自动数据测试仪连接通讯设备将收集的数据通过基站发往远程计算机。

图6 远距离自动监测系统示意图

自动数据测试仪在正式运营前由专业技术人员进行调试（见图7），为保证试验期间自动数据测试仪数据采集的延续性，本系统采用太阳能板为设备供电（见图8）。

图7 自动数据测试仪的调试图8 数据测试仪与太阳能供电设备连接

采用远程数据监测系统的设备及其数量如下表所示：

表3采用远距离自动传输的数据项目及数量

远距离自动监测系统技术信号可信度高、测试过程快速方便、信号发生器能量可采用太阳能提供，一套设备可同时监测几百个测点，可实现对现场所有传感器的自动采集、动态监测和远程无线控制。

3 结语

本铁路低路堤试验完成了静荷载作用下混凝土板的荷载分布试验分析、复合地基沉降试验研究、灌注桩复合地基和复合桩基沉降特性和沉降计算方法研究、试验工点代表的地基类型的低路基桩板结构合理的桩间距、桩长设计优化研究，从中获得了宝贵的经验和数据。本文介绍的试验方案的设计和相关研究内容可供同类试验研究参考。

参考文献：

[1] 中华人民共和国铁道部. TB10621―2009．高速铁路设计规范[S]．北京：中国铁道出版社．2009

[2] 中华人民共和国铁道部.TB10001―2005 铁路路基设计规范[S]．北京：中国铁道出版社．2009

作者简介：黄健（1981―），男，工程师，2005年毕业于西南交通大学土木工程学院。