浅谈一般地段软土路基的稳定与沉降

摘要：本文针对一般地段的软土路基，以宁启线电气化改造工程DK19+600.00～+725.00段内DK19+600断面为例, 阐述软土地基在稳定及沉降不满足要求时，在设计中采取搅拌桩的加固措施，减少工后沉降和不均匀沉降的发生，防止和降低路基失稳和沉降导致的各种质量隐患。

关键词：稳定沉降搅拌桩承载力

中图分类号：TU471.8 文献标识码： A

引言

在软弱地基上进行路基填筑时，主要存在路基的稳定和沉降两大问题。软土地基上填筑路基时，如果土层滑动，路基就会失稳，将造成重大损失，在填土荷载的作用下，地基产生的不均匀沉降将影响列车运行的舒适度和安全性。

由于施工技术或工程造价方面的原因，传统的换填等加固方法已不能满足日益复杂的工程需要，为了达到软土地段路基稳定与沉降的要求，在设计过程中，需要对其进行稳定性及沉降分析，针对其地质条件采取有效的加固措施。

工程实例

以宁启线电气化改造工程DK19+600~+725段内DK19+600断面为例。

工程地质及水文地质条件

工程地质

场地地貌属冲海积平原，地面标高7.33～12.49m。第四系全新统，主要地层自上而下为：

②1粉质黏土，灰黄色，硬塑，厚1.88～8.5m；

＝7.25 MPａ；

②2淤泥质粉质黏土，灰色，流塑，厚约1.9ｍ； ＝2.78 MPａ；

②3粉质黏土，灰～灰绿色，软～硬塑，较3.0～13.2ｍ；＝6.26MPａ；

填料：γ=19KN/m3 ，Cq=10.0kPa，Φq=30.0°；

各土层的主要物理力学性质指标见下表1

地层 质量

密度

(g/cm3) 天然含水量(%) 天然孔隙比 液性指数 内摩擦角 (度)(快剪) 粘聚力 (kPa)(快剪) 单桥

静探

(MPa) 基本承载力 (kPa)

②1 1.95 27.0 0.786 0.34 13.0 52.0 2.79 160

②2 1.77 42.9 1.310 1.58 2.0 9.3 75

②3 1.93 29.1 0.934 0.48 11.7 38.0 2.98 150

1.1.2 水文地质

地表水不发育，仅分布水塘、沟渠中；地下水

为孔隙潜水，主要赋存在黏性土、砂土中，水量较发育，地下水埋深0.2～1.7m，主要接受大气降水及灌溉水体下渗补给，水位随季节有变化。

工程设计

路基稳定及沉降要求

路基为一般地段路堤，双线路堤，左侧边坡高6.65m，要求稳定性分析≥1.2，工后沉降的控制标准为≤15cm[1]。

稳定性分析

2.2.1边坡坡率及防护措施

以DK19+600~+725段内DK19+600为例，路基左右两侧边坡坡率为1:1.5。如下图：

填料击实试验指标=19kN/m3，=10.0KPa，=30.0°，采用危险圆弧法对左侧边坡的稳定性进行分析：

左侧稳定系数最小的滑弧圆如上图图中所示，其＝0.966。相应的主要数据如下表2。

圆心坐标 半径 稳定

系数 粘聚力 摩阻力 下滑力

m KN

7.00 9.00 13.2 0.966 601.19 145.58 821.37

设计中曾考虑通过增加褥垫层中的土工格栅的来增加路基的稳定，但土工格栅层数过多，就难以控制和预测它们共同受力时各自的受力状态，加上褥垫层中土工格栅的增加，不能从实质上改善地基土的压缩性，为了满足该段稳定性的要求，决定对该段地基采用桩基加固处理。

地基中对应滑弧表3

滑弧半径 桩区滑弧夹角 桩区滑弧弧长

13.2 82 18.89

结合表3与表4：

可得到满足稳定系数为1.2的情况下，要求桩加固在正方形布置下桩间距应≤2.0ｍ即可满足稳定要求。

沉降分析

在进行沉降检算分析时，均按有轨道和列车荷载的情况来考虑。根据地质条件采用搅拌桩加固，其目的为经搅拌桩复合地基加固后即能满足有荷情况下的工后沉降控制要求。

采用分层法对其进行沉降简算，分层厚度采用0.5ｍ，按照压缩层厚度为附加应力为自重应力的0.15进行计算，滑弧嵌入为原地面下4.2m，按照加固深度为最危险圆滑下2～3ｍ，暂定原地面下桩长为7m进行检算，采用桩间距1.2ｍ进行试算。

2.3.1设计采用荷载

铁路荷载采用Ⅰ级轻型铁路荷载，列车速度V=200km/h，列车和轨道荷载换算土柱高度及分布宽度查表[2]。

2.3.2天然地基沉降计算：

（1）沉降计算时，其压缩层的厚度应按附加应力等于0.1~0.2倍自重应力确定。

（2）计算天然地基（即未加固地基）的工后沉降量是否满足沉降控制标准要求。其天然地基工后沉降量等于天然地基有荷时的总沉降量与施工期的沉降量[1]之差。总沉降量可按主固结沉降乘以沉降经验系数来综合考虑瞬时沉降及其它因素的影响，即

（1）

式中沉降经验系数取1.0-1.4。具体根据土质情况差异来取值。

主固结沉降可按地基压缩模量采用下式计算：

（2）

式中为第i薄层土的厚度，为第i薄层土的压缩模量，为第i薄层土中点的平均附加应力。

施工期的沉降量为无荷时施工期或摆放期内完成的沉降量。

（3）

式中为无荷时的总沉降量，可采用上式（3）计算，为土层固结度。软土及松软土等饱和土按固结时间计算固结度；而非饱和土地基在施工期或摆放期内沉降较快完成，可按80~100%考虑。

S=总沉降量S总- 施工期沉降量S施

=[λ*S有]-[（λ-1）*S无+U* S无] （4）

经计算所得天然地基的总沉降量为62.78cm，施工期沉降量为33.51cm，其天然地基的工后沉降量cm。不满足工后沉降量控制标准。

2.3.2加固后地基沉降计算：

复合模量法将复合地基加固区视为一种复合土体，采用复合压缩模量评价其压缩性，并采用分层总和法计算加固区的压缩量。加固范围的复合压量模量采用下式计算：

（5）

为复合地基压缩模量；为桩身压缩模量，采用50MPa；为桩间土压缩模量，单位均为MPa。为面积置换率。

面积置换率: m=d2 /de2 （d为桩径）

(等边三角形布置时, de=1.05*L; 正方形布置时, de=1.13*L)

复合地基的沉降，由复合土层的压缩变形和桩端以下未加固土层的压缩变形组成。

经检算，加固后S=14.54≤15cm，满足工后沉降的要求。

承载力计算

搅拌桩承载力检验宜在成桩28天后进行，采用单桩或复合地基载荷试验进行检验。

2.4.1单桩容许承载力计算[3]

单桩竖向承载力宜通过现场载荷试验确定，设计时可按式（6）和式（7）计算，并取其小值。

（6）

（7）

式中-单桩容许承载力（kN）

-与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下90ｄ龄期的立方体抗压强度平均值（kPa）

-桩身强度折减系数，可取0.25~0.33

-桩身截面积，计算得0.196m2；

-桩周第层土的厚度m；

-桩周第层土的容许摩阻力（kPa）

-桩端地基土极限端阻力。

-桩底地基土容许承载力的折减系数，可取0.4～0.6，承载力高时取低值；

根据式（6）计算得到的单桩容许承载力为124.5kN，根据（7）式计算得到的单桩容许承载力为94.25 kN，取两者最小值kN。

2.4.2复合地基竖向承载力计算[3]

搅拌桩和桩间土体构成复合地基，共同承担上部荷载作用。设计按（8）式计算复合地基承载力

（8）

式中为复合地基容许承载力；为桩间土天然地基容许承载力；为桩间土承载力折减系数，可取0.75~0.95。为面积置换率。

根据式（8）计算得到复合地基承载力为kPa>150kPa，满足设计规范要求。

结语

本工程设计通过对软土路基的稳定、沉降检算，介绍了一般地段软土路基的稳定与沉降的设计，其他桩型的复合地基，亦可参考本文进行软土路堤的设计。

参考文献：

[1] 中华人民共和国铁道部. TB10035-2006，铁路特殊路基设计规范[S] . 北京：中国铁道出版社，2006.

[2] 中华人民共和国铁道部.建设函[2005] 285号，新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定[S]. 北京：中国铁道出版社，2009.

[3] 中华人民共和国铁道部. TB10106-2010，铁路工程地基处理技术规程. 北京：中国铁道出版社，2010