客运专线CFG桩加固路基工后沉降分析.pdf

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1、106低温建筑技术2012年第9期(总第171期)客运专线CFG桩加固路基工后沉降分析洪帅，孙伟(黑龙江交通职业技术学院。黑龙江齐齐哈尔161000l【摘要l高速铁路路基在运营荷载往复作用下会产生累积的沉降变形和不均匀沉降，而引起的这些变形将会影响上部轨道结构的平顺性。因而，控制路基变形是保证高速铁路路基稳定性和线路平顺性的重要措施。笔者以哈大客运专线某实验段CFG桩加固路基为例，应用有限元软件ANSYS建立平面模型对路基沉降进行数值模拟，分析加固路基在荷载的作用下路基不同深度处工后沉降，明确铺轨时间并验证是否满足客运专线规定路基工后沉降的标准。【关键词】路基；CFG桩；工后沉降；AN

2、SYS【中图分类号lTU433【文献标识码lB【文章编号】1001—6864(2012)09—0106—021工程概况S=St+S2(1)哈大客运专线xx段路基，采用CFG桩进行加固，为双采用文献[1]中的复合模量法得到：线路基。其路基顶面宽度为13．6m，路基高度约为3m，加固E=mE。+(1一m)E。(2)区宽度为22．6m。CFG桩桩长为10—25米，CFG桩的几何式中，E。为桩体的压缩模量；Ec为土体的复合模量；E。形状按等边三角形布置，桩直径为0．5m，桩间距为1．5m。为土体的压缩模量；m为复合地基的置换率。2土体本构模型及参数选取各种材料具体参数值参照表1、表2。就路基土

3、体而言，其应力一应变关系是非常复杂的。3有限元计算模型本文土体模型采用Drucker—Prager弹性一理想塑性模型，建立ANSYS有限元模型，路基模型顶面宽度按实际路弹塑性模型能较好地反映土的非线性特征且DP材料在基顶面的实际宽度13．6m设置，路基模型的边坡按1：1．5ANSYS软件中可以满足该要求。设置，路基加固区外的土体两侧各取60m，土体深度取70m。表1路堤填料参数选用plane42号平面四节点单元，划分网格后生成1088个单元、共计1162个节点，复合地基左右边界水平位移被约束，填料部位填料划动龇皱下边界为全约束，具体模型图式如图1所示。~m一，／a,／kg材料弹性模量泊

4、松比密度粘聚力摩擦角图1加固地基有限元网格划分模型E／MPa／kg·m一’c／kPa(。)4计算荷载的确定进行路基及加固建筑物的力学计算时，一般将路基上面的轨道静载和列车竖向活载一起换算成与路堤本体重度相同的矩形土体(静荷载)。荷载换算土柱的分布宽度，自轨底两端向下按45。扩散角计算；换算土柱的高度按列车活载与上部建筑荷载计算，活载采用控制活载ZK荷载(0．8倍UIC荷载)计算。2ookN200kN2ODkN20okN64kN／m64kN／m复合地基在荷载作用下沉降计算可以把单元分为非加j卜Q’卜．——：垒’．t．—垒．叶‘—垒—．‘IHQ固区土体单元和加固区复合体单元，加固区单元采用

5、复合体材料参数进行沉降计算。这样，复合地基在荷载作用下图2ZK话载计算图式，m的总沉降量．s就可表示为这二部分之和⋯，即：洪帅等：客运专线CFG桩加固路基工后沉降分析107本文中客运专线加固路基为双线，根据表3设计土柱荷以上的计算图表中的沉降值来看，路基在一年时间里载如图3所示。的工后沉降值为27．6ram。其中加固地基下卧层的沉降值为22．8ram，占全部沉降的82．6％，所占的比例最大；路基本”～II身的压缩沉降值为2．1mm，占全部沉降值的7．6％；所占的^I1权重比最小；an固地基产生的沉降值为2．7ram，占全部沉降＼．的9．8％。在上述的加固路基不同深度处沉降一时间曲线，、

6、：、．，中，可以看出路基的各部分沉降在施工完毕6个月以后趋于平稳，曲线渐渐平缓近似接近于一条直线。这就意味着在预压的第6～12月的期间内，路基的各部分沉降变化会非常小，基本不发生明显的变化。在一年以后路基沉降已经处于较为恒定的状态。图3轨道与列车荷载换算土柱载面图，m根据工后沉降一时间曲线，按《客运专线铁路无渣轨道换算的土柱荷载为：铺设条件评估技术指南》的要求]，路基工后沉降值不应大F=(3．29×2+8+8)x3×9．8×1．8／2=597．5kN。于15ram，一般可以利用工后剩余沉降(在荷载的作用下，路均布后的面分布荷载集度为：基的总沉降与某时刻的沉降之差即是此时刻的剩余沉降q=

7、597．5／13．6=43．9kN／m2。值)来控制铺轨的时间，并且对下一个工序铺轨时间的合理5荷载作用下路基的工后沉降分析安排具有指导性的作用。路基的工后沉降是由路基下卧土层的沉降、加固地基表5工后沉降与预压时间表的压缩以及路堤本身的沉降构成】。为了更加直观的分析土柱荷载作用下，路基及加固区沉降在工后沉降(在完成路堤及预压土的施工之后)中的比例，在计算数据中提取了路基及加固地基不同深度处沉降随着时间(考虑在一年内情形)的变化值。6结语表4加固