桩板结构路基桩_土工作特性_詹永祥

第9卷 第4期2009年8月

交通运输工程学报

Journal of Traffic and T ransport ation Engineering

Vo l 19 No 14Aug.2009

收稿日期:2009-03-21

基金项目:铁道部科技研究开发计划项目(2005K004-C);重庆大学高层次人才科研基金项目(0903005104831)作者简介:詹永祥(1979-),男,安徽淮南人,重庆大学讲师,工学博士,从事岩土工程与高速铁路路基工程研究。

文章编号:1671-1637(2009)04-0038-05

桩板结构路基桩-土工作特性

詹永祥1,蒋关鲁2

(11重庆大学土木工程学院,重庆 400030;21西南交通大学土木工程学院,四川成都 610031)

摘 要:为了掌握在列车荷载作用下无碴轨道桩板结构路基的工作性状,以遂渝高速铁路为背景,

通过室内大比例动态模型试验,加载频率为5H z,激振20万次,研究了桩板结构路基桩-土工作特性变化规律。试验结果表明:在荷载激振1万次后,动位移幅值、桩身轴力、桩间土动应力随着振动次数的增加几乎不变,桩-土共同作用趋于稳定;桩间土的动应力沿深度近似呈/K 0形分布,与土体相比,桩分担了大多数动力荷载,激振位置对动应力有影响;桩基加深了基床的动力影响范围,改善了路基土体的受力状态。

关键词:高速铁路;无碴轨道;桩板结构路基;模型试验;桩-土共同作用中图分类号:U 213.1 文献标志码:A

Pile -soil interacton properties of pile -plank embankment

ZH AN Yong -xiang 1,JIANG Guan -lu 2

(1.Schoo l of Civil Eng ineering ,Chongqing U niv er sity ,Chongqing 400030,China;

2.Scho ol of Civ il Engineer ing,So ut hw est Jiaoto ng U niver sity,Chengdu 610031,Sichuan,China)

Abstract:In order to investigate the mechanical behavior of pile -plank embankment for hig h -speed ballastless track under mo ving load,based on Suining -Chong qing H igh -speed Railw ay,the pile -soil interaction characteristics of pile -plank embankment w er e researched by indo or great scale dynamic mo del test,in w hich the lo ading fr equency is 5H z and the loading times ar e 2@105

.Test r esult indicates that the amplitude o f dynamic displacement,pile shaft force,dy namic stress in so il betw een piles remain constant after 1@104

times of vibrant lo ading ,and pile -soil interaction tends tow ard stability.T he am plitude curve of dynam ic str ess is approx im ately /K 0for m w ith the depth in so il between piles,piles share most dy namic stress co mpared w ith so il,and dy namic stress is affected by loading position.Pile structure ex pands the depth of the dynamic response of roadbed and im pro ves the stress state of roadbed soil.1tab,7figs,11refs.Key words:high speed railw ay;ballastless track;pile -plank em bankm ent;m odel test;pile -soil interaction

Author resume:ZHAN Yong -xiang(1979-),male,lecturer,PhD,+

86-544-8271345,zhanyo ng xiang @

.

0 引 言

在中国,高速铁路建设规模大,线路长,区域地质条件复杂,优质填料缺乏,整条线路都使用优质填

料,无论从成本上还是优质填料的来源上都存在着很大困难,而且换填土所产生的废土对生态环境也会产生很大的影响,因此,迫切需要开发一种强度高,刚度大,稳定性和耐久性好,并且建筑成本适当,

施工工艺简单的环保型无碴轨道路基结构。桩板结构路基是高速铁路无碴轨道的一种新的结构形式,由下部钢筋混凝土桩基与上部钢筋混凝土承载板组成,承载板直接与轨道结构连接[1-3]

。它综合了板式无碴轨道、双块式轨枕埋入式无碴轨道结构与桩基础的各自特点,充分利用桩-板-土三者之间的共同作用原理来满足无碴轨道的强度与沉降变形要求[4-6]。由于土与结构之间的共同作用问题相当复杂,这方面的理论研究还很薄弱和不成熟,通常在数值分析中存在设计参数难以准确选取,计算结果不可靠的困难。本文结合铁道部科技研究开发计划项目/遂渝线无碴轨道线下工程关键技术试验研究0,率先在国内开展了桩板结构路基的动力相互作用模型

试验研究,探讨桩板结构路基在列车荷载长期作用下桩-土的工作性状,以期为高速铁路桩板结构路基的设计提供科学依据。

1 工程背景

模型试验以遂渝线高速铁路无碴轨道桩板结构路基试验段为背景,重庆枢纽遂渝引入线DK132+

486~DK132+611段路基路堤最大填高为14m,已按有碴轨道技术标准采用川东红层泥岩填筑完毕,当设计方案改有碴轨道为无碴轨道后,路基工后沉降量难以达到铺设无碴轨道的要求。经多方案比较,确定采用桩板结构加固,路基边坡率为110B 1.5,路基填料和地基土层的物理力学参数见表1。

表1 路基填料和地基土层物理力学参数

Tab.1 Phys ical and mechanical parameters of fillings and groundsill soils

土类型厚度/m 密度/(g #cm -3)

压缩模量/M Pa

泊松比粘聚力/kPa 内摩擦角/(b )

摩擦因数川东红层填料 6.0 2.1670.000.2030.0030.000.4川东红层填料8.0 2.1670.000.2030.0030.000.4软塑状粉质粘土

1.0 1.83

2.

510.407.20 5.830.2粉质粘土 1.7 2.00 4.490.3532.0711.050.3硬塑状粉质粘土 2.3 1.97 5.250.3526.0817.490.3

泥岩夹砂岩

持力层

2.20

100.00

0.20

20.00

55.00

0.5

路基纵向分为跨越涵洞段和一般路基段,跨越涵洞段共有2处,其纵向桩间距为10m,一般路基段纵向桩间距为5m 。设计的结构尺寸为:轨道结构采用双块式轨枕埋入式无碴轨道,道床板长度为41856m ,宽度为21800m,厚度为01350m,混凝土采用C40;钢筋混凝土承载板长度为3010m ,宽度为414m,高度为016m,混凝土采用C40;桩为挖孔灌注桩,混凝土采用C25,桩直径为112m ,路基横向采用两排桩,桩间距为215m,入泥岩夹砂岩层210m 。桩板结构路基纵向布置见图1。

图1 原型桩板结构路基

Fig.1 Prototype pile -plank embankment

2 模型设计制作及传感器的埋设

本文仅对一般路基段的动力相互作用进行模型试验研究,采用缩尺模型,考虑了模型相似和土层边

界条件,对试验模型进行包括几何形状、材料特性、

边界条件、外部荷载和初始动力条件等在内的相似设计。由于室内模型空间的限制,在尽量保证结构的受力机理一致性的情况下,取2跨桩板结构路基为研究对象,见图2。模型原型几何相似比为1B 12,质量密度相似比为1B 1,土体、混凝土板和桩的弹性模量相似比为1B 1,进而根据Bockingham P 定理导出其他物理量的相似比

[7-11]

。

图2桩板结构路基模型剖面

Fig.2 Section of pile -plank em ban kment

模型路基地基均采用现场取土制作,将地基土按10cm 分层填土。软塑状粉质粘土厚度为813cm,软土(粉质粘土)厚度约为1412cm,硬塑状粉质粘土厚度约为1912cm,泥岩夹砂岩厚度为7510cm,并逐层夯实,使其密度达到天然地基土状态;路基填

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