桩板结构在膨胀土地区铁路路基中的应用

白少儒

（中铁十五局集团第三工程有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

膨胀土在全国范围内分布广泛，有明显涨缩性，具有遇水软化崩解、失水收缩开裂的特性。这些特性会造成铁路路基“上拱”，对后期铁路运营安全造成威胁。目前常见的处理方式为设置改性桩、设置土工合成材料截排水、换填部分基床膨胀土、设置缓冲层（砂垫层或砾石垫层）等。

应用结果证明，这些处理方法虽然有一定作用，但在后期运营过程中仍然会发生微膨胀。在普铁线路上由于时速低且为有砟轨道，危害并不明显，但在无砟轨道，特别是350km/h 的高速铁路中，微小的膨胀上拱也可能造成极大危险。为此，在膨胀土路基上完全消除膨胀上拱，成为高速铁路设计的一大难题。

为此，结合桩板结构工后沉降稳定和原膨胀土设置缓冲层消除膨胀危害的思路，形成全新的桩板结构。

1 桩板结构（膨胀路基）形式和设计原理

1.1 结构形式

桩板结构（膨胀路基）由钢筋混凝土桩基、路基本体及钢筋混凝土承台板组成（托梁式桩板结构路基还包括托梁）。与传统处理深厚软土地基的桩板结构不同的是，桩板结构（膨胀路基）承台板底部设置脱空层，在桩基顶部一定范围采用塑料模板隔绝桩基与土层摩擦力（桩板结构代表性横断面示意图如图1所示）。

图1 桩板结构代表性横断面示意图

1.2 设计原理

桩板结构（膨胀路基）设计原理是从两方面消除路基膨胀造成的路基上拱。一是在桩板结构承台板底预留足够脱空层，使板底路基上拱对顶部承台板无法造成影响。预留高度可根据该地段膨胀土土质特性确定。二是在桩基顶部地下水位变化区域使用土工材料将桩基与土体隔离，一旦地下水位浮动造成土体膨胀，不会对桩基形成向上摩擦力，造成承台板上拱（桩板结构细部图详见图2）。地下水位及膨胀土特性可根据地质资料确认。

图2 桩板结构细部结构示意图

2 工程实例

2.1 工程概况

新建成自高速铁路资阳西车站位于四川省资阳市，地处四川盆地中部，属丘陵地貌，多为浑圆状缓丘，自然斜坡坡度5～30，丘间多为宽缓沟槽。资阳西车站DK84+659.1—DK84+841.28 段路基地面高程411～443m，最大高差28.63m，地形起伏较大。段内泥岩泥质胶结，含较多亲水矿物，具遇水软化崩解、失水收缩开裂等特性，且具膨胀性。根据试验资料及工点取样试验结果，自由膨胀率Fs=3%～40%，平均值16.58%；饱和吸水率4.66%～40.05%，平均值15.25%；膨胀力13.70～690kPa，平均值187.90kPa，为弱膨胀性软岩。

因此，在该段落设置桩板结构消除其膨胀路基危害，桩采用C35 混凝土钻孔灌注桩，桩径1.25m，桩长11～25m，结构中间的桩横向间距分别为4m、4.5m、5.0m 和5.5m，纵向间距5.0m，沿纵向设置40 排，纵向依据跨度及交叉角度调整，桩基顶部采用7.0m 塑料模板包裹泡沫板隔绝桩基与地层摩擦力。板采用C35 钢筋混凝土浇筑，板厚0.9m，宽9.8～19.7m，共分10 联，板下设0.15m 厚脱空层（含1.5cm 厚承台板底模）,0.10m 厚C25 细石混凝土找平层。

2.2 工后观测

为观测桩板结构工后沉降及地底软岩膨胀数据，在承台板顶面设置沉降观测点，观测点对应每排桩中心里程，距高板边缘0.5m。观测点采用半圆形不锈钢沉降观测标志，预埋于承台板中，人工观测其沉降量；在桩基桩身设置钢筋计，用于观测其桩内力（钻孔桩内力检测布置图详见图3），同时设置地下水位观测孔，获得地下水位波动情况，观测孔孔深20m；在承台板脱空底面设置自动沉降及变形观测断面，用于观测板底软岩膨胀，观测断面对应里程分别为D1K84+705、D1K84+741、D1K84+778、D1K84+814（自动沉降观测布置图详见图4）。

图3 钻孔桩内力检测布置图（单位：m）

图4 自动沉降观测布置图（单位：m）

该段桩板结构施工完成后，自动沉降开始观测,频次为1 次/天（组），具体观测数据见表1～表4。

表1 D1K84+705

表2 D1K84+741

表3 D1K84+778

表4 D1K84+814

同时对板顶沉降观测点进行观测，观测数据见表5～表8。

表5 D1K84+707

表6 D1K84+739

表7 D1K84+767

表8 D1K86+037

根据上述观测数据可以看出，桩板结构不但能够有效控制路基不均匀沉降，同时在弱膨胀性地层中具有防止基底上拱影响上部结构的作用。

3 结语

桩板结构在膨胀土地区铁路路基地段应用，是桩板结构地基处理的一项新的应用方式，不仅可以有效减少路基工后不均匀沉降，更能在地层有弱膨胀性时防止路基上拱，增强后期运营期间的稳定性及安全性，具有良好的技术和经济优越性。