山区城轨车辆基地高填方地基沉降控制

文家伟1    潘俊1    伍泓桦2

1.中铁二院贵阳勘察设计研究院有限责任公司  贵州贵阳  550002

2.中铁二院工程集团有限责任公司机动院  四川成都  610031

摘  要：贵阳2号线白云车辆段场区东侧停车列检库轨行区最大填方高度接近23m，填方路基处理不当，将存在高填方区沉降变形风险，影响车辆段作业安全。针对填方高度超过规范最大适用值，文章参考高铁无砟轨道设计理念，提出了分层强夯技术。从填料要求、分层强夯技术、施工保证措施以及相关检测、监测等多维度论证了山地高填方强夯处理措施的可行性。同时提出了相邻轨道影响的整体道床沉降计算思路，研究了简化计算方法，并通过有限元计算验证简化计算方法的结果。可供相关工程参考。

关键词：山区，轨道交通车辆基地，高填方，地基处理，沉降控制

中图分类号：U239.5        文献标志码：A         

引言

我国城市轨道交通每一条线路均设置有车辆基地，且绝大部分城市轨道交通车辆基地均按照“一线一段一场”（一条线一个车辆段一个停车场）的基本模式建造，随着我国城市轨道交通规模的急速发展，山区城轨基地高填方路堤也越来常见。

1 工程概况

贵阳市城轨2号线，北起白云区麦架镇高山村，南至南明区小碧乡甘庄村，线路全长约42.0km，车辆基地按1段1场布局。线路起点设白云车辆段1处，线路终点设小碧停车场1处。

白云车辆段选址在白云区麦架镇高山村附近，地块总体呈西南～东北向，与环城高速公路及环城快速铁路走向大致平行，向长约1300m，宽约400m。段址属云贵高原溶蚀残丘和溶蚀槽谷交错地貌，地面高程1270.4～1330.0m，高差约60m，地形起伏大；段址覆盖层厚度为0～9.7m残积红黏土，下伏基岩为泥质白云岩，东端低洼处有高山河，部分水田存在0.5～3m淤泥质软土，其中泥质白云岩按性质划分为B～A组填料。场区西侧试车线起点段至拟建大氧路段为槽谷地貌，为填方区，局部挖方区，约占车辆段总面积的1/6；中部为溶蚀剥夷山丘，为挖方区，约占车辆段总面积的1/2；东侧大部分为岩溶洼地地貌，为填方区，约占车辆段总面积的1/3。区域内钻孔101个，钻遇溶洞11个，遇洞率10.9%。

为尽量减少挖方、节省工程投资，最终将场坪高程设计为1292.3m，车辆段列检库轨行区最大填方高度为22.7m，车辆段挖方约169.5万立方、填方约146.8万立方。

2 初步设计沉降控制方案

根据常规设计思路及设计分工，站场路基专业负责车辆基地场坪工程及室外轨行区场坪沉降控制设计，结构专业负责房屋及室内轨行区整体道床及检查坑沉降控制。

2.1 室外轨行区及场坪土石方工程

（1）工后沉降控制目标

根据现行《地铁设计规范》规定，有砟轨道线路路基工程工后沉降最大值为200mm。

（2）路堤土石方工程及沉降控制方案

路堤本体土石方填筑采用分层填筑，分层碾压夯实，并分层做压实度检测，分层摊铺厚度为500mm，填料为C组及以上的挖方区域泥晶白云岩，填料粒径≯300mm，地基系数K30≥1.10MPa/cm、孔隙率n＜32%。

2.2 房屋、室内轨行区整体道床及检查坑工程

由于车辆基地最大填方高度约23m，填方地基处理不当会造成工后沉降量超出规定或产生不均匀沉降，会对车辆段建筑、整体道床产生不良影响，主要包括：建筑主体结构因沉降差较大而倾斜、墙体开裂、吊车轨道倾斜引发安全事故，库内整体道床、检查坑等因沉降较大而影响正常使用，库内地面因沉降差而开裂、影响正常使用。

（1）工后沉降控制目标

根据现行《地铁设计规范》规定，整体道床路基工程工后沉降最大值为15mm。

（2）地基处理方案

根据《建筑地基处理规范JGJ79-2012》，压实地基和夯实地基仅适用于对变形要求不严格的工程，而车辆段内整体道床、设备基础及检查坑等对变形要求较高，根据路基专业对高填土地段工后沉降计算，沉降量大于500mm以上，满足不了房建规范要求及轨道下整体道床的15mm的变形要求，经综合比较水泥搅拌桩、CFG桩、钻孔灌注桩的优缺点，最终采用成桩效果好、单桩承载力大、群桩效应小、施工方便环保的钻孔灌注桩进行基础设计和地基处理。要求钻孔灌注桩桩径为600mm、桩间距为2.5～4m、桩基础持力层应贯入中风化泥晶白云岩。

3 施工图沉降控制方案

本着为业主提供优质服务的原则，在保证工程质量的前提下节省工程投资、简化施工方案，项目总体组组织与该工程有关的轨道、结构、站场、路基等相关专业进行多方案、跨专业综合比选车辆基地高填方路段室内轨行区整体道床沉降控制方案。最终提出了取消初步设计阶段结构专业设置的整体道床区域钻孔灌注桩，直接将整体道床坐落在回填土上，由站场路基专业按照轨道专业沉降控制要求采用分层强夯技术对高填方场坪进行地基处理，该处理方案节省投资、施工快捷，可极大缩短施工工期。

3.1轨道专业的要求

轨道道床或检查坑以下地基加固工后沉降不大于15mm。

3.2结构专业要求

库内整体道床及检查坑基础加固处理后地基承载能力特征值不小于180kPa。

3.3高填方场坪设计方案

由于岩土工程的特殊性，规范沉降计算公式是结合实践经验总结的，所以“给定指定的岩土物理力学参数，路基回填达到这些参数条件就能满足沉降要求”这种做法存在较大的工程风险。站场、路基专业根据类似工程经验，提出了借鉴相近沉降控制要求的高速铁路无砟轨道填方路基的设计要求，结合该工程填方高度约23m的实际情况，采用分层强夯工艺进行高填方区域场坪沉降控制。

（1）场坪填料

结合该工程挖方大于填方，且挖方区域大部分为泥质白云岩的的实际情况，要求场坪填料全部由挖方区域的泥质白云岩经解二次破碎并级配良好。

（2）分层填筑、分层压实

为了达到不大于15mm沉降控制要求，分层填筑、压实是整个工艺要求的重点。

路堤本体土石方填筑采用分层填筑，分层碾压夯实，并分层做压实度检测，分层摊铺厚度为500mm，填料为C组及以上的挖方区域泥晶白云岩，填料粒径≯300mm且级配良好，其压实系数K≥0.92、地基系数K30≥1.10MPa/cm。

（3）强夯

强夯是压实工艺要求的重中之重。

1）《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012第6.3节 夯实地基 规定：强夯最大有效加固深度不超过11.0m。结合本车辆基地强夯工点最大填土高度约23m、周边存在较多居民房屋、填料为粗粒泥质白云岩的实际情况，为节约工程投资、简化施工，场坪处理拟采用常用强夯机械分4层进行强夯，单击夯击能3000kNm，有效加固深度为6m。

2）最后两击的平均夯沉量大于50mm，地基系数K30≥110MPa/m、压实系数K≥0.95、n<28%，基本承载力不小于200kPa。

3）夯点位置布置呈正三角形，第一遍夯击点间距采用夯锤直径的2.5~3.5倍，第二遍夯击点应位于第一遍夯击点之间。

（4）检测及监测

根据《建筑地基处理技术规范》，压实地基和夯实地基仅适用于对变形要求不严格的工程，而车辆段内整体道床、设备基础等对变形要求较高。强夯地基施工结束后，由第三方检测机构对强夯处理地基在现场进行原位静载荷试验，实测处理完成的地基土承载力和变形模量。最终由建设单位委托第三方监测单位对强夯处理场地进行工后沉降观测，确保轨道道床施工、使用过程中地基基础安全、稳定。

4 强夯工艺施工技术及控制要点

4.1试验段

（1）分层填筑碾压：以设计文件推荐的摊铺厚度0.5m为基础，分别试验0.4m、0.5m、0.6m三种摊铺厚度的摊铺碾压效果，碾压分初压、复压、终压三个阶段进行；最终根据试验结果进行比对后确定最佳松铺厚度为0.5m、压实平均厚度为0.4m，碾压机械走行速度控制在1.2~2.5 km/h范围内，振动频率为35次/min。

（2）分层强夯：试夯应在试验段进行，并对比强夯前场坪的各项测试参数数据，检验强夯效果，以便最终确定强夯工程应采用的各项技术参数。根据现场实测夯沉量对比，夯击点按梅花形布置；点夯时，夯锤直径为2.0m，夯击点夯击次数确定为10击；满夯时，夯锤直径为1.5m，夯击能为1200KN/m，对应满夯夯击次数为5击。

（3）检测：委托第三方检测单位进行检测，地基系数2个点、孔隙率4个点。检测结果：地基系数K30分别为116MPa/m、122MPa/m，孔隙率分别为21.3%、20.5%、13.4%、16.4%，均满足设计要求。

4.2 分层填筑、碾压及强夯

根据试验段确定的分层摊铺厚度、碾压走行速度和连夜震动频率进行分层填筑碾压，填筑碾压高度达到6m时实施强夯，如此反复填筑至设计高程。

5 检测及监测

5.1检测

为检验分层填筑、碾压及强夯效果是否达到设计要求，在完成高填方强夯工点施工后委托第三方检测单位进行现场原位静载荷试验，实测处理后地基土承载力及变形模量，检测点的数量和位置由建设、设计、地勘等单位共同确定，车辆基地按检测规范共布置8处试验点。

试验点JZ-01~JZ-08的最大荷载加载到660kPa（1485kN）时，夯实地基土层无破坏现象，各级沉降特征值均匀、稳定，各试验点p-s曲线基本呈直线，p-s曲线终点无陡降，无明显拐点和比例极限点，取330kPa（最大荷载的1/2）作为该夯实地基的承载能力特征值。

现场试验结果显示，JZ-01~JZ-08试验点最大荷载加载到660kPa时，其最大沉降值为18.20mm，最小值为10.58 mm，其中JZ-08号点（物资总库）沉降较大，故物资总库采用18.20mm作为最大沉降量进行该段夯实地基的变形模量计算，得出物资总库夯实地基变形模量值为44.68MPa；其余JZ-01~ JZ-07号点（停车列检棚及检修库）最大沉降量起伏较小，分布较均匀，故停车列检棚及检修库建议取JZ-01~JZ-07各试验点的最大沉降量平均值（12.10mm）作为最大沉降量进行该段夯实地基的变形模量计算，得出停车列检棚及检修库夯实地基变形模量值为67.20MPa。

5.2 沉降监测

（1）施工期沉降监测

根据第三方测量单位提供的《贵阳市轨道交通2号线一期麦架车辆段路基工后沉降及水平位移阶段性报告》显示，观测期累计沉降量为最大值-19.75mm、最小值-0.01mm、平均值-3.13mm，累计沉降值在6个月后区域稳定，满足相关要求。

（2）运营期沉降监测

根据第三方监测单位提供的《贵阳市轨道交通2号线一期工程白云车辆段地表沉降监测数据报告》显示，2020年12月20日至2023年12月20日，完成第十一期工作共计完成11期监测工作，白云车辆段地表沉降累计变化量在-2.97mm～＋3.88mm范围内，数据有上抬趋势，最大沉降监测值＋3.88mm (碎石道床DBC3-1),该测点近1年沉降变化量为＋1.35mm,临近监测点DBC3-2累计变化量＋2.24mm,近1年变化量2.1mm，各监测点沉降变化速率及累计沉降变化量均未超过控制值，安全状态可控。

6 沉降验算

6.1线性叠加法

根据现行《建筑地基基础设计规范》第5.3.5款规定，地基变形计算时，地基内应力分布，采用各向同性均质线性变形体理论。

根据现场静载试验报告，停车列检棚及检修库夯实地基变形模量平均值为67.2MPa，最小值为57.0MPa，考虑安全系数为1.5，强夯回填土压缩模量取值47.5 MPa。整体道床基础底板按长25m，宽2.6m进行弹性地基板有限元分析，基底附加应力取值P0=51kPa。按规范方法计算单条整体道床中心点沉降最大值1.70mm，满足轨道要求的15mm。

由于车辆段列检库内均为整体道床，沉降计算应考虑整体道床沿轨道方向尺寸以及相邻股道的影响，整体道床沉降垂直于轨道方向的影响范围约为80m左右（如图1），本工程各股道单侧考虑超过8条以上股道的影响时沉降趋于稳定，稳定值在16mm左右（如图2）。

图1 单条整体道床垂直于轨道方向各点沉降结果

图2 考虑相邻轨道影响的沉降值

6.2有限元法

为了更加准确的研究列检库内道床沉降，进一步采用有限元理论利用JCCAD完全柔性底板沉降计算方法进行整体沉降验算。将地质参数输入JCCAD软件，得到地质模型。有限元法计算结果显示：最大沉降值11.8mm。以上计算库内整体道床使用阶段沉降能满足轨道要求。

7 结论

针对山地高填方车辆基地，充分利用挖方区域优质填料，对碎石土填方提出了强夯方法进行地基处理。对填方高度超过规范最大适用高度的情况参考高铁设计理念提出了优化填料分层强夯技术。研究了填料要求、分层强夯技术要求、施工保证措施，特别是在正式施工前进行试夯以施工过程中委托相关检测机构对强夯地基进行相关检测及监测以便检验强夯效果。同时提出了相邻轨道影响的整体道床沉降计算思路，并研究了简化计算方法，通过有限元计算验证了简化计算方法的结果。

本文从设计理念、工程方案、填料要求、施工措施、检测及验算方法、工程投资和施工工期等多维度论证了山地高填方车辆基地分层强夯处理措施的可行性，缩小了高填方路基沉降时间，保证了工程质量。

参考文献

[1]朱洪伟.强夯法在京石客运专线地基处理中的应用[J].路基工程,2013,(01):156-159+164.

[2]杨忠诚,唐剑,王呼佳.强夯法控制高填机场地基不均匀沉降[J].路基工程,2006,(01):29-30.

[3]崔伯华,颜治平,谭祥韶.强夯法快速加固高速公路软基试验效果分析[J].路基工程,2006,(03):83-85.

[4]张雪东,李晓霞,沈宇鹏.蒙巴萨西站松软土地段高路堤地基处理方案研究[J].路基工程,2018,(03):229-233.DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.2018.03.48.

[5]王鹏.地铁车辆段软土地基沉降控制方法研究[D].华南理工大学.2018；

[6]于德忠.岩土工程中的地基处理与加固技术研究[J].城市建设理论研究(电子版),2024,(03):133-135.DOI:10.19569/j.cnki.cn119313/tu.202403044.

[7]高广运,陈娟,梁婷.地铁循环荷载作用下上海软土地基长期沉降计算[J].中国科技论文,2018,13(01):6-11.

[8]宋绪国,隋孝民.深圳地铁南头车辆段软基处理设计[J].铁道标准设计,2006,(04):24-26.DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2006.04.008.；

[9]张凯.浅谈地铁车辆段大面积软基处理方法[J].低碳世界,2017,(14):226-227.DOI:10.16844/j.cnki.cn10-1007/tk.2017.14.147.

[10]《地铁设计规范》（GB 50157-2013）;

[11]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；

[12]《贵阳市轨道交通2号线一期工程 施工图 第二十五篇 车辆段 麦架车辆段 第二部分 站场与线路》（2015年9月）；

作者简介：文家伟，男，四川大竹人，高级工程师，学士，主要从事铁路站场及城市轨道交通设计研究。