袋裝砂井法在邯黃線軟土地基處理中的應用

薛方剛

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

軟土天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高、滲透性差。在荷載作用下，軟土的地基承載能力低，地基沉降變形大，差異沉降亦大，因而軟土地基是鐵路工程中遇到的較難進行人土處理的地基之一。袋裝砂井加固軟土路基技術，屬于垂直排水加固軟土地基方法，是在一般砂井法的基礎上發展起來的一種新工藝、新技術。它在需要加固地段的地面上先填筑排水坡(路拱或橫坡)，并鋪設好排水砂墊層，再將砂袋垂直置于地基中已成孔內，形成袋裝砂井，然后對地基加載預壓，使地基中水分迅速沿袋裝砂井和砂墊層排出，從而達到加速地基固結沉降的目的。

1 工程概況

新建邯鄲(邢臺)至黃驊港鐵路西起河北省邯鄲市，經邢臺、南宮、衡水、滄州等市至黃驊港。本線為國鐵Ⅰ級單線(預留雙線)電氣化鐵路，運營開通后將成為連接河北省內陸至出海口的交通動脈。

鐵路設計終點滄州市黃驊港地區廣泛分布第四系全新統陸相及海相沉積的軟土層。本文論述的軟土路基位于黃驊港港區即有朔黃鐵路北側，長2 260 m。勘察中采用了地質調繪、鉆探、觸探、原位測試、室內巖土試驗等綜合勘探方法，對該段落路基的物理力學性質進行統計分析。

2 工程地質條件

本場地土壤最大凍結深度為0.50 m，地震動峰值加速度0.05g(地震基本烈度為Ⅵ度)，地震動反應譜特征周期為3區。

因場地大部分為鹽池及蝦池，部分經人工填土整平而成，土壤含鹽量較高，且分布不均，表層土綜合考慮為鹽漬土，類型為氯鹽漬土，為強鹽漬土。毛細水強烈上升高度2.5～3.0 m。

2.1 地層巖性

本段地處濱海平原，地形平坦，地勢開闊，地表大部分為蝦池鹽田，部分段落經人工填土整平。經地質調查、鉆探揭示，本段勘探范圍內地層從上到下順次為第四系全新統人工堆積層)，第四系全新統沖積層)，第四系全新統海相沉積層)，局部表層夾少量植物根系，各地層巖性特征、厚度和分布情況描述如下。

①1素填土:黃褐色，軟塑，以黏性土為主，主要分布于蝦池、鹽池池堤及即有道路處，厚度0.3～2.0 m。

③51淤泥質黏土:黃褐色、灰褐色，流塑，含少量貝殼碎片，局部夾粉砂薄層，厚度1.3～1.9 m。③61淤泥質粉質黏土:黃褐色、灰褐色，流塑，含少量貝殼碎片，局部夾粉砂薄層，厚度0.7～2.9 m。③11黏土:黃褐色、灰褐色，軟塑—硬塑，含少量銹斑，局部夾粉砂薄層，厚度0.7～2.8 m。③21粉質黏土:黃褐色，軟塑—硬塑，含少量銹斑機灰色條紋，局部夾粉土薄層，厚度1.1～4.9 m。③31粉土:黃褐色，稍密，稍濕—潮濕，含少量貝殼碎片，厚度0.6～4.5 m。

(3)第四系全新統海積層(Q4m)

④12黏土:灰褐色、褐灰色，軟塑，含少量貝殼碎片，偶夾腐殖質，局部夾粉土薄層，厚度0.6～5.4 m。④21粉質黏土:灰褐色，軟塑—硬塑，含少量貝殼碎片及銹斑，局部含粉土薄層，厚度0.6～8.1 m。④22粉質黏土:灰褐色、褐灰色、灰黑色，軟塑，含少量貝殼碎片，厚度0.5～7.9 m。④31粉土:灰褐色、褐灰色、淺灰色、灰黃色，稍密—中密，稍濕—潮濕，含少量貝殼碎片，含淤泥質粉質黏土薄層，局部與淤泥質粉質黏土互層，厚度1.2～7.9 m。④32粉土:灰褐色、褐灰色、淺灰色、黃灰色，稍密—中密，潮濕—飽和，含少量貝殼碎片;局部夾粉砂薄層，厚度0.9～8.2 m。④51淤泥質黏土:褐灰色、灰褐色、淺灰色，流塑，含少量貝殼碎片，局部夾粉土薄層，厚度1.4～4.6 m。④61淤泥質粉質黏土:褐灰色、灰褐色、淺灰色，流塑，含少量貝殼碎片，局部夾粉土薄層，厚度1.2～7.5 m。④71粉砂:褐灰色、黃灰色，松散—中密，飽和，礦物成分以石英、長石為主，含少量云母及貝殼碎片，厚度1.1～3.8 m。④72粉砂:褐灰色、黃灰色，中密，飽和，礦物成分以石英、長石為主，含少量云母及貝殼碎片，厚度2.0～2.2 m。

⑤1黏土:灰褐色，軟塑—硬塑，含少量銹斑;局部夾粉土或砂類土薄層，厚度1.1～1.5 m。⑤2粉質黏土:灰褐色、黃褐色，軟塑—硬塑，含少量銹斑;局部夾粉土或砂類土薄層，厚度0.8～3.1 m。⑤3粉土:褐灰色、黃灰色，密實，潮濕，含銹斑及云母碎片，局部偶見銹斑;局部夾粉質黏土、砂類土薄層，厚度1.2～5.8 m。⑤7粉砂:褐灰色、黃灰色，中密—密實，飽和，礦物成分以石英、長石為主，含少量云母及貝殼碎片，厚度1.0～8.8 m。

地層分布代表性剖面見圖1。

圖1 代表性地質剖面

2.2 各土層物理力學指標

由于各土層物理力學指標在一定范圍內變化，為了節省篇幅，表1列出各土層主要物理力學指標。

2.3 特殊試驗指標

場地土特殊試驗參數如表2。

2.4 地基基本承載力

為了了解地基承載力情況，表3列出了巖土施工工程分級及地基基本承載力。

表1 各土層主要物理力學指標

3 水文地質條件

3.1 地下水

本區地下水為第四系孔隙潛水，鉆孔揭示地下水埋深－1.0～2.2 m(高程:2.26～－0.9 m)，主要靠大氣降水及海水補給，以蒸發及地下徑流方式排泄。地下水位變幅1.0～2.0 m。經取地下水水樣化驗分析后綜合判定:本工點地下水對普通混凝土結構具硫酸鹽侵蝕性，環境作用等級H4;具鎂鹽侵蝕性，環境作用等級H3;對鋼筋混凝土結構中鋼筋具氯鹽侵蝕性，環境作用等級L3。

表2 特殊試驗參數

表3 巖土施工工程分級及地基基本承載力

3.2 地表水

地表水主要存在于蝦池、鹽池之中，含鹽量高低不均，綜合考慮為對普通混凝土具硫酸鹽侵蝕性，環境作用等級H4;具鎂鹽侵蝕性，環境作用等級H3;對鋼筋混凝土結構中鋼筋具氯鹽侵蝕性，環境作用等級L3。

4 地基處理方法

4.1 地基處理方法選擇

本段鐵路路基屬典型濱海鹽漬土軟土地基，在路基施工之前，須采取有效的路基基底加固措施，對路基基底進行處理。

針對該地區地貌特征及軟弱土層特性，對多種方案進行比較分析，認為袋裝砂井堆載預壓排水固結法處理成本較低，符合現場條件。設計中確定采用袋裝砂井排水固結法加固軟土地基。

方案比選情況如表4。

4.2 排水固結法加固原理

飽和軟土地基在荷載作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙體積慢慢減小，地基發生固結變形。同時，隨著超靜水壓力逐漸消散，有效應力逐漸提高，地基的強度逐漸增長。因此，排水固結法可以解決沉降和穩定問題。

表4 軟土路基加固方案比選

4.3 排水固結法工程處理措施

本段落軟土路基豎向排水體采用袋裝砂井，呈梅花形布置。水平排水體采用砂墊層夾土工格柵，即先鋪設砂墊層，再鋪設一層土工格柵，其上再鋪砂墊層。路基橫斷面示意如圖2所示。此外，在路堤兩側設置反壓護道以增加路堤抗滑穩定性，在路堤頂面采用土體超填堆載法以消除由運營超載引起的后期沉降。

(1)路堤基床表層填筑0.5 m厚級配碎石和0.1 m厚的中、粗砂，基床底層上部填筑改良土，厚0.5 m，基床底層下部填筑C組土并加強碾壓，厚1.4 m。基床以下填筑C組土，防護高程以下填筑滲水土。防護高程為4.00 m，于防護高程處設2.0 m寬護道。

(2)路堤邊坡坡率:防護高程以上1∶1.50，以下1∶1.75，路基面每側預留沉落加寬值0.2 m。

(3)兩側路堤邊坡防護高程以上采用M7.5漿砌片石肋柱式骨架護坡，骨架間撒播草籽并栽種紫穗槐。路堤兩側護道及以下邊坡采用M7.5漿砌片石護坡。勺形基礎寬0.6 m，高0.7 m，基礎頂面埋深0.2 m。勺基外2.0 m設草袋圍堰，抽干積水、挖除淤泥后，回填滲水土。

(4)路基基底采用袋裝砂井加固處理。場地設圍堰抽水挖淤，填筑滲水土至整平高程，整平高程以上由線路中心向兩側做2%的排水橫坡，其上設厚0.3 m的砂礫墊層開始打設袋裝砂井，砂井直徑為7 cm，間距1.0 m，正方形布置。于砂礫墊層頂面鋪設一層立體土工格柵(80 kN/m)，上鋪0.2 m厚砂礫墊層。

立體土工格柵由肋帶豎立交叉編織而成，接點通過交叉注塑成型，材料采用聚丙烯(PP)，碳黑含量≥2%，延伸率≤10%，抗拉強度≥80 kN/m，交叉插銷注塑結點強度≥800 N，格孔邊長20～25 cm。

圖2 路基設計剖面示意

5 施工注意事項

(1)施工應按照設計要求進行，施工前應對工點進行地形和地質復查核對工作，如與原設計不符時，應及時與建設、設計單位聯系處理。

(2)袋裝砂井施工前應對工點范圍內的各種管線探明并遷改后再施工，徹底拆除地下既有廢棄建(構)筑物基礎，基坑回填土應符合路基相應部位填料及壓實標準的要求。嚴禁將拆除的建筑垃圾就地回填。地表雜填土中的生活垃圾應進行挖除換填。

(3)砂袋充填材料選用滲水率較高的中、粗砂，粒徑大于0.5 mm的砂的含量應占總重的60%以上，含泥量應小于或等于3.5%。砂袋應采用具有良好的透水性、韌性和耐水性。

(4)加強沉降觀測，并及時繪制填土—時間—沉降曲線，根據觀測資料確定路基面上砟鋪軌時間。施工過程應重視沉降觀測設備的埋設和保護工作，保證觀測的精度和連續性，工程驗交后，應將有關資料提交運營部門繼續進行觀測工作。

(5)土工合成材料必須滿足國標要求及設計圖紙要求，并進行嚴格性能指標檢驗，且按《鐵路路基土工合成材料應用技術規范》及設計要求進行保存、施工和驗收。立體土工格柵鋪設時應將肋帶方向與線路中線成45°方向鋪設。

(6)路堤填筑完成后，應及時施做邊坡防護和排水溝等設施，同時要保證排水通暢，防止雨水對邊坡的侵蝕和沖刷，確保路基本體和邊坡的穩定。

6 結束語

根據邯黃線某代表性段落的地形、地質條件、路堤高度和工期等實際情況，選用袋裝砂井超填預壓的方法處理軟土地基是合適的，袋裝砂井的施工設備簡單、施工速度快、不污染環境、排水效果好、可廣泛應用于處理軟土地基。袋裝砂井與砂墊層中鋪土工格柵結合，作用效果好，袋裝砂井縮短了軟土固結的排水路徑，軟土在填土荷載作用下產生的超孔隙水壓力迅速消散，使土的固結和壓縮提前發生。砂墊層中鋪設土工格柵能有效阻止土體的位移、下沉、滑坍，提高地基穩定性，既保護了砂墊層的完整性，又有利于水平方向排水。

［1］TB10012—2007 鐵路工程地質勘察規范［S］

［2］TB10077—2001 鐵路工程巖土分類標準［S］

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［5］GB50011—2006 鐵路工程抗震設計規范［S］

［6］TB10035—2006 鐵路特殊路基設計規范［S］

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