軟土加固措施在連云港地區(qū)鐵路工程中的應用

陳達元 上海鐵路局東華地鐵公司

1 連云港軟土概況

連云港地區(qū)處在黃海海州灣南岸海積平原及云臺山剝蝕低山區(qū)地帶，平原區(qū)地面標高2.6～3.6 m，廣泛分布海相沉積的軟土。地表層以下依次為黏土（厚度1～3 m）、淤泥（厚度1～15 m）、黏土（厚度5～20 m）及震旦系片麻巖。由于沉積年代晚，連云港軟土不僅具有一般軟土高塑性、高含水率、大孔隙比、高壓縮性、低強度等特點，還具有土質(zhì)均勻，滲透性差，固結(jié)系數(shù)小，靈敏度高等特性（見表1）。

表1 連云港軟土物理力學指標

2 地基加固措施簡介

為保證鐵路路基穩(wěn)定，確保行車安全，項目參建單位進行了不斷的研究、實踐，歷年來針對不同地質(zhì)條件采用了各種地基加固措施，簡要工程實例見表2。

3 軟土地基加固原理

軟土地基加固方法除表2所列之外還有塑料排水板、石灰樁、振動碎石樁、水泥粉煤灰碎石樁(CFG)以及振動成?，F(xiàn)澆薄壁管樁（PCC）等措施，雖然種類繁多，主要加固原理并不復雜，原理如下：

⑴排水固結(jié) 減少工后沉降：主要是通過在軟土中增設排水通道、縮短排水距離或堆載預壓加速排水固結(jié)等措施排出軟土中的水分，提高地基承載力和穩(wěn)定性。

⑵改良地基，提高承載能力：通過取土換填以及振動沖入強度高、壓縮性低的置換材料或注入膠結(jié)材料拌合土體等方法在地基中形成結(jié)構密實、有較高承載力的置換體，形成復合地基。

⑶基坑支護，提高邊坡穩(wěn)定性：為保證既有建筑設備的穩(wěn)定、減少挖方量，軟土地區(qū)深基坑一般采用密排鉆孔灌注樁或地下連續(xù)墻對基坑進行支護，并在樁間或樁背采取設置深層攪拌樁、旋噴樁等措施進行封閉，防止地下水夾帶土體顆粒從鉆孔樁間孔隙滲入坑內(nèi)。

⑷穿透軟弱土層，傳遞荷載：當建筑要求地基承載力、穩(wěn)定性較高，普通的軟土加固措施不能滿足要求時，采用打插預制樁或現(xiàn)場成孔灌注樁穿透軟土層將基礎應力傳遞到承載力滿足要求的持力層。

⑸均布荷載，提高張拉強度：利用土工織物較高的強度和韌性等力學特性，使其上部荷載均勻分布到地層中，補償?shù)鼗辜魪姸?，防止局部承載力喪失和圓孤滑動破壞，減少路堤不均勻沉降；土工織物在產(chǎn)生拉伸應力的同時對土體產(chǎn)生側(cè)向約束壓力作用，提高土體抗剪強度和變形模量。

表2 軟土地基加固措施應用實例

4 典型工程實例

4.1 連云港西站至中云站路基工程

⑴隴海鐵路Ⅰ期技術改造連云港西站至中云站線路工程在1986年動工、1987年4月底開通運營。設計采用鋪設雙層土工布結(jié)合反壓護道加固地基，路堤平均填土高度3.2 m。由于工程急于開通使用，部分地段從路基開始填筑到軌道工程完成僅有五個月的時間，在工程竣工驗交時路基已出現(xiàn)了沉降（最大值670 mm），K13+600～K14+700地段在上碴鋪軌前路堤中心就產(chǎn)生了多處豎向裂縫（見圖1）；線路開通后設備管理單位每年投入大量資金對軌道進行頻繁抬道整治以維持線路達到基本的行車條件（列車按45 km/h限速運行），到1997年路基基本穩(wěn)定時，路基累計下沉量最大的地點達到2.5 m。

圖1 路基破壞示意圖

⑵從1987年到1999年，設計及運營單位做了長期的觀測和研究試驗，查明了路基沉降的原因、沉降速率變化趨勢（見圖2），提出了改進措施。軟土層厚面廣、填土速度快、軟土排水固結(jié)時間不足是路基沉降主要原因，隨時間推移路基沉降逐漸減緩并趨于穩(wěn)定；該地段復線工程在1996年4月開工，1998年8月建成通車，復線地基采用試驗組推薦的水泥粉噴樁加固措施效果顯著，路基工后沉降速率控制在0.1 mm/d，水泥粉噴樁能夠吸收周圍土體水分，促使周圍的土體固結(jié)并形成復合地基，增強地基抗剪能力，減少固結(jié)沉降。

圖2 沉降速率圖

4.2 隴海線K24+325頂進框架橋工程

⑴框架橋地點地基淤泥層厚度約有9.0 m；設計采用架設D型施工便梁加固防護線路、預制箱體頂進方案，主體工程2009年9月開工、2010年10月竣工，軟土地基分別采用高壓旋噴樁、深層攪拌樁、鉆孔灌注樁進行加固防護，取得了較好的效果。

⑵為滿足箱體頂進作業(yè)條件，在線路北側(cè)設置頂進工作坑、預制箱體。工作坑深度9.0 m，采用直徑1.0 m、長度22 m的密排鉆孔灌注樁作為基坑的圍護結(jié)構，并在樁頂澆注鋼筋混凝土帽梁使各樁之間形成可靠的聯(lián)接；在樁背面設置深層攪拌樁止水帷幕，防止地下水滲流；為減少密排樁的變形，在基坑內(nèi)沿灌注樁周邊用密布攪拌樁（作業(yè)條件受限時可采用高壓旋噴樁）進行被動區(qū)加固，提高被動區(qū)的抗力，減少支護結(jié)構的變形（見圖3）；為提高地基承載力，分別采用高壓旋噴樁和深層攪拌樁對鐵路路基本體、道路路面、工作坑基地進行加固。

圖3 深基坑支護樁示意圖

⑶框架橋南側(cè)引道工程在U型槽工作斷面開挖完成、修整墊層底平面時，發(fā)生密排鉆孔圍護樁整體往基坑內(nèi)倒塌事故。事后經(jīng)過研究分析，工程搶工期、樁體未達到設計強度以及開挖順序不合理等不利因素的疊加是事故發(fā)生的主要原因。深基坑挖土施工必須按方案確定的開挖速度、順序進行，在軟土地區(qū)只要發(fā)生鉆孔樁局部應力超限，圍護結(jié)構極易發(fā)生整體失穩(wěn)。

5 軟土地基處理注意事項

(1)做好相關穩(wěn)定性檢算

①路堤滑動穩(wěn)定性檢算:穩(wěn)定性安全系數(shù)一般采用圓弧法分析檢算，安全系數(shù)不得低于1.10。

②路堤填筑臨界高度檢算：填筑臨界高度即快速填土、使地基不產(chǎn)生固結(jié)、不考慮列車荷載影響，路堤所能填筑的最大高度。

③深基坑支護結(jié)構穩(wěn)定性檢算：綜合考慮主動土壓力、被動土壓力對圍護結(jié)構的影響，檢算樁體位移量、整體穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)。

④以上檢算各項指標選定必須符合實際，否則會影響檢算結(jié)果的準確性。施工單位的自檢很有必要，雖然檢算過程復雜，但是能夠通過檢算提前發(fā)現(xiàn)問題；近幾年推廣使用的路堤和深基坑設計檢算軟件能在很大程度上提高檢算效率。

(2)樁體強度、單樁承載力、復合地基承載力必須經(jīng)檢測達到設計標準方可進行下一道工序。

(3)制訂全面的變形和位移觀測方案并在施工過程中認真落實，發(fā)現(xiàn)位移變形超限，立即停止施工，查找分析原因，確定應對措施。

(4)各種地基加固措施、深基坑開挖等關鍵施工項目必須編制專項施工方案經(jīng)有關單位審查批準后實施，確保方案科學、措施安全、經(jīng)濟合理。

6 結(jié)束語

經(jīng)過對連云港地區(qū)軟土長期的研究、實踐，雖然取得了一定的技術依據(jù)、掌握了一些軟土地基加固處理辦法，但由于軟土情況的復雜多變性，地基加固處理措施應綜合考慮土體特性、建筑等級、施工工期、工程造價等因素合理選擇。

在地基加固工程施工前應根據(jù)設計方案進行局部的路堤填筑和工藝性樁點試驗，驗證設計方案和有關參數(shù)，掌握現(xiàn)場實際資料，及時完善施工方案；軟土地區(qū)路堤應超前安排施工，加強預壓固結(jié)、提高地基強度、降低加固成本、減少工后沉降；地基加固時必須對鄰近的建筑設備進行密切觀測，防止樁體施工產(chǎn)生的集中應力影響既有設備安全。