盤錦港疏港鐵路軟基加固處理設計

袁 報

(中鐵二院工程集團有限責任公司，山東濟南 250012)

0 引言

盤錦港疏港鐵路位于遼寧省盤錦市境內，線路全長48.9 km。國鐵Ⅰ級，單線，預留雙線，設計速度120 km/h。

1 地基加固處理設計概況

沿線經過區域為遼河沖積平原，地形平坦開闊，植被稀少，交通十分方便。年平均溫度9.4℃，極端最低氣溫－29.9℃，年平均降水量632.8 mm，年平均蒸發量1 535 mm。積雪厚度20 cm，土地標準凍結深度為103 cm，屬于季節性凍土。路基工點類型主要為軟土、松軟土及砂土液化等路基工點，共42處，累計長度34.3 km。

2 工程地質條件

該測區上覆第四系全新統(Qml4)人工填筑土，第四系全新統沖積(Qal4)、海積層(Qm4)粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粉砂、粉土、細砂。主要巖土力學指標如下:

②粉質粘土(松軟土):γ =18.5 kN/m3，C=13 kPa，φ =12°，［σ］=120 kPa，Es=4 MPa;

③淤泥質粉質粘土(軟土):γ =17 kN/m3，C=10 kPa，φ =6°，［σ］=80 kPa，Es=2.5 MPa;

④粉土:γ =19 kN/m3，C=11 Pa，φ =14°，［σ］=150 kPa，Es=5 MPa。

3 水文地質

3.1 地下水分布及特征

測區內地表水發育，地下水主要為第四系孔隙潛水，埋藏較淺，埋深在 1.0 m ～3.5 m。

3.2 沿線水質對混凝土侵蝕性評價

沿線地表水、地下水SO2－4對混凝土結構侵蝕等級為H1～H2;Cl－對混凝土結構侵蝕等級為L1～L3。

4 地震動參數

本線范圍內地震動峰值加速度為0.10g～0.15g，相應地震動反應譜特征周期為 0.45 s～0.55 s。

5 設計控制標準［2］

5.1 軟土路基穩定檢算安全系數

施工期安全系數［Fs］≥1.10;運營期安全系數［Fs］≥1.20。

5.2 軟土路基工后沉降要求

一般路堤地段工后總沉降不大于20 cm，沉降速率不大于5 cm/年;路橋過渡段工后沉降不大于10 cm。

5.3 軟土路基承載力要求

1)填高小于基床厚度的低路堤，地基承載力應滿足相關規范的要求。

2)復合地基處理后的地基，承載力應滿足下式要求:

其中，pk為路基底面處壓力值，kPa;［σ］為處理后地基容許承載力，kPa;k為地基承載力計算修正系數，對于路堤、場坪等柔性基礎地基其值可取1.2 ～1.5。

6 地基加固檢算

6.1 承載力驗算［1-3］

1)單樁豎向承載力特征值計算。

水泥攪拌樁單樁豎向承載力特征值應通過現場載荷試驗確定。按式(2)，式(3)計算取較小值，CFG樁按式(2)計算，滿足式(4)要求。

其中，Pf為水泥攪拌樁:為與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內加固土試塊在標準養護條件下90 d齡期的立方體抗壓強度平均值，本工程取1.6 MPa;CFG樁:樁體混合料試塊(邊長150mm立方體)標準養護28 d立方體抗壓強度平均值，本工程取10 MPa;η為樁身強度折減系數，干法可取 0.20 ～0.30;濕法可取0.25 ～0.33，本工程為濕法取0.30;up為樁的周長，m;n為樁長范圍內所劃分的土層數;qi為樁周第i層土的側阻力特征值。對淤泥可取4 kPa～7 kPa;對淤泥質土可取6 kPa～12 kPa;對軟塑狀態的粘性土可取10 kPa～15 kPa;對可塑狀態的粘性土可以取12 kPa～18 kPa;li為樁長范圍內第i層土的厚度，m;qp為樁端地基土未經修正的承載力特征值，kPa;α為樁端天然地基土的承載力折減系數，本工程水泥攪拌樁取0.4，CFG樁取1。

水泥攪拌樁采用樁徑0.5 m，由式(3)可求得［P］=94.25 kN;當 qi取12 kPa時，qp取150 kPa，當 li取4.5 m 時，由式(2)可求得［P］=96.6 kN，軟土深度基本上均超過4.5 m，故［P］取94.25 kN。

對于CFG樁，28 d無側限抗壓強度不小于10 MPa，采用式(2)計算時，α取1，采用沉管施工，當qi取12 kPa時，qp取750 kPa，當li取15 m時，得［P］=324 kN，代入用式(4)驗算滿足要求。

2)復合地基承載力計算。

復合地基承載力可按TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術規程估算:

其中，σsp為復合地基容許承載力，kPa;σs為樁間土天然地基容許承載力，kPa;β為樁間土承載力折減系數。水泥攪拌樁當樁底為軟弱土層時，可取0.5～1.0;樁底為硬土層時，可取 0.1～0.4;CFG 樁可取0.75～0.95;m 為置換率，一般可取10%～20%;A為樁所承擔的復合地基面積，m2。

3)路基基底壓力可采用簡化方法γH法。γH法中的路基基底壓力pk按下式進行確定:

其中，γ為路基填料容重，kN/m3;h為路堤填方高度，m;B為路堤基底寬度，m;Q為列車荷載，kN/m;P為鋼軌、軌枕、道床總重(根據軌道類型及道床形式尺寸計算確定)，kN/m。

表1 水泥攪拌樁復合地基承載力計算表

從表1可以看出當k取1.2時，對地基承載力進行修正后，路基填高 h≤7.5 m 路堤地段，樁間距 1.2 m;7.5 m ＜ h≤8.5 m 地段，樁間距1.1 m;8.5 m ＜h≤9.5 m 地段，樁間距 1.0 m，承載力驗算基本滿足要求。

從表2可以看出，當k取1.2時，對地基承載力進行修正后，路基填高h≤10 m的路堤地段，樁間距1.8 m，承載力驗算基本滿足要求。

6.2 穩定計算

路堤和地基的整體穩定性宜采用圓弧滑動法進行計算。根據TB 10001-2005鐵路路基設計規范和TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術規程相關規定進行計算。

6.3 沉降計算

1)地基壓縮層計算深度應考慮路堤高度、地層結構及地基土特性等因素按下列要求綜合確定，地基壓縮層的計算深度應滿足下式要求:

其中，σz為沉降計算深度z處的地基垂直附加應力，kPa;σt為沉降計算深度z處的地基自重應力，kPa。

2)天然地基和采取排水固結法處理后地基的總沉降量可按下式計算:

其中，ms為沉降經驗修正系數，與地基條件、荷載強度、加荷速率等因素有關:對于飽和軟粘性土，采用堆載預壓排水固結法處理時，其值可取1.2 ～1.4。

表2 CFG樁復合地基承載力計算表

3)復合地基的總沉降量可按下式計算:

其中，S1為加固區沉降量，m;S2為下臥層沉降量，m;ms為沉降經驗修正系數，與地基條件、荷載強度等因素有關，根據地區沉降觀測資料及經驗確定。對于軟土地基，其值可取1.0～1.2;對于非軟土地基，可根據區域工程經驗取值。

4)地基工后沉降量應按下式進行計算:

其中，Sr為工后沉降量，m;S為最終沉降量(或稱總沉降量)，m;ST為上部建筑物竣工或路基竣工鋪軌完成己經發生的沉降量(或稱施工期沉降量)，m。

表3 路基穩定性安全系數和沉降量計算成果一覽表

路基穩定性安全系數和沉降量計算成果見表3。

7 結語

盤錦港疏港鐵路路基正線及站線路基地基加固處理采用水泥攪拌樁，局部橋頭地段采用CFG樁。場坪區域采用水泥攪拌樁和塑料排水板加固。水泥攪拌樁按正三角形布置，樁間距一般區域1.2 m;過渡段1.0 m ～1.1 m。橋頭局部地段采用 CFG樁，按正方形布置，樁間距1.6 m～1.8 m。塑料排水板按正三角形布置，間距1.0 m，塑料排水板與水泥攪拌樁連接區域設置不小于2 m的過渡段，段內水泥攪拌樁間距1.6 m，塑料排水板間距仍保持1.0 m。樁或板頂設置不小于0.4 m厚的加筋砂礫石墊層，墊層內鋪設一層抗拉強度80 kN/m雙向土工格柵。

［1］鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊·路基［M］.北京:中國鐵道出版社，1992.

［2］TB 10106-2010，鐵路工程地基處理技術規程［S］.

［3］TB 10001-2005，鐵路路基設計規范［S］.