埋入式樁板結構在無砟軌道軟土地基處理中的應用

李 杰

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063)

滬寧城際鐵路起于上海市，沿既有滬寧線走廊穿行，經(jīng)蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江，終于江蘇省南京市。線路全長約300 km，全線約170 km并行既有滬寧鐵路，丹陽以東為長江沖積平原，深厚層軟土發(fā)育。滬寧城際鐵路設計時速300 km，全線鋪設CRTSⅠ型板式無砟軌道。全線路基長度94.23 km，約占線路總長的31.4%，深厚層軟土沉降控制難度大，并行既有線施工安全要求高，埋入式樁板結構較好地解決了上述兩個問題。

1 工點概況

1.1 工點概況

DK225+283.35～DK226+151.68段路基位于江蘇省蘇州市境內(nèi)，該段路基全長860.99 m，路堤填高2.5～4.1 m，路基面寬度13.4 m，其中DK225+551.65～+578.31段路基下穿既有公路。路基左側并行既有滬寧線，為國內(nèi)最重要的Ⅰ級干線，新建滬寧城際鐵路中心距離既有線砟肩約16 m。

1.2 工程地質條件

該段線路通過太湖沖湖積平原區(qū)，地形平坦開闊，多辟為水田及菜地。軟土及松軟土分布較廣，地下水主要為孔隙潛水，受大氣降水補給影響，水位埋深約0.5～2.0 m。地表水、地下水氯鹽環(huán)境作用等級為L1級。地基土分層物理力學性質指標詳見表1。

表1 地基土分層物理力學性質指標

2 地基加固設計方案

2.1 地基處理方案設計

無砟軌道結構對路基工后沉降提出了嚴格的要求，路基工后沉降控制標準為工后沉降一般不應超過15 mm;路橋交界處的差異沉降不應大于5 mm。如根據(jù)通道內(nèi)軟基處理試驗成果和地方巖土工程經(jīng)驗，采用常規(guī)的攪拌樁、旋噴樁等水泥土復合地基加固措施難以滿足設計要求而達到近于“零”沉降的控制的目的，采用剛性樁進行加固是解決問題的有效方法。工程設計前，首先進行了地基處理方案比選。

方案一:預應力管樁處理方案，根據(jù)工點工程地質條件經(jīng)檢算分析，該段路基最長樁長需46m。管樁規(guī)范規(guī)定選取管樁型號時，其長徑比不得超過1∶100，其樁間距為樁徑的4～5倍。若采用樁徑為0.4 m管樁，則樁間距為1.6～2.0 m，采用樁徑為0.5 m管樁，則樁間距為2.0～2.5 m;

方案二:鉆孔樁+C35鋼筋混凝土板梁埋入式樁板結構，鉆孔樁樁徑0.8 m，樁長46 m，板梁厚0.8 m，鉆孔樁橫向間距2.6 m，縱向間距7.0 m+8.0 m+7.0 m。板梁從兩側橋頭向中心布置，板梁縱向節(jié)長27.0 m，板梁與板梁間設0.02 m伸縮縫，每塊板梁布置20根樁。方案比選主要考慮了以下因素。

(1)該段路基下臥層有厚約4 m的雙層粉砂層及約10 m厚的粉質黏土硬層，同時路基右側緊臨既有線，右側坡腳與既有滬寧線只有5.28 m;如若采用管樁加固，無論是靜壓還是打入法施工，管樁都難以穿過黏土硬層及粉砂層，同時因擠土效應容易引起地面隆起，導致既有線軌面變形，影響既有線運營安全。

(2)其中DK225+551.65～+578.31段路基下穿既有公路，路基面與公路梁底凈空只有11.5 m;預應力管樁鉆機機具高度約26.9 m，不能滿足凈空高度要求。

(3)經(jīng)濟性比較，采用管樁加固，樁基處理總費用約2 056萬元，采用鉆孔樁埋入式樁板結構加固，總費用約2 200萬元，鉆孔樁比管樁造價高約7%。

綜合分析以上3個因素，本工點推薦方案二，見圖1～圖2。

圖1 鉆孔樁平面布置(單位:m)

2.2 沉降估算

工后沉降主要是樁端平面以下、當前荷載作用下的殘余沉降以及后期使用荷載作用下產(chǎn)生的沉降。由于本工點路堤填高不大，通過加強材料質量控制和提高基床以下路堤壓實標準后不考慮路基本體(含基床)的工后沉降。加固處理部分，因采用了強度高、剛性大的鉆孔樁，在選取良好持力層的基礎上不考慮樁區(qū)(加固部分)的工后沉降。

圖2 鉆孔樁橫斷面布置(單位:m)

樁端以下變形參數(shù)選取采用分層總和法求總沉降，壓縮變形參數(shù)選取地基土在自重壓力至自重壓力加附加壓力作用時的壓縮模量(MPa)，地下水位以下采用浮容重。壓縮層計算厚度按附加應力等于0.1倍自重應力確定。樁端應力采用應力擴散法計算，對DK225+283.3、DK225+725、DK226+150斷面進行沉降計算。

(1)DK225+283.3斷面有荷條件下無加固措施的工后沉降為170.4 mm，不滿足15 mm要求，采用鉆孔樁加固措施后工后沉降為14.3 mm，橋路過渡段總沉降16.5 mm，差異沉降2.2 mm，滿足路橋交界處的差異沉降不應大于5 mm的要求。

(2)DK225+725斷面鉆孔樁下臥層有荷條件下沉降合計為16.7 mm，無荷沉降合計為3.2 mm，工后沉降為13.5 mm，滿足工后沉降一般不應超過15 mm的要求。

(3)DK226+150斷面鉆孔樁下臥層有荷條件下沉降合計為23.1 mm，無荷沉降合計為8.4 mm，工后沉降為14.7 mm，橋路過渡段總沉降16.5 mm，，差異沉降1.8 mm，滿足路橋交界處的差異沉降不應大于5 mm的要求。

2.3 路基變形監(jiān)測設計

滿足工程建設需求的監(jiān)測測試項目主要有路基面沉降監(jiān)測、基底沉降監(jiān)測、水平位移監(jiān)測，詳見表2。

表2 監(jiān)測項目及位置

3 鉆孔灌注樁施工

鉆機的擺放和樁基礎施工順序為:由于地形的限制和既有線的影響，樁基施工從既有線方向往遠離既有線方向施工，能更好地方便測量和泥漿循環(huán)。

鉆孔灌注樁施工分為施工前準備、鉆孔、清孔、鋼筋籠的制作及安放、灌注水下混凝土及質量檢測等幾個階段。對于鉆孔樁施工過程中常見的質量缺陷應提前預防，并采取合理的應對措施。

(1)鉆孔泥漿控制:入孔的泥漿比重為1.2～1.3，孔底的泥漿比重砂黏土時不宜大于1.3。黏度，一般地層16～22 s，松散易坍地層19～28s。含砂率，新制泥漿不大于4%。膠體率，不小于95%。pH值大于6.5。

(2)成孔質量控制:鉆機安裝平穩(wěn)，開孔時應慢轉、輕壓、小泵量鉆進，同時選擇性能良好的鉆頭，遵偱“一次清孔為主，二次清孔為輔”的原則，確保成孔孔徑、孔斜、沉渣厚度指標達到設計要求。

(3)鋼筋籠的制作及安放:鋼筋籠制作前應將主筋校直，清除表面污垢、銹蝕等，鋼筋籠采用環(huán)形模制作，同時必須輕提緩放，下遇阻力應立即停止，查明原因并進行處理后再行下放，嚴禁高起猛落，強行下放。

(4)水下混凝土灌注控制:水下混凝土灌注是鉆孔樁施工的關健工序，容易埋導管，混凝土產(chǎn)生夾泥、空洞、離析等質量缺陷，灌注過程中應正確撐握導管的提升與拆除，經(jīng)常活動導管，反復插動，以利于水下混凝土密實，首斗灌注量必須確保導管底部埋入混凝土面1.3 m以上。

(5)樁基質量檢測:混凝土強度試件每根樁至少制取4組，每個工作班至少制取2組。孔徑、孔形和傾斜度采用探孔器進行測定。每根樁均進行超聲波無破損法或小應變檢測，檢測樁的完整性，超聲波檢測應在樁身混凝土澆筑完成后3～30 d內(nèi)進行。應按規(guī)范要求對鉆孔樁進行鉆芯取樣檢查，以檢驗樁的混凝土灌注質量。

4 沉降觀測

4.1 測點分布概況

本區(qū)段主體工程于2009年5月1日完成，共設置12個觀測斷面。觀測自2009年11月26日開始，截止時間2010年1月12日，觀測歷時48 d，觀測期次10～12期，觀測期間經(jīng)歷測點轉移、路基面級配碎石施工，底座板施工等荷載變化情況。

4.2 測量實施概況

所有水準測量應滿足二等變形等級測量技術要求，按國家一等精密水準測量方法施測，測量精度:±1 mm，讀數(shù)取位至0.1 mm。

每次觀測前，都對水準儀進行了校驗，觀測置鏡點、觀測路線、觀測人員、觀測設備固定，轉點位置使用尺墊，并且在成像清晰穩(wěn)定的條件下進行觀測。下部結構的沉降變形觀測按照固定的觀測路線和觀測方法進行，觀測路線形成附合或閉合路線，使用固定的工作基點對應沉降變形觀測點進行觀測。

4.3 沉降變形觀測數(shù)據(jù)分析

本區(qū)段共設24個測點，根據(jù)觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知:

(1)該評估區(qū)段主體完工后最大累計沉降量為2.37 mm，最小累計沉降為0.31 mm，總沉降量較小;

(2)23個測點(占95.83%)在主體工程完工(路基施加預壓荷載或架梁完成)后，累計沉降量小于2 mm，起伏變化量小于3 mm，且最后一個月的觀測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)連續(xù)下沉現(xiàn)象，可判定為滿足沉降標準要求，認為該測點在現(xiàn)階段沉降已趨于穩(wěn)定。

5 結語

(1)對下臥層為有雙層軟土(內(nèi)有粉砂或硬土夾層)臨近既有線或下穿公路或高架道路下無砟軌道軟土路基采用“埋入式樁板結構”處理是可行的。

(2)鉆孔樁布樁時，應保證最外側加固區(qū)距離既有建筑物有一定距離，特別是對于既有運營線路，同時應加強對既有建筑物的監(jiān)測。

(3)對鉆孔樁等大型設備需確保樁基施工時不會因地形等原因導致樁機傾斜;必要時可采用換填處理，換填厚度應不小于1.5 m。

(4)實測數(shù)據(jù)表明，埋入式樁板結構總沉降量很小，遠小于設計估算沉降量，下一步應對該結構沉降特性進行研究分析，以期達到降低工程造價的目的。

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