鐵路路基工程透鏡狀軟土沉降分析及加固設計

摘要 在鐵路路基基底軟土加固設計過程中，通常易受地勘資料精度不足及復雜多變的地質情況影響，致使加固措施與現場實際地質情況不相符，從而導致鐵路路基產生沉降變形，進而影響鐵路行車安全。該文以某境外鐵路車站路基基底透鏡狀軟土加固處治為實例，通過對其沉降原因進行研究分析，提出了適應該類軟土地層的地勘建議及其加固設計措施，以確保路基工程的整體穩定性。該設計的成果和經驗可為類似透鏡狀軟土路基的地質勘測及設計提供參考。

關鍵詞 路基工程；透鏡狀軟土；沉降分析；加固設計

中圖分類號 U213.14 文獻標識碼 B 文章編號 2096-8949（2024）14-0101-03

0 引言

某境外鐵路工程項目Kasi車站位于中低山山間河谷盆地內，地形低洼平緩，地表水系發達，區域內多為水田及水塘分布。車站以路基形式通過，下部基底多為松軟土、軟土，并呈透鏡狀分布。軟土起伏較大，深度不均，極易導致路基出現沉降或滑移等現象，鐵路運營存在較大安全隱患。在勘測過程中，應詳細探明下部基底軟土性質、力學指標及分布情況，為設計提供更加精準、翔實的地勘資料，確保路基工程設計方案更安全可靠、科學合理。

1 車站概況

1.1 工程概況

Kasi車站為該鐵路工程的一般中間站，公路接入便利，有較好的客貨集散條件，站內設到發線3條（含正線），站房面積1 500 m2，車站全長約2 100 m，均為路基工程，路基填高3～6 m[1-2]。

1.2 地質概況

車站內DK240+240～DK240+440段范圍原地表為水塘，經鉆孔揭示：上覆第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）淤泥質黏土、松軟土、粉質黏土，未見下覆基巖。地層巖性分述如下[1-2]：

lt;4-18gt;淤泥質黏土：褐灰、灰黑色，軟塑～流塑狀，黏性較好，土質不均，局部為灰褐色軟黏土，含有少量圓礫，廣泛分布于測段魚塘表層，厚2～22 m。

lt;4-2gt;松軟土：以粉質黏土為主，青灰、灰褐、褐黃色，軟塑，土質較純，黏性較好，局部含有圓礫、卵石，粒徑一般5～6 cm。分布于魚塘底部，厚0～6 m，局部較厚。

lt;4-15gt;粉質黏土：褐黃、棕黃色，硬塑，局部軟塑，黏性較好，局部為粉質黏土，土質不均，含有黑色鐵錳質斑點及圓礫，粒徑2～4 cm，局部圓礫含量較高。

各層巖土物理力學指標見表1：

1.3 原設計措施

根據地勘資料，對DK240+240～DK240+440段路基下部基底軟土采用水泥攪拌樁進行加固，水泥攪拌樁樁徑φ50 cm，正三角形布置，樁間距1.1 m，加固深度4～16 m。水泥攪拌樁打穿軟弱土層，進入持力層（黏土層）不小于0.5 m，樁頂鋪設0.4 m厚的碎石格柵墊層，要求加固后復合地基承載力不小于150 kPa，單樁承載力不小于105 kN。

1.4 存在問題

在下部軟土水泥攪拌樁加固措施施工完成后，進行上部路基本體及基床填筑碾壓過程中，發現DK240+350～DK240+410段路基面發生明顯沉降，其中DK240+380處沉降量最大，并呈曲線沉降趨勢（如圖1所示），且路基坡腳出現明顯位移，坡腳外側2～6 m范圍原地面有明顯鼓包隆起現象。

2 沉降原因分析

經對DK240+350～DK240+410段進行補充地質鉆孔，并對沉降區域內已實施的水泥攪拌樁進行取芯驗證，經綜合分析后，得出沉降主要原因如下：

（1）透鏡體狀軟土深度起伏大。

經對沉降段進行地質鉆孔補勘后揭示：該段路基受原始沉積環境的影響，分布較厚的巖土性質多為淤泥質軟土，呈透鏡狀，地層起伏較大，與原地勘資料差異較大；且局部軟土層厚度產生突變，軟土埋深較原設計深1～7 m（如圖2～3所示），軟土深度分布情況難以精準判定，原設計水泥攪拌樁樁底未置于有效持力層。

（2）水泥攪拌樁成樁質量差。

選取4根已施工的水泥攪拌樁進行取芯驗證，經試驗檢測后，其結果為水泥攪拌樁由上至下0～2 m范圍段水泥含量約85%，2～8 m范圍段水泥含量約40%，8～10 m段范圍水泥含量約30%。水泥攪拌樁僅上部黏土層加固深度范圍內水泥含量高，下部淤泥質黏土層加固深度范圍內水泥含量均較低，水泥攪拌樁整體成樁質量較差（如圖4所示）。由此表明，水泥攪拌樁不宜用于變化后的淤泥質土層加固處理，路基基底復合地基巖土力學性質未得到有效改善，無法承載上部路基填料荷載，進而導致路基沉陷。

3 加固方案設計

根據地質鉆孔補勘資料及沉降原因分析結果，結合水泥攪拌樁平面樁位布置情況，對DK240+350～DK240+

410沉降段采用CFG樁及預應力方樁“多樁型復合式”地基加固設計處治（如圖5所示）。

3.1 CFG樁加固設計

對DK240+350～DK240+410沉降段基底采用CFG樁進行加固，CFG樁樁徑φ50 cm，正三角形布置（與原水泥攪拌樁插空布置），樁間距2.2 m，加固深度7～23 m，CFG樁打穿軟弱土層，樁底置于持力層（黏土層）內不小于0.5 m。樁頂設置直徑為1 m的圓形樁帽，樁帽采用C35混凝土現澆（如圖6所示）。要求復合地基承載力不小于200 kPa，單樁承載力不小于300 kN。施工前應進行室內配比試驗，開展現場成樁工藝試驗，以檢驗設備、工藝、施工工序是否適宜該段落地層，并確定CFG樁樁身混合料的配合比、坍落度、攪拌時間等各項工藝參數[3-5]。

3.2 預應力方樁加固設計

根據CFG樁鉆孔記錄成果，及時對DK240+350～DK240+410沉降段下部透鏡體軟土地層線進行核實、驗證，并對局部地層分界線進行動態修正細化，用于確定預制方樁樁身長度。預制方樁樁徑采用40 cm×40 cm，正三角形布置，樁間距2.2 m，加固深度15～25 m，樁長要求打穿軟弱土層，進入持力層（黏土層）不小于2 m，單樁豎向承載力最大特征值400 kN。樁頂設置邊長為1.0 m的方形樁帽，樁帽采用C35混凝土預制（如圖7所示），樁帽底面預留深5 cm樁身凹槽，樁帽頂部鋪設0.6 m厚的碎石格柵墊層。預應力方樁采用靜壓法施工，接樁采用焊接或鋼制法蘭盤連接。預制方樁終樁后應進行復壓，對施工過程中因擠壓出現的浮樁應進行樁體完整性檢測、糾偏、接長后，再進行復壓[3-5]。

3.3 加密監測

對DK240+350～DK240+410沉降段路基及鄰近段落間隔20 m設沉降觀測斷面，于路肩設沉降觀測樁，并加密沉降觀測頻次，實時觀測該段路基工程后期的沉降變化情況。

4 加固效果

該境外鐵路自開通運營以來，根據現場監測點位沉降數據表明，Kasi車站段路基工程沉降已趨于穩定，未出現軌面下沉、翻漿冒泥、坡腳位移等情況，路肩、邊坡防護及水溝等工程未出現開裂。由此證明，CFG樁及預應力方樁交錯布置的“多樁型復合式”地基加固設計適用于透鏡狀軟土路基地段，并能持續保持著穩定的結構狀態，為鐵路安全運營提供堅實的基礎。

5 結語

在鐵路或公路路基工程勘測及設計過程中，針對地形平緩、低洼多水系區域，考慮上部土體易受水浸泡后力學指標降低等因素，從而形成季節性松軟土，并呈軟塑狀。局部地段受原始沉積環境影響，軟土層厚度易產生突變，呈流塑狀，軟土埋深起伏較大，呈透鏡狀分布。因此，在地質勘測過程中遇該類地層時，可通過加密地質鉆孔或結合樁基鉆孔記錄等手段，提高地質勘測資料的精準度，并及時動態地修正地質資料。在設計過程中，針對該類透鏡體狀軟土層，應進行多方案比選。該設計結合水泥攪拌樁、CFG樁及預應力方樁的不同特性，采用了“多樁型復合式”地基加固措施。柔性水泥攪拌樁可提升原軟土層物理力學特性，提升半剛性CFG樁及剛性預制樁樁周側向約束。半剛性CFG及剛性預制樁則主要承擔上部荷載傳替的豎向應力，此類多種樁型的交錯布置加固措施，可有效提高下部基底透鏡狀軟土層的整體穩定性，為鐵路安全運營提供堅實的基礎。

參考文獻

[1] 中鐵二院工程集團有限責任公司. 新建鐵路磨丁至萬象線初步設計文件[R]. 成都：中鐵二院工程集團有限責任公司，2016.

[2] 中鐵二院工程集團有限責任公司. 新建鐵路磨丁至萬象線施工圖總說明[R]. 成都：中鐵二院工程集團有限責任公司，2018.

[3] 中鐵第四勘測設計院集團有限公司. 鐵路特殊路基設計規范：TB 10035—2018 [S]. 北京：國家鐵路局，2018.

[4] 中鐵第一勘測設計院集團有限公司. 鐵路路基設計規范：TB 10001—2016 [S]. 北京：國家鐵路局，2017.

[5] 中鐵四局集團有限公司. 客貨共線鐵路路基工程施工技術規程：Q/CR 9651—2017 [S]. 北京：中國鐵道出版社，2017.

收稿日期：2023-12-21

作者簡介：雷沖（1988—），男，本科，工程師，從事軌道工程建設管理工作。