強夯聯合真空排水在鐵路集裝箱場區地基處理中的應用

那同玲

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司， 湖北武漢 430063)

上海蘆潮港鐵路集裝箱中心站位于上海市東南部南匯區蘆潮港鎮。蘆潮港鐵路集裝箱堆場區分為主箱場區、輔助箱場區、維修箱區、集卡走行區，面積約63萬m2。主箱場區含鐵路路基區(鐵路路基共4束8股道)采用龍門吊作業方式；輔助箱場區采用正面吊作業方式。主箱場箱區及輔助箱場區堆高4層，主箱場區、輔助箱場區為聯鎖塊鋪面，集卡走行區為瀝青混凝土鋪面，其余為混凝土鋪面。

1 場區工程地質慨況

場區地貌屬河口、沙嘴、沙島區，場地平坦、開闊。其地層從上至下為：

(1)表層廣泛分布褐黃—灰色的粉質黏土層(②-1層),軟塑；平均厚度2.2 m；含水量30%,IL=0.95、Es=4.39 MPa、承載力特征值80 kPa。

(2)灰黃—灰色砂質粉土層(②-3a層),松散,飽和,平均厚度6.60 m；含水量22.0%～36.0%,IL=0.6～0.81、Es=4.14～9.86 MPa、承載力特征值100 kPa。

(3)灰色粉砂、粉土層(②-3b層),呈稍密狀,平均厚度5.8 m；含水量22%～41.4%,IL=0.46～0.78、Es=8.8～11.15 MPa、承載力特征值100 kPa。

(4)灰色淤泥質黏土(④層),流塑,平均厚度9 m。含水量46.4%,IL=1.07、Es=2.19 MPa、承載力特征值50 kPa。

(5)粉質黏土(⑥層),硬塑,平均厚度3.70 m。含水量27.6%,IL=0.49、Es=6.47 MPa、承載力特征值180 kPa。

場區地層示意如圖1所示。

圖1 場區地層示意

場地地下水位埋深一般為0.5 m。

2 設計要求及技術難度

2.1 設計要求

(1)地基承載力特征值和回彈模量

根據箱場區不同使用區域的要求,確定地基處理分如下兩種處理標準：

①集裝箱區域處理深度為8 m,處理后要求地基承載力特征值≥150 kPa,有效加固深度≥6 m,回彈模量≥35 MPa。

②一般道路區域處理深度為5 m,處理后要求地基承載力特征值≥120 kPa,有效加固深度≥4 m,回彈模量≥25 MPa。

(2)地基加固后工后沉降標準

根據《港口工程地基規范》,強夯處理后,場區工后沉降應小于30 cm。不均勻沉降小于1%。

2.2 技術難度

集裝箱堆場區面積約63萬m2,地基處理面積大。正面吊走行區、集卡走行區及堆箱區等硬化鋪面對地基土承載力及回彈模量具一定要求，對地基土工后沉降及不均勻沉降也有要求。根據本地區工程地質條件,軟塑的地基表層土承載力不滿足要求,其地基土中軟塑的土、松散的粉土及軟土的分布均會使地基土壓縮產生沉降，需進行地基加固處理。如僅對地基表層換填處理,由于處理深度有限,不能解決地基沉降問題,且由于地下水位較高,更不宜挖除換填處理。因此,為減少差異沉降及工后沉降,提高地基承載力，需對地基深層處理。

根據本工程地質條件，首次在鐵路集裝箱堆場區采用強夯聯合真空排水新技術加固地基。強夯加固地基以往是單獨在填土或砂類土中采用較多。但在本工程中,表層為軟塑黏性土且地下水位高,強夯產生的孔隙水壓,使得強夯效果降低。強夯聯合真空排水加固地基,即在強夯前,先進行真空排水,降低地下水位，避免地基土產生孔隙水壓。因此,通過兩種工程措施的聯合使用(即強夯聯合真空排水),才能優勢互補,取得良好的處理效果。

3 主要技術方案比較

根據本場區地質條件,其地基表層2.2 m為軟塑粉質黏土層；其下為飽和粉土層,松散至稍密；下為軟土,埋深15 m。根據集裝箱堆場受力特點,箱區的腳點壓力使得地基受力不均勻,應力向下擴散,至地表下6～7 m,各腳點應力交匯,形成均布力。正面吊及集卡道路50%～70%的動應力在地表下3～5 m。因此,地基處理應增加上部地層的密實度，提高地基承載力，減少上部土層差異沉降。另外,由于軟土埋深較大,附加應力隨地層深度增加而減弱。

3.1 砂井加超載預壓與真空預壓方案

砂井加超載預壓方案,因上海地區取棄土困難,大面積堆載預壓不現實,其次施工工期長。另一方面,該方案對地基表層承載力提高效果也不好；采用真空預壓,因地層上部有②-3層粉砂粉土層,真空預壓方案預壓效果不好。工程造價次之。

3.2 攪拌樁處理方案

根據本場區地質條件,工程造價最高。

3.3 強夯聯合真空排水方案

上部粉質黏土、黏質粉土層是強夯加固的主要地層。采用強夯后,可增加上部地層的密實度，提高地基承載力，減少上部土層差異沉降。經技術經濟比較后采用強夯較為合理。強夯聯合真空排水加固地基措施,除投資低以外,最主要是沒有采用任何資源型加固材料，減少了取棄土場對原生態環境的破壞等諸多因素。

4 強夯聯合真空排水方案

上海蘆潮港中心站場區地基處理設計通過理論計算及工程方案比較,首次在大型集裝箱場區采用強夯聯合真空排水加固地基新技術。即在強夯前,先進行真空抽水。該方案：一是降低地下水位,避免地基土產生孔隙水壓；二是提高強夯夯擊能,避免出現橡皮土。三是抽水后強夯可固結土層。設計采用兩降三夯+碾壓，強夯為每遍夯擊3～5擊,強夯單點夯擊能為2 000～2 200 kN·M,夯點間距4～5 m正方形布置,夯擊次數3～5擊。真空排水則是將排水管按一定間距布置(間距3.0 m×4.0 m)，埋深4～8 m,利用真空泵抽水,降低地下水位。對②-3a層以上地層進行強夯處理,強夯有效加固深度為6 m左右。

5 強夯聯合真空降水試驗設計及成果

采用強夯聯合真空降水加固地基方案,根據初步確定的強夯及真空排水參數,進行現場強夯及真空排水試驗,確定和優化大面積施工參數。根據試驗,選擇合理的降水方式、最佳夯能、夯擊間距、夯擊間隔時間、夯擊次數和遍數等夯擊工藝和排水措施技術參數。試驗結論：

(1)低能量強夯結合振動碾壓對0～6 m范圍內的土體均能起到不同程度的加固作用,對0～4 m內土體的加固效果尤為明顯。

(2)低能量強夯對6～8 m范圍內土體的加固效果不是十分顯著,可認為本次試驗所采用強夯能量級的有效加固深度為6 m。

(3)載荷板試驗結果表明,經過低能量強夯地基加固后,地基承載力均大于150 kPa,達到了設計要求。

(4)單擊夯能不宜過大也不能太小,過大易過度破壞表層黏質粉土層的結構,過小則無法有效加固深部土體,根據本次測試結果,第一遍以800～1 000 kN·m為佳,第二遍以1400～1 600 kN·m為佳。

(5)綜合分析各區加固效果,擊數越多未必效果越佳,適宜的擊數應為1～2擊。

(6)綜合比較試驗區所采用的三種不同布點方式,以A1、B1、C1區所采用的4 m×4 m小間距、正方形布點方式加固效果較好,也便于施工。

(7)不同降水方式對強夯加固效果的影響并不顯著,大面積施工時建議可采用A區的降水方式。

(8)各小區不同深度處的超孔壓在強夯結束1～2.5 d后均可消散90%以上。

6 優化設計參數

通過試驗對設計參數進行了合理調整。即兩降三夯+碾壓調整為兩降兩夯；單擊夯能由2 000～2 200 kN·m調整為：第一遍以1 000 kN·m為佳,第二遍以1 600 kN·m為佳。河溝地段增加預夯2 000 kN·m，夯點間距4 m；夯擊次數由3～5擊調整為2擊，排水管間距布置由間距3.5 m×4.0 m，埋深4～8 m,調整為間距2.0 m×6.0 m，埋深4～7 m。通過試驗確定強夯及排水參數,優化了設計參數。減少投資513萬元。

7 結束語

2005年9月上海蘆潮港鐵路集裝箱中心站全部建成,同年11月通過上海鐵路局初驗委員會驗收并開通試運營。強夯聯合真空排水加固地基措施既提高地基表層承載力,又可固結地基上部土層,解決了地基土不均勻沉降，適合地下水位高的軟土地區，也為以后該地區同類工程施工提供寶貴經驗。

[1] GJ79—2002 建筑地基處理規范[S]

[2] JTJ250-980 港口工程地基規范[S]

[3] TB10012—2001 鐵路工程地質勘察規范[S]

[4] GB50021—2001 巖土工程勘察規范[S]