水泥土攪拌樁在鐵路軟土路基處理中的應(yīng)用

胡欣明

0 引言

水泥土攪拌樁加固機(jī)理是用水泥做固化劑，通過(guò)使用特制的攪拌機(jī)械，在鉆進(jìn)的同時(shí)往軟土中噴射水泥漿液，在地基深處將軟土固化成為具有足夠的強(qiáng)度、變形模量和穩(wěn)定性的水泥土，這些加固土、柱體與柱體間的土構(gòu)成了一種復(fù)合地基，從而達(dá)到地基加固的目的。水泥土攪拌樁加固的特點(diǎn)是施工工期短，效率高，施工中無(wú)振動(dòng)，無(wú)噪聲，無(wú)地面隆起，不排污，不擠土，不污染環(huán)境，施工工具簡(jiǎn)易，費(fèi)用低廉等。目前，水泥土攪拌樁已成為鐵路軟土地基處理中的一種常用方法。本文結(jié)合北疆電廠鐵路專用線軟土的處理措施，探討了水泥土攪拌樁的設(shè)計(jì)方法。

1 工程實(shí)例分析

1.1 概況

北疆電廠鐵路專用線位于天津市漢沽區(qū)、寧河縣、漢沽農(nóng)場(chǎng)范圍，屬渤海流域沖積平原，沿線地形平坦開(kāi)闊，地面高程一般－1.6 m～2.1 m。多為溝渠、鹽池和魚(yú)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)，局部為鹽堿地。鹽池、魚(yú)塘一般水深1.7m，水下淤泥厚0.4m，水面離自然地面約0.5 m，村莊較集中，交通方便。

鐵路專用線屬天津北疆電廠燃煤外部運(yùn)輸配套項(xiàng)目，是保證電廠燃煤供應(yīng)的最有效途徑，對(duì)電廠的建設(shè)和正常運(yùn)營(yíng)起著關(guān)鍵的支撐作用。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告揭示線路范圍內(nèi)地層按沉積類(lèi)型主要有:第四系人工填筑土(Q，第四系陸相沉積層(Q，海相沉積層(Q)。現(xiàn)將地層由新到老分述如下:

沿線水系發(fā)育，地下水埋藏較淺，埋深在0.5 m～1.5 m，水量豐富，為松散層孔隙潛水。地下水屬于SO·Cl－—K+·Na+型水，水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

根據(jù)國(guó)家地震局頒布GB 18306-2001中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，本線范圍內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g。

1.3 設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)

鐵路路基工程對(duì)基本承載力、穩(wěn)定、沉降都有嚴(yán)格的要求;北疆電廠鐵路專用線要求天然地基基本承載力不小于130 kPa、未經(jīng)地基處理的路堤整體沿基地及基底下軟弱層的抗滑最小穩(wěn)定系數(shù)大于1.25、路基工程的工后沉降小于30 cm;北疆電廠鐵路專用線未經(jīng)地基處理;②粉質(zhì)粘土為持力層，天然地基基本承載力僅為80 kPa、經(jīng)計(jì)算北疆電廠鐵路專用線未經(jīng)地基處理的路堤整體沿基地及基底下軟弱層的抗滑最小穩(wěn)定系數(shù)為0.64、未經(jīng)地基處理的路基工后沉降為72 cm，遠(yuǎn)不能滿足承載力、穩(wěn)定和沉降的要求。

為了滿足鐵路的穩(wěn)定與安全運(yùn)營(yíng)，需要對(duì)北疆電廠鐵路專用線進(jìn)行地基處理。

1.4 地基處理方案的選擇

1.4.1 地基處理方案選擇原則

1 )必須滿足地基承載力要求;

2 )必須滿足鐵路路基穩(wěn)定要求;

3 )必須滿足地基沉降變形要求;

4 )要考慮工期及為建設(shè)單位節(jié)約資金。

1.4.2 地基處理方案的比較

由于本工程投資控制較緊，工期要求較短，通過(guò)對(duì)造價(jià)、工期和施工等多方面的綜合考慮，最后決定采用水泥攪拌樁作為地基加固方案。水泥攪拌樁設(shè)計(jì)參數(shù)為:樁長(zhǎng)7.0 m～9.0 m，樁徑φ=50 cm，樁間距s=110 cm～120 cm，正三角形布置?？紤]到地下水具有一定的腐蝕性，因此攪拌樁固化劑采用P.S42.5礦渣硅酸鹽水泥，添加抗硫酸鹽、氯鹽、鎂離子復(fù)合侵蝕混凝土防腐劑。

2 水泥土攪拌樁計(jì)算與分析

因北疆電廠鐵路專用線區(qū)間路基地質(zhì)情況基本相似，選取N1SDK3+500.00為代表性斷面進(jìn)行計(jì)算。

2.1 水泥土攪拌樁方案計(jì)算

2.1.1 單樁豎向承載力特征值計(jì)算

單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定，也可按式(1)估算，并應(yīng)同時(shí)滿足式(2)的要求，應(yīng)使由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力大于(或等于)由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力［P］:

根據(jù)式(1)，式(2)結(jié)合各土層物理力學(xué)指標(biāo)，可求得Ra= 110.39 kN，取110 kN。

2.1.2 復(fù)合地基承載力計(jì)算

復(fù)合地基承載力可按TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程估算:

根據(jù)式(3)，式(4)結(jié)合各土層物理力學(xué)指標(biāo)，可求得σsp= 134.088 8 kPa，取134 kPa＞130 kPa，滿足北疆電廠鐵路專用線要求。

2.2 穩(wěn)定計(jì)算

軟土地區(qū)一般選用圓弧法進(jìn)行計(jì)算(見(jiàn)圖1)，尋找危險(xiǎn)圓弧的圓心及半徑進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析。根據(jù)TB 10001-2005鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范和TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)計(jì)算在水泥土攪拌樁地基處理后邊坡最小穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.35，滿足穩(wěn)定的要求。

2.3 沉降計(jì)算

路基工后沉降為主要地基沉降(路基本體沉降有限)，考慮到該工程時(shí)間的緊迫性以及當(dāng)時(shí)勘測(cè)設(shè)計(jì)的環(huán)境條件，主要以施工階段觀測(cè)的實(shí)際沉降值計(jì)算、驗(yàn)證工后沉降設(shè)計(jì)值(專用線沒(méi)有要求，按照Ⅱ級(jí)鐵路考慮工后沉降應(yīng)小于30 cm)，鐵路工程是百年大計(jì)，工后沉降按100年計(jì)，工后沉降計(jì)算公式為:

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已經(jīng)發(fā)生的沉降量(或稱施工期沉降量)，m。

根據(jù)式(3)，式(4)結(jié)合各土層物理力學(xué)指標(biāo)，可求得地基處理后工后沉降Sr=23.3 cm，滿足沉降的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

北疆電廠鐵路專用線工程地質(zhì)情況為沿海軟土地層，結(jié)合具體情況，采取了水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理方案，驗(yàn)算表明，方案滿足工程要求，鐵路竣工運(yùn)營(yíng)一年以來(lái)，效果良好，路基不均勻沉降得到了有效控制，設(shè)計(jì)與施工是成功的。

［1］ 鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)·路基［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1992.

［2］ TB 10106-2010，鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］ TB 10001-2005，鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］ 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.新建鐵路北疆電廠施工圖設(shè)計(jì)［Z］.2007.