淺談混凝土管樁在濱海軟土地基加固中的應用

趙佳權

（錦州鐵道勘察設計院有限公司，遼寧 錦州 121000）

營口港仙人島港區疏港鐵路地處遼寧省南部地區，是連接國鐵沈大鐵路與營口港的一條濱海疏港鐵路，該地區海岸線地質條件相對較差，多為淤泥質粘土，承載力多在50～80kPa之間，未經處理不能滿足鐵路路基填筑要求。

1 軟土地基病害機理

軟土是指在靜水或緩慢的流水環境中沉積，具有含水率大、孔隙比大、壓縮性高、強度低等特點的黏性土。工程特征表現為觸變性、流變性、高壓縮性、高靈敏度、低透水性以及不均勻性等。主要是由于地基土壤密度小，承載力低，鐵路軟土地基的壓縮變形致使路堤產生不均勻沉降，致使路基的整體性被破壞。因此鐵路路基在荷載作用下易產生整體的滑動失穩的趨勢。破壞形式表現為，穿越地基軟弱層的圓弧整體失穩破壞。

2 鐵路軟土地基的一般加固方法以及適用范圍和優缺點

2.1 換填墊層法

施工方法簡單，但是只適用于地表以下軟土層厚度小于3m的軟土地段；

2.2 預壓排水固結法

施工方法相對復合地基方法簡單，但施工組織設計需要留出足夠的預壓期；

2.3 復合地基加固法

碎石樁、水泥攪拌樁及預應力鋼筋混凝土管樁等樁處理方法。施工速度較快，加固效果較好，但是投資相對較高，且施工質量難保證，施工后的檢測工作較困難。而且目前采用的樁體處理軟土地基有如下缺點：

碎石樁的加固地基的原理是在地基中設置碎石樁，形成復合地基以提高地基承載力和減少沉降。碎石樁具有良好的透水性，在鐵路荷載的作用下地基土固結，工后沉降較大，另外碎石樁屬于散體材料，其樁體承載力取決于樁周土能提供的側限力，所以當地基土提供的側限力較小時，采用碎石樁處理軟土地基，地基承載力提高幅度較小，甚至會產生堆樁的現象。

水泥攪拌樁是利用水泥深層攪拌機將固化劑（水泥漿外摻一定的摻和劑）與地基土強制就地攪拌形成水泥土樁，由于水泥攪拌樁的成樁過程都在地下，水泥漿與土是否攪拌均勻，水泥樁的整體性很難把握，特別是遇到粘性地基土，土粘鉆,很難攪拌。

預應力鋼筋混凝土管樁是通過打樁機將預應力鋼筋混凝土管樁錘入地基土中，通過擠密和置換原理形成復合地基，由于直接錘擊鋼筋混凝土管樁，成樁過程中容易斷樁、截樁，另外采用預應力鋼筋和高標號混凝土，樁體成本太高，不利于大面積推廣使用。

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3 混凝土管樁加固鐵路軟土地基介紹

3.1 混凝土管樁樁體介紹

混凝土管樁加固鐵路軟土地基是采用工廠預制混凝土管樁，管內填筑合格C組填料，管外附著一層干燥壓縮膨脹土膜，并用塑料網格固定，通過打樁機沖擊管樁孔，同時擠密周圍土層，然后將混凝土管樁打入樁孔內，由于混凝土管樁與管樁孔間有打樁機管壁的厚度差值，故樁體與管孔間有縫隙，管樁外壁的干燥壓縮膨脹土膜就是解決縫隙的方法，原理是膨脹土遇水膨脹，正好填充縫隙，管樁和擠密后的地基形成復合地基，達到加固軟土地基的目的。在鐵路軟土地基處理過程中，樁處理中的單樁容許承載力有兩個計算指標，即材料本體的單樁承載力和樁周摩擦力及置換面積產生的單樁承載力，驗算時取兩者最小值。C30混凝土管樁材料本體的單樁容許承載力遠大于樁周摩擦力及置換面積產生的單樁承載力，故管樁替代預應力混凝土管樁樁體處理軟土地基完全可行。

3.2 混凝土管樁加固軟土地基設計

混凝土管樁加固軟土地基是依靠擠密后的土體和混凝土管樁構成復合地基，從而達到加固軟土地基的目的。本方法的優點是：加固地基效果好；施工后檢測方法簡單；投資較其它樁體處理節省；施工質量最易控制。

3.3 混凝土管樁施工工藝

①清理施工現場，布置樁位；

②施工機具就位，使沉管垂直對準樁位；

③進行沉管，成樁孔，將混凝土管樁打入沉管內，拔出沉管。

④灑少量水，成樁完成。

⑤鋪設加筋墊層，加筋墊層采用5%水泥穩定碎石，厚度為0.4～0.6m,中間加鋪鋼塑土工格柵。

3.4 混凝土管樁附圖3.5設計工程實例

營口港仙人島港區疏港鐵路位于遼寧省營口市蓋州境內，是連接沈大鐵路與營口港仙人島港區的疏港鐵路，在疏港鐵路的末端為濱海地段，地質條件相對較差，屬軟土地基地段，巖土類型為粘土、淤泥質粘土，天然地基承載力為50kpa，厚度為6～8m。需要處理軟土地基的面積為23000m2，根據鐵路工程地基處理技術規范，該軟土地基地段需采用多向水泥攪拌樁處理，水泥攪拌樁處理軟土地基成本相對較高，而且工后檢測難度較大。針對本項目，分別采用水泥攪拌樁和混凝土管樁加固軟土地基做如下設計方案比選：

3.5.1 軟土地基土層參數表（表1）

3.5.2 方案比選

Ⅰ方案：多向水泥攪拌樁加固軟土地基

通過水泥攪拌樁單樁承載力驗算，水泥攪拌樁的單樁承載力為128kpa，復合地基承載力為135kpa，滿足鐵路路基基底承載力要求，水泥攪拌樁樁體按正方形布置，加固間距1.0m×1.0m,單根樁長為9m，總樁長為207000延長米，水泥攪拌樁單價為56元/延長米，總投資為1159萬元。

Ⅱ方案：混凝土管樁加固軟土地基

通過混凝土管樁單樁承載力驗算，混凝土管樁的單樁承載力為628kpa，復合地基承載力為131kpa，滿足鐵路路基基底承載力要求，混凝土管樁樁體按正方形布置，加固間距2.5m×2.5m,單根樁長20m，總樁長為73600延長米。混凝土管樁單價為120元/延長米，總投資為736萬元。

3.5.3 投資比較

綜上所述，混凝土管樁與水泥攪拌樁相比較，加固后效果基本相同，但投資節省276萬元，混凝土管樁施工較易控制，工后檢測特別方便，故采用混凝土管樁加固軟土地基方案。

結語

根據以上混凝土管樁加固軟土地基的情況，可以得出以下結論：

1）混凝土管樁處理軟土地基方案可行，方法簡便，軟土地基承載力可以達到設計規范的要求。

2）通過該方法處理軟土地基，具有設備簡單，樁體取材方便，地基加固效果明顯，同時管樁成本相對其它樁體成本較低，對工程造價控制，節約投資具有顯著的經濟效益。

3）混凝土管樁加固軟土地基是一種可廣泛推廣應用的經濟型軟土地基加固方法。

4）混凝土管樁與預應力鋼筋混凝土管樁相比，混凝土管樁打樁時不需要直接錘擊樁體本身，減少了預應力鋼筋的配置，同時混凝土的標號由C60調整到了C30，樁體成本減少了一大半。

[1]J1078-2010，鐵路工程地基處理技術規程[S].

[2]J158-2006，中華人民共和國鐵道部鐵路特殊路基設計規范[S].

[3]J447-2005，中華人民共和國鐵道部鐵路路基設計規范[S].

[4]JGJ94-2008，中華人民共和國建設部建筑樁基技術規范[S].

[5]，GB50007-2002，中華人民共和國建設部建筑地基基礎設計規范[S].