有軌電車一般路段軟土地基處理技術研究

楊國濤，莊 妍

有軌電車一般路段軟土地基處理技術研究

楊國濤1，莊 妍2，3

(1.南京河西新城區開發建設管理委員會，江蘇 南京210019；2河海大學 巖土力學與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098；3. 江蘇省巖土工程技術工程研究中心，江蘇 南京 210098)

結合南京河西新城現代有軌電車工程，對線路一般路段軟土地基所采用的三種不同的地基處理方法：挖除換填法、真空預壓法和真空預壓聯合水泥土攪拌樁法的加固方式和施工工藝進行詳細介紹。根據現場監測數據，分析了采用上述三種地基處理方法加固軟基后工后沉降隨時間的變化情況，結果表明：三種方法處理軟基后的工后累積沉降值分別為15.8、13.2和8.6 mm，遠小于設計允許工后沉降警戒值100 mm，可以看出，上述三種處理方法均有效加固了有軌電車一般路段軟土地基，其中水泥土攪拌樁聯合真空預壓法的加固效果要優于另外兩種方法。

有軌電車；軟土地基理; 換填法;真空預壓法; 真空預壓聯合水泥土攪拌樁法

在我國東南沿海地區分布著較為廣泛的軟土[1]，在軟土地區修建鐵路和公路時，若不對軟土地基進行很好的加固處理，路基易產生較大的沉降，從而造成鐵軌的變形和路面的開裂損壞，影響鐵路和公路的正常使用[2]。目前，我國出現了許多地基處理技術[3-4]。在高速公路和高速鐵路工程中，對軟土地基處理時常采用的方法有排水固結法，置換法，強夯法，深層攪拌法，高壓噴射注漿法，振密、擠密法及加筋技術等[5-8]。城市有軌電車作為現代城市交通新工具，在對此類工程處理軟土地基設計時國內尚沒有明確的依據可以遵循。本文結合南京河西新城有軌電車工程，對有軌電車一般路段軟基所采取的三種不同加固方式和施工工藝進行詳細介紹，并根據運營期工后累積沉降監測結果，評估三種地基處理技術對軟土地基的加固效果。

1 工程簡介

1.2 工程地質條件

南京市河西新城現代有軌電車一號線沿線地貌屬于長江漫灘單元。南京地區屬于亞熱帶季風氣候，年降水量較大，氣候濕潤。既有路段位于江山大街以北，地形平坦，待建路段位于江山大街以南，地形稍有起伏，該段線路穿越農田、菜地和部分水塘。根據野外勘探結果，軟土沿道路線全線普遍分布，地層代號2-2，且部分地段厚度較大，線路局部段存在較厚的人工填土。勘察范圍內各土層特征及力學參數指標如表1所示。1.1 工程概況

南京市河西新城現代有軌電車一號線，雙線路整體道床布置，線間距3.4～8.8 m，線路總長7 756 m。線路起點位于奧體中心東門站，沿江東南路（中分帶）-保雙街（西側）-秦新路（北側）-揚子江大道東側分布，終點位于秦新路站，設有地面站點13座。根據線路與周圍道路的關系分為兩段：起點DK0+000～DK2+760為既有路段，線路布置于既有江東東路奧體東站至江山大道路的道路中央綠化帶中，軌道的頂面與市政標高基本在同一個水平面上，路段長度為2 760 m。DK2+760～DK7+756為新建路段，路段長度為4 996 m。既有路段一般路基，采用的地基處理方法為挖除換填法，新建路段一般路基采用的地基處理方法為真空預壓法和真空預壓聯合水泥攪拌樁法。設計有軌電車運行時速度≤50 km/h，線路一般路段允許工后沉降警戒值為100 mm（路橋過渡段為30 mm）。

2 一般路段及特殊路段軟土地基處理技術

2.1 挖除換填法

既有路段線路表層主要為1-2a層素填土，厚約3.0 m，下部為軟土，厚5～8 m，軟土壓縮模量約為5 MPa。根據調查，既有路段修建通車已有 10 多年，素填土與軟土的穩定性和固結程度均較好，故采用挖除換填法地基處理方式。路基處理深度為2.0 m，基床表層采用0.4 m厚級配碎石，基床底層采用0.6 m厚二灰土。為了調整基礎不均勻沉降，在基床表層上方設置2塊寬4.6 m，高0.4 m，長25.06 m的筏板基礎，端部設置寬0.50 m，高0.20 m騎縫搭接，并在端部設置寬1.0 m，高0.3 m的枕板。挖除換填法加固既有路段一般路基軟土地基如圖1所示。

2.2 真空預壓法

新建路段的一般路段軟土厚度在5～10 m，采用真空預壓法地基處理方式，基礎采用筏板基礎。設置排水板間距為1.2 m，按梅花形布置，排水板寬度為0.1 m，厚度為4.5 mm，長度為16 m。真空預壓法加固新建路段一般路基軟土地基如圖2所示。

表1 土層特征及力學參數指標Tab.1 Parameters of soil properties for test section

真空預壓法利用真空應力和豎向排水體加速軟土固結[9]，在施工過程中應注意：設置豎向排水系統前，應先整平場地，設置排水通道，在軟基表面鋪設砂墊層，設置抽空裝置及膜內外管道。砂墊層中水平分布濾管的埋設，采用條形或魚刺形，鋪設距離要適當，為了使真空分布均勻，管上部應覆蓋200 mm后砂層。密封膜的施工是真空預壓地基加固的關鍵，砂墊層上密封薄膜，一般采用3層聚氯乙烯薄膜，應按先后順序同時鋪設，并在加固區四周，在離清基線外緣2 m開挖深0.8～0.9 m的溝槽，將薄膜的周邊放入溝槽內，用粘土或粉質粘土回填壓實，為保證氣密性好，密封不漏氣，采用膜上全面覆水封閉。當面積較大，宜分區預壓，區與區間隔距離2～6 m。在真空預壓過程中，要做好真空度、地面沉降量、深層沉降、水平位移、孔隙水壓力和地下水的現場監測工作，掌握變化情況，發現異常，應及時采取措施處理。真空預壓法的具體施工工藝流程是：地質勘查→排水體設計→排水砂墊層施工→打設豎向排水體→埋設觀測設備→埋設真空分布管→鋪設密封膜→真空泵安裝、管路連接→抽真空、觀測→效果檢驗。

2.3 水泥土攪拌樁聯合真空預壓法

圖1 挖除換填法加固軟土地基橫斷面圖Fig.1 The cross-section of soft soil foundation reinforced by replacement method

圖2 真空預壓法加固軟土地基橫斷面圖Fig.2 The cross-section of soft soil foundation reinforced by vacuum preloading method

新建路段一般路段軟土厚度在 10～18 m，采用水泥攪拌樁聯合真空預壓法地基處理方式，基礎采用筏板基礎。真空預壓施工期為3個月，當真空膜壓達到80 kPa時，設置寬0.1 m，厚4.5 mm的排水板，排水板長度設置原則為距離透水層頂面大于2 m。排水板設置間距為1.5 m，正方形布置，頂部設置0.2 m中粗砂+3層聚氯乙烯薄膜保證其真空度。設計攪拌樁樁徑為 0.5 m，樁間距為1.4 m，樁長16 m，呈梅花形布置。樁頂鋪0.6 m 砂墊層，墊層內鋪設一層雙向高強土工格柵，其抗拉強度不小于110 kN/m，鋪設土工格柵時，兩端回折不少于3.0 m。水泥土攪拌樁聯合真空預壓法加固新建路段特殊路基軟土地基如圖3所示。

圖3 水泥土攪拌管樁+真空預壓加固軟土地基橫斷面圖Fig.3 The cross-section of soft soil foundation reinforced by vacuum preloading combined with cement-soil mixing piles method

水泥土攪拌樁利用水泥與軟土之間發生的一系列物理化學反應，提高軟土的物理力學性質[10]。水泥攪拌樁在施工過程中應注意：攪拌樁一般采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥，摻入量不小于15 %，具體應該通過室內配方試驗確定。施工前應該通過工藝性試樁，掌握對該場地的成樁經驗及各種操作技術參數，要求各工點試驗樁不少于3根。攪拌樁施工時全樁上下應該重復復攪不少于一次，當樁周土為成層狀地層時，應該對相對軟弱的土層增加復攪次數，并增加水泥摻入量。施工時應定時檢查機械的成樁直徑及攪拌均勻程度，對使用的鉆頭應定期復核檢查，其直徑磨耗量不得大于20 mm。施工時應控制鉆機下鉆深度、噴粉（漿）高程及停灰面，確保樁長。在成樁過程中遇有故障而停止噴粉（漿）時，第二次噴粉（漿）時，其重疊長度不得少于1.0 m（漿體噴射攪拌樁為不小于0.5 m），接樁間隔時間不大于24 h，否則應重打該樁。施工時要隨時檢查加固料量、樁長、復攪長度以及注意是否存在異常情況。水泥土攪拌樁具體施工工藝流程是：平整場地→施工放線、設備進場→定樁位→樁機對位調平→預攪下沉、漿液配制→提升噴漿攪拌→重復上下攪拌→清洗→移位。

3 監測結果分析

本次現場監測是對有軌電車運營期工后沉降的監測，監測時間為2015年6月—2016年5月，每月監測一次，共監測12個月。由于筏板沉降變化規律是反映工后沉降的重要指標，所以本次監測的內容主要是筏板沉降觀測，通過連續觀測筏板-鋼管結構中鋼管的沉降量獲得不同階段的沉降量。監測按國家二等水準測量技術要求進行，儀器采用DSZ2型精密自動安平水準儀，配備測微器，配備精密銦瓦鋼尺及專用尺墊（5 kg），其標稱精度為0.5 mm/km，觀測點的基準點布置在軌行區影響范圍之外。

圖4為運營期12個月內工后沉降與時間關系曲線圖。從圖中可以看出，采用上述三種方法對軟基處理后，地基的工后沉降速率較為穩定。監測期內的工后累積沉降量分別為15.8、13.2和8.6 mm，遠小于設計允許工后沉降警戒值100 mm，由此表明，三種方法處理軟土地基均起到了明顯的加固效果。相比于挖除換填法和真空預壓法，水泥土攪拌樁聯合真空預壓法處理軟土后的工后沉降速率最為穩定，工后累積沉降量也最小，分別是另外兩種方法工后累積沉降量的54%和65%，說明水泥土聯合真空預壓法處理軟土地基效果要優于另外兩種地基處理方法。

圖4 運營期12個月內工后累積沉降與時間關系圖Fig.4 The post-construction settlement of the soft soil foundations reinforced by the three improvement methods

4 結論

1）在監測期內，采用上述三種處理方法對軟土地基加固后，路基的工后累積沉降值分別為15.8、13.2和8.6 mm，遠小于設計允許工后沉降警戒值100 mm。說明采用這三種方法均起到了良好的地基加固效果。

2）從監測結果可以看出，水泥攪拌樁聯合真空預壓法處理軟土地基工后累積沉降值分別是挖除換填法和真空預壓工后累積沉降值的54%和65%，表明其加固軟土地基效果要優于另外兩種地基處理方法。

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（責任編輯 王利君）

Study on the soft soil improvement technologies of Rapid-Transit Tram

YANG Guotao1，ZHUANG Yan2,3
(1. The Development and Construction Management Committee of Nanjing Hexi New City District, Nanjing 210019, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Jiangsu Province’s Geotechnical Research Center, Nanjing 210098, China)

Based on the Rapid-Transit Tram Project in Nanjing, three soft soil improvement methods including replacement method, vacuum preloading method, as well as vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile method were introduced in this paper.. The reinforcement method and the construction technology were reported in detail for the three methods. The post-construction settlement of the soft soil foundation reinforced by the three methods was investigated. It can be found that the post-construction settlements were 15.8 mm, 13.2 mm and 8.6 mm for replacement method, vacuum preloading method, and vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile method respectively, which were much less than the cumulative alarm value of 100 mm. It can be concluded that these three improvement methods reinforced the soft soil foundation effectively, whereas the reinforcement effect of the vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile method is better than the other two methods.

Rapid-Transit Tram; soft soil foundation improvement; replacement method; Vacuum preloading method; Vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile

U41

A

1673-9469（2017）02-0017-05

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.02.004

2017-03-28

國家自然科學基金資助項目(51478166)；中央高?；究蒲袠I務費專項資金資助項目(2016B04414，2016B20614，2015B17814，2015B25914)；“青藍工程”資助；教育部留學回國人員科研啟動基金

楊國濤，(1968-)，男，江蘇金壇人，高級工程師，主要從事城市道路與軟土地基處理方面的研究。