南沙港鐵路萬頃沙站軟基處理方案比選

麥小金

（中國鐵路廣州局集團公司江門工程建設指揮部）

1 工程概況

1.1 地形及地質(zhì)狀況

南沙港鐵路萬頃沙站位于南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)范圍，車站近期按照一般中間站設計，設置到發(fā)線4 條（含正線），有效長850m。填土高度4.13m～7.61m,寬度25.5m～37.5m。

地質(zhì)自上而下主要土層為素填土、淤泥層（天然含水率52%，層厚13.5m～18.5m）、淤泥質(zhì)土（天然含水率48%，層厚0～10.4m）、粉質(zhì)黏土（天然含水率31%，層厚0～9.4m）、飽和松散～稍密砂層（層厚17.7m～25.8m）、全風化花崗巖。

1.2 軟基處理的技術(shù)要求

對軟基處理后，路基穩(wěn)定與工后沉降應滿足以下要求：①區(qū)間正線≤20cm；②過渡段≤10cm；③場坪地段≤30cm。

1.3 原設計方案

萬頃沙站軟基處理原設計采用高壓旋噴樁方案，樁徑0.6m，樁間距為1.4m～1.6m，加固長度為15m～20.4m（穿過淤泥層進行持力層：砂層、粉質(zhì)粘土層1m）。軟基處理長度1989.725m。前接洪奇瀝水道特大橋，后接龍穴南水道特大橋。

2 軟基處理試驗方案的比較分析

萬頃沙站瀕臨海濱，站場范圍內(nèi)多條河涌與海相連，工程的特點是軟基深厚，地下水主要為孔隙水，賦存于淤泥地層和基巖全風化層中發(fā)育。針對本工程的部分地段軟黏土地基具有高壓縮性、低滲透性、低強度的特點，著重選取了高壓旋噴樁、粉噴攪拌樁及預應力管樁三種處理方案進行工藝性試驗，并進行比選。

2.1 高壓旋噴樁試樁方案

站場DK61+235～DK61+255 段，地基從上往下為0～0.5m 素填土、0.5m～7.2m 淤泥、7.2m～14.0m 粉質(zhì)黏土、14.0～15.8m 粉質(zhì)黏土、砂層。在該段分別選用普通高壓旋噴樁樁機和改進主動加壓式攪拌高壓旋噴樁樁機進行試樁，各試樁三組9 根，樁徑0.6m，設計樁長15m，樁間距1.4m，正方形布置，樁端持力層為下伏砂層。試樁參數(shù)：按每延米水泥用量為180kg、200kg、220kg 各1 組，水灰比1:1，注漿壓力22MPa～26MPa,提升速度20cm/min～22cm/min。抽芯（見圖1）及單樁靜載檢測結(jié)果顯示：

圖1 高壓旋噴樁試驗取得的不合格芯樣

⑴普通高壓旋噴樁樁機的成樁樁長在6.8m～15m范圍，其中3 根達到設計樁長，經(jīng)對該3 根樁進行靜載試驗，檢測結(jié)果顯示均不能滿足設計和規(guī)范要求。

⑵改進主動加壓式攪拌高壓旋噴樁樁機的成樁樁長在13.8m～15m 范圍，其中6 根達到設計樁長，成樁效果有較大改觀，抽取3 根做靜載試驗，檢測結(jié)果顯示僅1 根承載力滿足設計和規(guī)范要求。

2.2 雙向攪拌粉噴樁試樁方案

站場DK61+650～+675 段，地基自上往下為0～3.3m 素填土、3.3m～16.2m 流塑淤泥、16.2m～19.3m 軟塑粉質(zhì)黏土、砂層。選用SXJB-B 型智能型雙向攪拌粉噴樁機，試樁5 組，每組3 根，樁徑0.5m，設計樁長17.2m，樁間距1.1m，正三角形布置，樁端持力層為下伏砂層。試樁參數(shù)：按每延米水泥摻量55kg/m、60kg/m、65kg/m各1 組。

隨機抽取12 根試驗樁進行檢測，試驗結(jié)果如下：

⑴樁身鉆探抽芯（見圖2）取樣試驗：抽取12 根成樁做芯樣無側(cè)限抗壓強度試驗，試驗檢測報告表明，12根樁的樁身較為完整，均為I 類樁，樁長和抗壓強度均滿足設計和規(guī)范要求。

圖2 雙向攪拌粉噴樁施工取得的芯樣

⑵單樁靜載試驗：12 根試驗樁的單樁豎向承載力均滿足設計要求。

2.3 預應力管樁試樁方案

站場DK61+957，地基自上而下為0～2.2m 素填土、2.2m～16.5m 流塑淤泥、16.5m～25m 軟塑粉質(zhì)黏土、砂層。選用HD62 筒式柴油打樁錘錘擊法試樁，共12 根，PHC-AB500-100 型預應力管樁，焊接接樁，樁徑0.5m，設計樁長26m，樁間距2.8m，正方形布置，樁端持力層為中砂層。試樁參數(shù)：以進入持力層深度控制為主，通過試驗得到最后3 個10 擊的最后貫入度，以指導施工。

對試驗樁身采用基樁低應變法檢測，6 根樁均為I類樁、樁身完整。單樁靜載試驗結(jié)果（見表1、表2、圖3、表3、圖4）可見：6 根樁的試驗加載至極限荷載時，Q-S曲線均為緩變型曲線,S-LGT 曲線均呈平緩規(guī)則排列，曲線尾部未出現(xiàn)明顯向下彎曲的趨勢，單樁豎向抗壓承載力均滿足設計要求。加載至最大極限承載力1854kN后，6 根樁中最大沉降量為13.98mm，回彈率54.6%。

2.4 試樁方案的比較分析

2.4.1 高壓旋噴樁

站場的淤泥層為第四系海陸交互相（Q4mc）淤泥，天然含水率較大，造成高壓旋噴樁試樁的成樁樁長、單樁豎向承載力均不能滿足設計和規(guī)范要求，不適用于本工程。

表1 管樁試驗結(jié)果匯總

表2 1-3# 管樁試驗數(shù)據(jù)

表3 2-3# 管樁試驗數(shù)據(jù)

2.4.2 雙向攪拌粉噴樁

站場的第四系海陸交互相（Q4mc）淤泥，天然含水率較大，雙向攪拌粉噴樁的噴粉中和了土層的水分，加上雙向攪拌，使得成樁效果較好，同時采用SXJB-B 型智能型設備減少人為操作，12 根試驗樁的成樁樁長、無側(cè)限抗壓強度及單樁靜載試驗均滿足設計和規(guī)范要求，但在部分軟塑粉質(zhì)黏土中成樁效果不好，造成樁身外觀的連續(xù)性、完整性均不夠好，后期的路基沉降量難以控制，其中4-3#、6-11#、8-17#樁的靜載試驗結(jié)果如表4、表5、表6。

從Q-s 曲線圖（見圖5）可知：

⑴攪拌樁存在沉降相對不穩(wěn)定性：當試驗荷載加載至4-3# 樁 的96KN ～112KN 級、8-17# 樁 的128KN ～144KN 級及6～11#樁的128KN～144KN 級時，其下級荷載下沉降增量接近前一級沉降增量的5 倍，且該級荷載仍未達到最大試驗荷載，數(shù)值接近《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》（TB10106-2010）終止加載的條件。

表4 4-3# 高壓旋噴樁試驗數(shù)據(jù)

表5 6-11#高壓旋噴樁試驗數(shù)據(jù)

表6 8-17#高壓旋噴樁試驗數(shù)據(jù)

圖5 4- 3#、6- 11#、8- 17# 高壓旋噴樁試驗Q- s 曲線

⑵達到最大試驗荷載時，逐級減荷后回彈率普遍較低，具體表現(xiàn)為10m 以下樁身強度偏低，因而造成復合地基承載力低，加載以后永久變形較大，甚至造成路基側(cè)向位移及路床開裂等現(xiàn)象。

綜上分析，為減少由于軟基處理造成的路基后期沉降，在本站場的地質(zhì)條件下，鐵路線路范圍下路基不宜采用粉噴攪拌樁。

2.4.3 預應力管樁

本站場的地質(zhì)為天然含水率較大的淤泥，如路基范圍全斷面采用管樁筏板方案，可保證軟基處理后的路基本體沉降滿足設計要求，但管樁施工后，給了地下水一個通道，在反復的動載作用下，筏板下軟基會因地下水流失而下沉，形成筏板下脫空。

2.4.4 軟基處理方案技術(shù)經(jīng)濟對比

選取在DK62+000～+050 段路基，坡腳寬50m，根據(jù)設計對三種軟基處理方案進行技術(shù)經(jīng)濟費用對比（表7）。軟基處理方案中管樁采用樁筏結(jié)構(gòu)，管樁中每米單價含筏板結(jié)構(gòu)。持力層旋噴樁、粉噴樁為進入粉質(zhì)黏土層1m，管樁為進入砂層1m。

表7 軟基處理方案技術(shù)經(jīng)濟對比

3 結(jié)束語

經(jīng)綜合分析研究試樁成果，考慮本工程工期緊迫、工程質(zhì)量要求高、沉降差異及經(jīng)濟性等因素，為確保路基工后沉降滿足設計要求，最終選定如下處理方案：

⑴從鐵路路肩往下1：1 的傳力范圍內(nèi)，采用管樁+筏板結(jié)構(gòu)進行軟基處理，管樁根據(jù)填土高度及地質(zhì)情況，樁間距2.6～2.8m，正方形布置。

⑵管樁范圍以外至路基坡腳2m 范圍，采用粉噴攪拌樁，樁間距1.1m，三角形布置，起密封作用，阻止中間管樁+筏板施工區(qū)域的地下水流失，減少該區(qū)域脫空。