軟弱土層地鐵車輛段路基地基加固技術

趙光營

地鐵車輛段施工后受到車輛荷載、各區域功能差異等影響，對地基強度和承載力要求不同，此外，站場土方的填筑量較大，常常導致車輛段施工后發生較大的沉降。以地鐵車輛段路基地基加固工程為例，研究了軟弱地層地鐵車輛段路基地基加固關鍵技術，探討了旋噴樁和預應力管樁加固技術在軟弱地層地鐵車輛段路基地基中的應用，分析了預應力管樁的加固效果，可為類似工程提供技術支撐。

地鐵車輛段需承受列車的動荷載，若加固不到位，會產生較大的工后沉降，影響地鐵正常運營。李聰通過換填的手段對路基進行加固，研究了石灰的含量與加固效果的關系。甘愛明采用換填的形式對路基進行加固，換填材料選擇巖石土混合料，達到了對路基加固的效果。張秋月根據車輛段各部分功能及用途的不同對路基沉降要求不同的原則，對車輛段進行劃分區域，對不同區域采取不同的加固手段。張旭生通過高預應力管樁對老黏土地區車輛段進行加固，達到了較好的加固效果。李春劍等通過水泥土攪拌樁、CFG樁和級配砂石換填對粉砂土層、黏土層地基進行加固，成功控制了工后沉降。趙夕朝通過石灰渣對黏性土路基進行改良，通過改變石灰渣摻量以達到路基所需的承載力和強度。

綜上所述，為使車輛段路基達到規定的強度和承載力，現有研究主要對換填、加固和改良進行了一定的研究，但淤泥質軟土地層采用換填、水泥攪拌樁和預制樁等方法研究較少。本文依托杭州某軟土地層地鐵車輛段路基加固工程為背景，研究了軟弱土層地鐵車輛段路基加固方案，為類似工程提供參考。

一、工程概況及地質條件

1.工程概況

某地鐵車輛段停車場周邊環境主要為建筑物和道路，南側為農村自有建筑物，東側、北側和西側均為道路。其中，蓬達路、永盛路均為規劃道路，協東線為7m寬既有道路。地塊內分布有南北橫穿地塊的東橋灣，地塊東部有杭州天緣布藝有限公司，西側分布有兩條110kv 高壓線。場址中部及北側有部分民居房屋及工廠需要拆遷。地鐵車輛段平面見圖1。

圖1 某地鐵車輛段周邊環境

2.工程地質條件

地鐵車輛段場地標高為4.67m～5.54m，平均為4.85m。地鐵車輛段土層主要性質見表1。

表1 土層參數表

二、軟弱土層車輛段路基加固施工技術

1.旋噴樁加固技術

由于車輛段下部存在深厚軟弱土層，且站場土方的填筑量較大，若不對土體進行加固，則會產生加大的沉降。針對部分站場及線路地基承載力不足的區域，采用旋噴樁對地基進行加固，施工應嚴格控制水泥摻量，根據土層性質，采用水泥漿液的水灰比為1.2。采用正方形形式布置旋噴樁，間距取1.5m，直徑為0.5m，旋噴樁樁長為30m，在旋噴樁上部設置500mm砂礫石墊層，并在里面設置一層土工格室，旋噴樁布置平面及剖面見圖2～3。

圖2 旋噴樁加固平面布置圖

高壓旋噴樁水泥摻入量應大于140kg/延米，水與石灰比值取0.8～1.5。高壓旋噴樁注漿施工時應從下往上，緩慢均衡的提升噴漿管且疊加長度應大于0.1m，應采取必要的措施控制壓力異常和冒漿等不利的狀況出現。此外，噴漿管應在結束噴漿后立即拔出，冒漿回灌或二次注漿可有效解決旋噴樁樁頂標高低于設計的情況。

圖3 旋噴樁加固剖面圖

旋噴樁2 8 d 齡期的物理力學參數應滿足：fcu≥2.0MPa，Es≥80MPa，單軸載荷試驗承載力f≥155kN。水泥與粉煤灰作為旋噴樁的凝膠材料時可減小地下水的侵蝕性，尤其應提高粉煤灰的量。設計中土工格室片材的抗拉強度應大于110kN/m，伸長率應小于10%，節點抗裂及剪切強度應不小于80kN/m，節點剝離強度大于等于40kN/m。

2.預應力管樁加固技術

（1）預應力管樁加固技術

因為地鐵車輛段下部存在深厚軟弱土層，且站場土方的填筑量較大，部分區域采用旋噴樁加固承載力無法達到設計要求，則采用預應力管樁來解決車輛段部分站場及線路地基承載力不足的難題。預應力管樁型號為PHC-B，直徑為0.5m，壁厚為0.125m，樁間距為2.4m，樁長為42～45m。預應力管樁加固布置形式見圖4～5。

圖4 管樁加固布置形式平面圖（單位：m）

焊接可較好地解決預應力管樁接樁不牢靠的難題，從內而外采用三層焊接，焊接施工前應保證無焊渣，且焊縫不應出現干癟、斷開或連接不緊密的情況，焊接施工8分鐘后，管樁施工前應檢查焊接的質量及是否已冷卻，焊縫連接處樁體強度應大于其它部位。施工中焊縫接樁不應在硬土層前后進行，為確保PHC管樁的質量應減少焊縫接樁。此外，管樁沉樁不應出現間歇的情況，應連續施工。

圖5 預應力管樁加固剖面圖（單位：m）

項目使用震動錘擊式方式施工管樁，管樁上部設置碎石墊層，厚度取0.5m，在里面設置一層高強度土工格室，并于土工格室上面鋪設一層土工布。土工格室的片材抗拉強度應大于110kN/m，格室片伸長率應小于10%，節點拉裂和剪切強度應大于80kN/m，節點的剝離強度應大于40kN/m。預應力管樁的施工順序應按照線路的中心向兩側布設，施工時，應設置工作墊層，厚度不應小于500mm。

（2）車輛段管樁地基加固效果分析

為保證預應力管樁的承載力滿足要求，其持力層應進入⑨3中細砂層不小于2m，單樁承載力特征值fak≥988kN，對車輛段管樁承載力進行檢測，結果見表2。

表2 預應力管樁試驗結果表

由表2可得：試驗過程中，載荷試驗加載至單樁豎向極限承載力1976kN，管樁最小沉降量為14.08mm，最大沉降量為22.92mm，數值平穩，符合設計對于管樁沉降的要求。PHC管樁靜載荷試驗過程中，荷載加至1976kN時，最大回彈量為8.05mm，最小回彈量為3.21mm，最大和最小回彈率分別為51%和22.8%，管樁樁體具有較好的回彈量，表明管樁樁體的完整性較好，因此，取最后施加荷載的1/2作為管樁的承載力特征值，實際管樁豎向承載力大于設計要求的988kN，管樁加固有較好的效果。

三、結語

以某車輛段路基地基加固為例，結合現場實踐，探討了旋噴樁和預應力管樁加固技術在軟弱地層地鐵車輛段路基地基加固中的應用，分析了管樁對車輛段路基加固的施工效果，得到了如下結論

（1）旋噴樁對車輛段路基地基進行加固時，采用正方形形式布置旋噴樁，間距取1.5m，水泥漿液水灰比設為1.2，旋噴樁直徑為0.5m，旋噴樁樁長為30m，在旋噴樁上部設置500mm砂礫石墊層，通過采取此方案，成功的保證了施工安全及車輛段工后沉降。

（2）采用管樁型號為PHC-B對車輛段路基進行加固，直徑為500mm，壁厚為0.125m，間距取2.4m，管樁長度取42～45m。管樁上部設置碎石墊層，厚度取500mm，在里面設置一層高強度土工格室，并于土工格室上面鋪設一層土工布，通過采取此方案，成功的控制了車輛段工后沉降。

（3）通過預應力管樁對地鐵車輛段路基地基進行加固，滿足了地基承載力的要求，實際實驗中，預應力管樁承載力大于結構及設計要求的數值，試驗前后樁體結構基本完整，樁體最大回彈率為51%。