強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水在鐵路集裝箱場區(qū)地基處理中的應(yīng)用

那同玲

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司， 湖北武漢 430063)

上海蘆潮港鐵路集裝箱中心站位于上海市東南部南匯區(qū)蘆潮港鎮(zhèn)。蘆潮港鐵路集裝箱堆場區(qū)分為主箱場區(qū)、輔助箱場區(qū)、維修箱區(qū)、集卡走行區(qū)，面積約63萬m2。主箱場區(qū)含鐵路路基區(qū)(鐵路路基共4束8股道)采用龍門吊作業(yè)方式；輔助箱場區(qū)采用正面吊作業(yè)方式。主箱場箱區(qū)及輔助箱場區(qū)堆高4層，主箱場區(qū)、輔助箱場區(qū)為聯(lián)鎖塊鋪面，集卡走行區(qū)為瀝青混凝土鋪面，其余為混凝土鋪面。

1 場區(qū)工程地質(zhì)慨況

場區(qū)地貌屬河口、沙嘴、沙島區(qū)，場地平坦、開闊。其地層從上至下為：

(1)表層廣泛分布褐黃—灰色的粉質(zhì)黏土層(②-1層),軟塑；平均厚度2.2 m；含水量30%,IL=0.95、Es=4.39 MPa、承載力特征值80 kPa。

(2)灰黃—灰色砂質(zhì)粉土層(②-3a層),松散,飽和,平均厚度6.60 m；含水量22.0%～36.0%,IL=0.6～0.81、Es=4.14～9.86 MPa、承載力特征值100 kPa。

(3)灰色粉砂、粉土層(②-3b層),呈稍密狀,平均厚度5.8 m；含水量22%～41.4%,IL=0.46～0.78、Es=8.8～11.15 MPa、承載力特征值100 kPa。

(4)灰色淤泥質(zhì)黏土(④層),流塑,平均厚度9 m。含水量46.4%,IL=1.07、Es=2.19 MPa、承載力特征值50 kPa。

(5)粉質(zhì)黏土(⑥層),硬塑,平均厚度3.70 m。含水量27.6%,IL=0.49、Es=6.47 MPa、承載力特征值180 kPa。

場區(qū)地層示意如圖1所示。

圖1 場區(qū)地層示意

場地地下水位埋深一般為0.5 m。

2 設(shè)計要求及技術(shù)難度

2.1 設(shè)計要求

(1)地基承載力特征值和回彈模量

根據(jù)箱場區(qū)不同使用區(qū)域的要求,確定地基處理分如下兩種處理標(biāo)準(zhǔn)：

①集裝箱區(qū)域處理深度為8 m,處理后要求地基承載力特征值≥150 kPa,有效加固深度≥6 m,回彈模量≥35 MPa。

②一般道路區(qū)域處理深度為5 m,處理后要求地基承載力特征值≥120 kPa,有效加固深度≥4 m,回彈模量≥25 MPa。

(2)地基加固后工后沉降標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》,強(qiáng)夯處理后,場區(qū)工后沉降應(yīng)小于30 cm。不均勻沉降小于1%。

2.2 技術(shù)難度

集裝箱堆場區(qū)面積約63萬m2,地基處理面積大。正面吊走行區(qū)、集卡走行區(qū)及堆箱區(qū)等硬化鋪面對地基土承載力及回彈模量具一定要求，對地基土工后沉降及不均勻沉降也有要求。根據(jù)本地區(qū)工程地質(zhì)條件,軟塑的地基表層土承載力不滿足要求,其地基土中軟塑的土、松散的粉土及軟土的分布均會使地基土壓縮產(chǎn)生沉降，需進(jìn)行地基加固處理。如僅對地基表層換填處理,由于處理深度有限,不能解決地基沉降問題,且由于地下水位較高,更不宜挖除換填處理。因此,為減少差異沉降及工后沉降,提高地基承載力，需對地基深層處理。

根據(jù)本工程地質(zhì)條件，首次在鐵路集裝箱堆場區(qū)采用強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水新技術(shù)加固地基。強(qiáng)夯加固地基以往是單獨在填土或砂類土中采用較多。但在本工程中,表層為軟塑黏性土且地下水位高,強(qiáng)夯產(chǎn)生的孔隙水壓,使得強(qiáng)夯效果降低。強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水加固地基,即在強(qiáng)夯前,先進(jìn)行真空排水,降低地下水位，避免地基土產(chǎn)生孔隙水壓。因此,通過兩種工程措施的聯(lián)合使用(即強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水),才能優(yōu)勢互補(bǔ),取得良好的處理效果。

3 主要技術(shù)方案比較

根據(jù)本場區(qū)地質(zhì)條件,其地基表層2.2 m為軟塑粉質(zhì)黏土層；其下為飽和粉土層,松散至稍密；下為軟土,埋深15 m。根據(jù)集裝箱堆場受力特點,箱區(qū)的腳點壓力使得地基受力不均勻,應(yīng)力向下擴(kuò)散,至地表下6～7 m,各腳點應(yīng)力交匯,形成均布力。正面吊及集卡道路50%～70%的動應(yīng)力在地表下3～5 m。因此,地基處理應(yīng)增加上部地層的密實度，提高地基承載力，減少上部土層差異沉降。另外,由于軟土埋深較大,附加應(yīng)力隨地層深度增加而減弱。

3.1 砂井加超載預(yù)壓與真空預(yù)壓方案

砂井加超載預(yù)壓方案,因上海地區(qū)取棄土困難,大面積堆載預(yù)壓不現(xiàn)實,其次施工工期長。另一方面,該方案對地基表層承載力提高效果也不好；采用真空預(yù)壓,因地層上部有②-3層粉砂粉土層,真空預(yù)壓方案預(yù)壓效果不好。工程造價次之。

3.2 攪拌樁處理方案

根據(jù)本場區(qū)地質(zhì)條件,工程造價最高。

3.3 強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水方案

上部粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土層是強(qiáng)夯加固的主要地層。采用強(qiáng)夯后,可增加上部地層的密實度，提高地基承載力，減少上部土層差異沉降。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后采用強(qiáng)夯較為合理。強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水加固地基措施,除投資低以外,最主要是沒有采用任何資源型加固材料，減少了取棄土場對原生態(tài)環(huán)境的破壞等諸多因素。

4 強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水方案

上海蘆潮港中心站場區(qū)地基處理設(shè)計通過理論計算及工程方案比較,首次在大型集裝箱場區(qū)采用強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水加固地基新技術(shù)。即在強(qiáng)夯前,先進(jìn)行真空抽水。該方案：一是降低地下水位,避免地基土產(chǎn)生孔隙水壓；二是提高強(qiáng)夯夯擊能,避免出現(xiàn)橡皮土。三是抽水后強(qiáng)夯可固結(jié)土層。設(shè)計采用兩降三夯+碾壓，強(qiáng)夯為每遍夯擊3～5擊,強(qiáng)夯單點夯擊能為2 000～2 200 kN·M,夯點間距4～5 m正方形布置,夯擊次數(shù)3～5擊。真空排水則是將排水管按一定間距布置(間距3.0 m×4.0 m)，埋深4～8 m,利用真空泵抽水,降低地下水位。對②-3a層以上地層進(jìn)行強(qiáng)夯處理,強(qiáng)夯有效加固深度為6 m左右。

5 強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水試驗設(shè)計及成果

采用強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水加固地基方案,根據(jù)初步確定的強(qiáng)夯及真空排水參數(shù),進(jìn)行現(xiàn)場強(qiáng)夯及真空排水試驗,確定和優(yōu)化大面積施工參數(shù)。根據(jù)試驗,選擇合理的降水方式、最佳夯能、夯擊間距、夯擊間隔時間、夯擊次數(shù)和遍數(shù)等夯擊工藝和排水措施技術(shù)參數(shù)。試驗結(jié)論：

(1)低能量強(qiáng)夯結(jié)合振動碾壓對0～6 m范圍內(nèi)的土體均能起到不同程度的加固作用,對0～4 m內(nèi)土體的加固效果尤為明顯。

(2)低能量強(qiáng)夯對6～8 m范圍內(nèi)土體的加固效果不是十分顯著,可認(rèn)為本次試驗所采用強(qiáng)夯能量級的有效加固深度為6 m。

(3)載荷板試驗結(jié)果表明,經(jīng)過低能量強(qiáng)夯地基加固后,地基承載力均大于150 kPa,達(dá)到了設(shè)計要求。

(4)單擊夯能不宜過大也不能太小,過大易過度破壞表層黏質(zhì)粉土層的結(jié)構(gòu),過小則無法有效加固深部土體,根據(jù)本次測試結(jié)果,第一遍以800～1 000 kN·m為佳,第二遍以1400～1 600 kN·m為佳。

(5)綜合分析各區(qū)加固效果,擊數(shù)越多未必效果越佳,適宜的擊數(shù)應(yīng)為1～2擊。

(6)綜合比較試驗區(qū)所采用的三種不同布點方式,以A1、B1、C1區(qū)所采用的4 m×4 m小間距、正方形布點方式加固效果較好,也便于施工。

(7)不同降水方式對強(qiáng)夯加固效果的影響并不顯著,大面積施工時建議可采用A區(qū)的降水方式。

(8)各小區(qū)不同深度處的超孔壓在強(qiáng)夯結(jié)束1～2.5 d后均可消散90%以上。

6 優(yōu)化設(shè)計參數(shù)

通過試驗對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了合理調(diào)整。即兩降三夯+碾壓調(diào)整為兩降兩夯；單擊夯能由2 000～2 200 kN·m調(diào)整為：第一遍以1 000 kN·m為佳,第二遍以1 600 kN·m為佳。河溝地段增加預(yù)夯2 000 kN·m，夯點間距4 m；夯擊次數(shù)由3～5擊調(diào)整為2擊，排水管間距布置由間距3.5 m×4.0 m，埋深4～8 m,調(diào)整為間距2.0 m×6.0 m，埋深4～7 m。通過試驗確定強(qiáng)夯及排水參數(shù),優(yōu)化了設(shè)計參數(shù)。減少投資513萬元。

7 結(jié)束語

2005年9月上海蘆潮港鐵路集裝箱中心站全部建成,同年11月通過上海鐵路局初驗委員會驗收并開通試運營。強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水加固地基措施既提高地基表層承載力,又可固結(jié)地基上部土層,解決了地基土不均勻沉降，適合地下水位高的軟土地區(qū)，也為以后該地區(qū)同類工程施工提供寶貴經(jīng)驗。

[1] GJ79—2002 建筑地基處理規(guī)范[S]

[2] JTJ250-980 港口工程地基規(guī)范[S]

[3] TB10012—2001 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

[4] GB50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范[S]