廣清城際軌道交通地基處理方法探討

王趁江

0 引言

廣(州)清(遠(yuǎn))城際軌道交通是指從廣州北站及機(jī)場(chǎng)北站分別引出后，經(jīng)獅嶺、銀盞、龍?zhí)林燎暹h(yuǎn)市飛來(lái)湖，包含機(jī)場(chǎng)北至清遠(yuǎn)飛來(lái)湖段和廣州北至汽車學(xué)院兩段線路。正線全長(zhǎng)68.338 km，其中路基總長(zhǎng)10.191 km，占正線的14.9%。沿線區(qū)域位于廣東省中南部、珠江下游，包括珠三角(廣州、惠州、東莞、深圳、珠海、佛山、中山、江門(mén)、肇慶)和清遠(yuǎn)市，總面積6.07×104km2，占廣東省的33%。

1 工程概況［1］

線路經(jīng)過(guò)地勢(shì)總體自北向南傾斜，地貌類型為沖積平原及剝蝕丘陵。沖積平原區(qū)主要位于花都—獅嶺、龍?zhí)痢暹h(yuǎn)地段，分別由珠江水系及北江水系沖積而成;丘陵區(qū)主要位于銀盞附近，零星出露，植被發(fā)育。

沿線主要出露的地層有第四系(Q)、下第三系(E)、侏羅系下統(tǒng)(J1)、石炭系下統(tǒng)(C1)、泥盆系上統(tǒng)(D3)、泥盆系中統(tǒng)(D2)及巖漿巖地層。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有北東向、北北東向及東西向構(gòu)造形跡，其他方向的構(gòu)造形跡甚次。地質(zhì)構(gòu)造經(jīng)歷了四個(gè)主要的構(gòu)造發(fā)展階段，即加里東構(gòu)造旋回、印支構(gòu)造旋回、燕山構(gòu)造旋回和喜馬拉雅構(gòu)造旋回。

沿線路基通過(guò)區(qū)的特殊巖土主要為人工填土、巖溶洞穴、軟土及松軟土，軟土居多。

2 軟土地基的工程特征及其危害

2.1 軟土的工程特征

軟土一般是指主要由細(xì)粒土組成的孔隙比大(e＞1.0)、天然含水率高(w≥wL)、壓縮性高(α1－2＞0.5 MPa－1)、強(qiáng)度低(Ps＜800 kPa)和具有靈敏結(jié)構(gòu)性的土層。包括淤泥、淤泥質(zhì)黏性土、淤泥質(zhì)粉土等［2］。其中天然孔隙比e大于1.0而小于1.5時(shí)稱為淤泥質(zhì)土;當(dāng)天然孔隙比e大于1.5時(shí)稱為淤泥［3］。

天然軟土具有下列特征:

1)含水率高w。

淤泥和淤泥質(zhì)土的含水率多為50%～70%，液限一般為40%～60%，天然含水率隨液限的增大而增加。

2)孔隙比大e。

天然軟土的孔隙往往要比同一垂直壓力下的重塑土的孔隙比高出0.20 ～0.40。

3)滲透性小。

其滲透系數(shù)k值一般在1×10－4cm/s～1×10－8cm/s之間。對(duì)于大部分淤泥和淤泥質(zhì)土地區(qū)，由于該土層中夾有數(shù)量不等的薄層或極薄層粉砂、細(xì)砂、粉土等，故在垂直方向的滲透性比水平方向要小。

4)壓縮性高。

淤泥和淤泥質(zhì)土的壓縮系數(shù) α1－2一般為 0.7 MPa－1～1.5 MPa－1，最大達(dá)4.5 MPa－1，且隨著土的液限增大，壓縮性增大。

2.2 軟土的工程危害

軟土地基具有強(qiáng)度低，壓縮性大，滲透性小等特征，其危害主要表現(xiàn)在:

1)強(qiáng)度和穩(wěn)定性問(wèn)題。當(dāng)?shù)鼗目辜魪?qiáng)度不足以支承上部結(jié)構(gòu)的自重及外荷載時(shí)，地基就會(huì)產(chǎn)生局部或整體剪切破壞。

2)不均勻沉降問(wèn)題。當(dāng)?shù)鼗谏喜拷Y(jié)構(gòu)的自重及外荷載作用下產(chǎn)生過(guò)大的變形時(shí)，會(huì)影響結(jié)構(gòu)物的正常使用。

3)地基的滲漏量超過(guò)容許值時(shí)，會(huì)發(fā)生水量損失導(dǎo)致事故的發(fā)生。

3 軟土地基處理方法

軟土地基處理的目的是提高地基承載力，降低其壓縮性，確?；A(chǔ)穩(wěn)定，減少基礎(chǔ)的不均勻沉降。為了達(dá)到上述目的，通常有兩類方法:一類是對(duì)天然地基土體進(jìn)行土質(zhì)改良;另一類是在天然地基中插入(也包括置換)材性較好的材料，如砂石、土工合成材料、混凝土、鋼管等［4］。

目前工程中常用的地基處理方法有如下分類:換填法、拋石擠淤法、反壓護(hù)道法、石灰樁法、排水固結(jié)法、化學(xué)加固法、擠密法、動(dòng)力固結(jié)法等［5］。

3.1 換填法

換填法是全部或部分挖除軟土或泥炭類土用物理力學(xué)性質(zhì)較好的巖土材料換填的軟基處理方法，形成雙層地基或復(fù)合地基，以達(dá)到提高地基承載力、減少沉降的目的。換填法屬淺層處理法，適用于軟弱土層位于地基表面且最大深度一般在3 m，最大不超過(guò)5 m的情況。

3.2 拋石擠淤法

該法是在路基底部拋投一定數(shù)量的片石，將淤泥擠出基底范圍，以提高地基強(qiáng)度的軟基處理方法。這種方法的特點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單、迅速、方便。

3.3 反壓護(hù)道法

反壓護(hù)道是在路堤兩側(cè)填筑一定寬度和高度的護(hù)道，使路堤下的淤泥或泥炭向兩側(cè)隆起的趨勢(shì)得到平衡，從而保證路堤穩(wěn)定性的一種處理方法。

3.4 石灰樁法

石灰樁法是利用石灰在軟土地基內(nèi)形成樁柱，通過(guò)石灰消解和水化物的生成，以降低土中含水率，提高地基強(qiáng)度，減小沉降量的軟基處理方法。石灰樁的優(yōu)點(diǎn)是不需要上置荷載，能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用。除單獨(dú)使用生石灰外，也可采用石灰與砂井并用的石灰砂樁。該法主要適用于含砂量低、沒(méi)有滯水砂層的軟土地基。

3.5 排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是對(duì)天然地基或先在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，然后利用建筑物(路堤)本身的重量逐漸分級(jí)加載，或在建造建筑物之前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行加載預(yù)壓，使土體中的空隙水排除，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)地基強(qiáng)度逐漸提高的地基加固處治方法。通過(guò)排水法對(duì)地基進(jìn)行處理，使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成，使路基在使用期間不至于產(chǎn)生不利的沉降和沉降差;同時(shí)可以加速地基的強(qiáng)度增長(zhǎng)，提高地基的承載力和穩(wěn)定性，減小工后沉降。常用的排水固結(jié)法有砂井排水固結(jié)法、袋裝砂井排水法、塑料排水板法、路堤荷載壓重法、降低水位壓重法和真空壓重法等。

3.6 灌漿法

灌漿法亦稱注漿法，它是利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理，向地基中灌入或攪拌入水泥、石灰、粉煤灰或其他化學(xué)固化材料，把原來(lái)松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性良好的復(fù)合土體，以達(dá)到地基處理的目的。

3.7 土工織物法

土工織物作為補(bǔ)強(qiáng)材料加固路堤基底的軟基頂部鋪設(shè)砂墊層，然后再鋪設(shè)土工織物的軟基處理方法。土工織物可以根據(jù)需要鋪設(shè)單層或多層，靠近路基邊緣部分的土工布端部要折鋪一段加固。鋪設(shè)兩層以上土工織物時(shí)，中間要夾0.1 m～0.2 m厚的砂層。該法由于在地基土中埋設(shè)強(qiáng)度較大的土工合成材料、鋼片等加筋材料，使地基土能夠承受抗拉力，防止斷裂，保持整體性，提高剛度，改變地基土體的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)，從而提高地基的承載力，改善地基的變形特性。

該方法適用于軟弱土地基、填土及高填土、砂土等。

3.8 動(dòng)力固結(jié)法

動(dòng)力固結(jié)法又稱為強(qiáng)夯法，它是通過(guò)一重錘(8 t～30 t，最重可達(dá)200 t)自由落下(落距8 m～20 m，最高可達(dá)40 m)，對(duì)地基土施加強(qiáng)大的沖擊能(一般能量為500 kN·m～8 000 kN·m)，在地基中產(chǎn)生沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，從而提高地基土強(qiáng)度，改善土的物理力學(xué)性能的地基加固方法。強(qiáng)夯產(chǎn)生的沖擊能可以提高土層的均勻性，減小將來(lái)可能出現(xiàn)的不均勻沉降。

4 廣清城際軌道交通地基處理方法

地基處理的目的就是為了提高地基承載力、減小地基沉降(或工后沉降)。當(dāng)天然地基不能滿足構(gòu)筑物穩(wěn)定或變形要求時(shí)，就要對(duì)天然地基進(jìn)行處理。

廣清城際軌道交通全線采用無(wú)碴軌道，正線路基為雙線，跨區(qū)間無(wú)縫線路，系統(tǒng)速度目標(biāo)值200 km/h(站站停列車140 km/h)，區(qū)間直線地段線間距為4.2 m。按照《客運(yùn)專線無(wú)碴軌道鐵路設(shè)計(jì)指南》(鐵建設(shè)函［2005］754號(hào))(簡(jiǎn)稱《指南》)，無(wú)碴軌道路基工后沉降為軌道鋪設(shè)完成后基礎(chǔ)設(shè)施的沉降量，一般不應(yīng)超過(guò)15 mm;路橋或路隧交界處的差異沉降不應(yīng)大于5 mm，沉降造成的路基與橋梁或隧道的折角不應(yīng)大于1/1 000。由于沿線路基無(wú)法滿足工后沉降的要求，因此必須進(jìn)行地基處理。

4.1 軟土及松軟土地基

軟弱土層僅存于地表3.0 m范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)行換填或固化改良處理。

遇更深厚軟弱土層時(shí)，根據(jù)具體情況可分別采用塑料排水板、真空預(yù)壓加減沉樁處理和水泥攪拌樁、CFG樁復(fù)合地基等方法加固處理。

4.2 人工雜填土地基

對(duì)建筑棄土、場(chǎng)地人工填土等，厚度小于3 m時(shí)應(yīng)予挖除換填，厚度較大且地下水位低時(shí)采用水泥土擠密樁或強(qiáng)夯密實(shí)加固，厚度較大且地下水位又較高時(shí)采用水泥攪拌樁或CFG樁加固;對(duì)生活垃圾及侵蝕性工業(yè)廢料等應(yīng)全部挖除換填。

4.3 巖溶洞穴地段路基

1)對(duì)于裸露的巖溶洞穴，挖除洞內(nèi)松散充填物，底部填入片石，中部用碎石，頂部用混凝土填塞。

2)淺埋的巖溶洞穴(埋深3 m)采取挖開(kāi)、爆破揭頂，挖除洞內(nèi)松散充填物，填入片石、注水泥漿液。

3)深埋的巖溶洞穴(埋深≥3 m)，采取鉆孔灌砂注水泥漿(水灰比1∶1)。位于路基安全距離以內(nèi)的溶洞，對(duì)溶洞及溶蝕發(fā)育帶進(jìn)行灌砂注漿處理，鉆孔間距按5.0 m，三角形布置。原則上封閉土石界面，形成隔水帷幕，注漿厚不小于8 m，進(jìn)入基巖頂面以下不小于5 m。

4)對(duì)危害路基的巖溶水根據(jù)實(shí)際情況采用疏導(dǎo)和截圍的方式排除。

5)路基通過(guò)溶蝕洼地時(shí)，開(kāi)挖排水溝或設(shè)置泄水洞排除地表水;長(zhǎng)期積水浸泡的路堤，浸水部分采用滲水料填筑。

5 結(jié)語(yǔ)

1)不同道路經(jīng)過(guò)的地區(qū)不同其工程地質(zhì)條件亦不同，則地基處理方法也不同。首先應(yīng)充分研究地基的性狀，道路的標(biāo)準(zhǔn)、施工條件和周圍環(huán)境等具體情況，而后選擇軟基處理安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的處理措施。

2)在實(shí)際工程中由于有很多影響因素和約束條件無(wú)法對(duì)其定量分析，還具有模糊性和不確定性因素，因此在選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合具體情況，選擇合適的組合處理的方式，使得軟土地基在最經(jīng)濟(jì)的前提下，其工程指標(biāo)與性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3)建議對(duì)處理后的地基應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn)。軟土是一種特殊土質(zhì)，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)在地基處理前后有較大變化，由于其成因復(fù)雜，鉆探取樣困難，運(yùn)輸和室內(nèi)制樣擾動(dòng)大，常使其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)失真。本文特別建議對(duì)處理后的地基應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)(十字板試驗(yàn)、動(dòng)力觸探、靜力觸探、載荷試驗(yàn)等)來(lái)確定其物理力學(xué)性質(zhì)，及時(shí)將試驗(yàn)數(shù)據(jù)反饋給設(shè)計(jì)和施工單位，使地基處理方案實(shí)現(xiàn)信息化、動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)，盡可能使設(shè)計(jì)參數(shù)達(dá)到“增值一分則太長(zhǎng)、減之一分則太短;施朱則太赤，著粉則太白”之效果。

［1］ 廣東珠三角城際軌道交通規(guī)劃概況［Z］.

［2］ 王炳龍.高速鐵路路基工程［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2007.

［3］ 楊錫武.特殊路基工程［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［4］ 龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

［5］ 葉觀寶.地基加固新技術(shù)［M］.第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.