軟土加固措施在連云港地區(qū)鐵路工程中的應(yīng)用

陳達(dá)元 上海鐵路局東華地鐵公司

1 連云港軟土概況

連云港地區(qū)處在黃海海州灣南岸海積平原及云臺(tái)山剝蝕低山區(qū)地帶，平原區(qū)地面標(biāo)高2.6～3.6 m，廣泛分布海相沉積的軟土。地表層以下依次為黏土（厚度1～3 m）、淤泥（厚度1～15 m）、黏土（厚度5～20 m）及震旦系片麻巖。由于沉積年代晚，連云港軟土不僅具有一般軟土高塑性、高含水率、大孔隙比、高壓縮性、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，還具有土質(zhì)均勻，滲透性差，固結(jié)系數(shù)小，靈敏度高等特性（見表1）。

表1 連云港軟土物理力學(xué)指標(biāo)

2 地基加固措施簡(jiǎn)介

為保證鐵路路基穩(wěn)定，確保行車安全，項(xiàng)目參建單位進(jìn)行了不斷的研究、實(shí)踐，歷年來針對(duì)不同地質(zhì)條件采用了各種地基加固措施，簡(jiǎn)要工程實(shí)例見表2。

3 軟土地基加固原理

軟土地基加固方法除表2所列之外還有塑料排水板、石灰樁、振動(dòng)碎石樁、水泥粉煤灰碎石樁(CFG)以及振動(dòng)成?，F(xiàn)澆薄壁管樁（PCC）等措施，雖然種類繁多，主要加固原理并不復(fù)雜，原理如下：

⑴排水固結(jié) 減少工后沉降：主要是通過在軟土中增設(shè)排水通道、縮短排水距離或堆載預(yù)壓加速排水固結(jié)等措施排出軟土中的水分，提高地基承載力和穩(wěn)定性。

⑵改良地基，提高承載能力：通過取土換填以及振動(dòng)沖入強(qiáng)度高、壓縮性低的置換材料或注入膠結(jié)材料拌合土體等方法在地基中形成結(jié)構(gòu)密實(shí)、有較高承載力的置換體，形成復(fù)合地基。

⑶基坑支護(hù)，提高邊坡穩(wěn)定性：為保證既有建筑設(shè)備的穩(wěn)定、減少挖方量，軟土地區(qū)深基坑一般采用密排鉆孔灌注樁或地下連續(xù)墻對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)，并在樁間或樁背采取設(shè)置深層攪拌樁、旋噴樁等措施進(jìn)行封閉，防止地下水夾帶土體顆粒從鉆孔樁間孔隙滲入坑內(nèi)。

⑷穿透軟弱土層，傳遞荷載：當(dāng)建筑要求地基承載力、穩(wěn)定性較高，普通的軟土加固措施不能滿足要求時(shí)，采用打插預(yù)制樁或現(xiàn)場(chǎng)成孔灌注樁穿透軟土層將基礎(chǔ)應(yīng)力傳遞到承載力滿足要求的持力層。

⑸均布荷載，提高張拉強(qiáng)度：利用土工織物較高的強(qiáng)度和韌性等力學(xué)特性，使其上部荷載均勻分布到地層中，補(bǔ)償?shù)鼗辜魪?qiáng)度，防止局部承載力喪失和圓孤滑動(dòng)破壞，減少路堤不均勻沉降；土工織物在產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的同時(shí)對(duì)土體產(chǎn)生側(cè)向約束壓力作用，提高土體抗剪強(qiáng)度和變形模量。

表2 軟土地基加固措施應(yīng)用實(shí)例

4 典型工程實(shí)例

4.1 連云港西站至中云站路基工程

⑴隴海鐵路Ⅰ期技術(shù)改造連云港西站至中云站線路工程在1986年動(dòng)工、1987年4月底開通運(yùn)營(yíng)。設(shè)計(jì)采用鋪設(shè)雙層土工布結(jié)合反壓護(hù)道加固地基，路堤平均填土高度3.2 m。由于工程急于開通使用，部分地段從路基開始填筑到軌道工程完成僅有五個(gè)月的時(shí)間，在工程竣工驗(yàn)交時(shí)路基已出現(xiàn)了沉降（最大值670 mm），K13+600～K14+700地段在上碴鋪軌前路堤中心就產(chǎn)生了多處豎向裂縫（見圖1）；線路開通后設(shè)備管理單位每年投入大量資金對(duì)軌道進(jìn)行頻繁抬道整治以維持線路達(dá)到基本的行車條件（列車按45 km/h限速運(yùn)行），到1997年路基基本穩(wěn)定時(shí)，路基累計(jì)下沉量最大的地點(diǎn)達(dá)到2.5 m。

圖1 路基破壞示意圖

⑵從1987年到1999年，設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)單位做了長(zhǎng)期的觀測(cè)和研究試驗(yàn)，查明了路基沉降的原因、沉降速率變化趨勢(shì)（見圖2），提出了改進(jìn)措施。軟土層厚面廣、填土速度快、軟土排水固結(jié)時(shí)間不足是路基沉降主要原因，隨時(shí)間推移路基沉降逐漸減緩并趨于穩(wěn)定；該地段復(fù)線工程在1996年4月開工，1998年8月建成通車，復(fù)線地基采用試驗(yàn)組推薦的水泥粉噴樁加固措施效果顯著，路基工后沉降速率控制在0.1 mm/d，水泥粉噴樁能夠吸收周圍土體水分，促使周圍的土體固結(jié)并形成復(fù)合地基，增強(qiáng)地基抗剪能力，減少固結(jié)沉降。

圖2 沉降速率圖

4.2 隴海線K24+325頂進(jìn)框架橋工程

⑴框架橋地點(diǎn)地基淤泥層厚度約有9.0 m；設(shè)計(jì)采用架設(shè)D型施工便梁加固防護(hù)線路、預(yù)制箱體頂進(jìn)方案，主體工程2009年9月開工、2010年10月竣工，軟土地基分別采用高壓旋噴樁、深層攪拌樁、鉆孔灌注樁進(jìn)行加固防護(hù)，取得了較好的效果。

⑵為滿足箱體頂進(jìn)作業(yè)條件，在線路北側(cè)設(shè)置頂進(jìn)工作坑、預(yù)制箱體。工作坑深度9.0 m，采用直徑1.0 m、長(zhǎng)度22 m的密排鉆孔灌注樁作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并在樁頂澆注鋼筋混凝土帽梁使各樁之間形成可靠的聯(lián)接；在樁背面設(shè)置深層攪拌樁止水帷幕，防止地下水滲流；為減少密排樁的變形，在基坑內(nèi)沿灌注樁周邊用密布攪拌樁（作業(yè)條件受限時(shí)可采用高壓旋噴樁）進(jìn)行被動(dòng)區(qū)加固，提高被動(dòng)區(qū)的抗力，減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形（見圖3）；為提高地基承載力，分別采用高壓旋噴樁和深層攪拌樁對(duì)鐵路路基本體、道路路面、工作坑基地進(jìn)行加固。

圖3 深基坑支護(hù)樁示意圖

⑶框架橋南側(cè)引道工程在U型槽工作斷面開挖完成、修整墊層底平面時(shí)，發(fā)生密排鉆孔圍護(hù)樁整體往基坑內(nèi)倒塌事故。事后經(jīng)過研究分析，工程搶工期、樁體未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度以及開挖順序不合理等不利因素的疊加是事故發(fā)生的主要原因。深基坑挖土施工必須按方案確定的開挖速度、順序進(jìn)行，在軟土地區(qū)只要發(fā)生鉆孔樁局部應(yīng)力超限，圍護(hù)結(jié)構(gòu)極易發(fā)生整體失穩(wěn)。

5 軟土地基處理注意事項(xiàng)

(1)做好相關(guān)穩(wěn)定性檢算

①路堤滑動(dòng)穩(wěn)定性檢算:穩(wěn)定性安全系數(shù)一般采用圓弧法分析檢算，安全系數(shù)不得低于1.10。

②路堤填筑臨界高度檢算：填筑臨界高度即快速填土、使地基不產(chǎn)生固結(jié)、不考慮列車荷載影響，路堤所能填筑的最大高度。

③深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性檢算：綜合考慮主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，檢算樁體位移量、整體穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)。

④以上檢算各項(xiàng)指標(biāo)選定必須符合實(shí)際，否則會(huì)影響檢算結(jié)果的準(zhǔn)確性。施工單位的自檢很有必要，雖然檢算過程復(fù)雜，但是能夠通過檢算提前發(fā)現(xiàn)問題；近幾年推廣使用的路堤和深基坑設(shè)計(jì)檢算軟件能在很大程度上提高檢算效率。

(2)樁體強(qiáng)度、單樁承載力、復(fù)合地基承載力必須經(jīng)檢測(cè)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方可進(jìn)行下一道工序。

(3)制訂全面的變形和位移觀測(cè)方案并在施工過程中認(rèn)真落實(shí)，發(fā)現(xiàn)位移變形超限，立即停止施工，查找分析原因，確定應(yīng)對(duì)措施。

(4)各種地基加固措施、深基坑開挖等關(guān)鍵施工項(xiàng)目必須編制專項(xiàng)施工方案經(jīng)有關(guān)單位審查批準(zhǔn)后實(shí)施，確保方案科學(xué)、措施安全、經(jīng)濟(jì)合理。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過對(duì)連云港地區(qū)軟土長(zhǎng)期的研究、實(shí)踐，雖然取得了一定的技術(shù)依據(jù)、掌握了一些軟土地基加固處理辦法，但由于軟土情況的復(fù)雜多變性，地基加固處理措施應(yīng)綜合考慮土體特性、建筑等級(jí)、施工工期、工程造價(jià)等因素合理選擇。

在地基加固工程施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行局部的路堤填筑和工藝性樁點(diǎn)試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案和有關(guān)參數(shù)，掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際資料，及時(shí)完善施工方案；軟土地區(qū)路堤應(yīng)超前安排施工，加強(qiáng)預(yù)壓固結(jié)、提高地基強(qiáng)度、降低加固成本、減少工后沉降；地基加固時(shí)必須對(duì)鄰近的建筑設(shè)備進(jìn)行密切觀測(cè)，防止樁體施工產(chǎn)生的集中應(yīng)力影響既有設(shè)備安全。