盤錦港疏港鐵路軟基加固處理設計

袁 報

(中鐵二院工程集團有限責任公司，山東濟南 250012)

0 引言

盤錦港疏港鐵路位于遼寧省盤錦市境內(nèi)，線路全長48.9 km。國鐵Ⅰ級，單線，預留雙線，設計速度120 km/h。

1 地基加固處理設計概況

沿線經(jīng)過區(qū)域為遼河沖積平原，地形平坦開闊，植被稀少，交通十分方便。年平均溫度9.4℃，極端最低氣溫－29.9℃，年平均降水量632.8 mm，年平均蒸發(fā)量1 535 mm。積雪厚度20 cm，土地標準凍結(jié)深度為103 cm，屬于季節(jié)性凍土。路基工點類型主要為軟土、松軟土及砂土液化等路基工點，共42處，累計長度34.3 km。

2 工程地質(zhì)條件

該測區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)(Qml4)人工填筑土，第四系全新統(tǒng)沖積(Qal4)、海積層(Qm4)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉砂、粉土、細砂。主要巖土力學指標如下:

②粉質(zhì)粘土(松軟土):γ =18.5 kN/m3，C=13 kPa，φ =12°，［σ］=120 kPa，Es=4 MPa;

③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(軟土):γ =17 kN/m3，C=10 kPa，φ =6°，［σ］=80 kPa，Es=2.5 MPa;

④粉土:γ =19 kN/m3，C=11 Pa，φ =14°，［σ］=150 kPa，Es=5 MPa。

3 水文地質(zhì)

3.1 地下水分布及特征

測區(qū)內(nèi)地表水發(fā)育，地下水主要為第四系孔隙潛水，埋藏較淺，埋深在 1.0 m ～3.5 m。

3.2 沿線水質(zhì)對混凝土侵蝕性評價

沿線地表水、地下水SO2－4對混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕等級為H1～H2;Cl－對混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕等級為L1～L3。

4 地震動參數(shù)

本線范圍內(nèi)地震動峰值加速度為0.10g～0.15g，相應地震動反應譜特征周期為 0.45 s～0.55 s。

5 設計控制標準［2］

5.1 軟土路基穩(wěn)定檢算安全系數(shù)

施工期安全系數(shù)［Fs］≥1.10;運營期安全系數(shù)［Fs］≥1.20。

5.2 軟土路基工后沉降要求

一般路堤地段工后總沉降不大于20 cm，沉降速率不大于5 cm/年;路橋過渡段工后沉降不大于10 cm。

5.3 軟土路基承載力要求

1)填高小于基床厚度的低路堤，地基承載力應滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

2)復合地基處理后的地基，承載力應滿足下式要求:

其中，pk為路基底面處壓力值，kPa;［σ］為處理后地基容許承載力，kPa;k為地基承載力計算修正系數(shù)，對于路堤、場坪等柔性基礎地基其值可取1.2 ～1.5。

6 地基加固檢算

6.1 承載力驗算［1-3］

1)單樁豎向承載力特征值計算。

水泥攪拌樁單樁豎向承載力特征值應通過現(xiàn)場載荷試驗確定。按式(2)，式(3)計算取較小值，CFG樁按式(2)計算，滿足式(4)要求。

其中，Pf為水泥攪拌樁:為與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標準養(yǎng)護條件下90 d齡期的立方體抗壓強度平均值，本工程取1.6 MPa;CFG樁:樁體混合料試塊(邊長150mm立方體)標準養(yǎng)護28 d立方體抗壓強度平均值，本工程取10 MPa;η為樁身強度折減系數(shù)，干法可取 0.20 ～0.30;濕法可取0.25 ～0.33，本工程為濕法取0.30;up為樁的周長，m;n為樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù);qi為樁周第i層土的側(cè)阻力特征值。對淤泥可取4 kPa～7 kPa;對淤泥質(zhì)土可取6 kPa～12 kPa;對軟塑狀態(tài)的粘性土可取10 kPa～15 kPa;對可塑狀態(tài)的粘性土可以取12 kPa～18 kPa;li為樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度，m;qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值，kPa;α為樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，本工程水泥攪拌樁取0.4，CFG樁取1。

水泥攪拌樁采用樁徑0.5 m，由式(3)可求得［P］=94.25 kN;當 qi取12 kPa時，qp取150 kPa，當 li取4.5 m 時，由式(2)可求得［P］=96.6 kN，軟土深度基本上均超過4.5 m，故［P］取94.25 kN。

對于CFG樁，28 d無側(cè)限抗壓強度不小于10 MPa，采用式(2)計算時，α取1，采用沉管施工，當qi取12 kPa時，qp取750 kPa，當li取15 m時，得［P］=324 kN，代入用式(4)驗算滿足要求。

2)復合地基承載力計算。

復合地基承載力可按TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程估算:

其中，σsp為復合地基容許承載力，kPa;σs為樁間土天然地基容許承載力，kPa;β為樁間土承載力折減系數(shù)。水泥攪拌樁當樁底為軟弱土層時，可取0.5～1.0;樁底為硬土層時，可取 0.1～0.4;CFG 樁可取0.75～0.95;m 為置換率，一般可取10%～20%;A為樁所承擔的復合地基面積，m2。

3)路基基底壓力可采用簡化方法γH法。γH法中的路基基底壓力pk按下式進行確定:

其中，γ為路基填料容重，kN/m3;h為路堤填方高度，m;B為路堤基底寬度，m;Q為列車荷載，kN/m;P為鋼軌、軌枕、道床總重(根據(jù)軌道類型及道床形式尺寸計算確定)，kN/m。

表1 水泥攪拌樁復合地基承載力計算表

從表1可以看出當k取1.2時，對地基承載力進行修正后，路基填高 h≤7.5 m 路堤地段，樁間距 1.2 m;7.5 m ＜ h≤8.5 m 地段，樁間距1.1 m;8.5 m ＜h≤9.5 m 地段，樁間距 1.0 m，承載力驗算基本滿足要求。

從表2可以看出，當k取1.2時，對地基承載力進行修正后，路基填高h≤10 m的路堤地段，樁間距1.8 m，承載力驗算基本滿足要求。

6.2 穩(wěn)定計算

路堤和地基的整體穩(wěn)定性宜采用圓弧滑動法進行計算。根據(jù)TB 10001-2005鐵路路基設計規(guī)范和TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程相關(guān)規(guī)定進行計算。

6.3 沉降計算

1)地基壓縮層計算深度應考慮路堤高度、地層結(jié)構(gòu)及地基土特性等因素按下列要求綜合確定，地基壓縮層的計算深度應滿足下式要求:

其中，σz為沉降計算深度z處的地基垂直附加應力，kPa;σt為沉降計算深度z處的地基自重應力，kPa。

2)天然地基和采取排水固結(jié)法處理后地基的總沉降量可按下式計算:

其中，ms為沉降經(jīng)驗修正系數(shù)，與地基條件、荷載強度、加荷速率等因素有關(guān):對于飽和軟粘性土，采用堆載預壓排水固結(jié)法處理時，其值可取1.2 ～1.4。

表2 CFG樁復合地基承載力計算表

3)復合地基的總沉降量可按下式計算:

其中，S1為加固區(qū)沉降量，m;S2為下臥層沉降量，m;ms為沉降經(jīng)驗修正系數(shù)，與地基條件、荷載強度等因素有關(guān)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗確定。對于軟土地基，其值可取1.0～1.2;對于非軟土地基，可根據(jù)區(qū)域工程經(jīng)驗取值。

4)地基工后沉降量應按下式進行計算:

其中，Sr為工后沉降量，m;S為最終沉降量(或稱總沉降量)，m;ST為上部建筑物竣工或路基竣工鋪軌完成己經(jīng)發(fā)生的沉降量(或稱施工期沉降量)，m。

表3 路基穩(wěn)定性安全系數(shù)和沉降量計算成果一覽表

路基穩(wěn)定性安全系數(shù)和沉降量計算成果見表3。

7 結(jié)語

盤錦港疏港鐵路路基正線及站線路基地基加固處理采用水泥攪拌樁，局部橋頭地段采用CFG樁。場坪區(qū)域采用水泥攪拌樁和塑料排水板加固。水泥攪拌樁按正三角形布置，樁間距一般區(qū)域1.2 m;過渡段1.0 m ～1.1 m。橋頭局部地段采用 CFG樁，按正方形布置，樁間距1.6 m～1.8 m。塑料排水板按正三角形布置，間距1.0 m，塑料排水板與水泥攪拌樁連接區(qū)域設置不小于2 m的過渡段，段內(nèi)水泥攪拌樁間距1.6 m，塑料排水板間距仍保持1.0 m。樁或板頂設置不小于0.4 m厚的加筋砂礫石墊層，墊層內(nèi)鋪設一層抗拉強度80 kN/m雙向土工格柵。

［1］鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術(shù)手冊·路基［M］.北京:中國鐵道出版社，1992.

［2］TB 10106-2010，鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］TB 10001-2005，鐵路路基設計規(guī)范［S］.