中馬鐵路濕陷性黃土地基處理分析探討

趙振榮 李 明 趙振興

(1.中鐵西安勘察設計研究院有限責任公司，陜西 西安 710054； 2.兵團交通建設有限公司，新疆 石河子 832000)

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中馬鐵路濕陷性黃土地基處理分析探討

趙振榮1李 明1趙振興2

(1.中鐵西安勘察設計研究院有限責任公司，陜西 西安 710054； 2.兵團交通建設有限公司，新疆 石河子 832000)

對新建中馬鐵路的全線地基處理進行了研究，并對濕陷性黃土處理的治理機理進行了分析，根據(jù)濕陷性黃土的濕陷等級和厚度，合理使用了強夯法、灰土擠密樁法、沖擊碾壓法、碎石樁法等多種地基處理方法，取得了良好的效果，對蘭州地區(qū)濕陷性黃土的地基處理具有借鑒意義。

濕陷性黃土，剩余濕陷量，強夯法，灰土擠密樁

1 工程背景

新建鐵路蘭州新區(qū)北至馬家坪線位于蘭州新區(qū)及永登縣境內(nèi)，線路東起新區(qū)物流園區(qū)，向西經(jīng)過黃土梁峁區(qū)，上跨連霍高速公路后接入蘭新線馬家坪站，全線長度31.66 km。

蘭州新區(qū)北至馬家坪鐵路是國家級新區(qū)——蘭州新區(qū)建設的重要配套工程，主要解決貨物外運，是蘭州至張掖城際鐵路的組成部分，同時也是蘭州樞紐總圖的重要組成。

蘭州新區(qū)北至馬家坪鐵路第Ⅰ標段(DK73+765.6～DK87+680)經(jīng)過傾斜沖、洪積平原區(qū)(DK73+765.6～DK79+220)和黃土梁峁區(qū)(DK79+220～DK87+680)(見圖1,圖2)，全線普遍分布有砂質(zhì)黃土層，且均具有不同程度的濕陷性，因此濕陷性黃土的地基處理對該線的順利完工和穩(wěn)定性起著至關重要的作用。

2 研究現(xiàn)狀

蘭州地區(qū)原狀黃土濕陷性的大小主要由含水率來決定，一般含水率愈大，濕陷系數(shù)愈小。含水率小于10%的黃土其濕陷性評價已達到中等或強烈濕陷性。蘭州地區(qū)有溫差大、降水量少的氣候特點。該區(qū)地層的含水量補給主要靠地表徑流和降水，所以該區(qū)域的黃土具有濕陷性。目前國內(nèi)工程界對濕陷性黃土的地基處理主要集中在“隔”“避”和“消”三種方法上：

1)隔：把地表水和濕陷性黃土進行隔離，阻止大孔隙黃土濕陷的誘因。黃土的滲透性直接影響地基濕陷變形的大小和速度，阻止水在黃土中的滲透可以減小甚至消除黃土濕陷性。目前主要的方法是通過灰土、油氈以及各種PVC和PE膜等材料建立基礎的隔離層，保證地基的穩(wěn)定性。該方法主要適用于對基礎承載力要求不高的設施，如水管、構(gòu)造房屋、渠道等。2)避：通過設置豎向結(jié)構(gòu)物穿過濕陷性黃土地層，尋找更好的持力層，避開因黃土濕陷導致的變形和沉降。目前主要有通過設置混凝土樁、碎石樁和沉井等將基礎的力傳至更好的持力層上，可以對黃土濕陷性不進行處理。但該方案一般處理的濕陷性黃土深度不大，而且造價較高。3)消：通過各種手段破壞濕陷性黃土的大孔隙結(jié)構(gòu)達到消除濕陷性目的的方法。目前主要的方法有強夯法、灰土擠密樁法、沖擊碾壓法、預浸水處理等，根據(jù)機理特性具有不同的處理深度，但都在不同的項目領域內(nèi)取得了良好的效果。

3 研究內(nèi)容

根據(jù)新區(qū)北至馬家坪鐵路第一標段的地質(zhì)情況，按照砂質(zhì)黃土層的厚度及濕陷等級，對全段的地基處理進行了分段：

蘭州新區(qū)北站(DK73+765.6～DK76+000)，該段主要地層有：人工填土；第四系全新統(tǒng)沖、洪積砂質(zhì)黃土、中砂、礫砂、細圓礫土；其中DK74+000～DK74+440，DK75+040～DK76+000段砂質(zhì)黃土具Ⅰ級(輕微)非自重濕陷性，濕陷土層厚度1 m～3 m；DK74+440～DK75+040段砂質(zhì)黃土具Ⅱ級(中等)自重濕陷性，濕陷土層厚度6 m～8 m。

由于該段屬于車站范圍，將分布有重要的站房等結(jié)構(gòu)物，且濕陷等級為輕微～中等，厚度跨度在1 m～8 m，綜合對比考慮后選擇“消”的處理方式(中強夯法)對其進行處理。

強夯地基處理見圖3，圖4，強夯法單擊夯擊能與有效加固深度對比見表1。

DK76+000～DK79+220段鐵路路基：本段主要地層有：第四系全新統(tǒng)人工填土；第四系全新統(tǒng)沖、洪積砂質(zhì)黃土、粉土、細砂、礫砂、細圓礫土；第三系泥巖。其中砂質(zhì)黃土具有Ⅰ級非自重濕陷性，濕陷土層厚度約1 m～4 m。

表1 強夯法單擊夯擊能與有效加固深度對照表

該段路基呈條帶分布、長度較長，而且濕陷性黃土的厚度較小和濕陷等級輕微，為保證工期和處理綜合考慮后選取沖擊碾壓方式進行處理。沖擊碾壓地基處理代表斷面圖見圖5。

DK79+220～DK87+680段黃土梁峁區(qū)，該工點砂質(zhì)黃土具有Ⅳ級自重濕陷性，濕陷性土層厚度達4 m～22 m。受東干渠及其支渠滲漏、農(nóng)田灌溉等因素影響，表層砂質(zhì)黃土下伏厚1 m～5 m飽和軟黃土，承載力極低，壓縮性高，呈現(xiàn)軟土的力學特征。該段的黃土濕陷性等級很嚴重，且厚度較大，在梁峁區(qū)出現(xiàn)很多因濕陷造成的溝壑及裂縫(見圖1,圖2)，要完全消除濕陷性很難，且造價很高。由于該段多以深路塹形式通過，在考慮目前施工工藝(灰土擠密樁最大有效樁長為12.0 m)和地表水能夠穿透整個砂質(zhì)黃土層的最不利工況下，分別選取了多個斷面對8 m樁長和12 m樁長地基處理后的剩余濕陷量進行驗算，驗算結(jié)果均不滿足規(guī)范TB 10001—2005鐵路路基設計規(guī)范的要求。

采用剩余濕陷量計算公式計算：ΔS=∑βδsihi。

從計算結(jié)果分析，灰土擠密樁無論采用8m還是12m均無法滿足規(guī)范對沉降的要求，查閱資料據(jù)原建工部建筑科學研究院和西安市自來水公司等單位曾在西安韓森寨一帶進行的管道漏水影響范圍的試驗，連續(xù)漏水23d～153d，漏水量600t～1 400t，試驗結(jié)果，最大浸濕范圍為5.0m～7.3m。根據(jù)《黃土邊坡降水入滲規(guī)律及其穩(wěn)定性研究》結(jié)論：強降水條件下水分入滲的深度有限，黃土的滲透性直接影響地基濕陷變形的大小和速度，是黃土的重要工程性質(zhì)。滲透系數(shù)隨入滲時間和入滲水量的增加而變化，濕陷發(fā)生后的黃土，由于天然結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞，滲透系數(shù)變小。當表層黃土濕陷后，滲透系數(shù)會變小，從而大大阻礙了地表水的進一步滲透，所以在地表水的下滲是有一定限度的。所以本次選取8.0m長灰土擠密樁進行濕陷性處理，并做好了地表水溝及基底的封水措施，實際處理效果良好?；彝翑D密樁地基處理代表斷面圖見圖6。

1)對于DK86+707～DK86+825段飽和軟黃土地段,為了提高承載力減少不均勻沉降，采用φ0.4m，間距1.1m，樁長15.0m的碎石樁進行處理。2)全段濕陷性黃土地段對路堤坡腳外3.0m范圍，側(cè)溝、排水溝范圍地基均采取了“隔”的治理策略，布設0.3m后三七灰土進行隔離，阻止薄弱節(jié)點的濕陷破壞。

4 研究成果

蘭州新區(qū)北至馬家坪鐵路已于2013年12月28日順利通車，全段地基處理效果良好。通過本工程的實施，取得的主要結(jié)論有：1)濕陷性黃土在西北地區(qū)分布較廣，積累的工程經(jīng)驗也比較豐富，主要基于“隔”“避”“消”三種治理機理，主要有強夯法、沖積碾壓法、灰土擠密樁法、碎石樁法及灰土隔離法，適用于不同厚度濕陷性黃土和不同濕陷等級的各種工程。本條鐵路主要采取了這幾種方法，靈活運用了三種治理機理且取得了良好的效果。2)對于飽和軟黃土采取碎石樁穿透的方法提高地基承載力，一方面起到置換作用，另一方面起到類似于“結(jié)構(gòu)柱”的傳力作用，取得了良好效果。3)對于大厚度濕陷性黃土是否一定要消除其濕陷性值得探討。在西北地區(qū)，因為該地區(qū)濕陷土層較厚，完全消除這些土層的濕陷性或徹底穿透濕陷土層往往要花很大代價，筆者認為應該綜合考慮濕陷性黃土的有效滲透半徑(深度)，合理選取處理深度，達到治理和效益的契合。

[1]王軍平.對深厚濕陷性黃土地基處理的探討.西北水電,2004(2)：41-43.

[2]肖 碧，王逢睿.黃土基坑邊坡滑坡病害成因分析及防治對策.四川建材,2010,4(36)：78-81.

[3]文 君，張江麗，程景民，等.大厚度濕陷性黃土地基處理方法探討.城市勘測，2006(3)：74-76.

On exploration of analysis of collapsible loess foundation treatment along Zhong-Ma Railway

Zhao Zhenrong1Li Ming1Zhao Zhenxing2

(1.ChinaRailwayXi’anSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Xi’an710054,China;2.CorpsCommunicationConstructionCo.,Ltd,Shihezi832000,China)

Studied in the foundation treatment of new built railway line of Zhong-Ma, analyzed on the governance mechanism of collapsible loess processing, and according to collapsible loess collapsibility of grade and thickness of the rational, used of the dynamic compaction method, method of lime-soil compaction pile, impact roller compacted method, gravel pile method and other methods, has obtained the good effect, having the reference and guiding significance for the collapsible loess foundation treatment in Lanzhou.

collapsible loess, quantity of collapsibility, dynamic consolidation, lime-soil compaction pile

1009-6825(2015)01-0142-02

2014-10-31

趙振榮(1984- )，男，工程師； 李 明(1980- )，男，工程師； 趙振興(1983- )，男，助理工程師

TU475.3

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