格庫(kù)鐵路青海段軟弱地基特性分析及處理方法

賈琦

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安710043)

格庫(kù)鐵路青海段軟弱地基特性分析及處理方法

賈琦

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安710043)

以新建格爾木至庫(kù)爾勒鐵路青海段軟弱地基土勘察為例，綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、鉆探、靜探、室內(nèi)土工試驗(yàn)、施工現(xiàn)場(chǎng)擠密試驗(yàn)等各種勘察方法，查清了軟弱地基土層屬中～高壓縮性土，承載力較低，沉降量較大，滲透性相對(duì)較好，固結(jié)沉降速率較快。分析了軟弱地基形成的原因及施工中可能遇到的問(wèn)題。采取的處理措施:對(duì)于軟弱地基厚度≤3 m的段落，路基地基采用A，B組填料擠密并重型碾壓，涵洞地基采用挖除換填進(jìn)行處理;對(duì)于軟弱地基厚度＞3 m的段落，涵洞及路基地基均采用水泥攪拌樁復(fù)合地基進(jìn)行加強(qiáng)處理。

軟弱地基;滲透系數(shù);擠密試驗(yàn);路基沉降;水泥攪拌樁

1　工程概況

1.1地質(zhì)條件

新建格爾木至庫(kù)爾勒鐵路(簡(jiǎn)稱格庫(kù)鐵路)是新疆第2條出疆鐵路，是我國(guó)西北鐵路網(wǎng)骨架的重要組成部分。格庫(kù)鐵路青海段位于柴達(dá)木盆地南側(cè)山前傾斜洪積平原上，線路南側(cè)為昆侖山，北側(cè)為柴達(dá)木盆地，地形整體上南高北低，地勢(shì)開(kāi)闊。格庫(kù)鐵路青海段沿線穿越多段濕地地貌(圖1)，濕地段落軟弱地基土發(fā)育，需進(jìn)行地基處理。

圖1　格庫(kù)鐵路沿線濕地地貌

格庫(kù)鐵路青海段沿線軟弱地基土層和東部沿海軟土地層有很大區(qū)別。東部沿海軟土地層以沖積、海相沉積的軟塑～流塑狀的淤泥、淤泥質(zhì)土為主，而格庫(kù)鐵路青海段軟弱地基土層一般以洪積地層為主，巖性主要為飽和、松散～稍密的粉土、粉細(xì)砂及淤泥質(zhì)粉砂，顏色呈深灰色，含少量黏粒，標(biāo)貫擊數(shù)為3～14擊，巖芯呈柱狀或散體狀。格庫(kù)鐵路青海段沿線軟弱地基土層厚度一般不超過(guò)10 m。

1.2氣象條件

格庫(kù)鐵路青海段沿線屬典型的大陸型干旱性氣候區(qū)，氣候異常干旱、寒冷、多風(fēng)少雨，晝夜溫差大，平均氣溫1～4℃，極端最高氣溫29～33℃，極端最低氣溫－29～－33.6℃，年平均降水量39～44 mm，年平均蒸發(fā)量＞2 790 mm。

1.3水文條件

格庫(kù)鐵路青海段軟弱地基主要分布于拖拉海濕地、烏圖美仁濕地、塔爾丁濕地、甘森湖濕地。這些濕地的共同特點(diǎn)是地勢(shì)低洼，排水不暢，地下水位常年較高，濕地內(nèi)普遍生長(zhǎng)蘆葦?shù)认菜参铩５叵滤a(bǔ)給來(lái)源為南側(cè)昆侖山雨水、冰雪融水向下滲流補(bǔ)給及附近河水補(bǔ)給。地下水中易溶鹽含量大，在部分地表形成厚度達(dá)20 cm的鹽殼。地下水位隨季節(jié)變化較大，在春夏季節(jié)昆侖山冰雪融水補(bǔ)給，水位上升，地表積水深約0.3～1.5 m;秋冬季節(jié)水位下降或干涸，部分洼地地表積水深約0～0.5 m。

2　軟基成因分析

濕地范圍內(nèi)常年地下水位較高，地下水位接近地表或地表有積水，靜水環(huán)境沉積，并伴生有嚴(yán)重的鹽漬土及凍融現(xiàn)象。秋冬季節(jié)氣溫下降、水位下降，地表凍結(jié)，同時(shí)鹽分結(jié)晶析出使地層膨脹，形成鹽殼;春夏季節(jié)氣溫上升、水位上升，地表形成大面積積水，地層軟化、鹽分溶解。在這種多年的脹縮作用下，濕地上部粉土、粉細(xì)砂及淤泥質(zhì)粉砂土層始終處于飽和、松散～稍密狀態(tài)，自然沉積固結(jié)過(guò)程較慢，從而形成軟弱地基土。

3　試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

對(duì)于沿線濕地軟弱地基，2014年定測(cè)勘察期間中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院地質(zhì)專業(yè)人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、鉆探、靜探及室內(nèi)土工試驗(yàn)(包括土常規(guī)、滲透、壓縮、快剪試驗(yàn))進(jìn)行了詳細(xì)勘察。2015年7月28日至8月1日施工期間委托中鐵二十一局在烏圖美仁濕地進(jìn)行了施工現(xiàn)場(chǎng)擠密試驗(yàn)。根據(jù)調(diào)查及試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析如下:

1)根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)，濕地上部粉土的各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)(以烏圖美仁車站為例)見(jiàn)表1。從表1可以看出:濕地粉土的天然孔隙比平均值為0.866，天然含水率平均值為30.16%，液限平均值為28.46%，壓縮系數(shù)平均值為0.476 MPa－1，黏聚力平均值為20.04 kPa，內(nèi)摩擦角平均值為21.61°;粉土的天然孔隙比＜1，天然含水率大于液限，壓縮系數(shù)平均值＜0.5 MPa－1，滲透系數(shù)平均值為7.56×10－6cm/s。濕地上部的粉土軟弱地層接近但達(dá)不到軟土指標(biāo)。

表1　粉土室內(nèi)試驗(yàn)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

2)根據(jù)鉆孔標(biāo)貫及靜探資料揭示，軟弱地基土層厚度約2～11 m，標(biāo)貫擊數(shù)為3～14擊，平均貫入阻力0.35～0.8 MPa，基本承載力40～80 kPa。

由以上兩條可知，格庫(kù)鐵路青海段沿線軟弱地基地層承載力較低，屬中～高壓縮性土，沉降量較大，但地層含砂量大，滲透性相對(duì)較好，地基沉降速率較快。

3)根據(jù)液化計(jì)算，上部飽和、松散～稍密的粉土、粉細(xì)砂均為液化土層?；娱_(kāi)挖過(guò)程中會(huì)發(fā)生流砂、管涌等現(xiàn)象。路基工程機(jī)械振動(dòng)會(huì)引起地基土的液化，形成橡皮土。

4)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)擠密試驗(yàn)結(jié)果，擠密填筑的沉降量隨填層厚度的增大而減小，初期沉降量較大，為0.5～0.8 m，后期隨著填層厚度的增加，沉降量逐漸減少，最終沉降量為1.325 m。

4　施工難點(diǎn)及處理措施

4.1施工難點(diǎn)

1)施工困難。濕地春夏兩季大面積積水，地表承載力低，施工機(jī)械及人員易沉陷，進(jìn)場(chǎng)困難。

2)軟弱地基承載力低，壓縮性高，沉降量大。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)擠密試驗(yàn)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，4 d路基沉降量達(dá)1.325 m，如處理措施不到位，可能會(huì)發(fā)生不均勻沉降、路基失穩(wěn)等危害。

3)工期緊張。軟弱地基自然固結(jié)沉降速率較慢，若不采取地基處理措施或處理措施較弱，將會(huì)嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。

4.2處理措施

若采取自然擠密沉降的方法，不僅施工困難，而且工后沉降不易控制，因此，本條線路對(duì)于軟弱地基厚度≤3 m的段落，路基地基采用A，B組填料擠密并重型碾壓進(jìn)行處理，涵洞地基采用挖除換填進(jìn)行處理;對(duì)于軟弱地基厚度＞3 m的段落，涵洞及路基地基均采用水泥攪拌樁復(fù)合地基進(jìn)行加強(qiáng)處理。樁長(zhǎng)、樁間距及擠密厚度根據(jù)不同地質(zhì)條件及地質(zhì)參數(shù)通過(guò)計(jì)算確定。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工后結(jié)果來(lái)看，地基處理后攪拌樁單樁承載力(≥162 kN)、復(fù)合地基承載力(≥155 kPa)及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)路基沉降速率(＜5 cm/年)均滿足設(shè)計(jì)要求。

5　結(jié)語(yǔ)

1)格庫(kù)鐵路青海段沿線軟弱地基土天然含水率、天然孔隙比、壓縮系數(shù)等數(shù)據(jù)均較東部沿海軟土小。因其地層含砂量大，滲透性較好，地基沉降速率較快。

2)本地區(qū)其他工程建設(shè)過(guò)程中建議對(duì)厚度≤3 m的軟弱地基采用A，B組填料擠密并重型碾壓或挖除換填的方法進(jìn)行處理;對(duì)厚度＞3 m的軟弱地基，建議采用水泥攪拌樁復(fù)合地基進(jìn)行加固處理。格庫(kù)鐵路青海段采用上述處理措施后，復(fù)合地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求，工后沉降可控，達(dá)到鐵路安全標(biāo)準(zhǔn)。

［1］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．新建鐵路格爾木至庫(kù)爾勒線初步設(shè)計(jì)［R］．西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2014:14-15．

［2］肖建華，馮銘璋．關(guān)于軟土狀態(tài)確定標(biāo)準(zhǔn)的討論［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，1997，5(1):47-52．

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB 10038—2012鐵路工程特殊巖土勘察規(guī)程［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2012．

［4］姚云龍，馬廣英．路基工程中“橡皮土”的成因與對(duì)策［J］．經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息，2008(24):64-64．

［5］薛煒，楊元龍，鄺健政，等．水泥攪拌樁在硫酸類鹽漬化軟土地基處理中的應(yīng)用［C］//自主創(chuàng)新與持續(xù)增長(zhǎng)第十一屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集(1)．重慶:中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，2009: 601-607．

［6］王喜．CFG樁替代水泥攪拌樁在廣珠貨運(yùn)鐵路軟基處理中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2012(4):111-113．

［7］汪中恒．黔張常鐵路龍鳳盆地軟土成因及工程性狀分析［J］．鐵道建筑，2014(9):95-97．

(責(zé)任審編 葛全紅)

Characteristics Analysis and Treatment Method of Soft Subsoil in Qinghai Section of Golmud-Korla Railway

JIA Qi
(China Railway First Survey and Design Institute Group Co．，Ltd．，Xi'an Shaanxi 710043，China)

Taking the survey of soft subsoil in Qinghai section of new-built Golmud-Korla railway as example，multiple survey methods were applied including field investigation，drilling，cone penetration test，laboratory soil testing and com paction test on site．The soft soil was identified as a medium～high com pressibility soil with low bearing capacity，large settlement，good permeability and fast consolidation and settlement speed．The reasons for the formation of the soft subsoil and the problems encountered in construction were analyzed and corresponding treatm ents were suggested．For the soft subsoil less than 3m，A and B packings were used in subgrade subsoil with heavy roller compaction，and excavation and replacement were required for culvert foundation．For the soft subsoil greater than 3m，composite foundation with cement mixing piles were suggested in both culvert foundation and subgrade subsoil．

Soft subsoil;Permeability coefficient;Compaction test;Subgrade settlement;Cement mixing pile

TU471+．8

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．27

1003-1995(2016)11-0104-03

2016-05-10;

2016-09-05

賈琦(1985—)，男，工程師，工學(xué)碩士。