有軌電車一般路段軟土地基處理技術(shù)研究

楊國濤，莊 妍

有軌電車一般路段軟土地基處理技術(shù)研究

楊國濤1，莊 妍2，3

(1.南京河西新城區(qū)開發(fā)建設(shè)管理委員會(huì)，江蘇 南京210019；2河海大學(xué) 巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098；3. 江蘇省巖土工程技術(shù)工程研究中心，江蘇 南京 210098)

結(jié)合南京河西新城現(xiàn)代有軌電車工程，對線路一般路段軟土地基所采用的三種不同的地基處理方法：挖除換填法、真空預(yù)壓法和真空預(yù)壓聯(lián)合水泥土攪拌樁法的加固方式和施工工藝進(jìn)行詳細(xì)介紹。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了采用上述三種地基處理方法加固軟基后工后沉降隨時(shí)間的變化情況，結(jié)果表明：三種方法處理軟基后的工后累積沉降值分別為15.8、13.2和8.6 mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許工后沉降警戒值100 mm，可以看出，上述三種處理方法均有效加固了有軌電車一般路段軟土地基，其中水泥土攪拌樁聯(lián)合真空預(yù)壓法的加固效果要優(yōu)于另外兩種方法。

有軌電車；軟土地基理; 換填法;真空預(yù)壓法; 真空預(yù)壓聯(lián)合水泥土攪拌樁法

在我國東南沿海地區(qū)分布著較為廣泛的軟土[1]，在軟土地區(qū)修建鐵路和公路時(shí)，若不對軟土地基進(jìn)行很好的加固處理，路基易產(chǎn)生較大的沉降，從而造成鐵軌的變形和路面的開裂損壞，影響鐵路和公路的正常使用[2]。目前，我國出現(xiàn)了許多地基處理技術(shù)[3-4]。在高速公路和高速鐵路工程中，對軟土地基處理時(shí)常采用的方法有排水固結(jié)法，置換法，強(qiáng)夯法，深層攪拌法，高壓噴射注漿法，振密、擠密法及加筋技術(shù)等[5-8]。城市有軌電車作為現(xiàn)代城市交通新工具，在對此類工程處理軟土地基設(shè)計(jì)時(shí)國內(nèi)尚沒有明確的依據(jù)可以遵循。本文結(jié)合南京河西新城有軌電車工程，對有軌電車一般路段軟基所采取的三種不同加固方式和施工工藝進(jìn)行詳細(xì)介紹，并根據(jù)運(yùn)營期工后累積沉降監(jiān)測結(jié)果，評估三種地基處理技術(shù)對軟土地基的加固效果。

1 工程簡介

1.2 工程地質(zhì)條件

南京市河西新城現(xiàn)代有軌電車一號(hào)線沿線地貌屬于長江漫灘單元。南京地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年降水量較大，氣候濕潤。既有路段位于江山大街以北，地形平坦，待建路段位于江山大街以南，地形稍有起伏，該段線路穿越農(nóng)田、菜地和部分水塘。根據(jù)野外勘探結(jié)果，軟土沿道路線全線普遍分布，地層代號(hào)2-2，且部分地段厚度較大，線路局部段存在較厚的人工填土。勘察范圍內(nèi)各土層特征及力學(xué)參數(shù)指標(biāo)如表1所示。1.1 工程概況

南京市河西新城現(xiàn)代有軌電車一號(hào)線，雙線路整體道床布置，線間距3.4～8.8 m，線路總長7 756 m。線路起點(diǎn)位于奧體中心東門站，沿江東南路（中分帶）-保雙街（西側(cè)）-秦新路（北側(cè)）-揚(yáng)子江大道東側(cè)分布，終點(diǎn)位于秦新路站，設(shè)有地面站點(diǎn)13座。根據(jù)線路與周圍道路的關(guān)系分為兩段：起點(diǎn)DK0+000～DK2+760為既有路段，線路布置于既有江東東路奧體東站至江山大道路的道路中央綠化帶中，軌道的頂面與市政標(biāo)高基本在同一個(gè)水平面上，路段長度為2 760 m。DK2+760～DK7+756為新建路段，路段長度為4 996 m。既有路段一般路基，采用的地基處理方法為挖除換填法，新建路段一般路基采用的地基處理方法為真空預(yù)壓法和真空預(yù)壓聯(lián)合水泥攪拌樁法。設(shè)計(jì)有軌電車運(yùn)行時(shí)速度≤50 km/h，線路一般路段允許工后沉降警戒值為100 mm（路橋過渡段為30 mm）。

2 一般路段及特殊路段軟土地基處理技術(shù)

2.1 挖除換填法

既有路段線路表層主要為1-2a層素填土，厚約3.0 m，下部為軟土，厚5～8 m，軟土壓縮模量約為5 MPa。根據(jù)調(diào)查，既有路段修建通車已有 10 多年，素填土與軟土的穩(wěn)定性和固結(jié)程度均較好，故采用挖除換填法地基處理方式。路基處理深度為2.0 m，基床表層采用0.4 m厚級配碎石，基床底層采用0.6 m厚二灰土。為了調(diào)整基礎(chǔ)不均勻沉降，在基床表層上方設(shè)置2塊寬4.6 m，高0.4 m，長25.06 m的筏板基礎(chǔ)，端部設(shè)置寬0.50 m，高0.20 m騎縫搭接，并在端部設(shè)置寬1.0 m，高0.3 m的枕板。挖除換填法加固既有路段一般路基軟土地基如圖1所示。

2.2 真空預(yù)壓法

新建路段的一般路段軟土厚度在5～10 m，采用真空預(yù)壓法地基處理方式，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)。設(shè)置排水板間距為1.2 m，按梅花形布置，排水板寬度為0.1 m，厚度為4.5 mm，長度為16 m。真空預(yù)壓法加固新建路段一般路基軟土地基如圖2所示。

表1 土層特征及力學(xué)參數(shù)指標(biāo)Tab.1 Parameters of soil properties for test section

真空預(yù)壓法利用真空應(yīng)力和豎向排水體加速軟土固結(jié)[9]，在施工過程中應(yīng)注意：設(shè)置豎向排水系統(tǒng)前，應(yīng)先整平場地，設(shè)置排水通道，在軟基表面鋪設(shè)砂墊層，設(shè)置抽空裝置及膜內(nèi)外管道。砂墊層中水平分布濾管的埋設(shè)，采用條形或魚刺形，鋪設(shè)距離要適當(dāng)，為了使真空分布均勻，管上部應(yīng)覆蓋200 mm后砂層。密封膜的施工是真空預(yù)壓地基加固的關(guān)鍵，砂墊層上密封薄膜，一般采用3層聚氯乙烯薄膜，應(yīng)按先后順序同時(shí)鋪設(shè)，并在加固區(qū)四周，在離清基線外緣2 m開挖深0.8～0.9 m的溝槽，將薄膜的周邊放入溝槽內(nèi)，用粘土或粉質(zhì)粘土回填壓實(shí)，為保證氣密性好，密封不漏氣，采用膜上全面覆水封閉。當(dāng)面積較大，宜分區(qū)預(yù)壓，區(qū)與區(qū)間隔距離2～6 m。在真空預(yù)壓過程中，要做好真空度、地面沉降量、深層沉降、水平位移、孔隙水壓力和地下水的現(xiàn)場監(jiān)測工作，掌握變化情況，發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)采取措施處理。真空預(yù)壓法的具體施工工藝流程是：地質(zhì)勘查→排水體設(shè)計(jì)→排水砂墊層施工→打設(shè)豎向排水體→埋設(shè)觀測設(shè)備→埋設(shè)真空分布管→鋪設(shè)密封膜→真空泵安裝、管路連接→抽真空、觀測→效果檢驗(yàn)。

2.3 水泥土攪拌樁聯(lián)合真空預(yù)壓法

圖1 挖除換填法加固軟土地基橫斷面圖Fig.1 The cross-section of soft soil foundation reinforced by replacement method

圖2 真空預(yù)壓法加固軟土地基橫斷面圖Fig.2 The cross-section of soft soil foundation reinforced by vacuum preloading method

新建路段一般路段軟土厚度在 10～18 m，采用水泥攪拌樁聯(lián)合真空預(yù)壓法地基處理方式，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)。真空預(yù)壓施工期為3個(gè)月，當(dāng)真空膜壓達(dá)到80 kPa時(shí)，設(shè)置寬0.1 m，厚4.5 mm的排水板，排水板長度設(shè)置原則為距離透水層頂面大于2 m。排水板設(shè)置間距為1.5 m，正方形布置，頂部設(shè)置0.2 m中粗砂+3層聚氯乙烯薄膜保證其真空度。設(shè)計(jì)攪拌樁樁徑為 0.5 m，樁間距為1.4 m，樁長16 m，呈梅花形布置。樁頂鋪0.6 m 砂墊層，墊層內(nèi)鋪設(shè)一層雙向高強(qiáng)土工格柵，其抗拉強(qiáng)度不小于110 kN/m，鋪設(shè)土工格柵時(shí)，兩端回折不少于3.0 m。水泥土攪拌樁聯(lián)合真空預(yù)壓法加固新建路段特殊路基軟土地基如圖3所示。

圖3 水泥土攪拌管樁+真空預(yù)壓加固軟土地基橫斷面圖Fig.3 The cross-section of soft soil foundation reinforced by vacuum preloading combined with cement-soil mixing piles method

水泥土攪拌樁利用水泥與軟土之間發(fā)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，提高軟土的物理力學(xué)性質(zhì)[10]。水泥攪拌樁在施工過程中應(yīng)注意：攪拌樁一般采用PO42.5級普通硅酸鹽水泥，摻入量不小于15 %，具體應(yīng)該通過室內(nèi)配方試驗(yàn)確定。施工前應(yīng)該通過工藝性試樁，掌握對該場地的成樁經(jīng)驗(yàn)及各種操作技術(shù)參數(shù)，要求各工點(diǎn)試驗(yàn)樁不少于3根。攪拌樁施工時(shí)全樁上下應(yīng)該重復(fù)復(fù)攪不少于一次，當(dāng)樁周土為成層狀地層時(shí)，應(yīng)該對相對軟弱的土層增加復(fù)攪次數(shù)，并增加水泥摻入量。施工時(shí)應(yīng)定時(shí)檢查機(jī)械的成樁直徑及攪拌均勻程度，對使用的鉆頭應(yīng)定期復(fù)核檢查，其直徑磨耗量不得大于20 mm。施工時(shí)應(yīng)控制鉆機(jī)下鉆深度、噴粉（漿）高程及停灰面，確保樁長。在成樁過程中遇有故障而停止噴粉（漿）時(shí)，第二次噴粉（漿）時(shí)，其重疊長度不得少于1.0 m（漿體噴射攪拌樁為不小于0.5 m），接樁間隔時(shí)間不大于24 h，否則應(yīng)重打該樁。施工時(shí)要隨時(shí)檢查加固料量、樁長、復(fù)攪長度以及注意是否存在異常情況。水泥土攪拌樁具體施工工藝流程是：平整場地→施工放線、設(shè)備進(jìn)場→定樁位→樁機(jī)對位調(diào)平→預(yù)攪下沉、漿液配制→提升噴漿攪拌→重復(fù)上下攪拌→清洗→移位。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

本次現(xiàn)場監(jiān)測是對有軌電車運(yùn)營期工后沉降的監(jiān)測，監(jiān)測時(shí)間為2015年6月—2016年5月，每月監(jiān)測一次，共監(jiān)測12個(gè)月。由于筏板沉降變化規(guī)律是反映工后沉降的重要指標(biāo)，所以本次監(jiān)測的內(nèi)容主要是筏板沉降觀測，通過連續(xù)觀測筏板-鋼管結(jié)構(gòu)中鋼管的沉降量獲得不同階段的沉降量。監(jiān)測按國家二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求進(jìn)行，儀器采用DSZ2型精密自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，配備測微器，配備精密銦瓦鋼尺及專用尺墊（5 kg），其標(biāo)稱精度為0.5 mm/km，觀測點(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)布置在軌行區(qū)影響范圍之外。

圖4為運(yùn)營期12個(gè)月內(nèi)工后沉降與時(shí)間關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出，采用上述三種方法對軟基處理后，地基的工后沉降速率較為穩(wěn)定。監(jiān)測期內(nèi)的工后累積沉降量分別為15.8、13.2和8.6 mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許工后沉降警戒值100 mm，由此表明，三種方法處理軟土地基均起到了明顯的加固效果。相比于挖除換填法和真空預(yù)壓法，水泥土攪拌樁聯(lián)合真空預(yù)壓法處理軟土后的工后沉降速率最為穩(wěn)定，工后累積沉降量也最小，分別是另外兩種方法工后累積沉降量的54%和65%，說明水泥土聯(lián)合真空預(yù)壓法處理軟土地基效果要優(yōu)于另外兩種地基處理方法。

圖4 運(yùn)營期12個(gè)月內(nèi)工后累積沉降與時(shí)間關(guān)系圖Fig.4 The post-construction settlement of the soft soil foundations reinforced by the three improvement methods

4 結(jié)論

1）在監(jiān)測期內(nèi)，采用上述三種處理方法對軟土地基加固后，路基的工后累積沉降值分別為15.8、13.2和8.6 mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許工后沉降警戒值100 mm。說明采用這三種方法均起到了良好的地基加固效果。

2）從監(jiān)測結(jié)果可以看出，水泥攪拌樁聯(lián)合真空預(yù)壓法處理軟土地基工后累積沉降值分別是挖除換填法和真空預(yù)壓工后累積沉降值的54%和65%，表明其加固軟土地基效果要優(yōu)于另外兩種地基處理方法。

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（責(zé)任編輯 王利君）

Study on the soft soil improvement technologies of Rapid-Transit Tram

YANG Guotao1，ZHUANG Yan2,3
(1. The Development and Construction Management Committee of Nanjing Hexi New City District, Nanjing 210019, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Jiangsu Province’s Geotechnical Research Center, Nanjing 210098, China)

Based on the Rapid-Transit Tram Project in Nanjing, three soft soil improvement methods including replacement method, vacuum preloading method, as well as vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile method were introduced in this paper.. The reinforcement method and the construction technology were reported in detail for the three methods. The post-construction settlement of the soft soil foundation reinforced by the three methods was investigated. It can be found that the post-construction settlements were 15.8 mm, 13.2 mm and 8.6 mm for replacement method, vacuum preloading method, and vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile method respectively, which were much less than the cumulative alarm value of 100 mm. It can be concluded that these three improvement methods reinforced the soft soil foundation effectively, whereas the reinforcement effect of the vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile method is better than the other two methods.

Rapid-Transit Tram; soft soil foundation improvement; replacement method; Vacuum preloading method; Vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile

U41

A

1673-9469（2017）02-0017-05

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.02.004

2017-03-28

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51478166)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2016B04414，2016B20614，2015B17814，2015B25914)；“青藍(lán)工程”資助；教育部留學(xué)回國人員科研啟動(dòng)基金

楊國濤，(1968-)，男，江蘇金壇人，高級工程師，主要從事城市道路與軟土地基處理方面的研究。