布袋注漿樁地基用于軟基處理的試驗研究

王 棟惠 嘉江睿南雒亞莉李世洋

（1中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011；2交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029；3北京航空航天大學(xué)，北京 100191）

布袋注漿樁地基用于軟基處理的試驗研究

王 棟1惠 嘉2江睿南2雒亞莉1李世洋3

（1中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011；2交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029；3北京航空航天大學(xué)，北京 100191）

布袋注漿樁（布袋樁）用于軟基加固處理是一項新技術(shù)，本文對布袋樁在沿海軟土地基處理中的應(yīng)用效果進(jìn)行試驗研究。通過埋設(shè)分層沉降管、測斜管，測試布袋樁復(fù)合地基深層沉降和路基邊緣的深層水平位移，探討其加固效果。研究表明：采用布袋樁復(fù)合地基處理方法，其地基沉降隨荷載增加而增加，上部土體沉降量較下部沉降量大；深層土體的水平位移小，表層土體水平位移較大；地基沉降最大值和水平位移最大值均發(fā)生在地表以下1．5-2m，說明該段土層擾動最大。

軟基處理；布袋注漿樁；復(fù)合地基

隨著京津、京滬、京廣、京哈等高鐵客運(yùn)專線開通，我國已進(jìn)入一個嶄新高鐵時代。高速列車在鐵路上高速運(yùn)行，其軌道結(jié)構(gòu)和道路路基標(biāo)準(zhǔn)要求極高，特別是對路基沉降控制的高要求。對設(shè)計運(yùn)行時速200-250公里的高速鐵路，須嚴(yán)格控制其路基沉降和不均勻沉降，有渣軌道路基工后沉降量不可大于15cm，橋臺臺尾過渡段路基工后沉降量不可大于8cm。

為高效解決高速鐵路的地基沉降問題，必須采取有效地基處理方法對其進(jìn)行加固。換填、強(qiáng)夯、預(yù)應(yīng)力管樁、旋噴樁等地基處理方式作為目前鐵路工程中常用的地基處理方法，存在普遍適用性較差、效果差異性大特點，而布袋注漿樁（下稱布袋樁）屬于一種較新的軟土地基處理技術(shù)，目前正越來越受關(guān)注。布袋樁是軟土分層注漿技術(shù)和土工織物綜合應(yīng)用的新技術(shù)，是以土工織物袋和注漿液形成似柱狀硬化體擠密加固土體的軟土地基處理方法[1]。將由清水、三乙醇胺、粉煤灰(或細(xì)砂)、水泥等組成的混合漿液注入預(yù)先埋于軟土地基中的土工袋中，注漿填充土工袋使其形成直徑約為30-40cm圓柱狀或葫蘆狀樁體，軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值可達(dá)2.4MPa。布袋樁樁體注漿形成過程中，通過擠密接觸土體與之形成復(fù)合地基，最終達(dá)到加固軟弱土的目的。布袋樁處理地基，其土體中存在超孔隙水壓力可將土中自由水分沿布袋織物排出, 布袋樁形成的排水通道可加速土體固結(jié)，提高土體承載力[2-4]。布袋樁加固軟土地基示意圖如圖1。

圖1 布袋樁加固軟土地基示意圖

布袋樁屬于豎向加筋土體,可視作半剛性樁,可以有效提高軟弱土體的承載能力和復(fù)合模量。由布袋樁特性決定其適用于深厚淤泥土、淤泥質(zhì)土等軟弱土層,加固軟基效果會比較好[5-7]。根據(jù)廣東沿海地區(qū)軟土地基地質(zhì)條件，廈深鐵路沿線地基多屬于深厚軟土地基，含水量較高、承載力低，壓縮性高，其加固處理工程主要采用強(qiáng)夯、旋噴樁、布袋樁和管樁等方法，而沿海軟土地基采用布袋注漿樁（下稱布袋樁）加固的工程實例尚不多且不成熟，對布袋樁的應(yīng)用尚處于研究探索階段。因此，為檢驗布袋樁加固軟土地基效果,探討其適用性，對布袋樁加固沿海高鐵軟土地基的技術(shù)效果進(jìn)行試驗研究具有一定的實際意義。

1 工程概況及現(xiàn)場監(jiān)測

1.1 工程概況和地質(zhì)特點

本試驗研究依托工程為廈深高速鐵路汕尾濱海軟土路基段。廈深高路起于福建廈門，途徑福建漳州，廣東潮州、汕頭、揭陽、汕尾和惠州，最終引入廣東深圳，是我國鐵路“四縱四橫”快速客運(yùn)通道中的“一縱”。規(guī)劃里程約550千米，設(shè)計時速250千米[8]。為滿足時速250km鐵路路堤沉降標(biāo)準(zhǔn)值,保證列車行駛的平順和設(shè)計速度目標(biāo)的實現(xiàn),在廈深鐵路軟土地區(qū)必須采取特別措施。在夾層軟土地基條件下，若采用橋梁通過方案或旋噴樁、鉆孔樁、管樁進(jìn)行地基加固，則造價昂貴。而布袋樁作為軟土地基處理新技術(shù)，在廈深高速鐵路部分軟土地基路段可使用進(jìn)行地基加固。

路基沉降監(jiān)測試驗段位于廈深鐵路7標(biāo)段DK333+640至DK336+960斷面，該段位于濱海沖積平原，地基分布軟塑-流塑狀的海相沉積淤泥軟弱土層。布袋注漿樁處理段表層為中砂層，厚13.4m；其下為細(xì)砂，厚1.7m；下伏淤泥層，厚11.1m；其下細(xì)砂，厚5m；底部為泥質(zhì)砂巖層。

布袋樁加固區(qū)試驗段布袋樁樁長15m，樁體位于地下13m-28m范圍軟弱地層；樁徑0.4m，樁間距1.2m，樁身強(qiáng)度2.4 MPa，正三角形布置。具體布置圖如圖2。

1.2 儀器埋設(shè)

選取廈深鐵路DK333+685-DK333+785標(biāo)段漯河特大橋西側(cè)過渡段DK333+700處布袋樁加固區(qū)為1號試驗監(jiān)測斷面，在路基中心和左側(cè)坡腳處分別埋設(shè)分層沉降管S-1、S-2，測孔深度均為30m，從地表0m處起始，每隔2-3m設(shè)置沉降磁環(huán)，路基兩側(cè)坡腳處分別埋設(shè)測斜管C-1、C-2，孔深30m。儀器布置如圖2所示。

1.3 監(jiān)測目的

1) 分析軟土地基沉降隨時間、荷載變化規(guī)律；對比不同加固條件下，軟土地基沉降差異；研究布袋樁處理后的軟土地基的長期沉降特性。

2) 通過分析布袋樁工后沉降控制效果，探討該軟土地基處理方法使用效果。

1.4 監(jiān)測方法及內(nèi)容

1.4.1 路基內(nèi)部沉降觀測

分層沉降監(jiān)測，采用磁環(huán)式沉降儀進(jìn)行觀測，并采用管底標(biāo)高法進(jìn)行計算，即認(rèn)為管底已達(dá)持力層，磁環(huán)沉降為零，其余磁環(huán)隨土體沉降而沉降。在坡腳和路基中央處分別設(shè)置監(jiān)測管。

沉降監(jiān)測的儀器包含分層沉降管、磁環(huán)和分層沉降讀數(shù)儀。在地基需測試沉降點位用鉆機(jī)打孔后放入根據(jù)地質(zhì)情況確定的布置好磁環(huán)的分層沉降管，放入管后用膨脹土填實封孔，實現(xiàn)磁環(huán)嵌入各監(jiān)測土層并與之同步沉降，再用分層沉降讀數(shù)儀定時測量各磁環(huán)位置，分析其沉降數(shù)值，計算各地層的沉降量[9-10]。

1.4.2 地基土體水平位移觀測

水平位移監(jiān)測采用在路基兩側(cè)埋設(shè)測斜管，用測斜儀測定不同深度處管的傾斜度以表征路基的側(cè)向傾斜度，計算路基土體的側(cè)向位移方向及其位移量。

水平測斜儀包括測斜探頭、信號電纜和測讀儀。沉降管是特制的PVC管,管內(nèi)有導(dǎo)槽。水平測斜儀的設(shè)計原理是在待測土體中豎向預(yù)埋帶槽測斜導(dǎo)管，當(dāng)導(dǎo)管隨土體一起變形時，測試導(dǎo)管的水平位移值以反映土體的水平向位移值。測斜探頭一般長約0.5 m，兩端裝有導(dǎo)輪，探頭中心安裝精密加速度計，當(dāng)沉降儀的導(dǎo)輪沿測斜導(dǎo)管導(dǎo)槽移動時，探頭中的加速度計的重力矢量在縱軸上的分量被測定，以確定探頭與縱軸傾角，傾角與探頭的長度之積即為探頭兩端的水平位移差。采用導(dǎo)線牽引沉降儀沿導(dǎo)管內(nèi)壁上到下移動，不斷記錄各點傾斜角，得到一系列傾角值，進(jìn)行計算分析后可得出管壁各點的水平位移值，從而反映土體水平位移值[11-12]。

圖2 布袋樁加固區(qū)地質(zhì)柱狀及儀器埋設(shè)圖

2 現(xiàn)場監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測歷時175天，定期對分層沉降和測斜進(jìn)行監(jiān)測記錄，在此過程中監(jiān)測元器件基本正常。布袋樁加固區(qū)填土與其他施工段同步進(jìn)行，前期填土速率相對較慢，后期填土速率較快，最大填土高度為4.2m。時間-荷載關(guān)系圖見圖3。

圖3 時間-荷載關(guān)系圖

2.1 水平位移檢測結(jié)果及分析

根據(jù)現(xiàn)場布設(shè)儀器實測沉降數(shù)據(jù)，繪制側(cè)向位移圖，如圖4、圖5所示。利用該曲線分析土體水平位移隨深度變化的規(guī)律。

圖4 路基左側(cè)側(cè)向位移圖

圖5 路基右側(cè)側(cè)向位移圖

圖6 路基左側(cè)坡腳分層沉降曲線圖

圖7 路基中央分層沉降曲線圖

由圖4、圖5可見，布袋樁加固后軟土地基的深層土體水平位移小，而表層近地土體水平位移相對較大。這主要是由于深層軟弱土體受到復(fù)合地基中豎向增強(qiáng)布袋樁的橫向約束作用，有效減小了深層地基的水平位移，從而增強(qiáng)了地基的整體穩(wěn)定性。兩圖變化趨勢基本一致，呈S型。這是由于隨著上部荷載增加，下部軟弱土層土體發(fā)生側(cè)向擠出。上部土體由于下部沉降量增大，土體有偏向于路基的水平位移。最大水平正位移均位于地表以下1.5m-2m 深度處，實測最大水平正位移分別為3.15mm和3.83mm；最大水平負(fù)位移位于地面以下13.5m處，這是由于該層屬于軟弱下臥層，土體壓縮量大；13.5m以下側(cè)向位移迅速減小，布袋樁起到了橫向約束作用，有效減小了土體的水平位移。

2.2 分層沉降監(jiān)測結(jié)果及分析

分層沉降管分別埋設(shè)在地基中央和地基左側(cè)坡腳處，根據(jù)實測各磁環(huán)沉降數(shù)據(jù)，繪制各磁環(huán)沉降隨時間變化趨勢圖如圖6、圖7。

由圖6、圖7可以看出，地基沉降隨荷載增加而增加，且上部土體沉降量較下部沉降量大。圖7為布袋樁加固區(qū)路基左側(cè)沉降觀測點，各點沉降趨勢和測斜儀圖5曲線吻合很好，水平位移最大值和最大沉降都發(fā)生在地表以下1.5-2m，這說明測量數(shù)據(jù)比較可靠。

3 結(jié) 語

1）利用布袋注漿樁加固軟土地基能有效控制地基沉降。

2）采用布袋樁加固法加固土體，其地基沉降隨荷載增加而增加，上部土體沉降量較下部沉降量大。深層土體的水平位移小，表層土體水平位移較大。實踐證明，布袋樁可用于軟弱地基土處理，用于濱海地區(qū)深厚軟土處理以形成復(fù)合地基，具有良好的處治效果。

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Experiment investigation of bag-grouting-pile composite foundation in soft ground treatment

Bag-grouting-pile is a new technique in reinforcing railway soft foundation．The paper discuss the effect of baggrouting-pile used in Coastal soft foundation, and test the deep subsidence as well as deep horizontal displacement of bag-groutingpile composite foundation and high-pressure-jet-grouting pile composite foundation．Through the Contrast of the two ways, it further discuses the reinforcing effect of bag-grouting-pile technique．The research comes to this conclusion: using the method of composite foundation treatment with bag-grouting-pile, the settlement of the upper soil increases with the increase of the load,and the settlement of the upper soil is larger than that of the lower part; the horizontal displacement of the deep soil is small and the horizontal displacement of the surface soil is larger; the maximum displacement and level settlement are located in 1．5-2m below the surface, which indicate that this soil layer disturbance is the largest．

soft clay treatment; bag-grouting pile; composite foundation

TU473．1

B

1003-8965 (2017) 03-0065-03