水泥土攪拌樁在有軌電車(chē)路橋過(guò)渡段地基處理中的應(yīng)用

袁 江，莊 妍

（1.南京河西新城區(qū)開(kāi)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）

1 概述

在列車(chē)動(dòng)載的反復(fù)作用下，路橋過(guò)渡段軟土地基易產(chǎn)生較大的沉降變形，影響列車(chē)行駛的平穩(wěn)性及安全性［1］。此外，路基與橋臺(tái)之間過(guò)大的沉降差會(huì)增加列車(chē)行駛時(shí)對(duì)軌道的沖擊作用，加快工程結(jié)構(gòu)的破壞，并導(dǎo)致列車(chē)自身的損壞。長(zhǎng)期以來(lái)，大量學(xué)者針對(duì)有橋頭過(guò)渡段地基沉降變形控制進(jìn)行了研究［2-4］。由于橋梁過(guò)渡段對(duì)地基承載力及沉降控制要求較高，所以對(duì)過(guò)渡段軟土地基進(jìn)行處理時(shí)常采用樁基礎(chǔ)。水泥土攪拌樁屬于柔性復(fù)合地基，利用水泥作為固化劑，通過(guò)攪拌機(jī)械將軟土和水泥進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，經(jīng)過(guò)一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，將軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)地基，以有效增加軟土地基承載力，減少地基沉降量，適用于加固各種成因的飽和軟黏土［5］。鄧永鋒等［6］對(duì)水泥土攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)進(jìn)行研究數(shù)值分析，總結(jié)水泥土攪拌樁復(fù)合地基深層樁土應(yīng)力比變化規(guī)律。張偉麗等［7］通過(guò)進(jìn)行水泥土攪拌樁復(fù)合地基現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)并結(jié)合數(shù)值模擬分析，研究了不同樁徑和樁距對(duì)復(fù)合地基承載力和沉降的影響。章定文等［8］通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)水泥土攪拌樁復(fù)合地基固結(jié)機(jī)理進(jìn)行了研究。

本文針對(duì)南京河西新城現(xiàn)代有軌電車(chē)工程，考慮工程自身特點(diǎn)，土層地質(zhì)情況等因素，提出了采用水泥土攪拌樁加固方案對(duì)路橋過(guò)渡段進(jìn)行處理，并根據(jù)施工期與運(yùn)營(yíng)期的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，評(píng)估該方案對(duì)路橋過(guò)渡段軟基的加固效果。

2 工程概況及水文地質(zhì)條件

2.1 工程概況

南京河西新城現(xiàn)代有軌電車(chē)工程位于南京市建鄴區(qū)，是江蘇省建設(shè)的第一條有軌電車(chē)。線(xiàn)路路基面寬7.0~13.6 m，總長(zhǎng)7 756 m，軌道采用整體道床形式。有軌電車(chē)車(chē)輛重125 kN，軸間距為1.85 m，與其他有軌交通工具荷載相比，有軌電車(chē)荷載相對(duì)較小。運(yùn)行時(shí)采用車(chē)載蓄電池供電，設(shè)計(jì)時(shí)速最高為50 km/h，預(yù)留時(shí)速70 km/h，動(dòng)載系數(shù)Φd=1.15。本文選取軟基處理試驗(yàn)段位于紅旗河橋過(guò)渡段。

2.2 工程地質(zhì)條件及水文條件

選取路段沿線(xiàn)范圍內(nèi)地貌單元屬于長(zhǎng)江漫灘。紅旗河橋臺(tái)過(guò)渡段位于既有路段江東路元通站以南至江山大道路之間的既有道路中央綠化帶中，路段內(nèi)地形平坦。該段路基長(zhǎng)度為50 m，面寬11.5 m，路基填高基本為零，采用水平設(shè)置。測(cè)區(qū)地層軟土性質(zhì)為流塑狀灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚5~10 m。場(chǎng)區(qū)地下水主要為潛水和弱承壓水，潛水賦存于 1 層人工填土（未完成自重固結(jié)）和2-2 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中，主要接受大氣降水和地表水體入滲補(bǔ)給。弱承壓水主要賦存于 2-4 層粉砂夾粉土及其下的粉細(xì)砂、卵礫石層中。場(chǎng)地地下水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，擬建場(chǎng)地周?chē)鸁o(wú)污染源，場(chǎng)區(qū)沿線(xiàn)環(huán)境類(lèi)型為 II 類(lèi)。

根據(jù)野外勘測(cè)，試驗(yàn)段主要地層分布如下：①1-2A 層素填土，灰黃色，主要由黏性土夾石灰渣（二灰土）組成，密實(shí)，厚3.00~3.10 m，平均 3.05 m；②2-1層黏土~粉質(zhì)黏土，灰黃色、可塑，局部硬塑，土質(zhì)不均勻，稍有光澤，中等干強(qiáng)度，中等韌性，無(wú)搖震反應(yīng)，厚0.50~1.90 m，平均 0.95 m；③2-2 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰色、流塑，稍有光澤，中等干強(qiáng)度，中等韌性，無(wú)搖震反應(yīng)，屬中等靈敏軟土，厚1.00~27.50 m，平均 8.80 m；④2-4 層粉砂夾粉土，灰色、稍密，局部松散，飽和，粉砂主要成分為石英、長(zhǎng)石和少量云母，厚1.00~11.70 m，平均 4.66 m；⑤3-1 層粉細(xì)砂，灰色、中密，局部稍密，飽和，局部夾粉土，級(jí)配良好，粉砂主要成分為石英、長(zhǎng)石和少量云母，粉土呈中密狀，厚0.60~20.10 m，平均 7.85 m。試驗(yàn)區(qū)域土層力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 土層力學(xué)參數(shù)表

3 加固方法

橋頭過(guò)渡段對(duì)地基變形及沉降控制要求較高，且有軌電車(chē)軌道采用了對(duì)不均勻沉降較敏感的整體道床形式，為減少不均勻沉降和滿(mǎn)足軌道平順性要求，在地基處理和路基設(shè)計(jì)中采取逐漸過(guò)渡的方法，基礎(chǔ)采用鋼筋混混凝土筏板基礎(chǔ)。水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為13.7 m，樁徑0.5 m，樁間距1.2 m，按梅花形布置。設(shè)計(jì)要求水泥土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于1.2 MPa，樁體壓縮模量不小于50 MPa，單樁承載力為100 kN，復(fù)合地基承載力為120~145 kPa。樁頂設(shè)0.4 m厚碎石墊層并整平鋪設(shè)防滲土工布，然后按設(shè)計(jì)分別鋪設(shè)基床底層填料、基床底層填料和C組填料。水泥土攪拌樁加固斷面及平面布置如圖1、圖2所示。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)方法

對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行施工期和運(yùn)營(yíng)期兩個(gè)時(shí)期監(jiān)測(cè)。施工期進(jìn)行地層表面沉降的監(jiān)測(cè)，時(shí)間為2013-06-30~09-10，共監(jiān)測(cè)72 d。地層表面沉降觀測(cè)采用沉降板形式，在路堤中心B及邊緣的原地面高程處A，C分別布置3塊沉降板，觀測(cè)頻率為前1個(gè)月，每天觀測(cè)1次，之后每3天觀測(cè)1次，按四等水準(zhǔn)要求進(jìn)行沉降測(cè)量。運(yùn)營(yíng)期監(jiān)測(cè)時(shí)間2015-06~2016-05，對(duì)路基工后沉降進(jìn)行觀測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為1月/次，共12個(gè)月，按國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求實(shí)施觀測(cè)。

圖1 水泥土攪拌樁加固斷面圖（單位：mm）

圖2 水泥土攪拌樁平面布置圖

4.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

（1）地基表面沉降

地基表面沉降是加固效果最直接的反映，施工期地基表面沉降隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖3所示，由關(guān)系曲線(xiàn)分析可知：監(jiān)測(cè)斷面A、B、C 3點(diǎn)的表面沉降規(guī)律一致，隨時(shí)間的增加表面沉降量均逐漸增大。曲線(xiàn)變化拐點(diǎn)大約出現(xiàn)在施工第1個(gè)月時(shí)，施工期第1個(gè)月內(nèi)，沉降速率較大，大約為9.0 mm/d。施工1個(gè)月后，沉降速率相比于第一個(gè)月明顯變緩，沉降速率大約為2.0 mm/d，地基表面殘余沉降很小。監(jiān)測(cè)期內(nèi)路堤中心地基表層累積沉降量大約為330 mm，路基中心與路基兩側(cè)最大沉降差值約為20 mm左右，由此說(shuō)明，水泥土攪拌樁有效控制了地基的表面沉降和不均勻沉降。

（2）運(yùn)營(yíng)期工后沉降

圖4為運(yùn)營(yíng)12個(gè)月內(nèi)表層工后沉降隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。從圖中可以看出，路橋過(guò)渡段監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大沉降發(fā)生在監(jiān)測(cè)期的第2~3月，沉降值為1.41 mm，在第8個(gè)月之后，地基工后沉降速率趨于穩(wěn)定，運(yùn)營(yíng)期內(nèi)平均沉降速率為0.83 mm/月。過(guò)渡段在運(yùn)營(yíng)12個(gè)月內(nèi)的工后累積沉降約為9.2 mm，約為過(guò)渡段設(shè)計(jì)警戒值（30 mm）的30.6%。由此表明水泥土攪拌樁對(duì)控制橋梁過(guò)渡段軟土地基的工后沉降起到了明顯的效果。

圖3 施工期表層沉降隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

圖4 運(yùn)營(yíng)期累積沉降-時(shí)間關(guān)系

5 結(jié)論

本文以水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理技術(shù)加固南京河西新城現(xiàn)代有軌電車(chē)路橋過(guò)渡段軟土的工程實(shí)例為依托，結(jié)合施工期軟土表層沉降及運(yùn)營(yíng)期工后沉降的監(jiān)測(cè)結(jié)果，評(píng)估了水泥土攪拌樁復(fù)合地基技術(shù)處理有軌電車(chē)軟土地基路橋過(guò)渡段的加固效果，得到以下結(jié)論：

（1）水泥土攪拌樁施工第1個(gè)月內(nèi)，路基表層沉降速率較大，約為在9.0 mm/d。施工第2個(gè)月內(nèi)，路基表層沉降速率明顯減小，大約為2.0 mm/d，地基表面殘余沉降很小。監(jiān)測(cè)期內(nèi)路堤中心軟土表層累積沉降量大約為330 mm，路基中心與路基兩側(cè)最大沉降差值約為20mm左右，由此說(shuō)明，水泥土攪拌樁能有效控制地基表面沉降和斷面不均勻沉降。

（2）運(yùn)營(yíng)8個(gè)月后，沉降速率趨于穩(wěn)定，運(yùn)營(yíng)期12個(gè)月內(nèi)，有軌電車(chē)工后累計(jì)沉降量約為9.2 mm，為過(guò)渡段設(shè)計(jì)警戒值（30 mm）的30.6%，說(shuō)明水泥土攪拌樁對(duì)控制橋梁過(guò)渡段軟土地基的工后沉降起到了明顯的效果。

［1］羅強(qiáng)，蔡英.高速鐵路路橋過(guò)渡段的動(dòng)力學(xué)性能分析［J］.工程力學(xué)，1999，16（5）：65-70.

［2］羊曄，劉松玉，鄧永鋒，等.軟土地基過(guò)渡段差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)［J］. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2008，38（5）：834-838.

［3］馬偉斌，韓自力，朱忠林.高速鐵路路橋過(guò)渡段振動(dòng)特性試驗(yàn)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2009，31（1）：124-128.

［4］王杰.路橋過(guò)渡段差異沉降處治技術(shù)研究［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009（19）：193-194.

［5］周立新，何永波.水泥土攪拌樁加固機(jī)理及在軟土地基中的應(yīng)用［J］.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，10（3）：26-28.

［6］鄧永鋒，劉松玉，洪振舜.水泥土攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)數(shù)值分析［J］.巖土力學(xué)，2004，25（s2）：310-314.

［7］張偉麗，蔡健，林奕禧，等.水泥土攪拌樁復(fù)合地基的試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析［J］.地質(zhì)科技情報(bào)，2009，28（6）：136-139.

［8］章定文，范禮彬，劉松玉，等.水泥土攪拌樁復(fù)合地基固結(jié)機(jī)理室內(nèi)模型試驗(yàn)［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2014，27（12）：1-9.