某地鐵車輛基地深厚軟土地基處理方案探討

徐文龍

（中鐵第六勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300308）

近些年來我國地鐵發(fā)展迅猛，而車輛基地是保證地鐵正常運營的后勤基地，是必不可少配套工程。車輛基地是地鐵列車停放、日常保養(yǎng)、檢修的所在地，同時還具備列車救援、辦公綜合、材料供應(yīng)等重要功能。車輛基地具有占地面積廣、工藝復(fù)雜、地基處理要求高等特點。車輛基地軌行區(qū)路基需滿足一定的承載力及變形要求，同時具有足夠的堅固性、穩(wěn)定性和耐久性。地鐵車輛基地平面圖如圖1所示，本車輛基地占地345 畝，軌行區(qū)需要進行地基處理面積為137 畝。目前國內(nèi)車輛基地地基處理基本采用攪拌樁和預(yù)應(yīng)力管樁，但攪拌樁實際效果不是很理想，深部攪拌樁質(zhì)量較差，工后沉降較大。預(yù)應(yīng)力管樁地基處理效果好但造價高。針對地鐵車輛基地深厚軟土軌行區(qū)路基設(shè)計提供一種經(jīng)濟合理并安全可靠的地基處理方案具有實際指導(dǎo)意義。

圖1 地鐵車輛基地平面圖

1 地層巖性

車輛基地位于沖海積平原區(qū)，地形平坦、開闊，地面絕對標(biāo)高約0.00 ～4.31m，道路密集，村鎮(zhèn)的鄉(xiāng)級公路全部水泥化，交通條件便利。

人工填土，松散，表層填土層組成物和均勻性變化大，密實度差，具有強度低、壓縮性高、滲透性強，工程性質(zhì)不良等特征。如表1 各層地基土物理力學(xué)性指標(biāo)值所示，其中巖土名稱及相關(guān)數(shù)值如下：

表1 各層地基土物理力學(xué)性指標(biāo)值

1 淤泥，灰色，流塑，含水量高，承載力低，厚度8 ～10m；

2 淤泥，灰色，流塑，含水量高，富含腐質(zhì)物，承載力低，厚度9 ～12m；

1 淤泥質(zhì)粘土，灰色，流～軟塑，厚度5 ～7m；

1 粘土，灰色，軟塑，厚度8 ～10m；

2粘土，灰色，軟～可塑，承載力較高，厚度8～12m。

2 工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和計算方法

2.1 工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

試車線及出入段線等庫外軌行區(qū)有砟軌道路基工后沉降量不應(yīng)大于30cm[1]。

2.2 軟土地基沉降計算方法

軟土地基的總沉降量S，一般情況下可由瞬時沉降Sd與主固結(jié)沉降Sc 之和。對于泥炭土、富含有機質(zhì)粘土或高塑性粘土地層尚需考慮次固結(jié)沉降Ss。

主固結(jié)沉降Sc 采用分層總和法計算，壓縮層厚度按附加應(yīng)力等于0.2 倍自重應(yīng)力確定[2]。

Esi——第i 層土或復(fù)合地基的壓縮模量。

瞬時沉降Sd可按彈性理論公式計算，次固結(jié)沉降可按次固結(jié)系數(shù)計算，也可采用沉降修正系數(shù)m 考慮瞬時沉降及次固結(jié)沉降等其他系數(shù)的影響。

沉降修正系數(shù)m 為經(jīng)驗系數(shù)，計算水泥土攪拌樁復(fù)合地基時，m 取1.2，計算天然地基沉降時，m 取1.4m。

當(dāng)采用復(fù)合地基時，地基沉降包括復(fù)合地基的沉降及下臥層的沉降，采用復(fù)合模量法計算。復(fù)合地基總沉降包括加固區(qū)沉降量S1及加固區(qū)下臥層沉降量S2，即S=S1+S2。

S1的計算方法：水泥攪拌樁采用《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012）復(fù)合模量法計算。

S2的計算采用分層總和法，壓縮層厚度按附加應(yīng)力等于0.2 倍自重應(yīng)力確定。

3 方案比選

本車輛基地淤泥層厚20 ～30m，且需進行地基處理范圍廣，地基處理設(shè)計原則方面需滿足經(jīng)濟可行，施工工藝成熟可靠，滿足總工期等要求。針對本車輛基地屬于限額設(shè)計，總工期固定以及深厚軟土的特點提出真空預(yù)壓法、水泥攪拌樁、攪拌樁聯(lián)合排水板、預(yù)應(yīng)力管樁法四種方案。

3.1 方案一：真空預(yù)壓

真空預(yù)壓通過抽真空形成負壓，使土體在真空負壓荷載下固結(jié)，達到減少路基工后沉降。真空預(yù)壓法安全可靠，路基填土速度可大大加快，從而縮短填筑期和預(yù)壓期。如地基土上部土層若分布透氣性較好的砂土或粉砂土，則難以保持較好氣密性，需要額外工程措施，使施工難度和工作量大大增加。真空預(yù)壓主要靠真空應(yīng)力和豎向排水體加速軟土固結(jié)，對施工過程質(zhì)量控制要求較為嚴(yán)格。

排水板板長30m，間距1.0m，縱橫向均采用正方形布置。排水板縱向通水量不小于40cm3/s，延伸率≤10%，濾膜滲透系數(shù)kg ≥5*10-4cm/s、等效孔徑O95＜0.075mm。真空預(yù)壓工期為6 個月，地基處理總工期約8 個月，路基工后沉降為28cm。

3.2 方案二：水泥攪拌樁

利用水泥作為固化劑，通過攪拌機械將軟土和水泥強制攪拌，利用水泥和軟土間的一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，將軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。水泥攪拌樁處理方法屬于柔性復(fù)合地基，工法成熟，施工操作簡便，在路基軟土處理方法中應(yīng)用較為廣泛，但在深厚軟土處理中存在有效加固深度問題[3]。攪拌樁樁徑0.5m，樁間距1.0m，樁長25m，縱橫向均采用正方形布置。地基處理總工期約2 個月，路基工后沉降為22cm。

3.3 方案三：攪拌樁聯(lián)合排水板

攪拌樁聯(lián)合排水板技術(shù)是采用較短的攪拌樁和較長排水板組合使用，此方法解決了較長攪拌樁施工質(zhì)量不易控制和真空預(yù)壓固結(jié)施工工期與預(yù)壓期較長的問題[4]。庫外軌行區(qū)路基采用攪拌樁聯(lián)合排水板加固。攪拌樁樁徑0.5m，樁間距1.2m，樁長15m；塑料排水板間距1.2m，板長25m；均采用正方形布置。地基處理總工期約3 個月，路基工后沉降為24cm。

3.4 方案四：預(yù)應(yīng)力管樁

預(yù)壓應(yīng)力管樁工期較短，質(zhì)量控制較好，加固處理深度較其他方法更深，控制路基沉降最好，但造價相對較高。庫外場坪采用預(yù)應(yīng)力管樁進行地基處理，樁長33m，樁徑0.4m，間距2.5m，縱橫向均采用正方形布置。管樁采用PHC-A 型，混凝土強度等級C80，樁頂設(shè)置0.4m 厚C40 鋼筋混凝土樁帽，樁頂嵌入樁帽不小于5cm，樁帽上鋪設(shè)0.6m 碎石墊層。地基處理工期約2個月，路基工后沉降為4.5cm。

表2 地基處理方案對比分析表

通過以上數(shù)據(jù)分析：四個設(shè)計方案路基工后沉降滿足規(guī)范要求（工后沉降量不應(yīng)大于30cm）。四種地基處理方案優(yōu)缺點如表3所示：

表3 路基處理方法優(yōu)缺點比較表

考慮到本工程工期緊張，同時也是限額設(shè)計，攪拌樁聯(lián)合排水板方案最為合適，故本車輛基地軌行區(qū)地基處理采用攪拌樁聯(lián)合排水板方案。

4 地基處理設(shè)計方案

庫外軌行區(qū)路基采用攪拌樁聯(lián)合排水板加固。攪拌樁樁徑0.5m，樁間距1.2m，樁長15m；塑料排水板間距1.2m，板長30m；均采用正方形布置。

樁頂面設(shè)0.6m 厚中粗砂墊層，并于墊層內(nèi)鋪設(shè)兩層雙向經(jīng)編土工格柵，土工格柵抗拉強度不小于100kN/m，每側(cè)回折不小于2.0m。塑料排水板頂部埋入中粗砂墊層內(nèi)不小于0.5m。施工時應(yīng)先打攪拌樁，后打塑料排水板，避免因攪拌樁施工對塑料排水板的破壞，另外攪拌樁樁頂上部墊層應(yīng)采用中粗砂，避免顆粒較大破壞排水板通道。

圖2 路基設(shè)計橫斷面圖（單位：m）

圖3 攪拌樁聯(lián)合排水板加固平面示意圖（單位：m）

5 結(jié)論

（1）在攪拌樁復(fù)合地基中加入較長的塑料排水板后，可以起到加快軟弱下臥層排水固結(jié)的作用，從而加快地基沉降完成速度，減小工后沉降。

（2）攪拌樁聯(lián)合排水板復(fù)合地基處理技術(shù)解決了較長攪拌樁施工質(zhì)量不易控制和真空預(yù)壓固結(jié)施工工期長的問題，且工程造價經(jīng)濟，工期合理。

（3）施工時應(yīng)先打攪拌樁，后打塑料排水板，避免因攪拌樁施工對塑料排水板的破壞，另外攪拌樁樁頂上部墊層應(yīng)采用中粗砂，避免填料顆粒過大破壞排水板排水通道。