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        強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水在鐵路集裝箱場(chǎng)區(qū)地基處理中的應(yīng)用

        2010-05-17 08:07:00那同玲
        鐵道勘察 2010年3期
        關(guān)鍵詞:場(chǎng)區(qū)特征值集裝箱

        那同玲

        (中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 湖北武漢 430063)

        上海蘆潮港鐵路集裝箱中心站位于上海市東南部南匯區(qū)蘆潮港鎮(zhèn)。蘆潮港鐵路集裝箱堆場(chǎng)區(qū)分為主箱場(chǎng)區(qū)、輔助箱場(chǎng)區(qū)、維修箱區(qū)、集卡走行區(qū),面積約63萬(wàn)m2。主箱場(chǎng)區(qū)含鐵路路基區(qū)(鐵路路基共4束8股道)采用龍門(mén)吊作業(yè)方式;輔助箱場(chǎng)區(qū)采用正面吊作業(yè)方式。主箱場(chǎng)箱區(qū)及輔助箱場(chǎng)區(qū)堆高4層,主箱場(chǎng)區(qū)、輔助箱場(chǎng)區(qū)為聯(lián)鎖塊鋪面,集卡走行區(qū)為瀝青混凝土鋪面,其余為混凝土鋪面。

        1 場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)慨況

        場(chǎng)區(qū)地貌屬河口、沙嘴、沙島區(qū),場(chǎng)地平坦、開(kāi)闊。其地層從上至下為:

        (1)表層廣泛分布褐黃—灰色的粉質(zhì)黏土層(②-1層),軟塑;平均厚度2.2 m;含水量30%,IL=0.95、Es=4.39 MPa、承載力特征值80 kPa。

        (2)灰黃—灰色砂質(zhì)粉土層(②-3a層),松散,飽和,平均厚度6.60 m;含水量22.0%~36.0%,IL=0.6~0.81、Es=4.14~9.86 MPa、承載力特征值100 kPa。

        (3)灰色粉砂、粉土層(②-3b層),呈稍密狀,平均厚度5.8 m;含水量22%~41.4%,IL=0.46~0.78、Es=8.8~11.15 MPa、承載力特征值100 kPa。

        (4)灰色淤泥質(zhì)黏土(④層),流塑,平均厚度9 m。含水量46.4%,IL=1.07、Es=2.19 MPa、承載力特征值50 kPa。

        (5)粉質(zhì)黏土(⑥層),硬塑,平均厚度3.70 m。含水量27.6%,IL=0.49、Es=6.47 MPa、承載力特征值180 kPa。

        場(chǎng)區(qū)地層示意如圖1所示。

        圖1 場(chǎng)區(qū)地層示意

        場(chǎng)地地下水位埋深一般為0.5 m。

        2 設(shè)計(jì)要求及技術(shù)難度

        2.1 設(shè)計(jì)要求

        (1)地基承載力特征值和回彈模量

        根據(jù)箱場(chǎng)區(qū)不同使用區(qū)域的要求,確定地基處理分如下兩種處理標(biāo)準(zhǔn):

        ①集裝箱區(qū)域處理深度為8 m,處理后要求地基承載力特征值≥150 kPa,有效加固深度≥6 m,回彈模量≥35 MPa。

        ②一般道路區(qū)域處理深度為5 m,處理后要求地基承載力特征值≥120 kPa,有效加固深度≥4 m,回彈模量≥25 MPa。

        (2)地基加固后工后沉降標(biāo)準(zhǔn)

        根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》,強(qiáng)夯處理后,場(chǎng)區(qū)工后沉降應(yīng)小于30 cm。不均勻沉降小于1%。

        2.2 技術(shù)難度

        集裝箱堆場(chǎng)區(qū)面積約63萬(wàn)m2,地基處理面積大。正面吊走行區(qū)、集卡走行區(qū)及堆箱區(qū)等硬化鋪面對(duì)地基土承載力及回彈模量具一定要求,對(duì)地基土工后沉降及不均勻沉降也有要求。根據(jù)本地區(qū)工程地質(zhì)條件,軟塑的地基表層土承載力不滿(mǎn)足要求,其地基土中軟塑的土、松散的粉土及軟土的分布均會(huì)使地基土壓縮產(chǎn)生沉降,需進(jìn)行地基加固處理。如僅對(duì)地基表層換填處理,由于處理深度有限,不能解決地基沉降問(wèn)題,且由于地下水位較高,更不宜挖除換填處理。因此,為減少差異沉降及工后沉降,提高地基承載力,需對(duì)地基深層處理。

        根據(jù)本工程地質(zhì)條件,首次在鐵路集裝箱堆場(chǎng)區(qū)采用強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水新技術(shù)加固地基。強(qiáng)夯加固地基以往是單獨(dú)在填土或砂類(lèi)土中采用較多。但在本工程中,表層為軟塑黏性土且地下水位高,強(qiáng)夯產(chǎn)生的孔隙水壓,使得強(qiáng)夯效果降低。強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水加固地基,即在強(qiáng)夯前,先進(jìn)行真空排水,降低地下水位,避免地基土產(chǎn)生孔隙水壓。因此,通過(guò)兩種工程措施的聯(lián)合使用(即強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水),才能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),取得良好的處理效果。

        3 主要技術(shù)方案比較

        根據(jù)本場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件,其地基表層2.2 m為軟塑粉質(zhì)黏土層;其下為飽和粉土層,松散至稍密;下為軟土,埋深15 m。根據(jù)集裝箱堆場(chǎng)受力特點(diǎn),箱區(qū)的腳點(diǎn)壓力使得地基受力不均勻,應(yīng)力向下擴(kuò)散,至地表下6~7 m,各腳點(diǎn)應(yīng)力交匯,形成均布力。正面吊及集卡道路50%~70%的動(dòng)應(yīng)力在地表下3~5 m。因此,地基處理應(yīng)增加上部地層的密實(shí)度,提高地基承載力,減少上部土層差異沉降。另外,由于軟土埋深較大,附加應(yīng)力隨地層深度增加而減弱。

        3.1 砂井加超載預(yù)壓與真空預(yù)壓方案

        砂井加超載預(yù)壓方案,因上海地區(qū)取棄土困難,大面積堆載預(yù)壓不現(xiàn)實(shí),其次施工工期長(zhǎng)。另一方面,該方案對(duì)地基表層承載力提高效果也不好;采用真空預(yù)壓,因地層上部有②-3層粉砂粉土層,真空預(yù)壓方案預(yù)壓效果不好。工程造價(jià)次之。

        3.2 攪拌樁處理方案

        根據(jù)本場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件,工程造價(jià)最高。

        3.3 強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水方案

        上部粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土層是強(qiáng)夯加固的主要地層。采用強(qiáng)夯后,可增加上部地層的密實(shí)度,提高地基承載力,減少上部土層差異沉降。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后采用強(qiáng)夯較為合理。強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水加固地基措施,除投資低以外,最主要是沒(méi)有采用任何資源型加固材料,減少了取棄土場(chǎng)對(duì)原生態(tài)環(huán)境的破壞等諸多因素。

        4 強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水方案

        上海蘆潮港中心站場(chǎng)區(qū)地基處理設(shè)計(jì)通過(guò)理論計(jì)算及工程方案比較,首次在大型集裝箱場(chǎng)區(qū)采用強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水加固地基新技術(shù)。即在強(qiáng)夯前,先進(jìn)行真空抽水。該方案:一是降低地下水位,避免地基土產(chǎn)生孔隙水壓;二是提高強(qiáng)夯夯擊能,避免出現(xiàn)橡皮土。三是抽水后強(qiáng)夯可固結(jié)土層。設(shè)計(jì)采用兩降三夯+碾壓,強(qiáng)夯為每遍夯擊3~5擊,強(qiáng)夯單點(diǎn)夯擊能為2 000~2 200 kN·M,夯點(diǎn)間距4~5 m正方形布置,夯擊次數(shù)3~5擊。真空排水則是將排水管按一定間距布置(間距3.0 m×4.0 m),埋深4~8 m,利用真空泵抽水,降低地下水位。對(duì)②-3a層以上地層進(jìn)行強(qiáng)夯處理,強(qiáng)夯有效加固深度為6 m左右。

        5 強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水試驗(yàn)設(shè)計(jì)及成果

        采用強(qiáng)夯聯(lián)合真空降水加固地基方案,根據(jù)初步確定的強(qiáng)夯及真空排水參數(shù),進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)夯及真空排水試驗(yàn),確定和優(yōu)化大面積施工參數(shù)。根據(jù)試驗(yàn),選擇合理的降水方式、最佳夯能、夯擊間距、夯擊間隔時(shí)間、夯擊次數(shù)和遍數(shù)等夯擊工藝和排水措施技術(shù)參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)論:

        (1)低能量強(qiáng)夯結(jié)合振動(dòng)碾壓對(duì)0~6 m范圍內(nèi)的土體均能起到不同程度的加固作用,對(duì)0~4 m內(nèi)土體的加固效果尤為明顯。

        (2)低能量強(qiáng)夯對(duì)6~8 m范圍內(nèi)土體的加固效果不是十分顯著,可認(rèn)為本次試驗(yàn)所采用強(qiáng)夯能量級(jí)的有效加固深度為6 m。

        (3)載荷板試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)低能量強(qiáng)夯地基加固后,地基承載力均大于150 kPa,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

        (4)單擊夯能不宜過(guò)大也不能太小,過(guò)大易過(guò)度破壞表層黏質(zhì)粉土層的結(jié)構(gòu),過(guò)小則無(wú)法有效加固深部土體,根據(jù)本次測(cè)試結(jié)果,第一遍以800~1 000 kN·m為佳,第二遍以1400~1 600 kN·m為佳。

        (5)綜合分析各區(qū)加固效果,擊數(shù)越多未必效果越佳,適宜的擊數(shù)應(yīng)為1~2擊。

        (6)綜合比較試驗(yàn)區(qū)所采用的三種不同布點(diǎn)方式,以A1、B1、C1區(qū)所采用的4 m×4 m小間距、正方形布點(diǎn)方式加固效果較好,也便于施工。

        (7)不同降水方式對(duì)強(qiáng)夯加固效果的影響并不顯著,大面積施工時(shí)建議可采用A區(qū)的降水方式。

        (8)各小區(qū)不同深度處的超孔壓在強(qiáng)夯結(jié)束1~2.5 d后均可消散90%以上。

        6 優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)

        通過(guò)試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了合理調(diào)整。即兩降三夯+碾壓調(diào)整為兩降兩夯;單擊夯能由2 000~2 200 kN·m調(diào)整為:第一遍以1 000 kN·m為佳,第二遍以1 600 kN·m為佳。河溝地段增加預(yù)夯2 000 kN·m,夯點(diǎn)間距4 m;夯擊次數(shù)由3~5擊調(diào)整為2擊,排水管間距布置由間距3.5 m×4.0 m,埋深4~8 m,調(diào)整為間距2.0 m×6.0 m,埋深4~7 m。通過(guò)試驗(yàn)確定強(qiáng)夯及排水參數(shù),優(yōu)化了設(shè)計(jì)參數(shù)。減少投資513萬(wàn)元。

        7 結(jié)束語(yǔ)

        2005年9月上海蘆潮港鐵路集裝箱中心站全部建成,同年11月通過(guò)上海鐵路局初驗(yàn)委員會(huì)驗(yàn)收并開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)。強(qiáng)夯聯(lián)合真空排水加固地基措施既提高地基表層承載力,又可固結(jié)地基上部土層,解決了地基土不均勻沉降,適合地下水位高的軟土地區(qū),也為以后該地區(qū)同類(lèi)工程施工提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

        [1] GJ79—2002 建筑地基處理規(guī)范[S]

        [2] JTJ250-980 港口工程地基規(guī)范[S]

        [3] TB10012—2001 鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S]

        [4] GB50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范[S]

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