隋孝民,周麗華

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司,天津 300142)

1 工程概況

東北地區(qū)某鐵路車站場區(qū)位于半拉海海邊,為近2年開山填海形成的場地,鐵路路堤設(shè)計填高1～3 m。

場地表層為素填土,松散狀態(tài),潮濕～飽和,層厚為4.0～6.7 m,由石英砂巖,泥灰?guī)r,石灰?guī)r礫石組成,粒徑大小不均,最大粒徑100 mm,由于填筑時間較短且未經(jīng)壓實處理,土層仍處于松散狀態(tài)；下部為海相沉積淤泥層,流塑狀態(tài),含腐殖質(zhì),厚7.4～12.8 m,主要物理力學(xué)指標(biāo)為,天然快剪指標(biāo)：γ=16.1 kN/m3,c=8.0 kPa,φ=10.40°；三軸壓縮試驗指標(biāo)：Ccu=14.0 kPa,φcu=12.9°，C′=16.0 kPa,φ′=14.5°,Cu=4.0 kPa,φu=1.4°,無側(cè)限抗壓強度qu=6.0 kPa。淤泥層強度低、滲透性差、壓縮性高。再下為粉質(zhì)黏土,褐黃色,硬塑,層厚1.3～3.7 m；局部分布有粉砂,褐黃色,稍密,飽和,層厚0.2～5.5 m；底部為石灰?guī)r,灰色,弱風(fēng)化,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖溶不發(fā)育。

2 方案設(shè)計

本場區(qū)表層為新近堆填的素填土,可壓縮性高,沉降大。下部淤泥層厚,強度低,易失穩(wěn),經(jīng)計算天然地基沉降超過1.0 m,最大達(dá)到了1.5 m,作為天然地基易失穩(wěn),且沉降大,需進行地基處理后方可作為車站場地。針對這種上硬下軟的復(fù)合地層,設(shè)計時提出了3個可行方案。

方案一：砂樁復(fù)合地基方案。砂樁既能擠密表層素填土,又能加速下部淤泥層的排水固結(jié),是一種最為適合的可選方案；

方案二：柱錘沖擴樁結(jié)合塑料排水板的方案。即深層淤泥層采用塑料排水板加速排水固結(jié),表層素填土采用柱錘沖擴樁擠密加固,在夯錘夯擊的同時對下部淤泥層產(chǎn)生夯擊動能,加速其排水固結(jié)；

方案三：預(yù)應(yīng)力管樁方案。采用預(yù)應(yīng)力管樁對素填土及淤泥層同時進行加固。

站內(nèi)地基加固面積為63 904 m2,各方案投資見表1。

表1 各方案投資比較

方案優(yōu)缺點分析如下。

方案一：優(yōu)點是砂樁復(fù)合地基既能解決場地的穩(wěn)定和沉降問題,且投資較方案三低2 100萬元；缺點是地基固結(jié)時間最長,且投資較高,較方案二增加投資1 609萬元；

方案二：將排水固結(jié)和復(fù)合地基兩種措施結(jié)合起來,表層素填土通過柱錘沖擴樁處理、深部淤泥層通過造價較低的塑料排水板加速排水固結(jié)處理,同時在柱錘沖擴樁施工過程中通過夯錘的擠擴、夯擊加速淤泥層排水,這就構(gòu)成了靠柱錘沖擴樁的動力加速排水板排水固結(jié)條件,形成所謂的動力排水固結(jié)方案,其最大優(yōu)點是造價最低,且能解決場地的穩(wěn)定和沉降問題；但缺點是較方案三固結(jié)時間長。

方案三：優(yōu)點是剛性樁加固地基,能很好地解決場地的穩(wěn)定和沉降問題,且施工后很短時間內(nèi)路基就能填筑；缺點是投資過高,較方案二增加投資3 709萬元；

綜上所述,在方案設(shè)計中既要使方案在技術(shù)上可行,又要在經(jīng)濟上合理,常規(guī)的剛性樁、砂樁地基加固的方法均能滿足技術(shù)要求,但投資普遍較高。柱錘沖擴樁結(jié)合塑料排水板方案同樣能解決場地的穩(wěn)定和沉降問題,且當(dāng)?shù)亻_山料豐富,投資可大大節(jié)省,其投資僅是管樁和砂樁方案的14%和27%,該項目投資緊張,所以選擇了方案二作為推薦方案,即柱錘沖擴樁結(jié)合塑料排水板的動力排水固結(jié)方案。具體方案如下。

柱錘沖擴樁夯錘直徑0.377 m,成孔直徑0.5 m,夯后直徑0.6 m,沖擴樁間距2.0 m,正方形布置,樁長4～6.0 m,樁底距素填土層底不小于0.5 m,柱錘沖擴樁在施工中應(yīng)嚴(yán)格控制打設(shè)深度,絕不能穿透素填土層。塑料排水板間距1.0 m,正方形布置,塑料排水板需穿透素填土和淤泥層,板頂設(shè)0.5 m厚的中粗砂墊層。塑料排水板應(yīng)布置在柱錘沖擴樁樁位中間,詳見圖1、圖2。

圖1 地基加固橫斷面示意(單位：m)

圖2 柱錘沖擴樁結(jié)合塑料排水板平面布置示意

3 地基處理施工

場地整平后鋪設(shè)0.3 m厚砂墊層,施打塑料排水板,施工柱錘沖擴樁,在沖擴樁樁位先將砂墊層挖出后再施工柱錘沖擴樁,成樁檢測合格后再于樁位處回鋪砂墊層,最后鋪設(shè)排水板及柱錘沖擴樁頂部的0.2 m厚砂墊層。

3.1 塑料排水板

塑料排水板的施工工序：裝靴—定位—插設(shè)—上拔—切斷—移位。塑料排水板的插設(shè)深度需穿透淤泥層,且板頂應(yīng)保證深入砂墊層不小于0.3 m,使其與砂墊層貫通,并將其保護好,以防施工柱錘沖擴樁時受損而影響排水效果。砂墊層采用顆粒組成均勻,不均勻系數(shù)應(yīng)小于4的粗砂,其含泥量不大于3%,滲透系數(shù)不小于1×10-2cm/s,且不含有機質(zhì),垃圾等雜質(zhì),如混有少量礫石,粒徑應(yīng)小于50 mm。

3.2 柱錘沖擴樁

(1)柱錘沖擴樁施工前應(yīng)進行工藝性試驗,經(jīng)檢測合格后確定合適的施工工藝參數(shù),再進行大面積施工。

(2)柱錘沖擴樁施工工藝：測量放線→設(shè)備就位→柱錘沖擊成孔→填料→夯擊→測單擊貫入度→再次填料夯擊→測單擊貫入度→成樁。

(3)沖擊成孔

錘重35～40 kN,錘長3～5 m,柱錘直徑采用377 mm,成孔直徑500 mm,夯后直徑600 mm。成孔深度不應(yīng)小于設(shè)計深度,并需嚴(yán)格控制打設(shè)深度,不能因穿透素填土層而形成懸浮樁。

成孔應(yīng)采取橫移退打的方式自兩端向中間采用隔排或隔樁跳打法進行施工, 成孔過程中如塌孔或縮頸現(xiàn)象嚴(yán)重,無法成孔時,可采用護筒施工,但護筒壁應(yīng)設(shè)觀察口(間距2.0 m),頂部設(shè)進料口(觀察口)。

當(dāng)現(xiàn)場土質(zhì)松軟,造成柱錘吸力過大,應(yīng)采取措施排除,不得強行提錘,以防起重設(shè)備因超載而傾覆。當(dāng)成孔至設(shè)計孔底高程附近,單擊貫入量大于1.0 m時,可將孔底回填磚瓦或碎石塊并反復(fù)擊實,再填土夯擊。

(4)填料夯實

樁身填料采用就地取材的山皮土,使用前應(yīng)過篩,粒徑宜控制在60～120 mm,填料的有機物含量不應(yīng)超過5%。每延米填料量不應(yīng)小于0.42 m3,填料應(yīng)分層填入樁孔夯實,樁身0～4.0 m每次填料不大于0.15 m3,樁身4.0 m以下每次填料不大于0.3 m3。每次填料錘擊數(shù)不小于3擊；前兩擊或兩擊以上落距不小于6 m；最后一擊提錘高度6 m的貫入度應(yīng)小于0.15 m,否則應(yīng)繼續(xù)夯擊直至滿足要求。成樁至地面時可采取低落距錘多擊數(shù)反復(fù)夯擊,以地面隆起不超過0.15 m為宜。

4 處理后的效果

地基處理完成后于砂墊層頂面埋設(shè)沉降板進行沉降觀測, 2008年11月26日開始地基處理施工,至2009年6月20日填土完成后,施工期間最大沉降13.2 cm。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)采用雙曲線法進行沉降預(yù)測,預(yù)測總沉降為24.6 cm,剩余工后沉降為11.4 cm,滿足設(shè)計要求,可以看出,以往的普通排水固結(jié)方案施工期沉降較小,而工后沉降偏大,但是本方案因形成了所謂的動力排水固結(jié)條件,使得工后沉降小,施工期沉降大。

通過近2年的運營,該車站地基穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)滑移、失穩(wěn)、沉降過大等現(xiàn)象,達(dá)到了預(yù)期的處理目的。

5 結(jié)語

(1)本工程地基處理中塑料排水板在淤泥中形成排水通道,并在其頂部鋪設(shè)疏水砂墊層,排水板施工后再施打柱錘沖擴樁,通過夯錘的擠擴、夯擊加速淤泥層排水,這就構(gòu)成了靠柱錘沖擴的動力加速排水板排水固結(jié)條件,形成所謂的動力排水固結(jié)方案。

(2)對這種表層是開山土石新近堆填、下為淤泥的地層地基處理方案選擇時,一方面要考慮表層堆填土的密實問題,另一方面還要考慮淤泥層的穩(wěn)定及沉降問題。散體擠密樁結(jié)合排水固結(jié)的復(fù)合方案的設(shè)計思路可為日后類似工程借鑒。

(3)在地基處理的方案選擇時,應(yīng)首先提出較多的處理方案,再通過技術(shù)、經(jīng)濟比較,選擇出技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的方案,為工程節(jié)省投資。

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