胡欣明

0 引言

水泥土攪拌樁加固機理是用水泥做固化劑，通過使用特制的攪拌機械，在鉆進的同時往軟土中噴射水泥漿液，在地基深處將軟土固化成為具有足夠的強度、變形模量和穩(wěn)定性的水泥土，這些加固土、柱體與柱體間的土構(gòu)成了一種復(fù)合地基，從而達到地基加固的目的。水泥土攪拌樁加固的特點是施工工期短，效率高，施工中無振動，無噪聲，無地面隆起，不排污，不擠土，不污染環(huán)境，施工工具簡易，費用低廉等。目前，水泥土攪拌樁已成為鐵路軟土地基處理中的一種常用方法。本文結(jié)合北疆電廠鐵路專用線軟土的處理措施，探討了水泥土攪拌樁的設(shè)計方法。

1 工程實例分析

1.1 概況

北疆電廠鐵路專用線位于天津市漢沽區(qū)、寧河縣、漢沽農(nóng)場范圍，屬渤海流域沖積平原，沿線地形平坦開闊，地面高程一般－1.6 m～2.1 m。多為溝渠、鹽池和魚蝦養(yǎng)殖場，局部為鹽堿地。鹽池、魚塘一般水深1.7m，水下淤泥厚0.4m，水面離自然地面約0.5 m，村莊較集中，交通方便。

鐵路專用線屬天津北疆電廠燃煤外部運輸配套項目，是保證電廠燃煤供應(yīng)的最有效途徑，對電廠的建設(shè)和正常運營起著關(guān)鍵的支撐作用。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)巖土工程勘察報告揭示線路范圍內(nèi)地層按沉積類型主要有:第四系人工填筑土(Q，第四系陸相沉積層(Q，海相沉積層(Q)?，F(xiàn)將地層由新到老分述如下:

沿線水系發(fā)育，地下水埋藏較淺，埋深在0.5 m～1.5 m，水量豐富，為松散層孔隙潛水。地下水屬于SO·Cl－—K+·Na+型水，水對混凝土結(jié)構(gòu)具強腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性。

根據(jù)國家地震局頒布GB 18306-2001中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖，本線范圍內(nèi)地震動峰值加速度為0.20g。

1.3 設(shè)計控制標(biāo)準(zhǔn)

鐵路路基工程對基本承載力、穩(wěn)定、沉降都有嚴(yán)格的要求;北疆電廠鐵路專用線要求天然地基基本承載力不小于130 kPa、未經(jīng)地基處理的路堤整體沿基地及基底下軟弱層的抗滑最小穩(wěn)定系數(shù)大于1.25、路基工程的工后沉降小于30 cm;北疆電廠鐵路專用線未經(jīng)地基處理;②粉質(zhì)粘土為持力層，天然地基基本承載力僅為80 kPa、經(jīng)計算北疆電廠鐵路專用線未經(jīng)地基處理的路堤整體沿基地及基底下軟弱層的抗滑最小穩(wěn)定系數(shù)為0.64、未經(jīng)地基處理的路基工后沉降為72 cm，遠(yuǎn)不能滿足承載力、穩(wěn)定和沉降的要求。

為了滿足鐵路的穩(wěn)定與安全運營，需要對北疆電廠鐵路專用線進行地基處理。

1.4 地基處理方案的選擇

1.4.1 地基處理方案選擇原則

1 )必須滿足地基承載力要求;

2 )必須滿足鐵路路基穩(wěn)定要求;

3 )必須滿足地基沉降變形要求;

4 )要考慮工期及為建設(shè)單位節(jié)約資金。

1.4.2 地基處理方案的比較

由于本工程投資控制較緊，工期要求較短，通過對造價、工期和施工等多方面的綜合考慮，最后決定采用水泥攪拌樁作為地基加固方案。水泥攪拌樁設(shè)計參數(shù)為:樁長7.0 m～9.0 m，樁徑φ=50 cm，樁間距s=110 cm～120 cm，正三角形布置?？紤]到地下水具有一定的腐蝕性，因此攪拌樁固化劑采用P.S42.5礦渣硅酸鹽水泥，添加抗硫酸鹽、氯鹽、鎂離子復(fù)合侵蝕混凝土防腐劑。

2 水泥土攪拌樁計算與分析

因北疆電廠鐵路專用線區(qū)間路基地質(zhì)情況基本相似，選取N1SDK3+500.00為代表性斷面進行計算。

2.1 水泥土攪拌樁方案計算

2.1.1 單樁豎向承載力特征值計算

單樁豎向承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場載荷試驗確定，也可按式(1)估算，并應(yīng)同時滿足式(2)的要求，應(yīng)使由樁身材料強度確定的單樁承載力大于(或等于)由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力［P］:

根據(jù)式(1)，式(2)結(jié)合各土層物理力學(xué)指標(biāo)，可求得Ra= 110.39 kN，取110 kN。

2.1.2 復(fù)合地基承載力計算

復(fù)合地基承載力可按TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程估算:

根據(jù)式(3)，式(4)結(jié)合各土層物理力學(xué)指標(biāo)，可求得σsp= 134.088 8 kPa，取134 kPa＞130 kPa，滿足北疆電廠鐵路專用線要求。

2.2 穩(wěn)定計算

軟土地區(qū)一般選用圓弧法進行計算(見圖1)，尋找危險圓弧的圓心及半徑進行穩(wěn)定計算分析。根據(jù)TB 10001-2005鐵路路基設(shè)計規(guī)范和TB 10106-2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程相關(guān)規(guī)定進行計算，經(jīng)計算在水泥土攪拌樁地基處理后邊坡最小穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.35，滿足穩(wěn)定的要求。

2.3 沉降計算

路基工后沉降為主要地基沉降(路基本體沉降有限)，考慮到該工程時間的緊迫性以及當(dāng)時勘測設(shè)計的環(huán)境條件，主要以施工階段觀測的實際沉降值計算、驗證工后沉降設(shè)計值(專用線沒有要求，按照Ⅱ級鐵路考慮工后沉降應(yīng)小于30 cm)，鐵路工程是百年大計，工后沉降按100年計，工后沉降計算公式為:

其中，Sr為工后沉降量，m;S為最終沉降量(或稱總沉降量)，m;ST為上部建筑物竣工或路基竣工鋪軌完成已經(jīng)發(fā)生的沉降量(或稱施工期沉降量)，m。

根據(jù)式(3)，式(4)結(jié)合各土層物理力學(xué)指標(biāo)，可求得地基處理后工后沉降Sr=23.3 cm，滿足沉降的要求。

3 結(jié)語

北疆電廠鐵路專用線工程地質(zhì)情況為沿海軟土地層，結(jié)合具體情況，采取了水泥土攪拌樁復(fù)合地基處理方案，驗算表明，方案滿足工程要求，鐵路竣工運營一年以來，效果良好，路基不均勻沉降得到了有效控制，設(shè)計與施工是成功的。

［1］ 鐵道部第一勘測設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·路基［M］.北京：中國鐵道出版社，1992.

［2］ TB 10106-2010，鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］ TB 10001-2005，鐵路路基設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］ GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］ 中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司.新建鐵路北疆電廠施工圖設(shè)計［Z］.2007.