丁光文

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

既有鐵路增建二線，一般既有鐵路標(biāo)準(zhǔn)較低，達(dá)不到新建鐵路的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于軟土路基，新建線和既有線均需要加固。施工時(shí)，先施工新建線，既有線保持運(yùn)營(yíng);新建線施工完畢，將車(chē)輛轉(zhuǎn)移至新線運(yùn)行，再將既有線拆除重建。

由于線路一直在運(yùn)營(yíng)之中，受行車(chē)干擾，既有線軟土地基處理難度較大，特別是在電氣化鐵路既有線提速改造中，接觸網(wǎng)的凈空受限，軟土地區(qū)地基處理更是一大難題。選擇技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理的軟土地基處理方法，成為工程建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。

為解決既有線軟土處理這一難題，探索經(jīng)濟(jì)有效的加固技術(shù)，結(jié)合上海金山鐵路既有線增建二線工程，對(duì)既有線軟土地基加固方法進(jìn)行了綜合分析比較，選用布袋加筋注漿樁進(jìn)行處理。同時(shí)，對(duì)布袋加筋注漿樁加固軟土技術(shù)進(jìn)行了專(zhuān)題研究，得到其加固機(jī)理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法、質(zhì)量控制及檢測(cè)方法等研究成果，并在上海金山鐵路的軟土地基首次采用了布袋加筋注漿樁加固，節(jié)省大量的軟土地基處理費(fèi)用。結(jié)合上海金山鐵路閔西站路基特點(diǎn)，對(duì)其應(yīng)用情況加以介紹。

1 上海金山鐵路閔西站工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌、地層巖性

設(shè)計(jì)工點(diǎn)位于上海市閔行區(qū)，濱海積平原地貌，地形平坦開(kāi)闊。根據(jù)鉆探揭示，其為上海標(biāo)準(zhǔn)地層，主要特點(diǎn)為軟土層很厚(一般20～30 m)，局部夾有硬層，其地層從上至下依次描述如下:

(1)填筑土，稍密，層深0～2.9 m;

(2)1粉質(zhì)黏土，軟塑，層深2.9～4.5 m;

(3)1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑，層深4.5～12.9 m;

(4)淤泥質(zhì)黏土，流塑，層深12.9～19.3 m;

(5)1粉質(zhì)黏土，軟塑，層深19.3～26 m;

(5)2粉土，稍～中密，層深＞26 m，其下為可塑～硬塑粉質(zhì)黏土。

1.2 地基土主要指標(biāo)(表1)

表1 地基土主要指標(biāo)

2 加固方案選擇

上海金山鐵路既有線增建二線工程，屬濱海積平原區(qū)，地形平坦開(kāi)闊，分布有深厚層軟土，局部夾有硬層，軟土厚度大于20 m。既有線1974年建成通車(chē)，既有路基未進(jìn)行任何處理，路基下沉嚴(yán)重，道砟厚度普遍較厚，特別是橋路結(jié)合處，差異沉降明顯，增建二線屬Ⅰ級(jí)鐵路，設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值160 km/h，增建二線后既有鐵路路基標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)提高，且需對(duì)既有鐵路路基幫寬加高，為滿足路基工后沉降要求較高，既有鐵路路基需進(jìn)行加固處理。

軟土地基加固方法主要采用［4-12］:深層攪拌樁、塑料排水板、CFG樁、樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)(管樁)等。既有線增建二線工程中既有線軟基加固，既要滿足路基沉降控制要求，還要保證增建二線的運(yùn)營(yíng)安全，在目前的技術(shù)條件下，單純的采用排水固結(jié)會(huì)對(duì)既有線穩(wěn)定及沉降產(chǎn)生影響;采用攪拌樁復(fù)合地基，因既有線接觸網(wǎng)的限制，采用現(xiàn)有的施工機(jī)械凈空受限，無(wú)法滿足地基處理施工工藝要求;采用旋噴樁進(jìn)行地基處理，漿液壓力過(guò)大，可能導(dǎo)致新線偏移、隆起等現(xiàn)象，對(duì)既有建筑物或既有路基穩(wěn)定及安全影響較大;而若采用預(yù)應(yīng)力管樁加固，工程造價(jià)高，工程器械大，與既有線網(wǎng)發(fā)生沖突，影響既有線運(yùn)營(yíng);采用鉆孔灌注樁加固，工程造價(jià)很高;采用CFG樁加固，因軟土地層含水率較高，成樁質(zhì)量差。

采用常規(guī)的布袋注漿樁，施工中拔出注漿管需要大型起吊機(jī)械，因既有線接觸網(wǎng)或高壓線限制無(wú)法施工［2-3］。布袋加筋注漿樁可較好的解決這一難題［1］。

(1)加筋管可兼作注漿管，在樁體施工過(guò)程中，無(wú)需拔出注漿管，不需要大型吊裝設(shè)備拔管，減少了施工環(huán)節(jié)，比常規(guī)布袋注漿樁更能適用受限場(chǎng)地，施工更為方便。

(2)在常規(guī)的布袋樁內(nèi)加筋，提高了樁身水平抗力。

(3)與常規(guī)布袋注漿樁注漿方式不同，有利于控制注漿質(zhì)量，注漿由注漿泵通過(guò)加筋管頂部注漿控制閥連接進(jìn)入加筋管，由加筋管底部人工鑿好的孔眼(φ10 mm)，作為注漿孔向布袋內(nèi)注漿，由下至上，分節(jié)注入，同時(shí)可多次補(bǔ)漿，使樁體成樁質(zhì)量更優(yōu)。

經(jīng)綜合分析比較，既有線路基軟基采用布袋加筋注漿樁進(jìn)行加固處理。

3 布袋加筋注漿樁加固地基的機(jī)理

采用適當(dāng)?shù)淖{設(shè)備通過(guò)加筋注漿管將漿液注入預(yù)先埋設(shè)于軟土中的土工布袋內(nèi)，漿液在布袋內(nèi)的壓力大于布袋周?chē)馏w的被動(dòng)土壓力時(shí)，得以膨脹布袋壓密土體，并在袋內(nèi)析水硬化，與加筋注漿管一起形成較規(guī)則的圓柱狀或葫蘆串狀結(jié)石體，與周?chē)馏w共同形成復(fù)合地基，達(dá)到加固軟土地基和提高承載力及復(fù)合模量的目的。

加筋注漿管材料為塑料，具質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、韌性好、耐久性強(qiáng)、抗腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，但其抗壓性能較差，而水泥砂塊具有較好的抗壓性能;與鋼筋混凝土的工作原理相似，加筋注漿管與水泥砂塊結(jié)合能夠形成一個(gè)整體共同受力，達(dá)到揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短的效果。

實(shí)施過(guò)程中，確保布袋各項(xiàng)指標(biāo)能夠滿足高壓注漿下不至于破裂和漿液不滲漏，并能滲水;注漿壓力應(yīng)根據(jù)加固深度和地層情況，通過(guò)計(jì)算其段落靜止土壓力初步確定，或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試樁確定;通過(guò)接頭和堵頭進(jìn)行技術(shù)處理，保證漿液壓力在注漿過(guò)程和結(jié)束后的穩(wěn)定，確保樁體直徑和漿液不滲出，加固原理立面示意見(jiàn)圖1。

圖1 布袋加筋樁加固原理示意

4 設(shè)計(jì)

上海金山鐵路屬Ⅰ級(jí)鐵路，設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值160 km/h，根據(jù)《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10035—2006)，一般地段工后沉降量≤20 cm，沉降速率≤5 cm/年，考慮列車(chē)荷載時(shí)最小穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.15，不考慮列車(chē)荷載時(shí)最小穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.25。施工時(shí)，先施工新建線，既有線保持運(yùn)營(yíng);新建線施工完畢，將車(chē)輛轉(zhuǎn)移至新線運(yùn)行，再將既有線拆除重建。

閔西站路基經(jīng)穩(wěn)定和沉降檢算，軟基處理的具體措施如下所述。

既有線路基軟基采用布袋加筋注漿樁加固，樁間距1.1 m，樁長(zhǎng)14 m，樁徑0.4 m，試塊室內(nèi)軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcu=2.4 MPa;在既有線左側(cè)邊坡范圍內(nèi)地基采用旋噴樁加固，樁間距1.25 m，樁長(zhǎng)28.5 m，樁徑0.5 m，正三角形布置;既有線路基右側(cè)邊坡范圍內(nèi)地基采用多向攪拌樁加固，樁間距1.1 m，樁長(zhǎng)14 m，樁徑0.5 m，正三角形布置。地基加固設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

5 布袋加筋注漿樁施工

布袋加筋注漿樁施工分樁位放樣、成孔、加筋注漿管連接、布袋綁扎、注漿、成樁檢測(cè)等階段。施工工藝研究?jī)?nèi)容:成孔階段對(duì)鉆孔設(shè)備性能進(jìn)行研究，提出施工機(jī)具使用范圍和條件;加筋注漿管的選用，花管的孔徑及間距大小布設(shè);灌注階段通過(guò)對(duì)泵送壓力、泵送量等進(jìn)行研究，提出合理技術(shù)參數(shù)。

圖2 XMK5+635設(shè)計(jì)橫斷面及地基加固布置(單位:m)

施工要點(diǎn)如下所述。

(1)成孔施工:成孔設(shè)備采用旋轉(zhuǎn)式HY-50型鉆機(jī)。設(shè)計(jì)要求開(kāi)孔直徑≥200 mm，現(xiàn)場(chǎng)施工控制在300 mm，以利于加筋注漿管及布袋順利送入孔內(nèi)，避免布袋膨脹過(guò)程發(fā)生折疊，鉆孔深度為地基處理深度。

(2)注漿工藝［5］:注漿工藝流程大致分為:將水泥、粉煤灰及水置于攪拌機(jī)內(nèi)拌和、攪拌貯漿、加筋注漿管連接、花管制作、布袋綁扎、漿液通過(guò)液壓泵壓入注漿管、布袋膨脹成樁等幾個(gè)環(huán)節(jié)。

其工序如下:①加筋注漿管通過(guò)熱熔器連接，底部用堵頭封住，通過(guò)電鉆制作花管孔眼;②將符合設(shè)計(jì)深度的土工織物袋套在加筋注漿管外，兩端用鐵絲扎緊，以保證注入袋內(nèi)的漿液不露出;③每隔100 cm左右用鐵絲將布袋扎牢，連同加筋注漿管一并放入已鉆好孔內(nèi);④通過(guò)注漿泵將攪拌好的漿液注入布袋，注漿量應(yīng)大于布袋套體積。隨著漿液的壓入，整條布袋以加筋管為軸心形成似圓柱狀長(zhǎng)樁。

(3)布袋加筋注漿樁的施工參數(shù)

①開(kāi)孔孔徑300 mm，成樁直徑400 mm。

②注漿管:PPR管，GB/T18742.2 S4 dn32 en3.6，外徑32 mm，內(nèi)徑25 mm，單管長(zhǎng)4 m。

③注漿量:注漿量根據(jù)布袋成樁后的體積計(jì)算。

④注漿流量一般50～65 L/min，建議首次注2/3漿量，余量均分2次以“隔25～30 min/次”注完。

⑤注漿壓力:布袋加緊注漿樁的注漿壓力必須大于地層的被動(dòng)土壓力及鐵絲的抗拉強(qiáng)度，否則達(dá)不到布袋膨脹的目的，一般控制在0.4～0.6 MPa。

⑥漿液性能:應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)為黏度30～35 s，密度1.4～1.5 g/cm3，析水率＜3%，試塊單軸抗壓強(qiáng)度≥2.4 MPa(齡期7 d)。水:水泥:粉煤灰=1∶0.785∶0.642，試驗(yàn)室配比后試驗(yàn)數(shù)據(jù)為黏度32 s，密度1.45 g/cm3，試塊單軸抗壓強(qiáng)度3.0～3.6 MPa(齡期7 d)。

6 布袋加筋注漿樁的檢測(cè)與加固后效果

6.1 布袋加筋注漿樁的成樁檢測(cè)

地基處理完工后對(duì)布袋加筋注漿樁的成樁質(zhì)量，分別進(jìn)行了低應(yīng)變檢測(cè)、開(kāi)挖檢測(cè)、鉆芯取樣檢測(cè)、豎向靜載試驗(yàn)等檢測(cè)，結(jié)果表明，樁身無(wú)明顯缺陷，完整性良好，布袋注漿樁樁體強(qiáng)度均大于2.4 MPa，單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

6.2 布袋注漿樁的加固效果檢測(cè)

施工期間，對(duì)路基面、路基基底的沉降，路基坡腳的位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，測(cè)試結(jié)果顯示，路基沉降與位移值均在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，表明地基采用布袋加筋注漿樁處理后，其穩(wěn)定和沉降滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)測(cè)路基基底填高-沉降-時(shí)間曲線如圖3所示。

圖3 路基基底填高-沉降-時(shí)間曲線(H-S-T曲線)

填筑期間施工地面的沉降隨著填高的增大而增大，填高變化時(shí)，沉降增長(zhǎng)較快，填高不變時(shí)，沉降增長(zhǎng)較為平緩;自2012年5月26日起，沉降逐漸穩(wěn)定，沉降曲線趨于水平。

6.3 單樁水平靜載試驗(yàn)

依據(jù)《鐵路工程基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(TB 10218—2008)，單樁水平靜載試驗(yàn)用來(lái)確定單樁水平極限承載力，試驗(yàn)采用單向多循環(huán)加卸載法，由油壓千斤頂配壓力傳感器分級(jí)加卸載，用大量程位移傳感器測(cè)量變形。試驗(yàn)示意見(jiàn)圖4。

選擇1號(hào)、8號(hào)試樁做該項(xiàng)檢測(cè)，其檢測(cè)曲線見(jiàn)圖5、圖6，檢測(cè)結(jié)果匯總見(jiàn)表2。

表2 試樁檢測(cè)結(jié)果匯總

圖4 單樁水平靜載試驗(yàn)示意

圖5 1號(hào)試樁水平靜載試驗(yàn)H-t-Y0曲線

圖6 8號(hào)試樁水平靜載試驗(yàn)H-t-Y0曲線

從表2可知，1號(hào)試樁的單樁水平極限承載力為18 kN，8號(hào)試樁的單樁水平極限承載力為14 kN，對(duì)比可知，布袋加筋注漿樁較布袋樁水平極限承載力提高了約28.5%，說(shuō)明加筋材料對(duì)樁體剛度及水平抗剪強(qiáng)度的提高非常顯著，布袋加筋注漿樁的質(zhì)量更優(yōu)。

7 結(jié)語(yǔ)

布袋加筋注漿樁與常規(guī)的布袋注漿樁相比，施工占地范圍小，操作方便，水平抗力有較大幅度的提升，主要結(jié)論如下所述。

(1)布袋加筋注漿樁施工機(jī)具高度低，施工時(shí)占地范圍小，對(duì)施工場(chǎng)地及凈空要求較低，在既有鐵路線附近施工，能夠確保既有線的安全運(yùn)營(yíng)，不會(huì)對(duì)既有構(gòu)筑物造成損壞。

(2)采用孔底返漿法施工，樁體質(zhì)量更優(yōu)，施工結(jié)束～漿液凝固期間仍可多次補(bǔ)漿;成樁后，PPR管作為加筋材料與土工布袋、水泥共同承擔(dān)荷載，既省掉了拔管流程，簡(jiǎn)化施工程序，控制并穩(wěn)定注漿壓力，又使水平抗力提高約28.5%。

(3)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，PPR管采用熱熔連接，自身韌性大，克服PVC管因自身脆性大、韌性小，安放過(guò)程中發(fā)生折斷，須拆除換新等缺陷，因此選用PPR管作為加筋注漿管。

(4)施工均采用常規(guī)機(jī)具，施工設(shè)備簡(jiǎn)單，材料主要是土工布袋、PPR管、水泥及粉煤灰，來(lái)源可靠、方便，操作環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可控性高，安全、環(huán)保，便于推廣應(yīng)用。

試驗(yàn)和應(yīng)用情況均表明，布袋加筋注漿樁施工質(zhì)量可控，樁身完整性好、強(qiáng)度和承載力均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，施工后加固效果良好，路基穩(wěn)定沉降滿足相關(guān)要求要求;在既有鐵路附近施工，能夠保證既有線的正常運(yùn)營(yíng);施工設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，可作為軟土地基加固處理的新技術(shù)推廣應(yīng)用，對(duì)既有鐵路地基處理具有明顯優(yōu)勢(shì)。

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