李 杰

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

滬寧城際鐵路起于上海市，沿既有滬寧線走廊穿行，經(jīng)蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江，終于江蘇省南京市。線路全長(zhǎng)約300 km，全線約170 km并行既有滬寧鐵路，丹陽(yáng)以東為長(zhǎng)江沖積平原，深厚層軟土發(fā)育。滬寧城際鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速300 km，全線鋪設(shè)CRTSⅠ型板式無砟軌道。全線路基長(zhǎng)度94.23 km，約占線路總長(zhǎng)的31.4%，深厚層軟土沉降控制難度大，并行既有線施工安全要求高，埋入式樁板結(jié)構(gòu)較好地解決了上述兩個(gè)問題。

1 工點(diǎn)概況

1.1 工點(diǎn)概況

DK225+283.35～DK226+151.68段路基位于江蘇省蘇州市境內(nèi)，該段路基全長(zhǎng)860.99 m，路堤填高2.5～4.1 m，路基面寬度13.4 m，其中DK225+551.65～+578.31段路基下穿既有公路。路基左側(cè)并行既有滬寧線，為國(guó)內(nèi)最重要的Ⅰ級(jí)干線，新建滬寧城際鐵路中心距離既有線砟肩約16 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

該段線路通過太湖沖湖積平原區(qū)，地形平坦開闊，多辟為水田及菜地。軟土及松軟土分布較廣，地下水主要為孔隙潛水，受大氣降水補(bǔ)給影響，水位埋深約0.5～2.0 m。地表水、地下水氯鹽環(huán)境作用等級(jí)為L(zhǎng)1級(jí)。地基土分層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

表1 地基土分層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2 地基加固設(shè)計(jì)方案

2.1 地基處理方案設(shè)計(jì)

無砟軌道結(jié)構(gòu)對(duì)路基工后沉降提出了嚴(yán)格的要求，路基工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為工后沉降一般不應(yīng)超過15 mm;路橋交界處的差異沉降不應(yīng)大于5 mm。如根據(jù)通道內(nèi)軟基處理試驗(yàn)成果和地方巖土工程經(jīng)驗(yàn)，采用常規(guī)的攪拌樁、旋噴樁等水泥土復(fù)合地基加固措施難以滿足設(shè)計(jì)要求而達(dá)到近于“零”沉降的控制的目的，采用剛性樁進(jìn)行加固是解決問題的有效方法。工程設(shè)計(jì)前，首先進(jìn)行了地基處理方案比選。

方案一:預(yù)應(yīng)力管樁處理方案，根據(jù)工點(diǎn)工程地質(zhì)條件經(jīng)檢算分析，該段路基最長(zhǎng)樁長(zhǎng)需46m。管樁規(guī)范規(guī)定選取管樁型號(hào)時(shí)，其長(zhǎng)徑比不得超過1∶100，其樁間距為樁徑的4～5倍。若采用樁徑為0.4 m管樁，則樁間距為1.6～2.0 m，采用樁徑為0.5 m管樁，則樁間距為2.0～2.5 m;

方案二:鉆孔樁+C35鋼筋混凝土板梁埋入式樁板結(jié)構(gòu)，鉆孔樁樁徑0.8 m，樁長(zhǎng)46 m，板梁厚0.8 m，鉆孔樁橫向間距2.6 m，縱向間距7.0 m+8.0 m+7.0 m。板梁從兩側(cè)橋頭向中心布置，板梁縱向節(jié)長(zhǎng)27.0 m，板梁與板梁間設(shè)0.02 m伸縮縫，每塊板梁布置20根樁。方案比選主要考慮了以下因素。

(1)該段路基下臥層有厚約4 m的雙層粉砂層及約10 m厚的粉質(zhì)黏土硬層，同時(shí)路基右側(cè)緊臨既有線，右側(cè)坡腳與既有滬寧線只有5.28 m;如若采用管樁加固，無論是靜壓還是打入法施工，管樁都難以穿過黏土硬層及粉砂層，同時(shí)因擠土效應(yīng)容易引起地面隆起，導(dǎo)致既有線軌面變形，影響既有線運(yùn)營(yíng)安全。

(2)其中DK225+551.65～+578.31段路基下穿既有公路，路基面與公路梁底凈空只有11.5 m;預(yù)應(yīng)力管樁鉆機(jī)機(jī)具高度約26.9 m，不能滿足凈空高度要求。

(3)經(jīng)濟(jì)性比較，采用管樁加固，樁基處理總費(fèi)用約2 056萬元，采用鉆孔樁埋入式樁板結(jié)構(gòu)加固，總費(fèi)用約2 200萬元，鉆孔樁比管樁造價(jià)高約7%。

綜合分析以上3個(gè)因素，本工點(diǎn)推薦方案二，見圖1～圖2。

圖1 鉆孔樁平面布置(單位:m)

2.2 沉降估算

工后沉降主要是樁端平面以下、當(dāng)前荷載作用下的殘余沉降以及后期使用荷載作用下產(chǎn)生的沉降。由于本工點(diǎn)路堤填高不大，通過加強(qiáng)材料質(zhì)量控制和提高基床以下路堤壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)后不考慮路基本體(含基床)的工后沉降。加固處理部分，因采用了強(qiáng)度高、剛性大的鉆孔樁，在選取良好持力層的基礎(chǔ)上不考慮樁區(qū)(加固部分)的工后沉降。

圖2 鉆孔樁橫斷面布置(單位:m)

樁端以下變形參數(shù)選取采用分層總和法求總沉降，壓縮變形參數(shù)選取地基土在自重壓力至自重壓力加附加壓力作用時(shí)的壓縮模量(MPa)，地下水位以下采用浮容重。壓縮層計(jì)算厚度按附加應(yīng)力等于0.1倍自重應(yīng)力確定。樁端應(yīng)力采用應(yīng)力擴(kuò)散法計(jì)算，對(duì)DK225+283.3、DK225+725、DK226+150斷面進(jìn)行沉降計(jì)算。

(1)DK225+283.3斷面有荷條件下無加固措施的工后沉降為170.4 mm，不滿足15 mm要求，采用鉆孔樁加固措施后工后沉降為14.3 mm，橋路過渡段總沉降16.5 mm，差異沉降2.2 mm，滿足路橋交界處的差異沉降不應(yīng)大于5 mm的要求。

(2)DK225+725斷面鉆孔樁下臥層有荷條件下沉降合計(jì)為16.7 mm，無荷沉降合計(jì)為3.2 mm，工后沉降為13.5 mm，滿足工后沉降一般不應(yīng)超過15 mm的要求。

(3)DK226+150斷面鉆孔樁下臥層有荷條件下沉降合計(jì)為23.1 mm，無荷沉降合計(jì)為8.4 mm，工后沉降為14.7 mm，橋路過渡段總沉降16.5 mm，，差異沉降1.8 mm，滿足路橋交界處的差異沉降不應(yīng)大于5 mm的要求。

2.3 路基變形監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

滿足工程建設(shè)需求的監(jiān)測(cè)測(cè)試項(xiàng)目主要有路基面沉降監(jiān)測(cè)、基底沉降監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)，詳見表2。

表2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及位置

3 鉆孔灌注樁施工

鉆機(jī)的擺放和樁基礎(chǔ)施工順序?yàn)?由于地形的限制和既有線的影響，樁基施工從既有線方向往遠(yuǎn)離既有線方向施工，能更好地方便測(cè)量和泥漿循環(huán)。

鉆孔灌注樁施工分為施工前準(zhǔn)備、鉆孔、清孔、鋼筋籠的制作及安放、灌注水下混凝土及質(zhì)量檢測(cè)等幾個(gè)階段。對(duì)于鉆孔樁施工過程中常見的質(zhì)量缺陷應(yīng)提前預(yù)防，并采取合理的應(yīng)對(duì)措施。

(1)鉆孔泥漿控制:入孔的泥漿比重為1.2～1.3，孔底的泥漿比重砂黏土?xí)r不宜大于1.3。黏度，一般地層16～22 s，松散易坍地層19～28s。含砂率，新制泥漿不大于4%。膠體率，不小于95%。pH值大于6.5。

(2)成孔質(zhì)量控制:鉆機(jī)安裝平穩(wěn)，開孔時(shí)應(yīng)慢轉(zhuǎn)、輕壓、小泵量鉆進(jìn)，同時(shí)選擇性能良好的鉆頭，遵偱“一次清孔為主，二次清孔為輔”的原則，確保成孔孔徑、孔斜、沉渣厚度指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(3)鋼筋籠的制作及安放:鋼筋籠制作前應(yīng)將主筋校直，清除表面污垢、銹蝕等，鋼筋籠采用環(huán)形模制作，同時(shí)必須輕提緩放，下遇阻力應(yīng)立即停止，查明原因并進(jìn)行處理后再行下放，嚴(yán)禁高起猛落，強(qiáng)行下放。

(4)水下混凝土灌注控制:水下混凝土灌注是鉆孔樁施工的關(guān)健工序，容易埋導(dǎo)管，混凝土產(chǎn)生夾泥、空洞、離析等質(zhì)量缺陷，灌注過程中應(yīng)正確撐握導(dǎo)管的提升與拆除，經(jīng)?；顒?dòng)導(dǎo)管，反復(fù)插動(dòng)，以利于水下混凝土密實(shí)，首斗灌注量必須確保導(dǎo)管底部埋入混凝土面1.3 m以上。

(5)樁基質(zhì)量檢測(cè):混凝土強(qiáng)度試件每根樁至少制取4組，每個(gè)工作班至少制取2組。孔徑、孔形和傾斜度采用探孔器進(jìn)行測(cè)定。每根樁均進(jìn)行超聲波無破損法或小應(yīng)變檢測(cè)，檢測(cè)樁的完整性，超聲波檢測(cè)應(yīng)在樁身混凝土澆筑完成后3～30 d內(nèi)進(jìn)行。應(yīng)按規(guī)范要求對(duì)鉆孔樁進(jìn)行鉆芯取樣檢查，以檢驗(yàn)樁的混凝土灌注質(zhì)量。

4 沉降觀測(cè)

4.1 測(cè)點(diǎn)分布概況

本區(qū)段主體工程于2009年5月1日完成，共設(shè)置12個(gè)觀測(cè)斷面。觀測(cè)自2009年11月26日開始，截止時(shí)間2010年1月12日，觀測(cè)歷時(shí)48 d，觀測(cè)期次10～12期，觀測(cè)期間經(jīng)歷測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)移、路基面級(jí)配碎石施工，底座板施工等荷載變化情況。

4.2 測(cè)量實(shí)施概況

所有水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)滿足二等變形等級(jí)測(cè)量技術(shù)要求，按國(guó)家一等精密水準(zhǔn)測(cè)量方法施測(cè)，測(cè)量精度:±1 mm，讀數(shù)取位至0.1 mm。

每次觀測(cè)前，都對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行了校驗(yàn)，觀測(cè)置鏡點(diǎn)、觀測(cè)路線、觀測(cè)人員、觀測(cè)設(shè)備固定，轉(zhuǎn)點(diǎn)位置使用尺墊，并且在成像清晰穩(wěn)定的條件下進(jìn)行觀測(cè)。下部結(jié)構(gòu)的沉降變形觀測(cè)按照固定的觀測(cè)路線和觀測(cè)方法進(jìn)行，觀測(cè)路線形成附合或閉合路線，使用固定的工作基點(diǎn)對(duì)應(yīng)沉降變形觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

4.3 沉降變形觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

本區(qū)段共設(shè)24個(gè)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可知:

(1)該評(píng)估區(qū)段主體完工后最大累計(jì)沉降量為2.37 mm，最小累計(jì)沉降為0.31 mm，總沉降量較小;

(2)23個(gè)測(cè)點(diǎn)(占95.83%)在主體工程完工(路基施加預(yù)壓荷載或架梁完成)后，累計(jì)沉降量小于2 mm，起伏變化量小于3 mm，且最后一個(gè)月的觀測(cè)數(shù)據(jù)未出現(xiàn)連續(xù)下沉現(xiàn)象，可判定為滿足沉降標(biāo)準(zhǔn)要求，認(rèn)為該測(cè)點(diǎn)在現(xiàn)階段沉降已趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)下臥層為有雙層軟土(內(nèi)有粉砂或硬土夾層)臨近既有線或下穿公路或高架道路下無砟軌道軟土路基采用“埋入式樁板結(jié)構(gòu)”處理是可行的。

(2)鉆孔樁布樁時(shí)，應(yīng)保證最外側(cè)加固區(qū)距離既有建筑物有一定距離，特別是對(duì)于既有運(yùn)營(yíng)線路，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)既有建筑物的監(jiān)測(cè)。

(3)對(duì)鉆孔樁等大型設(shè)備需確保樁基施工時(shí)不會(huì)因地形等原因?qū)е聵稒C(jī)傾斜;必要時(shí)可采用換填處理，換填厚度應(yīng)不小于1.5 m。

(4)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，埋入式樁板結(jié)構(gòu)總沉降量很小，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)估算沉降量，下一步應(yīng)對(duì)該結(jié)構(gòu)沉降特性進(jìn)行研究分析，以期達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。

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