彭　琦

(廣州鐵路(集團)公司深圳工程建設指揮部，廣東深圳　518001)

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軟土路堤水泥土攪拌樁設計及整體穩(wěn)定性分析

彭琦

(廣州鐵路(集團)公司深圳工程建設指揮部，廣東深圳518001)

摘要:結合珠三角地區(qū)河相沉積軟土特性，選取水泥土攪拌樁作為軟基處理方案，通過現(xiàn)場試樁后確定設計、施工等參數(shù)，并根據沿線現(xiàn)場地形地貌特征，提出了鐵路設計中和運營后應注意的要點，為今后珠三角地區(qū)的軟土地基處理提供參考借鑒。

關鍵詞:水泥土攪拌樁，承載力，穩(wěn)定性，反壓護道，地基

0　引言

水泥土攪拌樁是利用水泥(或石灰)等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強制攪拌，由固化劑和軟土間所產生的一系列物理—化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的柱狀加固體樁，并與樁間土組成復合地基，從而提高地基強度和增大變形模量。

水泥土攪拌樁可用于處理正常固結的淤泥、淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、黏性土以及無流動地下水的飽和松散沙土等地基。對泥炭土、有機質含量高的淤泥質土、塑性指數(shù)大于25的黏性土，以及夾有塊石、較大粒徑的碎石、卵石的地基，應通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。水泥土攪拌樁施工前應進行室內配比試驗，選擇滿足設計強度要求的水泥、外摻劑及其摻量，并進行現(xiàn)場試驗或試驗性施工，確定施工工藝及參數(shù)。

鐵路路基穩(wěn)定性驗算分別檢算路堤施工期及鐵路運營期的穩(wěn)定系數(shù)，以運營期的穩(wěn)定安全系數(shù)作為設計指標，以施工期的穩(wěn)定安全系數(shù)作為驗算指標。路堤施工期荷載應考慮路堤自重和運梁車等施工臨時荷載，運營期荷載應包括路堤自重、列車和軌道荷載。

1　工程概況

某珠三角鐵路佛山段工點處于軟基地段，填土高約7 m，位于泛珠江三角洲地區(qū)，處于沖積平原地段，以河相沉積軟土為主，局部位于丘間谷地，表層普遍分布河相(局部為谷地相)沉積軟土，局部夾砂或軟土與砂互層，厚度一般為3 m～21 m。沿線地表魚塘、河溝(渠)廣泛分布，養(yǎng)殖業(yè)非常發(fā)達。

自上而下地層分布為:一般地表零星分布種植土和人工填土，厚0 m～2 m，主要為漁塘塘埂填筑土或挖塘廢棄土;上部地層為淤泥或淤泥質黏土，灰色～灰黑色，流塑～軟塑，主要由粘粒組成，含有機質，具臭味，厚0 m～21 m;中部為軟塑～硬塑黏性土層及中粗砂、礫砂層。下伏基巖以泥質砂巖夾砂巖、泥巖全風化～弱風化地層為主。上部淤泥或淤泥質黏土具有高含水量、高液限、有機質含量高、強度低、欠固結、易壓縮變形等特點。

地下水為第四系孔隙潛水，埋深0 m～3 m，碳化環(huán)境作用等級為T2，化學侵蝕環(huán)境條件為H1～H2。地表水、地下水對混凝土大部分無侵蝕性，局部存在酸性侵蝕。土層主要物理力學參數(shù)指標見表1。

表1　土層主要物理力學參數(shù)指標

2　水泥土攪拌樁設計

單樁豎向承載力的計算，按側摩阻力與端阻力、樁體強度計算并取其較小值:

其中，［P］為單樁容許承載力，kN;Pt為樁身水泥土無側限抗壓強度標準值;α為樁底地基土容許承載力折減系數(shù)，取0．5;η為樁身強度折減系數(shù)，取0．33;qi為樁周第i層土的容許摩阻力，kPa;li為樁周第i層土的厚度，m;qp為樁端地基土容許承載力，kPa;up為樁身周長，m;Ap為樁身截面面積，m2。

經計算，單樁豎向容許承載力值為78 kN。

復合地基容許承載力宜通過復合地基荷載試驗確定，設計時按下式計算:

其中，σsp為復合地基容許承載力，kPa;σs為樁間土天然地基容許承載力，kPa;β為樁間土承載力折減系數(shù)，取0．4;m為置換率，一般取10%～20%;A為一根樁所承擔的復合地基面積，m2。

經計算，復合地基容許承載力值為136 kPa。

經工程類比并檢算確定，工程采用的水泥攪拌樁樁徑為0．5 m，樁間距1 m，按正三角形布置，處理深度應穿過軟土層(入中砂層)至少0．5 m，長度8．5 m～9 m，樁頂設置50 cm的粗砂墊層，中間夾50型土工格柵，采用四噴四攪工藝，攪拌樁無側限抗壓強度不小于1．2 MPa，單樁承載力Ra≥78 kN。

現(xiàn)場經過代表性試樁，并按規(guī)范進行檢測后，確定采用PC32．5水泥，水泥摻入量為15%(50 kg/m)，水灰比0．55，采用四噴四攪工藝，鉆進速度V=0．7 m/min～1．1 m/min，提升速度V=0．6 m/min～1．0 m/min，送泵壓力0．4 MPa～0．6 MPa。

3　復合地基整體穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性分析采用圓弧滑動法進行檢算(見圖1)，穩(wěn)定系數(shù)Fs按下式計算(不考慮固結):

其中，i，j均為土條編號，i表示土條底部的滑裂面在地基土層內，j表示土條底部的滑裂面在路堤填料內;Pt為各土條在滑弧切線方向的下滑力的總和，Pt=∑Wisinαi+∑Wjsinαj;Si為地基土內(AB弧)抗剪力，kN/m，Si=Wicosαitanφqi+cqili;Sj為路堤內(BC弧)抗剪力，Sj=Wjcosαjtanφqi+cqjlj。

本鐵路為Ⅰ級鐵路，設計時速120 km/h，軌道及列車荷載(中—活載)換算土柱查有關鐵路規(guī)范得，γ=19 kN/m3時換算高度取3．2 m，分布寬度取3．7 m。

建立計算模型如圖2所示。

圖1　圓弧滑動法計算示意圖

圖2　路堤穩(wěn)定性分析模型圖

采取自動搜索最危險滑裂面方法進行計算，可得出最危險滑裂面示意圖(見圖3)。

圖3　最危險滑裂面示意圖

由圖3可以看出，軟土路堤加上超載之后，最危險滑裂面貫穿路堤本體中心與攪拌樁外側加固區(qū)，滑動安全系數(shù)Fs=1．21，滿足《鐵路工程地基處理技術規(guī)程》中V≤120 km/h時，路堤穩(wěn)定安全系數(shù)Fs不得小于1．20的要求。

在路堤坡腳兩側設反壓護道，護道單側頂寬度4 m，高度2 m，得出最危險滑裂面示意圖(見圖4)，最危險滑裂面有向下發(fā)展趨勢，同時滑動安全系數(shù)Fs=1．40，較不設置反壓護道條件下提高較大。

圖4　最危險滑裂面示意圖（加反壓護道）

4　結語

1)佛山段位于泛珠江三角洲地區(qū)，處于沖積平原地段，以河相沉積軟土為主，軟土地質條件非常復雜，水泥攪拌樁在進行大規(guī)模施工前要選取有代表性的工點進行試驗性試樁，以驗證其適用性。

2)在采用水泥攪拌樁復合地基進行軟土路堤施工中，應特別注重路堤外圍水泥攪拌樁的施工質量，同時加強路堤填筑過程中的質量管理，確保樁底嵌入相對硬層內不小于0．5 m。

3)為保證路堤側向約束條件，確保鐵路路基的穩(wěn)定，沿線應盡量控制沿線魚塘過量抽水、曬塘、清淤等行為，條件允許的路段應設置反壓護道等措施。

4)在路堤填筑過程中，加強軟土路堤變形監(jiān)測，嚴格按照有關規(guī)范或設計要求進行監(jiān)測，根據監(jiān)測結果控制填土速率，必要時應卸載，待穩(wěn)定后方可繼續(xù)填筑。

Analysis on soft embankment cement-soil mixing pile design and integral stability

Peng Qi
(Shenzhen Engineering Construction Administration，Guangzhou Railway(Group)Corporation，Shenzhen 518001，China)

Abstract:Combining with river soft clay properties in Pearl River Delta Area，the paper selects cement-soil mixing pile as soft foundation treatment scheme，determines design and construction and other parameters through in-situ pile testing，and puts forward railway design and operation points according to morphological features，which has provided some guidance for soft foundation treatment in Pearl River Delta Area．

Key words:cement mixing pile，bearing capacity，stability，back berm，foundation

作者簡介:彭琦(1984-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-23

文章編號:1009-6825(2016)01-0157-03

中圖分類號:U416．12

文獻標識碼:A