王海寧，李 鵬

（1.中鐵六局集團(tuán)廣州工程有限公司，廣東廣州510000；2.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，河南鄭州450000）

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在東海島鐵路地基處理中的應(yīng)用探析

王海寧1，李 鵬2

（1.中鐵六局集團(tuán)廣州工程有限公司，廣東廣州510000；2.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，河南鄭州450000）

以東海島鐵路工程為代表的沿海地區(qū)海相、濱海相地區(qū)鐵路建設(shè)發(fā)展迅速，該類軟基處理為鐵路建設(shè)的重點(diǎn)，也是保證鐵路運(yùn)營安全的關(guān)鍵，如果軟土地基處理不當(dāng)，不僅變形量大，而且需要延續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間才能完成[1]，甚至引起路基失穩(wěn)破壞。這些都會(huì)對(duì)鐵路的整體質(zhì)量和整個(gè)鐵路工程的施工進(jìn)度產(chǎn)生負(fù)面影響，因此軟基處理是需要大家高度重視的環(huán)節(jié)。研究表明真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法在處理類似深厚軟基過程中效果十分顯著，地基沉降隨孔隙水壓力變化十分敏感，隨著孔隙水壓力的逐漸增大，地基沉降先顯著增大后逐漸趨穩(wěn)，可見孔隙水的滲出過程中地基強(qiáng)度在逐漸提高。

沿海地區(qū)；軟基處理；施工技術(shù)；沉降；真空預(yù)壓；堆載預(yù)壓

1 引言

隨著我國鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，我國沿海地區(qū)的鐵路工程建設(shè)取得了較大的進(jìn)步，沿海地區(qū)是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)，針對(duì)沿海地區(qū)特有的軟土地質(zhì)結(jié)構(gòu)，鐵路建設(shè)的質(zhì)量將直接影響我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而保障鐵路使用性能的關(guān)鍵就是對(duì)沉降的控制，一般而言施工期間的沉降對(duì)鐵路的使用性能影響較小，具有顯著影響的沉降包括：①路堤基床在列車荷載下的彈塑性變形；②基床以下路堤因自重產(chǎn)生的壓密沉落；③地基在荷載作用下的沉落[2]。因此軟土地基沉降變形必須嚴(yán)格控制，軟土地基應(yīng)合理選用加固措施?；诖?，本文主要針對(duì)東海島鐵路Ⅱ標(biāo)段軟土路基探討了東海島地區(qū)的軟基處理措施。

2 概述

基于東海島地區(qū)主要的海相、濱海相淤泥和淤泥質(zhì)軟土地質(zhì)結(jié)構(gòu)，軟基處理主要施工項(xiàng)目有真空聯(lián)合堆載預(yù)壓、CFG樁復(fù)合地基、水泥攪拌樁、高壓旋噴樁以及長(zhǎng)短組合樁（CFG樁與攪拌樁結(jié)合）等多個(gè)種類。軟基處理施工總體布署具有工期短、工程量大的特點(diǎn)，沿海地區(qū)的工程場(chǎng)地水域眾多，工程施工組織的過程中，必須合理的劃分好施工流程，組織好勞動(dòng)力、機(jī)械設(shè)備、材料物資、周轉(zhuǎn)資金等資源配置。同時(shí)必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，安排好雨季和臺(tái)風(fēng)來臨季節(jié)的施工，尤其要處理好各工序之間的施工銜接以及施工監(jiān)測(cè)與第三方檢測(cè)之間的關(guān)系；制定切合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的施工組織措施，確保工程工期和質(zhì)量。由于沿海工程所處位置的軟基大多位于水域地區(qū)，相應(yīng)軟土工程特點(diǎn)主要為：含水率高、孔隙比大、強(qiáng)度低、壓縮性差。因此，在正式施工之前應(yīng)該先采取填砂措施，待工程所在地基本平整后才可以正式開展施工工作，需要將施工場(chǎng)地內(nèi)存放的填筑砂、石、土方等外運(yùn)到軟基處理位置，因此在開展施工工作前應(yīng)該修筑施工道路便于施工設(shè)備、施工材料進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。經(jīng)過調(diào)查，沿海地區(qū)鐵路工程中采用的軟基處理方法基本上都是真空聯(lián)合堆載預(yù)壓，只有在局部地區(qū)可能使用攪拌樁密封墻及CFG樁施工方法，這些施工方法需要長(zhǎng)時(shí)間用電并且用電量較大，在進(jìn)行施工之前必須采取措施保證施工的用電安全性，并且要保證配電容量能夠符合工程的實(shí)際要求。

3 工程中所采用的施工方案及施工工藝

3.1 真空聯(lián)合堆載預(yù)壓+CFG樁復(fù)合地基概述

針對(duì)東海島鐵路DDK27+500-600段深厚軟基工點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用真空聯(lián)合堆載加CFG樁復(fù)合地基處理。

3.1.1 工點(diǎn)概述

該工點(diǎn)主要為村莊，局部為蝦池，地表主要分布為粉砂，淺黃色，松散-稍密，潮濕飽和；地層中上部分布為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，褐黃色、軟塑；底層分布有軟黏土，灰色，軟塑-硬塑。填土高度在8.3～8.5m，天然地基承載力較低，不滿足建設(shè)需要。出于經(jīng)濟(jì)和安全的考慮，設(shè)計(jì)思路為：先采用塑料排水板及堆載預(yù)壓，初步處理軟基，達(dá)到排水和提高強(qiáng)度的目的，然后用中間長(zhǎng)，兩側(cè)短的CFG樁進(jìn)行地基加固。

3.1.2 設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)

①施工流程：場(chǎng)地整平-打設(shè)塑料排水板-埋設(shè)真空設(shè)備-鋪設(shè)砂墊層-抽真空-預(yù)壓6個(gè)月-打設(shè)CFG樁-填筑路基；②塑料排水板正三角形布置，間距1.2m，見圖1，CFG樁正方形布置，樁徑0.5m，間距2m，短樁9m，長(zhǎng)樁15m，見圖2。

圖1 塑料排水板布置圖

圖2 CFG長(zhǎng)短樁半路基結(jié)構(gòu)布置圖

3.2 主要施工工藝介紹

3.2.1 真空預(yù)壓法概述

真空預(yù)壓法包括排水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、密封系統(tǒng)三個(gè)環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣缺一不可。在該工程當(dāng)中施工場(chǎng)地的范圍內(nèi)大多都是廢棄蝦池，需要采取措施將場(chǎng)地內(nèi)的雜草、垃圾清除，采取地面整平措施直至場(chǎng)地內(nèi)地面的最大高差不大于300mm方可進(jìn)行下步操作。其次，在該工點(diǎn)軟基表明鋪好砂墊層，打設(shè)塑料排水板、埋設(shè)濾水管，再在砂墊層上鋪設(shè)不透氣的塑料薄膜，利用鋼絲橡膠軟管將濾水管與真空泵連接，利用真空泵將密封膜下殘留空氣抽出，膜下空氣排出的過程壓強(qiáng)逐漸減小，而地基深處仍為大氣壓，兩者形成壓力差，將土體空隙中的部分水、氣體抽出，使土體產(chǎn)生固結(jié)而加固[3]。

3.2.2 砂墊層

沿海地區(qū)的工程會(huì)穿過魚塘、泥潭地等復(fù)雜地形，在這些地區(qū)塑料排水板用途較廣泛，一般正式施工前都經(jīng)過了初期的吹填處理，但是簡(jiǎn)單的吹填處理后土壤的初期承載力較低，在吹填層上進(jìn)行砂墊層施工時(shí)，需要與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合，本項(xiàng)目砂墊層采用中粗砂，含泥量不大于5%，滲透系數(shù)不低于0.02cm/s以保證水平排水效果。在鋪設(shè)砂墊層時(shí)應(yīng)該時(shí)刻觀察、布置、埋設(shè)觀測(cè)點(diǎn)保證整個(gè)鐵路工程的施工質(zhì)量，這就大大提高了工作效率。

3.2.3 塑料排水板施工

按照工程的設(shè)計(jì)要求，該項(xiàng)目塑料排水板選用SPB100系列整體式B型塑料排水板來進(jìn)行軟基處理，打設(shè)深度20m，間距1.2m，梅花形布置，打設(shè)垂直度偏差在1.5%以內(nèi)，每根回帶長(zhǎng)度不超過50cm，否則應(yīng)重新打設(shè)。塑料排水板進(jìn)入砂墊層長(zhǎng)度不小于30cm，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)局部地基有較硬夾層時(shí)，塑料排水板打設(shè)困難，應(yīng)采用引孔法輔助。塑料排水板現(xiàn)場(chǎng)施工情況見圖1。塑料排水板法之所以在處理深厚軟基領(lǐng)域，具有極廣泛的用途，主要是因?yàn)閱蝺r(jià)較低，排水效果更好，這一技術(shù)的發(fā)明無疑是對(duì)工程建設(shè)領(lǐng)域的重要貢獻(xiàn)。

3.2.4 密封溝布置與密封膜施工要點(diǎn)

按照設(shè)計(jì)圖紙中密封溝設(shè)置要求進(jìn)行施工，即密封溝環(huán)繞本工點(diǎn)，深度不小于1.5m，并挖至黏土層，然后壓入密封膜，保證密封膜深入黏土不小于0.5m，以及密封膜無破損，最后回填黏土，確保密封性良好，見圖3。

圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)照片（自左往右依次為開挖密封溝、慮管連接、埋設(shè)孔壓計(jì)、布設(shè)密封膜）

3.2.5 真空慮管設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)及施工要點(diǎn)

真空慮管選用加筋PVC塑料管，主管直徑75mm，支管直徑50mm，要求PVC管材的強(qiáng)度能承受400kPa的壓力。主管間距25m左右，慮管排距6m左右，最外層濾水管距場(chǎng)地邊緣距離為2～5m。主管和支慮管間用變徑三通和四通連接，見圖3。支慮管管壁按正三角形開慮水孔，孔徑8mm，孔距50mm，打孔后外包250g/m2的無紡?fù)凉げ紴V膜，濾水管外繞3mm鉛絲，再套上用土工布縫合的反慮布套，并綁扎結(jié)實(shí)，以便只透水不透砂。整個(gè)管網(wǎng)連接好后，即可挖砂溝埋設(shè)整個(gè)管道于砂墊層內(nèi)，塑料管應(yīng)蛇形埋設(shè)，以適應(yīng)地基不均勻沉降。

3.2.6 埋設(shè)相關(guān)孔隙水壓力計(jì)

空隙水壓力計(jì)埋設(shè)見圖3。遵循鉆孔-投放空隙水壓力計(jì)-回填黏土-初始讀數(shù)調(diào)零-讀數(shù)儀監(jiān)測(cè)。同一鉆孔可埋設(shè)4個(gè)深度不同的孔壓計(jì)，以監(jiān)測(cè)地基不同深度處空隙水壓力。其中回填的黏土應(yīng)人工搓球，直徑不大于2cm。

3.2.7 真空泵布設(shè)

射流式真空泵是常用的真空泵，該真空泵的電機(jī)功率為7.5kW，當(dāng)進(jìn)氣孔處于封閉狀態(tài)時(shí)，真空泵所具有的真空壓力大于96kPa，膜下真空度應(yīng)該保持在80kPa以上，真空泵應(yīng)配備經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量部門檢測(cè)合格的真空表、止回閥等部件。應(yīng)該盡量將其布置在加固區(qū)域四周。工作人員應(yīng)該尤其注意的是必須采取措施保證放置位置的準(zhǔn)確性，保證連接位置的密封性，完成安裝后應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行調(diào)試，檢查安裝質(zhì)量，做好抽氣準(zhǔn)備。將其和抽真空設(shè)備接通，設(shè)備正式運(yùn)轉(zhuǎn)前必須請(qǐng)監(jiān)理工程師到現(xiàn)場(chǎng)按照規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)收，保證每一真空范圍都有足夠的備用真空泵。

3.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

本工點(diǎn)按每天1～2次頻率監(jiān)測(cè)，因?yàn)闀r(shí)間尚短，目前采集到的數(shù)據(jù)只是真空預(yù)壓階段，僅以這兩個(gè)月內(nèi)數(shù)據(jù)做分析來探討地基沉降與孔隙水壓力的關(guān)系。將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制如圖4所示。

圖4 沉降與真空度關(guān)系曲線

由以上地基沉降與真空度的關(guān)系可知：①地基沉降變形與相關(guān)真空負(fù)壓成正比例變化；②淺層孔隙水壓較小，是因?yàn)闇\層不可避免會(huì)存在漏氣現(xiàn)象；③深層孔隙水壓值為正，這說明抽氣泵負(fù)壓的傳遞隨距離衰減明顯，上部土層在負(fù)壓作用下沉落，擠壓深層土層，孔隙水壓反而為正值；④地基沉降在抽氣第20天左右時(shí)驟然增大，這時(shí)地基空隙水壓力也達(dá)到峰值，隨后沉降逐漸減小，這是因?yàn)榭紫端畨毫σ鸬鼗两档倪^程中，地基孔隙水逐漸滲出，地基強(qiáng)度逐漸提高，沉降趨穩(wěn)。

4 結(jié)論

（1）隨著抽氣泵臺(tái)數(shù)的增大，地基孔隙水壓逐漸提高，然后趨于穩(wěn)定；

（2）地基沉降隨孔隙水壓變化敏感，基本成正比變化；

（3）地基不同深度空隙水壓力以中部地基數(shù)值最大，表層不可避免有漏氣現(xiàn)象，底層因深度過大，真空度傳遞困難；

（4）真空預(yù)壓法處理軟基效果顯著，兩個(gè)月的地基沉降即可達(dá)到30cm；

（5）隨著真空度的增大，地基沉降先增后趨穩(wěn)，表明地基孔隙水壓力增大的過程中，地基孔隙水逐漸滲出，地基強(qiáng)度顯著提高。

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的各行各業(yè)都取得了較大的發(fā)展，鐵路工程的發(fā)展速度尤其快，快速發(fā)展的鐵路工程促進(jìn)了我國城市化水平的提高，以東海島鐵路為代表的沿海地區(qū)是我國經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，沿海地區(qū)的鐵路工程建設(shè)過程中軟基是一項(xiàng)較為突出的問題，如果沒有采取有效措施進(jìn)行軟基處理就會(huì)對(duì)沿海地區(qū)的鐵路工程的施工質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，希望通過本文的研究能夠促進(jìn)沿海地區(qū)軟基處理技術(shù)的進(jìn)步，繼而促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

[1]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》（TB10621-2009）[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[2]張敏靜，羅 強(qiáng)，等.高速鐵路穿透型CFG樁復(fù)合地基沉降計(jì)算修正系數(shù)研究[J].巖土力學(xué)，2013（2）：519～525.

[3]趙鳳岐.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法處理軟基監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬與沉降預(yù)測(cè)[D].河北工業(yè)大學(xué)，2012.

U416.1

A

2095-2066（2016）33-0198-02

2016-11-17

王海寧（1989-），男，助理工程師，大專，主要從事鐵路工程施工工作。