周 凱

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308)

1 概述

近年來，隨著我國鐵路和城市建設(shè)的快速發(fā)展，鐵路同周邊配套工程的銜接越來越緊密。在受限軟土地區(qū)，軟土基坑的處理越來越常見。軟土具有天然含水量大、壓縮性高、承載力低和抗剪強(qiáng)度低的特點(diǎn)。對于常規(guī)基坑軟基處理工程，國內(nèi)學(xué)者王振忠等[1-5]對常規(guī)的攪拌樁、旋噴樁、碎石樁、CFG樁、樁板結(jié)構(gòu)等復(fù)合軟土地基加固做了大量的分析研究。但在常規(guī)填料對進(jìn)廠困難和周邊環(huán)境要求較為嚴(yán)格的情況下，常規(guī)的地基加固形式具有工程造價(jià)高、施工周期長，常規(guī)填料對進(jìn)廠困難和對周邊環(huán)境影響較大等缺點(diǎn)。由此泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。劉志岳等[6]依托滬珠三角地區(qū)高速公路軟基工點(diǎn)，得出了泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)具有可以快速高效、穩(wěn)定可靠地提高路基的穩(wěn)定性并能有效降低工后沉降的優(yōu)點(diǎn)。吳蔚等[7]依托潛江至石首高速公路橋臺填料填充泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)，通過有限元分析得出其工程措施可以有效的解決降低差異沉降的優(yōu)點(diǎn)。

綜上所述泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)具有機(jī)械化程度高，施工速度快、環(huán)保性能好、綜合造價(jià)合理等優(yōu)點(diǎn)，泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)在鐵路軟土基坑處理中，較其他一般復(fù)合地基加固形式有著無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢。

2 泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用概況[8]

二十世紀(jì)七八十年代，日本開始將泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用于替代填土的工程領(lǐng)域。1987 年日本在橫濱市內(nèi)的公路橋維修中，首次將泡沫輕質(zhì)土作為填充材料使用，次年作為道路工程的填土材料使用。我國于2002年引進(jìn)并發(fā)展了泡沫輕質(zhì)土技術(shù)。目前，在國內(nèi)北京、廣州、河北、天津和上海等地應(yīng)用較多，應(yīng)用于道路改擴(kuò)建工程、橋頭路基臺背填筑、陡峭路段填筑、地下結(jié)構(gòu)減荷、基坑及地下管道回填、采空區(qū)填充、工程搶修與搶險(xiǎn)等領(lǐng)域。

2008年11月，廣州大學(xué)聯(lián)合其他單位共同編制完成了CECS 249—2008現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土技術(shù)規(guī)程;2011年天津市政院聯(lián)合其他單位共同編制完成了TJGF 1001—2011現(xiàn)澆泡沫輕質(zhì)土路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程，并于2011年11月1日頒布實(shí)施。

3 項(xiàng)目概況

3.1 斷面布置形式

本工程位于沿海地區(qū)的某鐵路車站站場改造工程，其改造區(qū)段新建路基面寬度為25 m～70 m，路基面頂部設(shè)置站場鐵路股道，頂面以下根據(jù)功能區(qū)需求設(shè)置固定結(jié)構(gòu)物，固定結(jié)構(gòu)物一般為出租車通道。結(jié)構(gòu)物同路基面頂面高差為5.5 m，如圖1所示。

3.2 區(qū)域地質(zhì)概述

項(xiàng)目區(qū)地基主要以粉土、粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土為主、土層層位較為穩(wěn)定，工點(diǎn)范圍內(nèi)軟土發(fā)育，地下水位高?；娱_挖底部以下為松軟土,各層土體的物理指標(biāo)較低，需對基坑底部地基進(jìn)行處理。

根據(jù)土工試驗(yàn)，其軟土區(qū)段地層主要為流塑狀的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和軟塑粉質(zhì)黏土，兩層土體的壓縮模量分別為2.7 MPa和3.1 MPa，天然含水量ω0平均值分別為40.2%和40.6%，天然孔隙比分別為1.14和1.15。屬于孔隙率和含水率高的高壓縮性軟土。其土體具有抗剪能力差，含水量高，壓縮性高和透水性差等特點(diǎn)。

3.3 各巖土層巖土參數(shù)建議值

各層巖土厚度自上而下的巖土參數(shù)建議值如表1所示。

地下水類型為第四系孔隙潛水，埋深1.0 m～3.2 m，主要由大氣降水和地下徑流補(bǔ)給，地下水的排泄主要通過潛流、蒸發(fā)兩種形式排泄。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)不具侵蝕性。

表1 巖土物理參數(shù)表

4 軟土基坑處理方案

由于線路頂部為有砟軌道,且為站內(nèi)路基,則按《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]相關(guān)規(guī)定，其沉降不大于3 cm。

4.1 鉆孔樁深層處理方案

4.1.1工程措施

基坑底部采用樁板結(jié)構(gòu)，底部以上填筑常規(guī)填料。本工程實(shí)例采用埋入式樁板結(jié)構(gòu)，其中樁和板梁均采用C35鋼筋混凝土澆筑。樁身采用鉆孔灌注樁，樁長穿透粉質(zhì)黏土(硬塑)至細(xì)圓礫土土層，樁徑1 m，正方形布置，縱、橫間距5 m，樁間距橫向小于6倍樁徑，樁頂鋪設(shè)板梁，板梁間設(shè)伸縮縫，縫寬2 cm，板梁厚0.8 m，板梁長24.2 m～25 m。板梁底部平鋪0.2 m厚的碎石墊層?；拥撞恳陨咸钪Ｂ坊盍?。

4.1.2沉降分析

鉆孔樁深層處理方案根據(jù)其加固機(jī)理，樁身穿透了軟弱土層，其樁底位于密實(shí)細(xì)圓礫土土層，該種處理方案完全消除了軟土地基的不良因素。由于樁長較長其附加應(yīng)力對地基的影響幾乎可以忽略不計(jì)，其工后沉降能夠滿足路基的要求。

4.2 泡沫輕質(zhì)土換填方案

4.2.1工程措施

基坑底部以上采用泡沫輕質(zhì)土換填。泡沫輕質(zhì)土是指采用物理方法將發(fā)泡劑水溶液制備成泡沫，與水泥漿(必要時可添加外加劑)按照一定的比例混合攪拌，并經(jīng)物理化學(xué)作用硬化形成的一種輕質(zhì)材料。原地面至基坑底部5.5 m范圍內(nèi)換填泡沫輕質(zhì)土。

1)排除積水，清除基坑底部浮土夯實(shí)整平，基底鋪一層10 cm厚的C25素混凝土，然后混凝土頂部鋪一層復(fù)合土工膜。2)檢測輕質(zhì)土的施工濕密度和抗壓強(qiáng)度。3)從基坑底開始分層填筑輕質(zhì)土,當(dāng)輕質(zhì)土填至地面標(biāo)高以下0.5 m時，鋪設(shè)一層鍍鋅鐵絲網(wǎng)，整平后再填筑輕質(zhì)土至基坑頂面。進(jìn)行最后一層輕質(zhì)土施工。4)輕質(zhì)土回填至原地面后，在輕質(zhì)土頂層鋪設(shè)一層15 cm厚級配碎石和15 cm厚中粗砂，并在中粗砂間夾鋪一層復(fù)合土工膜。

4.2.2沉降分析

泡沫輕質(zhì)土沉降計(jì)算參數(shù)詳見表2。

表2 沉降計(jì)算參數(shù)表

根據(jù)本工程實(shí)例，P1=0.3×22=6.6 kPa，W=19×5.5=104.5 kPa，P0=7×5.5=38.5 kPa，H1=67.81 kPa基底有效附加壓力δ=6.6-(104.5-38.5)+67.81=8.41 kPa。則h=8.41/20 =0.42 m。計(jì)算模型如圖2所示。

根據(jù)壓縮模量法計(jì)算，在附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之比為10%的情況下，路基的工后沉降為7 mm，考慮1.2倍的修正系數(shù)，總沉降量為8 mm其沉降按《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]相關(guān)規(guī)定，其沉降不大于20 mm，滿足相關(guān)要求。其豎向主固結(jié)沉降量等值曲線分布圖如圖3所示。

4.3 設(shè)計(jì)方案分析比較

鉆孔樁深層處理方案的優(yōu)點(diǎn)為能完全消除回填部分與固定結(jié)構(gòu)物的沉降差。缺點(diǎn)為其樁長較長，穿透了整個土質(zhì)地層，其工程投資大，且施工周期長、基坑填土同固定結(jié)構(gòu)部分填料不易壓實(shí)和環(huán)境污染大等不利因素。

泡沫輕質(zhì)土換填方案優(yōu)點(diǎn)為能有效控制沉降，不需進(jìn)行深層地基處理；施工速度快；環(huán)保性能好；綜合造價(jià)合理；施工期較短。缺點(diǎn)為技術(shù)含量高，工程控制要求嚴(yán)格，需專業(yè)施工隊(duì)伍；輕質(zhì)土屬新材料，雖在國外和國內(nèi)市政公路應(yīng)用較廣，但在國內(nèi)鐵路項(xiàng)目上應(yīng)用不多。

通過以上對比分析比較，本工程的工程措施推薦采用泡沫輕質(zhì)土換填方案。

5 結(jié)語

泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)，能夠確保受限區(qū)域中軟土地區(qū)基坑填方路基的施工質(zhì)量；保證了路基填方填料施工的可靠性，路基的穩(wěn)定和路基工后沉降的合格，保證路基不產(chǎn)生病害；減少填土荷載，減少附加應(yīng)力，進(jìn)而降低工程造價(jià)的效果；本文概述了泡沫輕質(zhì)土的應(yīng)用概況，通過工程實(shí)例定性的分析了在受限區(qū)域軟土基坑地基處理中不同工程措施的優(yōu)缺點(diǎn)，并通過具體簡算數(shù)據(jù)進(jìn)一步闡明了在泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)換填達(dá)到一定深度的情況下，泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)措施的工后沉降僅為8 mm，滿足相應(yīng)工點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求。進(jìn)一步論證了泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)在受限鐵路軟土基坑工程中有著無法比擬的優(yōu)越性。對其他類似工程有一定的借鑒意義及指導(dǎo)作用。