砂石樁在廠區(qū)鐵路地基處理中的應(yīng)用研究

叢 征

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201999)

砂石樁在廠區(qū)鐵路地基處理中的應(yīng)用研究

叢 征

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201999)

針對(duì)某鋼鐵廠鐵路地基需進(jìn)行二次加固處理的現(xiàn)狀，在經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，采用砂石樁方案進(jìn)行加固。結(jié)果表明：經(jīng)砂石樁二次加固后的地基,其表層土地基承載力特征值能達(dá)到150 kPa，深層軟土層地基承載力能滿足下臥層驗(yàn)算要求，且路基工后沉降控制在30 cm以?xún)?nèi)，達(dá)到了鋼鐵廠鐵路路基的使用要求。

砂石樁，鐵路路基，地基處理

1 概述

一建造于東南亞某國(guó)家的大型鋼鐵廠，其鐵路部分全部位于新近形成的吹填土內(nèi)。該區(qū)域原地基中存在軟土層，厚度3.0 m～11.0 m，后吹填4.0 m左右的砂層，場(chǎng)地形成后采用真空預(yù)壓結(jié)合強(qiáng)夯進(jìn)行初步處理，處理后場(chǎng)地表層的地基承載力特征值不小于90 kPa，軟土的固結(jié)度不小于0.8，顯然作為普通的建設(shè)場(chǎng)地，經(jīng)過(guò)處理后的吹填土能滿足要求，但對(duì)于以運(yùn)營(yíng)350 t魚(yú)雷罐車(chē)為主的鋼鐵廠鐵路，這種處理顯然是不能滿足使用要求的，必須對(duì)其進(jìn)行二次加固處理。至于對(duì)表層吹填土及深層軟土如何處理，參考的方法很多[1-5]，最后本工程結(jié)合一次地基處理的成果，采用砂石樁進(jìn)行鐵路路基地基加固，結(jié)果表明，不僅達(dá)到了鐵路路基使用要求，且工期短、造價(jià)低。

2 鋼廠鐵路路基地基處理的必要性

2.1 荷載分析

該鋼廠采用352 t魚(yú)雷罐車(chē)進(jìn)行鐵水運(yùn)輸，其荷載形式及鐵路路基標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1，圖2所示。

1)地基承載力驗(yàn)算。魚(yú)雷罐車(chē)軸線總長(zhǎng)度為25.8 m，主動(dòng)側(cè)總長(zhǎng)度為7.6 m，軌枕長(zhǎng)度按2.5 m計(jì)算，則混凝土軌下碎石道碴所受的荷載大小為：

由于道碴的地基承載力特征值基本上可達(dá)到300 kPa以上，所以道碴能滿足地基承載力要求。

2)軟弱下臥層驗(yàn)算。地基應(yīng)力擴(kuò)散角按30°計(jì)算，碎石道碴及墊層的總厚度為2.1 m，地下水位在墊層底面處。道碴重度按

18 kN/m3考慮，則道碴底部的平均壓力為：

18×1.6+8×0.5=107.9 kPa。

經(jīng)加固后的吹填土地基承載力特征值為80 kPa<107.9 kPa，即軟弱下臥層不能滿足地基承載力要求，必須進(jìn)行二次加固。

2.2 沉降分析

采用分層總和法，可得到在鐵路荷載作用下，鐵路路基的總沉降約為0.2 m～0.61 m，不能滿足規(guī)范[6]要求的30 cm，故也需進(jìn)行加固。

2.3 加固方案比選

對(duì)于鐵路二次地基加固方案，競(jìng)標(biāo)時(shí)不同設(shè)計(jì)單位有不同的看法，而且分歧很大，有主張用水泥土攪拌樁，也有主張用水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)，采用剛度較大的水泥土攪拌樁和CFG樁進(jìn)行加固的目的均是要將原地基中的軟弱土層，由原來(lái)的60 kPa左右，提高到規(guī)范要求的150 kPa，而本公司根據(jù)鐵路路基的受力特點(diǎn)，并結(jié)合場(chǎng)地形成時(shí)的地基處理成果，提出了一種新的設(shè)計(jì)理念，認(rèn)為只需將表層吹填砂層的地基承載力處理到規(guī)范要求的150 kPa，而下部軟土層只需滿足軟弱下臥層的承載要求即可，由這點(diǎn)要求來(lái)進(jìn)行地基加固設(shè)計(jì)，故可采用置換率較低的砂石樁進(jìn)行處理，三種地基處理方法的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 三種地基處理方法對(duì)比表

由于在一次地改過(guò)程中，深層的軟土地基已經(jīng)進(jìn)行加固，且已經(jīng)消除大部分沉降，故采用砂石樁處理的復(fù)合地基沉降能控制在規(guī)范的要求范圍之內(nèi)，再加上砂石樁的造價(jià)遠(yuǎn)低于水泥土攪拌樁及CFG樁，最后經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用振動(dòng)沉管砂石樁進(jìn)行處理。

3 地基加固方案

3.1 計(jì)算圖式

采用振動(dòng)沉管碎石樁進(jìn)行鐵路地基二次加固的計(jì)算圖式如圖3所示。

3.2 軟弱下臥層復(fù)合地基驗(yàn)算

本工程計(jì)算不考慮臨近鐵道的相互影響，將荷載按矩形分布考慮，經(jīng)砂石樁加固后的吹填土層視為墊層，其下被加固的軟弱土層視作軟弱下臥層，軟弱下臥層頂面的荷載為：

(18-10)×(2.24+1.09)=80.3 kPa。

碎石樁復(fù)合地基承載力可以表示為：

fspk=mfpk+(1-m)fsk

(1)

得：fpk=6·Ccu·tan2(45°+38°/2)=6·12.5·tan264°=315kPa。根據(jù)式(1)得：80.3=315×m+60×(1-m)，故可得置換率m=8.0%。采用φ600的碎石樁，間距1.8m，正方形布置。

3.3 吹填砂層復(fù)合地基驗(yàn)算

對(duì)于吹填砂層復(fù)合地基，其fsk可取為120kPa，Ccu可取為20kPa，則fpk=6·Ccu·tan2(45°+40°/2)=6·20·tan265°=552kPa，復(fù)合地基承載力為155kPa>107.9kPa，也符合規(guī)范要求，故加固后的吹填砂層及軟弱下臥層均滿足要求。

3.4 加固后的沉降計(jì)算

加固后，軟弱土層的沉降為0.15cm～0.44cm，再考慮施工期間的沉降，故沉降基本滿足要求。

4 檢測(cè)

在施工完成28d后進(jìn)行砂石樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)，采用1.5m×1.5m的正方形剛性板堆載法，最大加載量為675kN，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行加載。試驗(yàn)結(jié)果：極限承載力不小于675kN，承載力特征值不小于150kPa，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，其試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

荷載—位移曲線見(jiàn)圖4。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程的砂石樁進(jìn)行廠區(qū)鐵路路基的二次地基加固，可以得到以下結(jié)論：

1)根據(jù)鋼鐵廠廠區(qū)鐵路的受力特點(diǎn)，鐵路路基地基在加固時(shí)，需要滿足地基承載力和軟弱下臥層承載力的驗(yàn)算要求，并且沉降需控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)，采用造價(jià)較低的砂石樁進(jìn)行加固是可行的。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

2)檢測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)砂石樁加固的復(fù)合地基，其表層吹填土層的地基承載力特征值可以達(dá)到150 kPa，軟弱下臥層的地基承載力特征值可以達(dá)到80 kPa以上，滿足應(yīng)力擴(kuò)散要求，并且由于砂石樁的排水固結(jié)作用，軟弱下臥層的地基承載力將會(huì)越來(lái)越高。

3)由于原一次地基處理時(shí)，軟土層已經(jīng)消除了大部分沉降，鐵路運(yùn)營(yíng)時(shí)雖會(huì)增加新的附加沉降，但經(jīng)過(guò)施工期間的固結(jié)，鐵路的工后沉降可以控制在30 cm以?xún)?nèi)，滿足規(guī)范要求。

本工程根據(jù)土層及應(yīng)力擴(kuò)散特點(diǎn)，有針對(duì)性對(duì)各土層進(jìn)行加固，克服了常規(guī)方法把軟弱下臥層也按表層土地基的要求處理的不足，采用廉價(jià)的砂石樁進(jìn)行加固，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，也將為存在深厚軟土層的吹填土層地基處理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 曾四平.超載預(yù)壓在短工期條件下軟基處理中的應(yīng)用[J].山西建筑,2011，37(3):50-51.

[2] 李 琳,王 清.大面積吹填軟土地基處理效果評(píng)價(jià)[J].水利水電科技進(jìn)展,2008,28(2):78-81.

[3] Tang M and Shang J Q.Vacuum Preloading Consolidation of Yaoqiang Airport Runway.Geotechnique[J].2000，50(6):613-623.

[4] 張照華.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓排水固結(jié)法在沿海吹填造地中的應(yīng)用[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2009,7(3):123-126.

[5] Leong.E.C.,Soemitro.R.A.A,Rahardjo.H..Soil improvement by surcharge and vacuum preloading.Geotechnique[J].2000，50(5)：601-605.

[6] GB 50012-2012，Ⅲ，Ⅳ級(jí)鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Application of sand-gravel pile in factory railway foundation treatment research

CONG Zheng

(BaoSteelEngineering&TechnologyGroupCo.,Ltd,Shanghai201999,China)

Undertakes the secondary consolidation for the railway foundation at some steel plant, sand-gravel pile is adopted for ground treatment after technical and economical comparison. The results show that: the site after ground treatment secondly by sand-gravel pile, its surface soil bearing capacity characteristic value reaches 150 kPa, its deep soft soil bearing capacity characteristic value reaches the requirments of bottom layer calculation, and the settlement of road bed is within 30 cm, so the site reaches requirements of steel factory railway road bed.

sand-gravel pile, railway foundation， foundation treatment

1009-6825(2014)11-0096-03

2014-01-24

叢 征(1971- )，男，工程師

TU753.3

A