有軌電車路橋過渡段軟土地基處理技術(shù)概述

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(1.南京河西新城區(qū)開發(fā)建設(shè)管理委員會，江蘇 南京 210019;2.河海大學(xué) 巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室，江蘇 南京 210098；3.江蘇省巖土工程技術(shù)工程研究中心，江蘇 南京 210098)

0 引言

為了保證橋頭與一般路基之間沉降的過渡緩和，需設(shè)置一定長度的路橋過渡段。當(dāng)高速鐵路和公路穿越軟土地區(qū)時，由于過渡段是橋頭的薄弱環(huán)節(jié)，在車輛動載作用下很容易使路基與橋面之間出現(xiàn)較大的差異沉降，引起路面損壞和橋頭跳車現(xiàn)象的發(fā)生，所以在工程中必須要采用相應(yīng)的施工技術(shù)措施來控制路橋過渡段路基工后沉降[1，2]。路基與橋面之間產(chǎn)生沉降差異的原因有很多，其中橋臺和路堤不同的地基處理方式是主要的原因之一[3，4]。預(yù)應(yīng)力管樁[5]處理深度大，能顯著提高地基承載能力且具有施工時噪聲小、速度快、對環(huán)境污染小等優(yōu)點；水泥土攪拌樁[6]施工方便，施工工藝簡單成熟具有投資較小、污染小等優(yōu)點。近年來這2種方法被廣泛應(yīng)用于軟土地基處理的問題中。

在高速鐵路、公路工程中，針對路橋過渡段軟土地基處理的相關(guān)研究已經(jīng)很多，但是國內(nèi)尚無明確的行業(yè)規(guī)范可以作為現(xiàn)代有軌電車設(shè)計參考依據(jù)[7]，因此有必要對有軌電車工程中所遇到的軟土地基問題進(jìn)行分析研究。本文選取南京河西新城有軌電車工程一號線中典型的路橋過渡段，采用預(yù)應(yīng)力管樁和水泥土攪拌樁對過渡段軟土地基進(jìn)行加固處理，結(jié)合運(yùn)營期內(nèi)的工后沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，對路橋過渡段工后沉降變化規(guī)律進(jìn)行分析，評估2種方法的加固效果，旨在為今后類似工程路橋過渡段軟土地基的處理提供借鑒。

1 工程簡介

1.1 工程概況

南京河西新城快速公交工程一號線工程，位于江蘇省南京市。線路起點位于南京市奧體中心，分別經(jīng)過江東東路、江東中路、江東南路、紅河路和新河路，止于河西南部新河路，全長約 7760 m，共設(shè)13座車站，線路和車站全部設(shè)置于地面上。全線經(jīng)過既有市政公路橋和需新建橋梁5座，分別為紅旗河橋、韓二河橋，友誼河橋、天寶西河橋和頭關(guān)河橋。有軌電車車輛重12.5 t，設(shè)計運(yùn)行速度≤50 km/h ，預(yù)留70 km/h。本文選取友誼河橋橋頭過渡段和頭關(guān)河橋橋頭過渡段，對其采用的地基處理方式進(jìn)行介紹，并對運(yùn)營期內(nèi)2處過渡段的工后沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2 工程地質(zhì)條件

本工程場地地貌屬于長江漫灘地貌。南京市地處長江下游，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，雨水充沛。選取路橋過渡段分別位于江東南路段和紅河路段，路段內(nèi)分布大多為農(nóng)田、菜地、河溝和池塘，地形稍有起伏。場地內(nèi)表層為近期填積的雜填土，厚度為0.3～1.8 m，填土層以下普遍分布著淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土等中等～高靈敏結(jié)構(gòu)性飽和軟土，軟土厚度5～18 m。具體各土層特征及力學(xué)參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 土層特征及力學(xué)參數(shù)指標(biāo)土層代號巖土名稱含水率ω/%重度γ/(kN·m-3)孔隙比e飽和度Sr/%內(nèi)摩擦角φ/(°)粘聚力c/kPa壓縮模量Es/MPa承載力容許值/kPa1-1 雜填土19 318 90 849973 071-2a素填土20 4110～1201-2 素填土25 119 10 787955216 85 67 70～90 2-1 粉質(zhì)粘土28 518 90 822952911 85 86110～1302-2 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土41 317 51 157971012 73 79 60～70 2-3 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾薄層粉砂3717 81 06596912 45 01 80～90 2-4 粉砂夾粉土28 618 60 8159283011 23130～1503粉細(xì)砂26 119 10 70591730 913 35170～1904卵礫石15 9300～3505殘積土230～2506-1 強(qiáng)風(fēng)化泥巖280～3006-2 中風(fēng)化泥巖600～800

2 路橋過渡段地基加固施工技術(shù)

2.1 預(yù)應(yīng)力管樁法加固軟土地基

友誼河橋橋頭過渡段采用預(yù)應(yīng)力管樁地基加固方式，采用筏板基礎(chǔ)。路基填高1.0 m，預(yù)應(yīng)力管樁長度26.0 m，樁徑0.4 m，樁間距設(shè)為2.4 m，按正方形布置，處理路基寬度為11.5 m。預(yù)應(yīng)力管樁樁頂需設(shè)置1.5 m×1.5 m樁帽，樁帽頂鋪厚0.4 m中粗砂墊層，墊層的壓實系數(shù)不小于0.94。墊層中部鋪設(shè)2層雙向高強(qiáng)土工格柵，抗拉強(qiáng)度不小于80 kN/m，鋪設(shè)土工格柵時，兩端回折不小于3.0 m。并整平鋪設(shè)防水土工布，然后分別鋪設(shè)基C組填料、0.6 m二灰土基床底層和0.4 m級配碎石基床表層。為使道床具有良好的整體性和穩(wěn)定性，在基床表層設(shè)置2塊寬為4.6 m，長度為25.06 m，高0.40 m的筏板。在其端部設(shè)置寬0.50 m，高0.20 m騎縫搭接，并在端部設(shè)置寬1.0 m，高0.3 m的枕板。過渡段地基加固橫斷面見圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力管樁加固軟土地基斷面圖(單位： mm)

在施工過程中應(yīng)注意：預(yù)應(yīng)力管樁施工前應(yīng)對場地壓實整平及清除障礙物，排水疏干地表，并鋪設(shè)一定厚度的工作墊層。預(yù)應(yīng)力管樁要進(jìn)行單樁載荷試驗，檢測數(shù)量要大于總樁數(shù)量的0.2%且至少為3根。打樁應(yīng)從線路中心線分別向兩側(cè)進(jìn)行，在打樁的過程中，控制施壓速度不超過2 m/min。壓樁定位時要保證垂直度偏差不超過0.5%，壓樁過程中不能隨意停止，沉樁結(jié)束后要測出樁體垂直度偏差值，若垂直度偏差值大于1%時，應(yīng)進(jìn)行糾偏處理。清土和截樁時不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動樁間土。預(yù)應(yīng)力管樁錘擊法具體施工工藝流程：定位放線→樁機(jī)就位→吊樁、對樁位→調(diào)整樁身垂直度→壓樁→接樁或送樁→成樁。

2.2 水泥土攪拌樁法加固軟土地基

頭關(guān)河橋橋頭過渡段采用雙向水泥土攪拌樁地基加固方式，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)。路基填高1.8 m，水泥土攪拌樁樁長12.0 m，樁徑0.5 m，設(shè)置樁間距設(shè)為1.2 m，按梅花形布置，處理路基寬度為7.2 m。水泥土攪拌樁樁頂鋪厚0.4 m中粗砂墊層，墊層的壓實系數(shù)不小于0.94。墊層中部鋪設(shè)2層抗拉強(qiáng)度不小于80 kN的雙向高強(qiáng)土工格柵，鋪設(shè)土工格柵時，兩端回折不小于3.0 m。并整平鋪設(shè)防水土工布，然后分別鋪設(shè)基C組填料、基床底層填料和基床表層填料。在基床表層設(shè)置2塊寬為4.6 m，長度為25.06 m，高0.40 m的筏板。過渡段地基加固橫斷面如圖2所示。

圖2 水泥土攪拌樁加固軟土地基斷面圖(單位： mm)

在施工過程中應(yīng)注意：水泥土攪拌樁施工前應(yīng)對場地進(jìn)行壓實整平和清除場地內(nèi)的障礙物，并做好臨時防護(hù)工程和排水系統(tǒng)。為了確保樁體施工質(zhì)量，需在施工前進(jìn)行試樁準(zhǔn)備，試樁可以獲得滿足設(shè)計單樁噴漿量的各種技術(shù)參數(shù)及了解下沉和提升的阻力情況等。攪拌樁施工時，停漿面應(yīng)該高于樁頂設(shè)計標(biāo)高300～500 mm。施工時保持?jǐn)嚢铇兜妆P的水平和導(dǎo)向架的豎直，攪拌樁的垂直偏差不得大于1%，樁位偏差不得大于50 mm，要確保成樁直徑和樁長大小，不能小于設(shè)計值要求。施工中做好施工記錄和計量記錄，并按照規(guī)定的施工工藝對每根樁進(jìn)行質(zhì)量評定。水泥土攪拌樁施工完成后，要對攪拌樁的施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，成樁7 d后，采用淺部開挖樁頭檢查樁體均勻性和直徑，成樁28 d后，進(jìn)行復(fù)合地基荷載試驗，低應(yīng)變動力檢測和鉆孔取芯檢測。水泥土攪拌樁具體施工工藝流程是：平整場地→施工放線、設(shè)備進(jìn)場→定樁位→樁機(jī)對位調(diào)平→預(yù)攪下沉、漿液配制→提升噴漿攪拌→重復(fù)上下攪拌→清洗→移位。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

南京河西有軌電車于2014年8月開通運(yùn)營，此次現(xiàn)場試驗監(jiān)測時間為2015年6月～2016年5月，監(jiān)測目的是為了了解后期運(yùn)營過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、變形沉降等情況，確保工程安全，并及時分析運(yùn)營過程中發(fā)現(xiàn)的問題。為了滿足有軌電車在行駛過程中的舒適性和安全性要求，在使用年限內(nèi)設(shè)計路橋過渡段的路基工后沉降警戒值為30 mm。由于筏板沉降能夠反映軌道的沉降變形，所以本次是對筏板沉降進(jìn)行觀測，按二等水準(zhǔn)要求測量。監(jiān)測頻率為每月1次，共監(jiān)測12個月，每個月監(jiān)測時間為當(dāng)月中旬。沿整條線路共布置現(xiàn)場監(jiān)測點120個，在每個橋梁處布置2個。

圖3反映的是運(yùn)營期12個月內(nèi)采用2種不同地基加固方法后路橋過渡段工后累計沉降隨時間變化曲線圖。從圖3可以看出，在運(yùn)營期間內(nèi),友誼河橋橋頭過渡段和和頭關(guān)河橋橋頭過渡段地基工后累積沉降量分別為5.99 mm和8.79 mm，分別為設(shè)計警戒值(30 mm)的19.97%，29.3%，監(jiān)測點的沉降速率遠(yuǎn)小于5 cm/a。由此表明采用預(yù)應(yīng)力管樁和水泥攪拌樁2種地基處理方式均起到了控制路橋過渡段軟土地基的工后沉降的目的。

圖3 運(yùn)營期累積沉降-時間關(guān)系

4 結(jié)論

1) 結(jié)合南京河西新城有軌電車工程，采用預(yù)應(yīng)力管樁和水泥土攪拌樁對不同路橋過渡段進(jìn)行加固處理，根據(jù)現(xiàn)場實測監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，采用預(yù)應(yīng)力管樁和水泥土攪拌樁處理路橋過渡段軟土地基的工后累計沉降分別為5.99 mm和8.79 mm，為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值的19.97% 和29.3%，由此表明，本文提出的預(yù)應(yīng)力管樁和水泥土攪拌樁處理方法能有效加固路橋過渡段軟土地基。

2) 現(xiàn)代有軌電車作為一種新型交通工具，在城市交通領(lǐng)域有著著重要的作用。但我國有關(guān)現(xiàn)代有軌電車規(guī)范尚未制定，所以本文中有軌電車路橋過渡段采取的軟土地基加固方法和施工工藝可為今后同類工程軟土地基處理方式的選擇及沉降控制提供參考。

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