南沙港鐵路萬頃沙站軟基處理方案比選

麥小金

（中國鐵路廣州局集團(tuán)公司江門工程建設(shè)指揮部）

1 工程概況

1.1 地形及地質(zhì)狀況

南沙港鐵路萬頃沙站位于南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)范圍，車站近期按照一般中間站設(shè)計，設(shè)置到發(fā)線4 條（含正線），有效長850m。填土高度4.13m～7.61m,寬度25.5m～37.5m。

地質(zhì)自上而下主要土層為素填土、淤泥層（天然含水率52%，層厚13.5m～18.5m）、淤泥質(zhì)土（天然含水率48%，層厚0～10.4m）、粉質(zhì)黏土（天然含水率31%，層厚0～9.4m）、飽和松散～稍密砂層（層厚17.7m～25.8m）、全風(fēng)化花崗巖。

1.2 軟基處理的技術(shù)要求

對軟基處理后，路基穩(wěn)定與工后沉降應(yīng)滿足以下要求：①區(qū)間正線≤20cm；②過渡段≤10cm；③場坪地段≤30cm。

1.3 原設(shè)計方案

萬頃沙站軟基處理原設(shè)計采用高壓旋噴樁方案，樁徑0.6m，樁間距為1.4m～1.6m，加固長度為15m～20.4m（穿過淤泥層進(jìn)行持力層：砂層、粉質(zhì)粘土層1m）。軟基處理長度1989.725m。前接洪奇瀝水道特大橋，后接龍穴南水道特大橋。

2 軟基處理試驗(yàn)方案的比較分析

萬頃沙站瀕臨海濱，站場范圍內(nèi)多條河涌與海相連，工程的特點(diǎn)是軟基深厚，地下水主要為孔隙水，賦存于淤泥地層和基巖全風(fēng)化層中發(fā)育。針對本工程的部分地段軟黏土地基具有高壓縮性、低滲透性、低強(qiáng)度的特點(diǎn)，著重選取了高壓旋噴樁、粉噴攪拌樁及預(yù)應(yīng)力管樁三種處理方案進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，并進(jìn)行比選。

2.1 高壓旋噴樁試樁方案

站場DK61+235～DK61+255 段，地基從上往下為0～0.5m 素填土、0.5m～7.2m 淤泥、7.2m～14.0m 粉質(zhì)黏土、14.0～15.8m 粉質(zhì)黏土、砂層。在該段分別選用普通高壓旋噴樁樁機(jī)和改進(jìn)主動加壓式攪拌高壓旋噴樁樁機(jī)進(jìn)行試樁，各試樁三組9 根，樁徑0.6m，設(shè)計樁長15m，樁間距1.4m，正方形布置，樁端持力層為下伏砂層。試樁參數(shù)：按每延米水泥用量為180kg、200kg、220kg 各1 組，水灰比1:1，注漿壓力22MPa～26MPa,提升速度20cm/min～22cm/min。抽芯（見圖1）及單樁靜載檢測結(jié)果顯示：

圖1 高壓旋噴樁試驗(yàn)取得的不合格芯樣

⑴普通高壓旋噴樁樁機(jī)的成樁樁長在6.8m～15m范圍，其中3 根達(dá)到設(shè)計樁長，經(jīng)對該3 根樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，檢測結(jié)果顯示均不能滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

⑵改進(jìn)主動加壓式攪拌高壓旋噴樁樁機(jī)的成樁樁長在13.8m～15m 范圍，其中6 根達(dá)到設(shè)計樁長，成樁效果有較大改觀，抽取3 根做靜載試驗(yàn)，檢測結(jié)果顯示僅1 根承載力滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

2.2 雙向攪拌粉噴樁試樁方案

站場DK61+650～+675 段，地基自上往下為0～3.3m 素填土、3.3m～16.2m 流塑淤泥、16.2m～19.3m 軟塑粉質(zhì)黏土、砂層。選用SXJB-B 型智能型雙向攪拌粉噴樁機(jī)，試樁5 組，每組3 根，樁徑0.5m，設(shè)計樁長17.2m，樁間距1.1m，正三角形布置，樁端持力層為下伏砂層。試樁參數(shù)：按每延米水泥摻量55kg/m、60kg/m、65kg/m各1 組。

隨機(jī)抽取12 根試驗(yàn)樁進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果如下：

⑴樁身鉆探抽芯（見圖2）取樣試驗(yàn)：抽取12 根成樁做芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測報告表明，12根樁的樁身較為完整，均為I 類樁，樁長和抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

圖2 雙向攪拌粉噴樁施工取得的芯樣

⑵單樁靜載試驗(yàn)：12 根試驗(yàn)樁的單樁豎向承載力均滿足設(shè)計要求。

2.3 預(yù)應(yīng)力管樁試樁方案

站場DK61+957，地基自上而下為0～2.2m 素填土、2.2m～16.5m 流塑淤泥、16.5m～25m 軟塑粉質(zhì)黏土、砂層。選用HD62 筒式柴油打樁錘錘擊法試樁，共12 根，PHC-AB500-100 型預(yù)應(yīng)力管樁，焊接接樁，樁徑0.5m，設(shè)計樁長26m，樁間距2.8m，正方形布置，樁端持力層為中砂層。試樁參數(shù)：以進(jìn)入持力層深度控制為主，通過試驗(yàn)得到最后3 個10 擊的最后貫入度，以指導(dǎo)施工。

對試驗(yàn)樁身采用基樁低應(yīng)變法檢測，6 根樁均為I類樁、樁身完整。單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果（見表1、表2、圖3、表3、圖4）可見：6 根樁的試驗(yàn)加載至極限荷載時，Q-S曲線均為緩變型曲線,S-LGT 曲線均呈平緩規(guī)則排列，曲線尾部未出現(xiàn)明顯向下彎曲的趨勢，單樁豎向抗壓承載力均滿足設(shè)計要求。加載至最大極限承載力1854kN后，6 根樁中最大沉降量為13.98mm，回彈率54.6%。

2.4 試樁方案的比較分析

2.4.1 高壓旋噴樁

站場的淤泥層為第四系海陸交互相（Q4mc）淤泥，天然含水率較大，造成高壓旋噴樁試樁的成樁樁長、單樁豎向承載力均不能滿足設(shè)計和規(guī)范要求，不適用于本工程。

表1 管樁試驗(yàn)結(jié)果匯總

表2 1-3# 管樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 2-3# 管樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.4.2 雙向攪拌粉噴樁

站場的第四系海陸交互相（Q4mc）淤泥，天然含水率較大，雙向攪拌粉噴樁的噴粉中和了土層的水分，加上雙向攪拌，使得成樁效果較好，同時采用SXJB-B 型智能型設(shè)備減少人為操作，12 根試驗(yàn)樁的成樁樁長、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及單樁靜載試驗(yàn)均滿足設(shè)計和規(guī)范要求，但在部分軟塑粉質(zhì)黏土中成樁效果不好，造成樁身外觀的連續(xù)性、完整性均不夠好，后期的路基沉降量難以控制，其中4-3#、6-11#、8-17#樁的靜載試驗(yàn)結(jié)果如表4、表5、表6。

從Q-s 曲線圖（見圖5）可知：

⑴攪拌樁存在沉降相對不穩(wěn)定性：當(dāng)試驗(yàn)荷載加載至4-3# 樁 的96KN ～112KN 級、8-17# 樁 的128KN ～144KN 級及6～11#樁的128KN～144KN 級時，其下級荷載下沉降增量接近前一級沉降增量的5 倍，且該級荷載仍未達(dá)到最大試驗(yàn)荷載，數(shù)值接近《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》（TB10106-2010）終止加載的條件。

表4 4-3# 高壓旋噴樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 6-11#高壓旋噴樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 8-17#高壓旋噴樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖5 4- 3#、6- 11#、8- 17# 高壓旋噴樁試驗(yàn)Q- s 曲線

⑵達(dá)到最大試驗(yàn)荷載時，逐級減荷后回彈率普遍較低，具體表現(xiàn)為10m 以下樁身強(qiáng)度偏低，因而造成復(fù)合地基承載力低，加載以后永久變形較大，甚至造成路基側(cè)向位移及路床開裂等現(xiàn)象。

綜上分析，為減少由于軟基處理造成的路基后期沉降，在本站場的地質(zhì)條件下，鐵路線路范圍下路基不宜采用粉噴攪拌樁。

2.4.3 預(yù)應(yīng)力管樁

本站場的地質(zhì)為天然含水率較大的淤泥，如路基范圍全斷面采用管樁筏板方案，可保證軟基處理后的路基本體沉降滿足設(shè)計要求，但管樁施工后，給了地下水一個通道，在反復(fù)的動載作用下，筏板下軟基會因地下水流失而下沉，形成筏板下脫空。

2.4.4 軟基處理方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比

選取在DK62+000～+050 段路基，坡腳寬50m，根據(jù)設(shè)計對三種軟基處理方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)費(fèi)用對比（表7）。軟基處理方案中管樁采用樁筏結(jié)構(gòu)，管樁中每米單價含筏板結(jié)構(gòu)。持力層旋噴樁、粉噴樁為進(jìn)入粉質(zhì)黏土層1m，管樁為進(jìn)入砂層1m。

表7 軟基處理方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比

3 結(jié)束語

經(jīng)綜合分析研究試樁成果，考慮本工程工期緊迫、工程質(zhì)量要求高、沉降差異及經(jīng)濟(jì)性等因素，為確保路基工后沉降滿足設(shè)計要求，最終選定如下處理方案：

⑴從鐵路路肩往下1：1 的傳力范圍內(nèi)，采用管樁+筏板結(jié)構(gòu)進(jìn)行軟基處理，管樁根據(jù)填土高度及地質(zhì)情況，樁間距2.6～2.8m，正方形布置。

⑵管樁范圍以外至路基坡腳2m 范圍，采用粉噴攪拌樁，樁間距1.1m，三角形布置，起密封作用，阻止中間管樁+筏板施工區(qū)域的地下水流失，減少該區(qū)域脫空。