强夯联合真空排水在铁路集装箱场区地基处理中的应用

那同玲

(中铁第四勘察设计院集团有限公司， 湖北武汉 430063)

上海芦潮港铁路集装箱中心站位于上海市东南部南汇区芦潮港镇。芦潮港铁路集装箱堆场区分为主箱场区、辅助箱场区、维修箱区、集卡走行区，面积约63万m2。主箱场区含铁路路基区(铁路路基共4束8股道)采用龙门吊作业方式；辅助箱场区采用正面吊作业方式。主箱场箱区及辅助箱场区堆高4层，主箱场区、辅助箱场区为联锁块铺面，集卡走行区为沥青混凝土铺面，其余为混凝土铺面。

1 场区工程地质慨况

场区地貌属河口、沙嘴、沙岛区，场地平坦、开阔。其地层从上至下为：

(1)表层广泛分布褐黄—灰色的粉质黏土层(②-1层),软塑；平均厚度2.2 m；含水量30%,IL=0.95、Es=4.39 MPa、承载力特征值80 kPa。

(2)灰黄—灰色砂质粉土层(②-3a层),松散,饱和,平均厚度6.60 m；含水量22.0%～36.0%,IL=0.6～0.81、Es=4.14～9.86 MPa、承载力特征值100 kPa。

(3)灰色粉砂、粉土层(②-3b层),呈稍密状,平均厚度5.8 m；含水量22%～41.4%,IL=0.46～0.78、Es=8.8～11.15 MPa、承载力特征值100 kPa。

(4)灰色淤泥质黏土(④层),流塑,平均厚度9 m。含水量46.4%,IL=1.07、Es=2.19 MPa、承载力特征值50 kPa。

(5)粉质黏土(⑥层),硬塑,平均厚度3.70 m。含水量27.6%,IL=0.49、Es=6.47 MPa、承载力特征值180 kPa。

场区地层示意如图1所示。

图1 场区地层示意

场地地下水位埋深一般为0.5 m。

2 设计要求及技术难度

2.1 设计要求

(1)地基承载力特征值和回弹模量

根据箱场区不同使用区域的要求,确定地基处理分如下两种处理标准：

①集装箱区域处理深度为8 m,处理后要求地基承载力特征值≥150 kPa,有效加固深度≥6 m,回弹模量≥35 MPa。

②一般道路区域处理深度为5 m,处理后要求地基承载力特征值≥120 kPa,有效加固深度≥4 m,回弹模量≥25 MPa。

(2)地基加固后工后沉降标准

根据《港口工程地基规范》,强夯处理后,场区工后沉降应小于30 cm。不均匀沉降小于1%。

2.2 技术难度

集装箱堆场区面积约63万m2,地基处理面积大。正面吊走行区、集卡走行区及堆箱区等硬化铺面对地基土承载力及回弹模量具一定要求，对地基土工后沉降及不均匀沉降也有要求。根据本地区工程地质条件,软塑的地基表层土承载力不满足要求,其地基土中软塑的土、松散的粉土及软土的分布均会使地基土压缩产生沉降，需进行地基加固处理。如仅对地基表层换填处理,由于处理深度有限,不能解决地基沉降问题,且由于地下水位较高,更不宜挖除换填处理。因此,为减少差异沉降及工后沉降,提高地基承载力，需对地基深层处理。

根据本工程地质条件，首次在铁路集装箱堆场区采用强夯联合真空排水新技术加固地基。强夯加固地基以往是单独在填土或砂类土中采用较多。但在本工程中,表层为软塑黏性土且地下水位高,强夯产生的孔隙水压,使得强夯效果降低。强夯联合真空排水加固地基,即在强夯前,先进行真空排水,降低地下水位，避免地基土产生孔隙水压。因此,通过两种工程措施的联合使用(即强夯联合真空排水),才能优势互补,取得良好的处理效果。

3 主要技术方案比较

根据本场区地质条件,其地基表层2.2 m为软塑粉质黏土层；其下为饱和粉土层,松散至稍密；下为软土,埋深15 m。根据集装箱堆场受力特点,箱区的脚点压力使得地基受力不均匀,应力向下扩散,至地表下6～7 m,各脚点应力交汇,形成均布力。正面吊及集卡道路50%～70%的动应力在地表下3～5 m。因此,地基处理应增加上部地层的密实度，提高地基承载力，减少上部土层差异沉降。另外,由于软土埋深较大,附加应力随地层深度增加而减弱。

3.1 砂井加超载预压与真空预压方案

砂井加超载预压方案,因上海地区取弃土困难,大面积堆载预压不现实,其次施工工期长。另一方面,该方案对地基表层承载力提高效果也不好；采用真空预压,因地层上部有②-3层粉砂粉土层,真空预压方案预压效果不好。工程造价次之。

3.2 搅拌桩处理方案

根据本场区地质条件,工程造价最高。

3.3 强夯联合真空排水方案

上部粉质黏土、黏质粉土层是强夯加固的主要地层。采用强夯后,可增加上部地层的密实度，提高地基承载力，减少上部土层差异沉降。经技术经济比较后采用强夯较为合理。强夯联合真空排水加固地基措施,除投资低以外,最主要是没有采用任何资源型加固材料，减少了取弃土场对原生态环境的破坏等诸多因素。

4 强夯联合真空排水方案

上海芦潮港中心站场区地基处理设计通过理论计算及工程方案比较,首次在大型集装箱场区采用强夯联合真空排水加固地基新技术。即在强夯前,先进行真空抽水。该方案：一是降低地下水位,避免地基土产生孔隙水压；二是提高强夯夯击能,避免出现橡皮土。三是抽水后强夯可固结土层。设计采用两降三夯+碾压，强夯为每遍夯击3～5击,强夯单点夯击能为2 000～2 200 kN·M,夯点间距4～5 m正方形布置,夯击次数3～5击。真空排水则是将排水管按一定间距布置(间距3.0 m×4.0 m)，埋深4～8 m,利用真空泵抽水,降低地下水位。对②-3a层以上地层进行强夯处理,强夯有效加固深度为6 m左右。

5 强夯联合真空降水试验设计及成果

采用强夯联合真空降水加固地基方案,根据初步确定的强夯及真空排水参数,进行现场强夯及真空排水试验,确定和优化大面积施工参数。根据试验,选择合理的降水方式、最佳夯能、夯击间距、夯击间隔时间、夯击次数和遍数等夯击工艺和排水措施技术参数。试验结论：

(1)低能量强夯结合振动碾压对0～6 m范围内的土体均能起到不同程度的加固作用,对0～4 m内土体的加固效果尤为明显。

(2)低能量强夯对6～8 m范围内土体的加固效果不是十分显著,可认为本次试验所采用强夯能量级的有效加固深度为6 m。

(3)载荷板试验结果表明,经过低能量强夯地基加固后,地基承载力均大于150 kPa,达到了设计要求。

(4)单击夯能不宜过大也不能太小,过大易过度破坏表层黏质粉土层的结构,过小则无法有效加固深部土体,根据本次测试结果,第一遍以800～1 000 kN·m为佳,第二遍以1400～1 600 kN·m为佳。

(5)综合分析各区加固效果,击数越多未必效果越佳,适宜的击数应为1～2击。

(6)综合比较试验区所采用的三种不同布点方式,以A1、B1、C1区所采用的4 m×4 m小间距、正方形布点方式加固效果较好,也便于施工。

(7)不同降水方式对强夯加固效果的影响并不显著,大面积施工时建议可采用A区的降水方式。

(8)各小区不同深度处的超孔压在强夯结束1～2.5 d后均可消散90%以上。

6 优化设计参数

通过试验对设计参数进行了合理调整。即两降三夯+碾压调整为两降两夯；单击夯能由2 000～2 200 kN·m调整为：第一遍以1 000 kN·m为佳,第二遍以1 600 kN·m为佳。河沟地段增加预夯2 000 kN·m，夯点间距4 m；夯击次数由3～5击调整为2击，排水管间距布置由间距3.5 m×4.0 m，埋深4～8 m,调整为间距2.0 m×6.0 m，埋深4～7 m。通过试验确定强夯及排水参数,优化了设计参数。减少投资513万元。

7 结束语

2005年9月上海芦潮港铁路集装箱中心站全部建成,同年11月通过上海铁路局初验委员会验收并开通试运营。强夯联合真空排水加固地基措施既提高地基表层承载力,又可固结地基上部土层,解决了地基土不均匀沉降，适合地下水位高的软土地区，也为以后该地区同类工程施工提供宝贵经验。

[1] GJ79—2002 建筑地基处理规范[S]

[2] JTJ250-980 港口工程地基规范[S]

[3] TB10012—2001 铁路工程地质勘察规范[S]

[4] GB50021—2001 岩土工程勘察规范[S]