水泥土搅拌桩在铁路软土路基处理中的应用

胡欣明

0 引言

水泥土搅拌桩加固机理是用水泥做固化剂，通过使用特制的搅拌机械，在钻进的同时往软土中喷射水泥浆液，在地基深处将软土固化成为具有足够的强度、变形模量和稳定性的水泥土，这些加固土、柱体与柱体间的土构成了一种复合地基，从而达到地基加固的目的。水泥土搅拌桩加固的特点是施工工期短，效率高，施工中无振动，无噪声，无地面隆起，不排污，不挤土，不污染环境，施工工具简易，费用低廉等。目前，水泥土搅拌桩已成为铁路软土地基处理中的一种常用方法。本文结合北疆电厂铁路专用线软土的处理措施，探讨了水泥土搅拌桩的设计方法。

1 工程实例分析

1.1 概况

北疆电厂铁路专用线位于天津市汉沽区、宁河县、汉沽农场范围，属渤海流域冲积平原，沿线地形平坦开阔，地面高程一般－1.6 m～2.1 m。多为沟渠、盐池和鱼虾养殖场，局部为盐碱地。盐池、鱼塘一般水深1.7m，水下淤泥厚0.4m，水面离自然地面约0.5 m，村庄较集中，交通方便。

铁路专用线属天津北疆电厂燃煤外部运输配套项目，是保证电厂燃煤供应的最有效途径，对电厂的建设和正常运营起着关键的支撑作用。

1.2 工程地质条件

根据岩土工程勘察报告揭示线路范围内地层按沉积类型主要有:第四系人工填筑土(Q，第四系陆相沉积层(Q，海相沉积层(Q)。现将地层由新到老分述如下:

沿线水系发育，地下水埋藏较浅，埋深在0.5 m～1.5 m，水量丰富，为松散层孔隙潜水。地下水属于SO·Cl－—K+·Na+型水，水对混凝土结构具强腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。

根据国家地震局颁布GB 18306-2001中国地震动参数区划图，本线范围内地震动峰值加速度为0.20g。

1.3 设计控制标准

铁路路基工程对基本承载力、稳定、沉降都有严格的要求;北疆电厂铁路专用线要求天然地基基本承载力不小于130 kPa、未经地基处理的路堤整体沿基地及基底下软弱层的抗滑最小稳定系数大于1.25、路基工程的工后沉降小于30 cm;北疆电厂铁路专用线未经地基处理;②粉质粘土为持力层，天然地基基本承载力仅为80 kPa、经计算北疆电厂铁路专用线未经地基处理的路堤整体沿基地及基底下软弱层的抗滑最小稳定系数为0.64、未经地基处理的路基工后沉降为72 cm，远不能满足承载力、稳定和沉降的要求。

为了满足铁路的稳定与安全运营，需要对北疆电厂铁路专用线进行地基处理。

1.4 地基处理方案的选择

1.4.1 地基处理方案选择原则

1 )必须满足地基承载力要求;

2 )必须满足铁路路基稳定要求;

3 )必须满足地基沉降变形要求;

4 )要考虑工期及为建设单位节约资金。

1.4.2 地基处理方案的比较

由于本工程投资控制较紧，工期要求较短，通过对造价、工期和施工等多方面的综合考虑，最后决定采用水泥搅拌桩作为地基加固方案。水泥搅拌桩设计参数为:桩长7.0 m～9.0 m，桩径φ=50 cm，桩间距s=110 cm～120 cm，正三角形布置。考虑到地下水具有一定的腐蚀性，因此搅拌桩固化剂采用P.S42.5矿渣硅酸盐水泥，添加抗硫酸盐、氯盐、镁离子复合侵蚀混凝土防腐剂。

2 水泥土搅拌桩计算与分析

因北疆电厂铁路专用线区间路基地质情况基本相似，选取N1SDK3+500.00为代表性断面进行计算。

2.1 水泥土搅拌桩方案计算

2.1.1 单桩竖向承载力特征值计算

单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定，也可按式(1)估算，并应同时满足式(2)的要求，应使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于(或等于)由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力［P］:

根据式(1)，式(2)结合各土层物理力学指标，可求得Ra= 110.39 kN，取110 kN。

2.1.2 复合地基承载力计算

复合地基承载力可按TB 10106-2010铁路工程地基处理技术规程估算:

根据式(3)，式(4)结合各土层物理力学指标，可求得σsp= 134.088 8 kPa，取134 kPa＞130 kPa，满足北疆电厂铁路专用线要求。

2.2 稳定计算

软土地区一般选用圆弧法进行计算(见图1)，寻找危险圆弧的圆心及半径进行稳定计算分析。根据TB 10001-2005铁路路基设计规范和TB 10106-2010铁路工程地基处理技术规程相关规定进行计算，经计算在水泥土搅拌桩地基处理后边坡最小稳定系数Fs=1.35，满足稳定的要求。

2.3 沉降计算

路基工后沉降为主要地基沉降(路基本体沉降有限)，考虑到该工程时间的紧迫性以及当时勘测设计的环境条件，主要以施工阶段观测的实际沉降值计算、验证工后沉降设计值(专用线没有要求，按照Ⅱ级铁路考虑工后沉降应小于30 cm)，铁路工程是百年大计，工后沉降按100年计，工后沉降计算公式为:

其中，Sr为工后沉降量，m;S为最终沉降量(或称总沉降量)，m;ST为上部建筑物竣工或路基竣工铺轨完成已经发生的沉降量(或称施工期沉降量)，m。

根据式(3)，式(4)结合各土层物理力学指标，可求得地基处理后工后沉降Sr=23.3 cm，满足沉降的要求。

3 结语

北疆电厂铁路专用线工程地质情况为沿海软土地层，结合具体情况，采取了水泥土搅拌桩复合地基处理方案，验算表明，方案满足工程要求，铁路竣工运营一年以来，效果良好，路基不均匀沉降得到了有效控制，设计与施工是成功的。

［1］ 铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册·路基［M］.北京：中国铁道出版社，1992.

［2］ TB 10106-2010，铁路工程地基处理技术规程［S］.

［3］ TB 10001-2005，铁路路基设计规范［S］.

［4］ GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［5］ JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［6］ 中铁二院工程集团有限责任公司.新建铁路北疆电厂施工图设计［Z］.2007.