软土加固措施在连云港地区铁路工程中的应用

陈达元 上海铁路局东华地铁公司

1 连云港软土概况

连云港地区处在黄海海州湾南岸海积平原及云台山剥蚀低山区地带，平原区地面标高2.6～3.6 m，广泛分布海相沉积的软土。地表层以下依次为黏土（厚度1～3 m）、淤泥（厚度1～15 m）、黏土（厚度5～20 m）及震旦系片麻岩。由于沉积年代晚，连云港软土不仅具有一般软土高塑性、高含水率、大孔隙比、高压缩性、低强度等特点，还具有土质均匀，渗透性差，固结系数小，灵敏度高等特性（见表1）。

表1 连云港软土物理力学指标

2 地基加固措施简介

为保证铁路路基稳定，确保行车安全，项目参建单位进行了不断的研究、实践，历年来针对不同地质条件采用了各种地基加固措施，简要工程实例见表2。

3 软土地基加固原理

软土地基加固方法除表2所列之外还有塑料排水板、石灰桩、振动碎石桩、水泥粉煤灰碎石桩(CFG)以及振动成模现浇薄壁管桩（PCC）等措施，虽然种类繁多，主要加固原理并不复杂，原理如下：

⑴排水固结 减少工后沉降：主要是通过在软土中增设排水通道、缩短排水距离或堆载预压加速排水固结等措施排出软土中的水分，提高地基承载力和稳定性。

⑵改良地基，提高承载能力：通过取土换填以及振动冲入强度高、压缩性低的置换材料或注入胶结材料拌合土体等方法在地基中形成结构密实、有较高承载力的置换体，形成复合地基。

⑶基坑支护，提高边坡稳定性：为保证既有建筑设备的稳定、减少挖方量，软土地区深基坑一般采用密排钻孔灌注桩或地下连续墙对基坑进行支护，并在桩间或桩背采取设置深层搅拌桩、旋喷桩等措施进行封闭，防止地下水夹带土体颗粒从钻孔桩间孔隙渗入坑内。

⑷穿透软弱土层，传递荷载：当建筑要求地基承载力、稳定性较高，普通的软土加固措施不能满足要求时，采用打插预制桩或现场成孔灌注桩穿透软土层将基础应力传递到承载力满足要求的持力层。

⑸均布荷载，提高张拉强度：利用土工织物较高的强度和韧性等力学特性，使其上部荷载均匀分布到地层中，补偿地基抗剪强度，防止局部承载力丧失和圆孤滑动破坏，减少路堤不均匀沉降；土工织物在产生拉伸应力的同时对土体产生侧向约束压力作用，提高土体抗剪强度和变形模量。

表2 软土地基加固措施应用实例

4 典型工程实例

4.1 连云港西站至中云站路基工程

⑴陇海铁路Ⅰ期技术改造连云港西站至中云站线路工程在1986年动工、1987年4月底开通运营。设计采用铺设双层土工布结合反压护道加固地基，路堤平均填土高度3.2 m。由于工程急于开通使用，部分地段从路基开始填筑到轨道工程完成仅有五个月的时间，在工程竣工验交时路基已出现了沉降（最大值670 mm），K13+600～K14+700地段在上碴铺轨前路堤中心就产生了多处竖向裂缝（见图1）；线路开通后设备管理单位每年投入大量资金对轨道进行频繁抬道整治以维持线路达到基本的行车条件（列车按45 km/h限速运行），到1997年路基基本稳定时，路基累计下沉量最大的地点达到2.5 m。

图1 路基破坏示意图

⑵从1987年到1999年，设计及运营单位做了长期的观测和研究试验，查明了路基沉降的原因、沉降速率变化趋势（见图2），提出了改进措施。软土层厚面广、填土速度快、软土排水固结时间不足是路基沉降主要原因，随时间推移路基沉降逐渐减缓并趋于稳定；该地段复线工程在1996年4月开工，1998年8月建成通车，复线地基采用试验组推荐的水泥粉喷桩加固措施效果显著，路基工后沉降速率控制在0.1 mm/d，水泥粉喷桩能够吸收周围土体水分，促使周围的土体固结并形成复合地基，增强地基抗剪能力，减少固结沉降。

图2 沉降速率图

4.2 陇海线K24+325顶进框架桥工程

⑴框架桥地点地基淤泥层厚度约有9.0 m；设计采用架设D型施工便梁加固防护线路、预制箱体顶进方案，主体工程2009年9月开工、2010年10月竣工，软土地基分别采用高压旋喷桩、深层搅拌桩、钻孔灌注桩进行加固防护，取得了较好的效果。

⑵为满足箱体顶进作业条件，在线路北侧设置顶进工作坑、预制箱体。工作坑深度9.0 m，采用直径1.0 m、长度22 m的密排钻孔灌注桩作为基坑的围护结构，并在桩顶浇注钢筋混凝土帽梁使各桩之间形成可靠的联接；在桩背面设置深层搅拌桩止水帷幕，防止地下水渗流；为减少密排桩的变形，在基坑内沿灌注桩周边用密布搅拌桩（作业条件受限时可采用高压旋喷桩）进行被动区加固，提高被动区的抗力，减少支护结构的变形（见图3）；为提高地基承载力，分别采用高压旋喷桩和深层搅拌桩对铁路路基本体、道路路面、工作坑基地进行加固。

图3 深基坑支护桩示意图

⑶框架桥南侧引道工程在U型槽工作断面开挖完成、修整垫层底平面时，发生密排钻孔围护桩整体往基坑内倒塌事故。事后经过研究分析，工程抢工期、桩体未达到设计强度以及开挖顺序不合理等不利因素的叠加是事故发生的主要原因。深基坑挖土施工必须按方案确定的开挖速度、顺序进行，在软土地区只要发生钻孔桩局部应力超限，围护结构极易发生整体失稳。

5 软土地基处理注意事项

(1)做好相关稳定性检算

①路堤滑动稳定性检算:稳定性安全系数一般采用圆弧法分析检算，安全系数不得低于1.10。

②路堤填筑临界高度检算：填筑临界高度即快速填土、使地基不产生固结、不考虑列车荷载影响，路堤所能填筑的最大高度。

③深基坑支护结构稳定性检算：综合考虑主动土压力、被动土压力对围护结构的影响，检算桩体位移量、整体稳定安全系数、抗倾覆安全系数。

④以上检算各项指标选定必须符合实际，否则会影响检算结果的准确性。施工单位的自检很有必要，虽然检算过程复杂，但是能够通过检算提前发现问题；近几年推广使用的路堤和深基坑设计检算软件能在很大程度上提高检算效率。

(2)桩体强度、单桩承载力、复合地基承载力必须经检测达到设计标准方可进行下一道工序。

(3)制订全面的变形和位移观测方案并在施工过程中认真落实，发现位移变形超限，立即停止施工，查找分析原因，确定应对措施。

(4)各种地基加固措施、深基坑开挖等关键施工项目必须编制专项施工方案经有关单位审查批准后实施，确保方案科学、措施安全、经济合理。

6 结束语

经过对连云港地区软土长期的研究、实践，虽然取得了一定的技术依据、掌握了一些软土地基加固处理办法，但由于软土情况的复杂多变性，地基加固处理措施应综合考虑土体特性、建筑等级、施工工期、工程造价等因素合理选择。

在地基加固工程施工前应根据设计方案进行局部的路堤填筑和工艺性桩点试验，验证设计方案和有关参数，掌握现场实际资料，及时完善施工方案；软土地区路堤应超前安排施工，加强预压固结、提高地基强度、降低加固成本、减少工后沉降；地基加固时必须对邻近的建筑设备进行密切观测，防止桩体施工产生的集中应力影响既有设备安全。