有轨电车一般路段软土地基处理技术研究

杨国涛，庄 妍

有轨电车一般路段软土地基处理技术研究

杨国涛1，庄 妍2，3

(1.南京河西新城区开发建设管理委员会，江苏 南京210019；2河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098；3. 江苏省岩土工程技术工程研究中心，江苏 南京 210098)

结合南京河西新城现代有轨电车工程，对线路一般路段软土地基所采用的三种不同的地基处理方法：挖除换填法、真空预压法和真空预压联合水泥土搅拌桩法的加固方式和施工工艺进行详细介绍。根据现场监测数据，分析了采用上述三种地基处理方法加固软基后工后沉降随时间的变化情况，结果表明：三种方法处理软基后的工后累积沉降值分别为15.8、13.2和8.6 mm，远小于设计允许工后沉降警戒值100 mm，可以看出，上述三种处理方法均有效加固了有轨电车一般路段软土地基，其中水泥土搅拌桩联合真空预压法的加固效果要优于另外两种方法。

有轨电车；软土地基理; 换填法;真空预压法; 真空预压联合水泥土搅拌桩法

在我国东南沿海地区分布着较为广泛的软土[1]，在软土地区修建铁路和公路时，若不对软土地基进行很好的加固处理，路基易产生较大的沉降，从而造成铁轨的变形和路面的开裂损坏，影响铁路和公路的正常使用[2]。目前，我国出现了许多地基处理技术[3-4]。在高速公路和高速铁路工程中，对软土地基处理时常采用的方法有排水固结法，置换法，强夯法，深层搅拌法，高压喷射注浆法，振密、挤密法及加筋技术等[5-8]。城市有轨电车作为现代城市交通新工具，在对此类工程处理软土地基设计时国内尚没有明确的依据可以遵循。本文结合南京河西新城有轨电车工程，对有轨电车一般路段软基所采取的三种不同加固方式和施工工艺进行详细介绍，并根据运营期工后累积沉降监测结果，评估三种地基处理技术对软土地基的加固效果。

1 工程简介

1.2 工程地质条件

南京市河西新城现代有轨电车一号线沿线地貌属于长江漫滩单元。南京地区属于亚热带季风气候，年降水量较大，气候湿润。既有路段位于江山大街以北，地形平坦，待建路段位于江山大街以南，地形稍有起伏，该段线路穿越农田、菜地和部分水塘。根据野外勘探结果，软土沿道路线全线普遍分布，地层代号2-2，且部分地段厚度较大，线路局部段存在较厚的人工填土。勘察范围内各土层特征及力学参数指标如表1所示。1.1 工程概况

南京市河西新城现代有轨电车一号线，双线路整体道床布置，线间距3.4～8.8 m，线路总长7 756 m。线路起点位于奥体中心东门站，沿江东南路（中分带）-保双街（西侧）-秦新路（北侧）-扬子江大道东侧分布，终点位于秦新路站，设有地面站点13座。根据线路与周围道路的关系分为两段：起点DK0+000～DK2+760为既有路段，线路布置于既有江东东路奥体东站至江山大道路的道路中央绿化带中，轨道的顶面与市政标高基本在同一个水平面上，路段长度为2 760 m。DK2+760～DK7+756为新建路段，路段长度为4 996 m。既有路段一般路基，采用的地基处理方法为挖除换填法，新建路段一般路基采用的地基处理方法为真空预压法和真空预压联合水泥搅拌桩法。设计有轨电车运行时速度≤50 km/h，线路一般路段允许工后沉降警戒值为100 mm（路桥过渡段为30 mm）。

2 一般路段及特殊路段软土地基处理技术

2.1 挖除换填法

既有路段线路表层主要为1-2a层素填土，厚约3.0 m，下部为软土，厚5～8 m，软土压缩模量约为5 MPa。根据调查，既有路段修建通车已有 10 多年，素填土与软土的稳定性和固结程度均较好，故采用挖除换填法地基处理方式。路基处理深度为2.0 m，基床表层采用0.4 m厚级配碎石，基床底层采用0.6 m厚二灰土。为了调整基础不均匀沉降，在基床表层上方设置2块宽4.6 m，高0.4 m，长25.06 m的筏板基础，端部设置宽0.50 m，高0.20 m骑缝搭接，并在端部设置宽1.0 m，高0.3 m的枕板。挖除换填法加固既有路段一般路基软土地基如图1所示。

2.2 真空预压法

新建路段的一般路段软土厚度在5～10 m，采用真空预压法地基处理方式，基础采用筏板基础。设置排水板间距为1.2 m，按梅花形布置，排水板宽度为0.1 m，厚度为4.5 mm，长度为16 m。真空预压法加固新建路段一般路基软土地基如图2所示。

表1 土层特征及力学参数指标Tab.1 Parameters of soil properties for test section

真空预压法利用真空应力和竖向排水体加速软土固结[9]，在施工过程中应注意：设置竖向排水系统前，应先整平场地，设置排水通道，在软基表面铺设砂垫层，设置抽空装置及膜内外管道。砂垫层中水平分布滤管的埋设，采用条形或鱼刺形，铺设距离要适当，为了使真空分布均匀，管上部应覆盖200 mm后砂层。密封膜的施工是真空预压地基加固的关键，砂垫层上密封薄膜，一般采用3层聚氯乙烯薄膜，应按先后顺序同时铺设，并在加固区四周，在离清基线外缘2 m开挖深0.8～0.9 m的沟槽，将薄膜的周边放入沟槽内，用粘土或粉质粘土回填压实，为保证气密性好，密封不漏气，采用膜上全面覆水封闭。当面积较大，宜分区预压，区与区间隔距离2～6 m。在真空预压过程中，要做好真空度、地面沉降量、深层沉降、水平位移、孔隙水压力和地下水的现场监测工作，掌握变化情况，发现异常，应及时采取措施处理。真空预压法的具体施工工艺流程是：地质勘查→排水体设计→排水砂垫层施工→打设竖向排水体→埋设观测设备→埋设真空分布管→铺设密封膜→真空泵安装、管路连接→抽真空、观测→效果检验。

2.3 水泥土搅拌桩联合真空预压法

图1 挖除换填法加固软土地基横断面图Fig.1 The cross-section of soft soil foundation reinforced by replacement method

图2 真空预压法加固软土地基横断面图Fig.2 The cross-section of soft soil foundation reinforced by vacuum preloading method

新建路段一般路段软土厚度在 10～18 m，采用水泥搅拌桩联合真空预压法地基处理方式，基础采用筏板基础。真空预压施工期为3个月，当真空膜压达到80 kPa时，设置宽0.1 m，厚4.5 mm的排水板，排水板长度设置原则为距离透水层顶面大于2 m。排水板设置间距为1.5 m，正方形布置，顶部设置0.2 m中粗砂+3层聚氯乙烯薄膜保证其真空度。设计搅拌桩桩径为 0.5 m，桩间距为1.4 m，桩长16 m，呈梅花形布置。桩顶铺0.6 m 砂垫层，垫层内铺设一层双向高强土工格栅，其抗拉强度不小于110 kN/m，铺设土工格栅时，两端回折不少于3.0 m。水泥土搅拌桩联合真空预压法加固新建路段特殊路基软土地基如图3所示。

图3 水泥土搅拌管桩+真空预压加固软土地基横断面图Fig.3 The cross-section of soft soil foundation reinforced by vacuum preloading combined with cement-soil mixing piles method

水泥土搅拌桩利用水泥与软土之间发生的一系列物理化学反应，提高软土的物理力学性质[10]。水泥搅拌桩在施工过程中应注意：搅拌桩一般采用PO42.5级普通硅酸盐水泥，掺入量不小于15 %，具体应该通过室内配方试验确定。施工前应该通过工艺性试桩，掌握对该场地的成桩经验及各种操作技术参数，要求各工点试验桩不少于3根。搅拌桩施工时全桩上下应该重复复搅不少于一次，当桩周土为成层状地层时，应该对相对软弱的土层增加复搅次数，并增加水泥掺入量。施工时应定时检查机械的成桩直径及搅拌均匀程度，对使用的钻头应定期复核检查，其直径磨耗量不得大于20 mm。施工时应控制钻机下钻深度、喷粉（浆）高程及停灰面，确保桩长。在成桩过程中遇有故障而停止喷粉（浆）时，第二次喷粉（浆）时，其重叠长度不得少于1.0 m（浆体喷射搅拌桩为不小于0.5 m），接桩间隔时间不大于24 h，否则应重打该桩。施工时要随时检查加固料量、桩长、复搅长度以及注意是否存在异常情况。水泥土搅拌桩具体施工工艺流程是：平整场地→施工放线、设备进场→定桩位→桩机对位调平→预搅下沉、浆液配制→提升喷浆搅拌→重复上下搅拌→清洗→移位。

3 监测结果分析

本次现场监测是对有轨电车运营期工后沉降的监测，监测时间为2015年6月—2016年5月，每月监测一次，共监测12个月。由于筏板沉降变化规律是反映工后沉降的重要指标，所以本次监测的内容主要是筏板沉降观测，通过连续观测筏板-钢管结构中钢管的沉降量获得不同阶段的沉降量。监测按国家二等水准测量技术要求进行，仪器采用DSZ2型精密自动安平水准仪，配备测微器，配备精密铟瓦钢尺及专用尺垫（5 kg），其标称精度为0.5 mm/km，观测点的基准点布置在轨行区影响范围之外。

图4为运营期12个月内工后沉降与时间关系曲线图。从图中可以看出，采用上述三种方法对软基处理后，地基的工后沉降速率较为稳定。监测期内的工后累积沉降量分别为15.8、13.2和8.6 mm，远小于设计允许工后沉降警戒值100 mm，由此表明，三种方法处理软土地基均起到了明显的加固效果。相比于挖除换填法和真空预压法，水泥土搅拌桩联合真空预压法处理软土后的工后沉降速率最为稳定，工后累积沉降量也最小，分别是另外两种方法工后累积沉降量的54%和65%，说明水泥土联合真空预压法处理软土地基效果要优于另外两种地基处理方法。

图4 运营期12个月内工后累积沉降与时间关系图Fig.4 The post-construction settlement of the soft soil foundations reinforced by the three improvement methods

4 结论

1）在监测期内，采用上述三种处理方法对软土地基加固后，路基的工后累积沉降值分别为15.8、13.2和8.6 mm，远小于设计允许工后沉降警戒值100 mm。说明采用这三种方法均起到了良好的地基加固效果。

2）从监测结果可以看出，水泥搅拌桩联合真空预压法处理软土地基工后累积沉降值分别是挖除换填法和真空预压工后累积沉降值的54%和65%，表明其加固软土地基效果要优于另外两种地基处理方法。

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（责任编辑 王利君）

Study on the soft soil improvement technologies of Rapid-Transit Tram

YANG Guotao1，ZHUANG Yan2,3
(1. The Development and Construction Management Committee of Nanjing Hexi New City District, Nanjing 210019, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Jiangsu Province’s Geotechnical Research Center, Nanjing 210098, China)

Based on the Rapid-Transit Tram Project in Nanjing, three soft soil improvement methods including replacement method, vacuum preloading method, as well as vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile method were introduced in this paper.. The reinforcement method and the construction technology were reported in detail for the three methods. The post-construction settlement of the soft soil foundation reinforced by the three methods was investigated. It can be found that the post-construction settlements were 15.8 mm, 13.2 mm and 8.6 mm for replacement method, vacuum preloading method, and vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile method respectively, which were much less than the cumulative alarm value of 100 mm. It can be concluded that these three improvement methods reinforced the soft soil foundation effectively, whereas the reinforcement effect of the vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile method is better than the other two methods.

Rapid-Transit Tram; soft soil foundation improvement; replacement method; Vacuum preloading method; Vacuum preloading combined with cement-soil mixing pile

U41

A

1673-9469（2017）02-0017-05

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.02.004

2017-03-28

国家自然科学基金资助项目(51478166)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2016B04414，2016B20614，2015B17814，2015B25914)；“青蓝工程”资助；教育部留学回国人员科研启动基金

杨国涛，(1968-)，男，江苏金坛人，高级工程师，主要从事城市道路与软土地基处理方面的研究。