有轨电车路桥过渡段软土地基处理技术概述

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(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)

0 引言

为了保证桥头与一般路基之间沉降的过渡缓和，需设置一定长度的路桥过渡段。当高速铁路和公路穿越软土地区时，由于过渡段是桥头的薄弱环节，在车辆动载作用下很容易使路基与桥面之间出现较大的差异沉降，引起路面损坏和桥头跳车现象的发生，所以在工程中必须要采用相应的施工技术措施来控制路桥过渡段路基工后沉降[1，2]。路基与桥面之间产生沉降差异的原因有很多，其中桥台和路堤不同的地基处理方式是主要的原因之一[3，4]。预应力管桩[5]处理深度大，能显著提高地基承载能力且具有施工时噪声小、速度快、对环境污染小等优点；水泥土搅拌桩[6]施工方便，施工工艺简单成熟具有投资较小、污染小等优点。近年来这2种方法被广泛应用于软土地基处理的问题中。

在高速铁路、公路工程中，针对路桥过渡段软土地基处理的相关研究已经很多，但是国内尚无明确的行业规范可以作为现代有轨电车设计参考依据[7]，因此有必要对有轨电车工程中所遇到的软土地基问题进行分析研究。本文选取南京河西新城有轨电车工程一号线中典型的路桥过渡段，采用预应力管桩和水泥土搅拌桩对过渡段软土地基进行加固处理，结合运营期内的工后沉降监测数据，对路桥过渡段工后沉降变化规律进行分析，评估2种方法的加固效果，旨在为今后类似工程路桥过渡段软土地基的处理提供借鉴。

1 工程简介

1.1 工程概况

南京河西新城快速公交工程一号线工程，位于江苏省南京市。线路起点位于南京市奥体中心，分别经过江东东路、江东中路、江东南路、红河路和新河路，止于河西南部新河路，全长约 7760 m，共设13座车站，线路和车站全部设置于地面上。全线经过既有市政公路桥和需新建桥梁5座，分别为红旗河桥、韩二河桥，友谊河桥、天宝西河桥和头关河桥。有轨电车车辆重12.5 t，设计运行速度≤50 km/h ，预留70 km/h。本文选取友谊河桥桥头过渡段和头关河桥桥头过渡段，对其采用的地基处理方式进行介绍，并对运营期内2处过渡段的工后沉降监测数据进行分析。

1.2 工程地质条件

本工程场地地貌属于长江漫滩地貌。南京市地处长江下游，属北亚热带季风气候，四季分明，雨水充沛。选取路桥过渡段分别位于江东南路段和红河路段，路段内分布大多为农田、菜地、河沟和池塘，地形稍有起伏。场地内表层为近期填积的杂填土，厚度为0.3～1.8 m，填土层以下普遍分布着淤泥质粉质粘土等中等～高灵敏结构性饱和软土，软土厚度5～18 m。具体各土层特征及力学参数指标如表1所示。

表1 土层特征及力学参数指标土层代号岩土名称含水率ω/%重度γ/(kN·m-3)孔隙比e饱和度Sr/%内摩擦角φ/(°)粘聚力c/kPa压缩模量Es/MPa承载力容许值/kPa1-1 杂填土19 318 90 849973 071-2a素填土20 4110～1201-2 素填土25 119 10 787955216 85 67 70～90 2-1 粉质粘土28 518 90 822952911 85 86110～1302-2 淤泥质粉质粘土41 317 51 157971012 73 79 60～70 2-3 淤泥质粉质粘土夹薄层粉砂3717 81 06596912 45 01 80～90 2-4 粉砂夹粉土28 618 60 8159283011 23130～1503粉细砂26 119 10 70591730 913 35170～1904卵砾石15 9300～3505残积土230～2506-1 强风化泥岩280～3006-2 中风化泥岩600～800

2 路桥过渡段地基加固施工技术

2.1 预应力管桩法加固软土地基

友谊河桥桥头过渡段采用预应力管桩地基加固方式，采用筏板基础。路基填高1.0 m，预应力管桩长度26.0 m，桩径0.4 m，桩间距设为2.4 m，按正方形布置，处理路基宽度为11.5 m。预应力管桩桩顶需设置1.5 m×1.5 m桩帽，桩帽顶铺厚0.4 m中粗砂垫层，垫层的压实系数不小于0.94。垫层中部铺设2层双向高强土工格栅，抗拉强度不小于80 kN/m，铺设土工格栅时，两端回折不小于3.0 m。并整平铺设防水土工布，然后分别铺设基C组填料、0.6 m二灰土基床底层和0.4 m级配碎石基床表层。为使道床具有良好的整体性和稳定性，在基床表层设置2块宽为4.6 m，长度为25.06 m，高0.40 m的筏板。在其端部设置宽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。过渡段地基加固横断面见图1。

图1 预应力管桩加固软土地基断面图(单位： mm)

在施工过程中应注意：预应力管桩施工前应对场地压实整平及清除障碍物，排水疏干地表，并铺设一定厚度的工作垫层。预应力管桩要进行单桩载荷试验，检测数量要大于总桩数量的0.2%且至少为3根。打桩应从线路中心线分别向两侧进行，在打桩的过程中，控制施压速度不超过2 m/min。压桩定位时要保证垂直度偏差不超过0.5%，压桩过程中不能随意停止，沉桩结束后要测出桩体垂直度偏差值，若垂直度偏差值大于1%时，应进行纠偏处理。清土和截桩时不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。预应力管桩锤击法具体施工工艺流程：定位放线→桩机就位→吊桩、对桩位→调整桩身垂直度→压桩→接桩或送桩→成桩。

2.2 水泥土搅拌桩法加固软土地基

头关河桥桥头过渡段采用双向水泥土搅拌桩地基加固方式，基础采用筏板基础。路基填高1.8 m，水泥土搅拌桩桩长12.0 m，桩径0.5 m，设置桩间距设为1.2 m，按梅花形布置，处理路基宽度为7.2 m。水泥土搅拌桩桩顶铺厚0.4 m中粗砂垫层，垫层的压实系数不小于0.94。垫层中部铺设2层抗拉强度不小于80 kN的双向高强土工格栅，铺设土工格栅时，两端回折不小于3.0 m。并整平铺设防水土工布，然后分别铺设基C组填料、基床底层填料和基床表层填料。在基床表层设置2块宽为4.6 m，长度为25.06 m，高0.40 m的筏板。过渡段地基加固横断面如图2所示。

图2 水泥土搅拌桩加固软土地基断面图(单位： mm)

在施工过程中应注意：水泥土搅拌桩施工前应对场地进行压实整平和清除场地内的障碍物，并做好临时防护工程和排水系统。为了确保桩体施工质量，需在施工前进行试桩准备，试桩可以获得满足设计单桩喷浆量的各种技术参数及了解下沉和提升的阻力情况等。搅拌桩施工时，停浆面应该高于桩顶设计标高300～500 mm。施工时保持搅拌桩底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得大于1%，桩位偏差不得大于50 mm，要确保成桩直径和桩长大小，不能小于设计值要求。施工中做好施工记录和计量记录，并按照规定的施工工艺对每根桩进行质量评定。水泥土搅拌桩施工完成后，要对搅拌桩的施工质量进行检查，成桩7 d后，采用浅部开挖桩头检查桩体均匀性和直径，成桩28 d后，进行复合地基荷载试验，低应变动力检测和钻孔取芯检测。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

南京河西有轨电车于2014年8月开通运营，此次现场试验监测时间为2015年6月～2016年5月，监测目的是为了了解后期运营过程中的结构稳定性、变形沉降等情况，确保工程安全，并及时分析运营过程中发现的问题。为了满足有轨电车在行驶过程中的舒适性和安全性要求，在使用年限内设计路桥过渡段的路基工后沉降警戒值为30 mm。由于筏板沉降能够反映轨道的沉降变形，所以本次是对筏板沉降进行观测，按二等水准要求测量。监测频率为每月1次，共监测12个月，每个月监测时间为当月中旬。沿整条线路共布置现场监测点120个，在每个桥梁处布置2个。

图3反映的是运营期12个月内采用2种不同地基加固方法后路桥过渡段工后累计沉降随时间变化曲线图。从图3可以看出，在运营期间内,友谊河桥桥头过渡段和和头关河桥桥头过渡段地基工后累积沉降量分别为5.99 mm和8.79 mm，分别为设计警戒值(30 mm)的19.97%，29.3%，监测点的沉降速率远小于5 cm/a。由此表明采用预应力管桩和水泥搅拌桩2种地基处理方式均起到了控制路桥过渡段软土地基的工后沉降的目的。

图3 运营期累积沉降-时间关系

4 结论

1) 结合南京河西新城有轨电车工程，采用预应力管桩和水泥土搅拌桩对不同路桥过渡段进行加固处理，根据现场实测监测数据结果，采用预应力管桩和水泥土搅拌桩处理路桥过渡段软土地基的工后累计沉降分别为5.99 mm和8.79 mm，为设计标准值的19.97% 和29.3%，由此表明，本文提出的预应力管桩和水泥土搅拌桩处理方法能有效加固路桥过渡段软土地基。

2) 现代有轨电车作为一种新型交通工具，在城市交通领域有着着重要的作用。但我国有关现代有轨电车规范尚未制定，所以本文中有轨电车路桥过渡段采取的软土地基加固方法和施工工艺可为今后同类工程软土地基处理方式的选择及沉降控制提供参考。

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