滨海平原软基处治案例——浙江某铁路临海车站软基处治

滨海平原软基处治案例——浙江某铁路临海车站软基处治

叶敬彬

广东药科大学附属第一医院  广州510062

摘要：浙江省某铁路临海车站软基地质，依据试验试桩情况,结合行业内软基加固已有工程案例及理论支撑，并结合现场实际情况，对其软基处治设计进行调整——以螺杆灌注桩[1]替代原素混凝土桩，成功解决了车站地基承载力不足的问题并顺利完成软基加固。

关键词：软基处治；地基处理；复合地基；螺杆桩.

中图分类号：TU744文献标志码：A文章编号：

0  引言

浙江某新建高速铁路临海车站站场路基长约1.8公里，该段路基线路中心最大填方高度为7m，软土地基加固处理措施原设计为双向水泥搅拌桩、管桩及素混凝土桩。

经现场试桩试验，发现现场实际地质情况与原勘察设计存在偏差，且按原设计施工图纸进行软土地基加固难以达到承载要求。结合实际，经现场多次、多方案对比实验，建议调整为螺杆桩作地基加固处理。

其后以螺杆桩进行施工，经检测，桩身质量合格，并地基处理后有效提高了地基承载力与稳定性，改善地基渗透稳定性，提高地基抗震性能，各项指标均满足原设计要求。

1  工程地质条件

1.1  工程地质和水文地质条件

地形地貌：工点位于滨海平原区，局部为剥蚀残丘，地形平坦，区内主要为农田，水塘分布有居民区，地面标高一般3.0～8.74m。

地层岩性：工点内地层为第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、海积层（Q4m）淤泥粉质粘土、冲洪积层（Q4al+pl），含砾粉质黏土、细圆砾土、粗圆砾土，下伏基岩为白垩系下统（K1Tu）凝灰岩。

2原设计基础形式与对应地质

预应力管桩。DK182+576～DK183+976、DK184+124～DK184+400段无砟轨道应力影响范围采用PHC-AB预应力管桩（ф=0.5m，δ=0.125m）+筏板加固，管桩单桩承载力设计值400kN。

双向水泥搅拌桩。DK182+620～DK183+030段牵出线地基，DK183+415～DK183+790段左侧站台边坡地基采用双向水泥搅拌桩，结合0.5m厚碎石垫层内夹铺土工格栅加固，d=0.5m，桩间距1.2m，正三角形布置。标准实验抗压强度不小于2.0MPa，复合地基承载力不小于150KPa。

素混凝土桩。DK183+280～DK183+976段路基右侧临近既有线位、地基处理范围内最右侧3排桩采用素混凝土桩加固，d=0.6m，桩间距2.5m，正方形布置。

3试桩情况

3.1  DK182+810～DK184+271管桩试桩情况

试桩区域选择不同管桩长度作为试桩，桩长选择6m～24m、间隔2～3m不等。

试验结果详见表1（根据《铁路工程基桩检测技术规程（TB10218-2008）》要求，设计单桩承载力400KN，单桩承载力极限值为800KN）。

表1试桩结果

Table 1 Pile Test Results

使用地质钻机进行地质核查以分析原因，部分结果数据简要摘录如下：

DK182+7731（偏距-8.69m，H=6.87m）实际淤泥层较设计厚约1.9m，对应设计管桩桩长6m，桩端仅进入淤泥层（标高0.7m）而未进入圆砾土层。

DK182+814（偏距16.5m，H=6.931m）处设计无淤泥层，实际取芯显示有2.7m厚淤泥层，淤泥层底部地层也存在夹层差异，此处原设计管桩桩长6m、端头（对应标高0.7m）进入圆砾土层0.4m。

DK183+698（左偏15.2m，H=5.390m）,芯样揭露，实际淤泥层厚约4.6m（原设计3.1m），且底部存在厚1.3m砾砂夹层，且细圆砾土中夹含厚3.7m的砾砂层（原设计无相应标识）；此处原设计管桩桩长8m、端头（对应标高-2.8m）未进入圆砾土层。

通过原勘察资料(DZ-3313)DK183+705钻孔，粗圆砾土筛分试验，小于0.075mm各层均小于20%（除11、15m大于20外），通过现场验证孔筛分试验小于0.075mm各层一般大于17%，在21%左右。

根据上述勘察孔所反馈实际地质情况，管桩试桩不合格原因主要为：一是淤泥层底部实际存在砾砂夹层，而原设计地层中无砾砂夹层；二是实际层间淤泥层较原设计厚；三是原设计桩端处在淤泥层范围，桩端未进入圆砾土层。

3.2  DK183+704～DK183+742双向水泥搅拌桩试桩情况

注：篇幅所限，本文仅摘录第2次试桩结果。

2018年10月18日～10月21日在DK183+704～DK183+705段进行

二次水泥搅拌桩试桩，水泥渗量分别为85kg/m、86kg/m及87kg/m，并单向、双向试桩。

2018年11月22日在该段共抽选3根进行了复合地基承载力试验及抽芯验证，试验结果显示，无侧限抗压强度为4～6m均不满足设计要求，静载试验结果复合地基承载力未满足不小于150KPa的要求；抽芯试验结果显示在桩顶以下4～6m淤泥层范围芯样基本未凝固且芯样较松散。

4  原设计软基处理方案存在问题

（1）管桩仅2处能满足单桩承载力设计要求，其余6处均单桩承载力及桩长不足。

（2）水泥搅拌桩。淤泥层范围土层黏性大、稠度高，导致搅拌机刀片难于切开搅拌均匀。该地质条件下采用水泥搅拌桩施工工艺无法保证施工质量与满足设计要求[2]。

5  问题工部理论分析

该工点属于典型的对路基加固施以刚性网格桩但无持力层的工部问题[3]，可以考虑增加桩长能增大中桩桩体荷载比，减小边桩上部弯矩及剪力、体系的最大沉降和路堤外侧竖向位移变异，使体系竖向变形由竖向剪切型部分地向水平扩散型转化。

当桩在软土中刺入足够深度时，可充分利用深层土对群桩的摩擦能力，同时通过张拉网、刚性网格和附加桩的组合加固路堤和路基；在此基础上，通过增加桩长，利用 PTC 管桩放宽中桩截面，减小附加桩桩径，使刚性网格–桩复合地基实现优化并适用于无持力层刺入工况。

综上，选取螺杆桩用于解决此类工点问题[4]。

6螺杆桩特点[5]

（1）为组合式桩，从上至下由圆柱型过渡至螺纹型；独特的变截面设计,将螺丝钉原理于桩基设计与施工中,以提高桩身强度与稳定性[6]。

（2）提高桩侧摩阻力。变截面设计充分利用了常规地层上软下硬的特点，满足附加应力分布规律及应力分担比、刚度变化要求,桩侧土体应力分担比例及应力扩散度均有提高,有效保证桩身受力与土体受力的协调一致[7]。同时螺杆桩成桩过程呈螺旋状挤压土体,属挤土灌注桩,对桩周土进行了挤密加固,从而提高了地基土的承载力和桩侧摩阻力特征值[8]。

（3）提钻与灌注同时进行,成桩过程不存在护壁、清底、塌孔、掉块、断桩及缩径等通病,桩身质量安全可靠。

（4）不受地下水等因素的影响,可适用于淤泥质粘土、粉土、粘土、粉质粘土、中细砂、小粒径砂砾石层、强风化岩层等[9]。

7软基加固方案调整

将DK182+576.11～DK183+319段范围管桩变更为螺杆桩，其余段落管桩按变更调整后桩长进行施工。

将 DK182+620.00～DK183+030.00段地基DK183+415.00～DK183+790.00段左侧站台边坡地基处理变更为螺杆桩+桩帽进行加固，采用桩间距2.5m，正方形布置。

将原设计素混泥土桩变更为螺杆桩。

8方案调整后施工效果

按调整后的螺杆桩进行施工，经桩基检测[10]，包括桩身完整性检测及单桩紧向静荷载试验，所以桩基均合同，满足设计要求。

地基土抗剪强度得到提高，变形性质得到改善，地基渗透性与渗透稳定得到改良，消除了各软弱土体的湿陷性与胀缩性。

9结论

针对在建浙江某高速铁路在临海车站软基处理按原设计施工过程中遇到的强度不足问题，按现场实际试验数据，吸收同类工程已有成功案例与经验，结合理论推演，及时对软基加固原设计复合桩进行变更调整，调整为螺杆桩加固地基。

螺杆桩采用特制的螺旋式桩机进行施工,通过螺纹式钻杆旋转挤压土体,钻杆提升过程中随即泵压混凝土而形成桩体；具有桩长短、桩数少、造价低及施工快的特点，成桩质量良好。

施工完成后经检测，包括桩身完整性检测及静载荷试验，得知螺杆桩复合地基施工完成后具有较好的承载性能，有效控制了该临海车站松软土地基的沉降。

本文工点作为螺杆桩复合地基在高速铁路、客运专线上使用（变更调整后使用）的又一案例，力证其承载力高、造价低、适应性强、施工易行等从多优点,对沿海地区铁路施工软基处理具有很好的参考价值。

参考文献

[1] 贺凯.现浇螺杆桩在高速铁路站场软基处理中的应用[J].人民交通,2019(07):78+80.

[2]张克辉,时兴隆,熊乾,杨有海.银吴客专螺杆桩复合地基承载及沉降特征研究[J].路基工程,2019(01):71-75.

[3]莫海鸿,黄文锋,房营光.不同桩长对无持力层刺入工况下刚性网格-桩加固路基的影响[J].岩石力学与工程学报,2013,32(S1):2944-2950.

[4] 冯浙. 螺杆灌注桩竖向承载特性的试验研究[D].中国建筑科学研究院,2019.

[5] 张伟.新型螺旋灌注桩承载性能的研究.中南大学

[6]高强. 通新高速铁路工程螺杆桩的设计与施工工艺[D].吉林大学,2018.

[7]陈亚东,于艳,孙华圣,王安汀,蔡江东,胡志军.竖向受荷螺杆桩承载特性离散元数值模拟[J].湖南大学学报(自然科学版),2018,45(S1):20-24.

[8]蒋鹏程.粉土地基CFG桩与螺杆桩复合地基承载特性对比分析[J].铁道学报,2019,41(04):125-132.

[

9]胡金山.黄土地区螺杆桩与CFG桩复合地基承载特性对比研究[J].铁道建筑,2018,58(06):104-106+124.

[10]周俊磊,张智慧.铁路路基螺杆桩质量检测技术[J].铁道建筑,2019,59(09):93-95+105.