氣泡混合輕質土在鐵路軟土路基中的應用(交通)

                                 李國鵬

              （中鐵第五勘察設計院集團有限公司  北京  102600）

摘要輕質土是路基建設的發展方向。東部沿海某鐵路軟土路基段需加寬路堤，文中分別研究

了鉆孔灌注樁結合筏板方案和輕質土減荷換填方案，結果表明，輕質土具有明顯的技術和經濟優勢。

關鍵詞  軟土路基  輕質土  鉆孔灌注樁  筏板

    氣泡混合輕質土經過多年的研究應用已發展為一項成熟的技術，其在原材料生產、機械設備、材料性能、設計方法、施工技術和質量檢驗等方面已經形成了完善的技術體系。工程實踐證明，氣泡混合輕質土技術在解決橋頭跳車、減小新舊路基沉降差異、控制軟土路基沉降、提高陡坡路堤穩定性、地下空洞填充、受限路段擴寬等問題上取得了良好的效果。

    在路基工程應用方面，氣泡混合輕質土流動性良好，施工中不需要振搗和碾壓，輸送距離遠；工期短，施工對周邊環境影響小，人工用量少，與普通路基填料相比具有明顯技術優勢；輕質土路基整體好、沉降小，對路面起到有效的保護作用，還可減少后續運營養護費用，綜合效益顯著。

1 工程概述

    工點位于某既有貨運站，站內新增一條到發線，該到發線右側邊坡占壓既有到發線坡腳。地貌上屬海積平原區，場地為平原區，地形平坦、開闊。工點長1040 m，以填方形式通過，既有站及其進站端路堤最大填高7. 09 m，軟土最深達45 m。

2工程地質特征

    工點范圍內地層狀況如下：

    (1)雜填土（）：層厚0.60～2.00 m，雜色，稍密，稍濕，以碎石土為主，II級普通土。    

(2)海積淤泥()：層厚0. 9～6. 40 m，灰褐色，流塑，土質均勻，II級普通土，=55 k Pa。

    (3)淤泥質粉質粘土()：層厚1.80～7. 20 m，黃褐色，硬塑，局部軟塑，以粘粒為主，土質較均勻，切面光滑，II級普通土，=150 kPa。

    (4)淤泥質粉質粘土()：層厚5.80～15. 37 m，灰褐色，軟塑，局部流塑，土質不均勻，II級普通土，=80 kPa。

    (5)粘土()：層厚0. 80～18. 20 m，青灰色，硬塑，土質較均勻，切面較光滑，II級普通土，=150kPa。

    (6)粘土()：層厚0. 70～23. 50 m，黃褐一青灰色，軟塑，土質較均勻，II級普通土，=130 kPa。

3設計措施比選

    路堤穩定安全系數及工后沉降控制標準：軟土路堤考慮列車荷載時的穩定安全系數不小于1. 10，路堤工后沉降不大于20 cm。采用指標：路堤用A、B組填筑時y=20 k N／m³，C_u=20 k Pa,=35⁰。地層參數見表1。

    經計算，無荷（僅有填土荷載）時穩定系數為0.93，地基工后沉降35 cm，大于工后沉降20 cm的要求，不滿足相應控制標準，地基需加固處理，設計方案擬采用樁筏結構（鉆孔樁十筏板十碎石墊層）或輕質土方案。

3.1  鉆孔灌注樁十筏板方案

    與傳統由單樁組成的復合地基或復合樁基相比，樁筏結構體系具有承載力高、結構剛度大、整體性強、控制沉降效果良好等優點，近年來大量開始應用于深厚軟土地區鐵路路基的地基加固。

    樁筏結構適用于荷載較大，地基承載力較低的地基條件，介于純樁基與天然地基之間，涉及樁一樁、樁一土、筏一土之間的相互作用，強調地基承載力的充分作用。一方面設置鋼筋混凝土筏板使上部填土的荷載通過褥墊層傳遞到樁和樁間土，增大樁頂的受力和樁間土應力比。另一方面樁基礎與筏板錨固連接后，筏板可均化上部荷載傳遞到地基的分布形式，樁基可將荷載傳遞至地基土中相對持力層，可有效解決局部應力集中和整體沉降問題，同時防止樁的側向變形。

    考慮對既有線運營安全及路基基礎穩定的影響，增建線路基底采用鉆孔樁十筏板結構型式。經計算，鉆孔灌注樁徑取1.0 m，樁間距4.2 m（橫）×5.0 m（縱），此時單樁承載力設計值[P]=2 279 k N，設計樁長取48～51 m。C40鋼筋混凝土筏板橫向寬7.3 m，縱向長20 m（其中板與板之間設置0. 02 m寬伸縮縫，縫內填塞瀝青），板厚1.0 m。此時下臥層承載力和沉降均滿足要求。典型橫斷面見圖1（粘土地層做縮略）。

3.2  輕質土減荷換填方案

    氣泡輕質土是制備的氣泡群按一定比例加入到由水泥、水及可選添加材料制成的漿料中，經混合攪拌、現澆成型的一種微孔類輕質材料，具有質量輕、整體性好、抗壓強度高、凝結自立性良好、抗變形能力高以及保溫隔熱等優點，可用于路基加寬、橋梁臺背回填、軟土路基減荷、地下結構物減荷、隧道空洞注漿、凍土路基保溫隔熱等。

    軟基在上覆硬殼層荷載的長期作用下已固結變形，并趨于穩定，且在硬殼層的應力擴散作用下，使軟基具有一定的承載力。對填土不高的新建路基，填土所產生的附加荷載較小，如采用氣泡輕質土填料替代普通填土的路基，可顯著減少路基荷載，且經過上覆硬殼層的擴散后，作用于軟基的附加荷載也相應減小，達到降低軟基的固結沉降，控制路基沉降的目的。其優點如下：①可降低填土荷載，減少附加應力，抑制軟基沉降和側移；②可簡化甚至取消軟基處理，簡化地下結構物設計；③施工工期短。

    工點內典型橫斷面計算簡圖見圖2。荷載換算土柱高3.0 m，寬3.7 m，土柱重度為20 k N／m³，輕質土重度為6.5 k N/m³，土體重度為18 k N／m³，左側漿砌片石重度為25 k N／m³，縱向計算長度取單位長度1m。

    經計算，路面竣工時路基橫斷面各點的沉降（以9道為中心線）曲線見圖3。路基竣工工期4個月，工后沉降基準期結束時間100年，經計算，此時基底附加應力為25. 81 k Pa，路面竣工時線路中心線下的地基沉降量3.7 cm，沉降基準期結束時線路中心線下地基沉降量12.3 cm，故地基沉降量為8.6 cm，滿足一般地段路堤工后沉降不大于20 cm的要求。

3.3方案對比分析

    工點內鉆孔灌注樁平均樁長50 m，累計468根(延米數23 040 m)，造價約3 687萬元；輕質土平均填高3. 82 m，平均斷面方45m3，總計約4.7×104m³，造價約1 310萬元。低于鉆孔灌注樁十筏板處理約2 377萬元，投資減少約65%。可見輕質土方案具有明顯的經濟優勢，因此該工點采用輕質土減荷換填方案。

4結語

    諸如放坡加寬、擋墻加寬等常規加寬工程，主要存在新舊路基沉降差異大，軟基需地基處理，路堤難壓實，整體穩定性差，費用難控、工期長等問題。而路肩墻或路堤墻收坡，圬工擋墻重量大，對地基承載力高，路堤整體穩定性也差，易產生側移，路面沉陷、開裂，甚至還會誘發各種災害。而輕質土加寬具有泵送澆注，不需便道；不影響通車，干擾小；無需重新進行軟基處理；施工簡便高效，工期縮短、減少養護費用等優點，實際應用前景難以估量。