袋装砂井法在邯黄线软土地基处理中的应用

薛方刚

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

软土天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差。在荷载作用下，软土的地基承载能力低，地基沉降变形大，差异沉降亦大，因而软土地基是铁路工程中遇到的较难进行人土处理的地基之一。袋装砂井加固软土路基技术，属于垂直排水加固软土地基方法，是在一般砂井法的基础上发展起来的一种新工艺、新技术。它在需要加固地段的地面上先填筑排水坡(路拱或横坡)，并铺设好排水砂垫层，再将砂袋垂直置于地基中已成孔内，形成袋装砂井，然后对地基加载预压，使地基中水分迅速沿袋装砂井和砂垫层排出，从而达到加速地基固结沉降的目的。

1 工程概况

新建邯郸(邢台)至黄骅港铁路西起河北省邯郸市，经邢台、南宫、衡水、沧州等市至黄骅港。本线为国铁Ⅰ级单线(预留双线)电气化铁路，运营开通后将成为连接河北省内陆至出海口的交通动脉。

铁路设计终点沧州市黄骅港地区广泛分布第四系全新统陆相及海相沉积的软土层。本文论述的软土路基位于黄骅港港区即有朔黄铁路北侧，长2 260 m。勘察中采用了地质调绘、钻探、触探、原位测试、室内岩土试验等综合勘探方法，对该段落路基的物理力学性质进行统计分析。

2 工程地质条件

本场地土壤最大冻结深度为0.50 m，地震动峰值加速度0.05g(地震基本烈度为Ⅵ度)，地震动反应谱特征周期为3区。

因场地大部分为盐池及虾池，部分经人工填土整平而成，土壤含盐量较高，且分布不均，表层土综合考虑为盐渍土，类型为氯盐渍土，为强盐渍土。毛细水强烈上升高度2.5～3.0 m。

2.1 地层岩性

本段地处滨海平原，地形平坦，地势开阔，地表大部分为虾池盐田，部分段落经人工填土整平。经地质调查、钻探揭示，本段勘探范围内地层从上到下顺次为第四系全新统人工堆积层)，第四系全新统冲积层)，第四系全新统海相沉积层)，局部表层夹少量植物根系，各地层岩性特征、厚度和分布情况描述如下。

①1素填土:黄褐色，软塑，以黏性土为主，主要分布于虾池、盐池池堤及即有道路处，厚度0.3～2.0 m。

③51淤泥质黏土:黄褐色、灰褐色，流塑，含少量贝壳碎片，局部夹粉砂薄层，厚度1.3～1.9 m。③61淤泥质粉质黏土:黄褐色、灰褐色，流塑，含少量贝壳碎片，局部夹粉砂薄层，厚度0.7～2.9 m。③11黏土:黄褐色、灰褐色，软塑—硬塑，含少量锈斑，局部夹粉砂薄层，厚度0.7～2.8 m。③21粉质黏土:黄褐色，软塑—硬塑，含少量锈斑机灰色条纹，局部夹粉土薄层，厚度1.1～4.9 m。③31粉土:黄褐色，稍密，稍湿—潮湿，含少量贝壳碎片，厚度0.6～4.5 m。

(3)第四系全新统海积层(Q4m)

④12黏土:灰褐色、褐灰色，软塑，含少量贝壳碎片，偶夹腐殖质，局部夹粉土薄层，厚度0.6～5.4 m。④21粉质黏土:灰褐色，软塑—硬塑，含少量贝壳碎片及锈斑，局部含粉土薄层，厚度0.6～8.1 m。④22粉质黏土:灰褐色、褐灰色、灰黑色，软塑，含少量贝壳碎片，厚度0.5～7.9 m。④31粉土:灰褐色、褐灰色、浅灰色、灰黄色，稍密—中密，稍湿—潮湿，含少量贝壳碎片，含淤泥质粉质黏土薄层，局部与淤泥质粉质黏土互层，厚度1.2～7.9 m。④32粉土:灰褐色、褐灰色、浅灰色、黄灰色，稍密—中密，潮湿—饱和，含少量贝壳碎片;局部夹粉砂薄层，厚度0.9～8.2 m。④51淤泥质黏土:褐灰色、灰褐色、浅灰色，流塑，含少量贝壳碎片，局部夹粉土薄层，厚度1.4～4.6 m。④61淤泥质粉质黏土:褐灰色、灰褐色、浅灰色，流塑，含少量贝壳碎片，局部夹粉土薄层，厚度1.2～7.5 m。④71粉砂:褐灰色、黄灰色，松散—中密，饱和，矿物成分以石英、长石为主，含少量云母及贝壳碎片，厚度1.1～3.8 m。④72粉砂:褐灰色、黄灰色，中密，饱和，矿物成分以石英、长石为主，含少量云母及贝壳碎片，厚度2.0～2.2 m。

⑤1黏土:灰褐色，软塑—硬塑，含少量锈斑;局部夹粉土或砂类土薄层，厚度1.1～1.5 m。⑤2粉质黏土:灰褐色、黄褐色，软塑—硬塑，含少量锈斑;局部夹粉土或砂类土薄层，厚度0.8～3.1 m。⑤3粉土:褐灰色、黄灰色，密实，潮湿，含锈斑及云母碎片，局部偶见锈斑;局部夹粉质黏土、砂类土薄层，厚度1.2～5.8 m。⑤7粉砂:褐灰色、黄灰色，中密—密实，饱和，矿物成分以石英、长石为主，含少量云母及贝壳碎片，厚度1.0～8.8 m。

地层分布代表性剖面见图1。

图1 代表性地质剖面

2.2 各土层物理力学指标

由于各土层物理力学指标在一定范围内变化，为了节省篇幅，表1列出各土层主要物理力学指标。

2.3 特殊试验指标

场地土特殊试验参数如表2。

2.4 地基基本承载力

为了了解地基承载力情况，表3列出了岩土施工工程分级及地基基本承载力。

表1 各土层主要物理力学指标

3 水文地质条件

3.1 地下水

本区地下水为第四系孔隙潜水，钻孔揭示地下水埋深－1.0～2.2 m(高程:2.26～－0.9 m)，主要靠大气降水及海水补给，以蒸发及地下径流方式排泄。地下水位变幅1.0～2.0 m。经取地下水水样化验分析后综合判定:本工点地下水对普通混凝土结构具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级H4;具镁盐侵蚀性，环境作用等级H3;对钢筋混凝土结构中钢筋具氯盐侵蚀性，环境作用等级L3。

表2 特殊试验参数

表3 岩土施工工程分级及地基基本承载力

3.2 地表水

地表水主要存在于虾池、盐池之中，含盐量高低不均，综合考虑为对普通混凝土具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级H4;具镁盐侵蚀性，环境作用等级H3;对钢筋混凝土结构中钢筋具氯盐侵蚀性，环境作用等级L3。

4 地基处理方法

4.1 地基处理方法选择

本段铁路路基属典型滨海盐渍土软土地基，在路基施工之前，须采取有效的路基基底加固措施，对路基基底进行处理。

针对该地区地貌特征及软弱土层特性，对多种方案进行比较分析，认为袋装砂井堆载预压排水固结法处理成本较低，符合现场条件。设计中确定采用袋装砂井排水固结法加固软土地基。

方案比选情况如表4。

4.2 排水固结法加固原理

饱和软土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢减小，地基发生固结变形。同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基的强度逐渐增长。因此，排水固结法可以解决沉降和稳定问题。

表4 软土路基加固方案比选

4.3 排水固结法工程处理措施

本段落软土路基竖向排水体采用袋装砂井，呈梅花形布置。水平排水体采用砂垫层夹土工格栅，即先铺设砂垫层，再铺设一层土工格栅，其上再铺砂垫层。路基横断面示意如图2所示。此外，在路堤两侧设置反压护道以增加路堤抗滑稳定性，在路堤顶面采用土体超填堆载法以消除由运营超载引起的后期沉降。

(1)路堤基床表层填筑0.5 m厚级配碎石和0.1 m厚的中、粗砂，基床底层上部填筑改良土，厚0.5 m，基床底层下部填筑C组土并加强碾压，厚1.4 m。基床以下填筑C组土，防护高程以下填筑渗水土。防护高程为4.00 m，于防护高程处设2.0 m宽护道。

(2)路堤边坡坡率:防护高程以上1∶1.50，以下1∶1.75，路基面每侧预留沉落加宽值0.2 m。

(3)两侧路堤边坡防护高程以上采用M7.5浆砌片石肋柱式骨架护坡，骨架间撒播草籽并栽种紫穗槐。路堤两侧护道及以下边坡采用M7.5浆砌片石护坡。勺形基础宽0.6 m，高0.7 m，基础顶面埋深0.2 m。勺基外2.0 m设草袋围堰，抽干积水、挖除淤泥后，回填渗水土。

(4)路基基底采用袋装砂井加固处理。场地设围堰抽水挖淤，填筑渗水土至整平高程，整平高程以上由线路中心向两侧做2%的排水横坡，其上设厚0.3 m的砂砾垫层开始打设袋装砂井，砂井直径为7 cm，间距1.0 m，正方形布置。于砂砾垫层顶面铺设一层立体土工格栅(80 kN/m)，上铺0.2 m厚砂砾垫层。

立体土工格栅由肋带竖立交叉编织而成，接点通过交叉注塑成型，材料采用聚丙烯(PP)，碳黑含量≥2%，延伸率≤10%，抗拉强度≥80 kN/m，交叉插销注塑结点强度≥800 N，格孔边长20～25 cm。

图2 路基设计剖面示意

5 施工注意事项

(1)施工应按照设计要求进行，施工前应对工点进行地形和地质复查核对工作，如与原设计不符时，应及时与建设、设计单位联系处理。

(2)袋装砂井施工前应对工点范围内的各种管线探明并迁改后再施工，彻底拆除地下既有废弃建(构)筑物基础，基坑回填土应符合路基相应部位填料及压实标准的要求。严禁将拆除的建筑垃圾就地回填。地表杂填土中的生活垃圾应进行挖除换填。

(3)砂袋充填材料选用渗水率较高的中、粗砂，粒径大于0.5 mm的砂的含量应占总重的60%以上，含泥量应小于或等于3.5%。砂袋应采用具有良好的透水性、韧性和耐水性。

(4)加强沉降观测，并及时绘制填土—时间—沉降曲线，根据观测资料确定路基面上砟铺轨时间。施工过程应重视沉降观测设备的埋设和保护工作，保证观测的精度和连续性，工程验交后，应将有关资料提交运营部门继续进行观测工作。

(5)土工合成材料必须满足国标要求及设计图纸要求，并进行严格性能指标检验，且按《铁路路基土工合成材料应用技术规范》及设计要求进行保存、施工和验收。立体土工格栅铺设时应将肋带方向与线路中线成45°方向铺设。

(6)路堤填筑完成后，应及时施做边坡防护和排水沟等设施，同时要保证排水通畅，防止雨水对边坡的侵蚀和冲刷，确保路基本体和边坡的稳定。

6 结束语

根据邯黄线某代表性段落的地形、地质条件、路堤高度和工期等实际情况，选用袋装砂井超填预压的方法处理软土地基是合适的，袋装砂井的施工设备简单、施工速度快、不污染环境、排水效果好、可广泛应用于处理软土地基。袋装砂井与砂垫层中铺土工格栅结合，作用效果好，袋装砂井缩短了软土固结的排水路径，软土在填土荷载作用下产生的超孔隙水压力迅速消散，使土的固结和压缩提前发生。砂垫层中铺设土工格栅能有效阻止土体的位移、下沉、滑坍，提高地基稳定性，既保护了砂垫层的完整性，又有利于水平方向排水。

［1］TB10012—2007 铁路工程地质勘察规范［S］

［2］TB10077—2001 铁路工程岩土分类标准［S］

［3］TB10038—2001 铁路工程特殊岩土勘察规程［S］

［4］TB10102—2010 铁路工程土工试验规程［S］

［5］GB50011—2006 铁路工程抗震设计规范［S］

［6］TB10035—2006 铁路特殊路基设计规范［S］

［7］铁道第一勘察设计院．铁路工程地质手册［M］．北京:中国铁道出版社，2002

［8］杨广庆．路基工程［M］．北京:中国铁道出版社，2003