盘锦港疏港铁路软基加固处理设计

袁 报

(中铁二院工程集团有限责任公司，山东济南 250012)

0 引言

盘锦港疏港铁路位于辽宁省盘锦市境内，线路全长48.9 km。国铁Ⅰ级，单线，预留双线，设计速度120 km/h。

1 地基加固处理设计概况

沿线经过区域为辽河冲积平原，地形平坦开阔，植被稀少，交通十分方便。年平均温度9.4℃，极端最低气温－29.9℃，年平均降水量632.8 mm，年平均蒸发量1 535 mm。积雪厚度20 cm，土地标准冻结深度为103 cm，属于季节性冻土。路基工点类型主要为软土、松软土及砂土液化等路基工点，共42处，累计长度34.3 km。

2 工程地质条件

该测区上覆第四系全新统(Qml4)人工填筑土，第四系全新统冲积(Qal4)、海积层(Qm4)粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉砂、粉土、细砂。主要岩土力学指标如下:

②粉质粘土(松软土):γ =18.5 kN/m3，C=13 kPa，φ =12°，［σ］=120 kPa，Es=4 MPa;

③淤泥质粉质粘土(软土):γ =17 kN/m3，C=10 kPa，φ =6°，［σ］=80 kPa，Es=2.5 MPa;

④粉土:γ =19 kN/m3，C=11 Pa，φ =14°，［σ］=150 kPa，Es=5 MPa。

3 水文地质

3.1 地下水分布及特征

测区内地表水发育，地下水主要为第四系孔隙潜水，埋藏较浅，埋深在 1.0 m ～3.5 m。

3.2 沿线水质对混凝土侵蚀性评价

沿线地表水、地下水SO2－4对混凝土结构侵蚀等级为H1～H2;Cl－对混凝土结构侵蚀等级为L1～L3。

4 地震动参数

本线范围内地震动峰值加速度为0.10g～0.15g，相应地震动反应谱特征周期为 0.45 s～0.55 s。

5 设计控制标准［2］

5.1 软土路基稳定检算安全系数

施工期安全系数［Fs］≥1.10;运营期安全系数［Fs］≥1.20。

5.2 软土路基工后沉降要求

一般路堤地段工后总沉降不大于20 cm，沉降速率不大于5 cm/年;路桥过渡段工后沉降不大于10 cm。

5.3 软土路基承载力要求

1)填高小于基床厚度的低路堤，地基承载力应满足相关规范的要求。

2)复合地基处理后的地基，承载力应满足下式要求:

其中，pk为路基底面处压力值，kPa;［σ］为处理后地基容许承载力，kPa;k为地基承载力计算修正系数，对于路堤、场坪等柔性基础地基其值可取1.2 ～1.5。

6 地基加固检算

6.1 承载力验算［1-3］

1)单桩竖向承载力特征值计算。

水泥搅拌桩单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。按式(2)，式(3)计算取较小值，CFG桩按式(2)计算，满足式(4)要求。

其中，Pf为水泥搅拌桩:为与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下90 d龄期的立方体抗压强度平均值，本工程取1.6 MPa;CFG桩:桩体混合料试块(边长150mm立方体)标准养护28 d立方体抗压强度平均值，本工程取10 MPa;η为桩身强度折减系数，干法可取 0.20 ～0.30;湿法可取0.25 ～0.33，本工程为湿法取0.30;up为桩的周长，m;n为桩长范围内所划分的土层数;qi为桩周第i层土的侧阻力特征值。对淤泥可取4 kPa～7 kPa;对淤泥质土可取6 kPa～12 kPa;对软塑状态的粘性土可取10 kPa～15 kPa;对可塑状态的粘性土可以取12 kPa～18 kPa;li为桩长范围内第i层土的厚度，m;qp为桩端地基土未经修正的承载力特征值，kPa;α为桩端天然地基土的承载力折减系数，本工程水泥搅拌桩取0.4，CFG桩取1。

水泥搅拌桩采用桩径0.5 m，由式(3)可求得［P］=94.25 kN;当 qi取12 kPa时，qp取150 kPa，当 li取4.5 m 时，由式(2)可求得［P］=96.6 kN，软土深度基本上均超过4.5 m，故［P］取94.25 kN。

对于CFG桩，28 d无侧限抗压强度不小于10 MPa，采用式(2)计算时，α取1，采用沉管施工，当qi取12 kPa时，qp取750 kPa，当li取15 m时，得［P］=324 kN，代入用式(4)验算满足要求。

2)复合地基承载力计算。

复合地基承载力可按TB 10106-2010铁路工程地基处理技术规程估算:

其中，σsp为复合地基容许承载力，kPa;σs为桩间土天然地基容许承载力，kPa;β为桩间土承载力折减系数。水泥搅拌桩当桩底为软弱土层时，可取0.5～1.0;桩底为硬土层时，可取 0.1～0.4;CFG 桩可取0.75～0.95;m 为置换率，一般可取10%～20%;A为桩所承担的复合地基面积，m2。

3)路基基底压力可采用简化方法γH法。γH法中的路基基底压力pk按下式进行确定:

其中，γ为路基填料容重，kN/m3;h为路堤填方高度，m;B为路堤基底宽度，m;Q为列车荷载，kN/m;P为钢轨、轨枕、道床总重(根据轨道类型及道床形式尺寸计算确定)，kN/m。

表1 水泥搅拌桩复合地基承载力计算表

从表1可以看出当k取1.2时，对地基承载力进行修正后，路基填高 h≤7.5 m 路堤地段，桩间距 1.2 m;7.5 m ＜ h≤8.5 m 地段，桩间距1.1 m;8.5 m ＜h≤9.5 m 地段，桩间距 1.0 m，承载力验算基本满足要求。

从表2可以看出，当k取1.2时，对地基承载力进行修正后，路基填高h≤10 m的路堤地段，桩间距1.8 m，承载力验算基本满足要求。

6.2 稳定计算

路堤和地基的整体稳定性宜采用圆弧滑动法进行计算。根据TB 10001-2005铁路路基设计规范和TB 10106-2010铁路工程地基处理技术规程相关规定进行计算。

6.3 沉降计算

1)地基压缩层计算深度应考虑路堤高度、地层结构及地基土特性等因素按下列要求综合确定，地基压缩层的计算深度应满足下式要求:

其中，σz为沉降计算深度z处的地基垂直附加应力，kPa;σt为沉降计算深度z处的地基自重应力，kPa。

2)天然地基和采取排水固结法处理后地基的总沉降量可按下式计算:

其中，ms为沉降经验修正系数，与地基条件、荷载强度、加荷速率等因素有关:对于饱和软粘性土，采用堆载预压排水固结法处理时，其值可取1.2 ～1.4。

表2 CFG桩复合地基承载力计算表

3)复合地基的总沉降量可按下式计算:

其中，S1为加固区沉降量，m;S2为下卧层沉降量，m;ms为沉降经验修正系数，与地基条件、荷载强度等因素有关，根据地区沉降观测资料及经验确定。对于软土地基，其值可取1.0～1.2;对于非软土地基，可根据区域工程经验取值。

4)地基工后沉降量应按下式进行计算:

其中，Sr为工后沉降量，m;S为最终沉降量(或称总沉降量)，m;ST为上部建筑物竣工或路基竣工铺轨完成己经发生的沉降量(或称施工期沉降量)，m。

表3 路基稳定性安全系数和沉降量计算成果一览表

路基稳定性安全系数和沉降量计算成果见表3。

7 结语

盘锦港疏港铁路路基正线及站线路基地基加固处理采用水泥搅拌桩，局部桥头地段采用CFG桩。场坪区域采用水泥搅拌桩和塑料排水板加固。水泥搅拌桩按正三角形布置，桩间距一般区域1.2 m;过渡段1.0 m ～1.1 m。桥头局部地段采用 CFG桩，按正方形布置，桩间距1.6 m～1.8 m。塑料排水板按正三角形布置，间距1.0 m，塑料排水板与水泥搅拌桩连接区域设置不小于2 m的过渡段，段内水泥搅拌桩间距1.6 m，塑料排水板间距仍保持1.0 m。桩或板顶设置不小于0.4 m厚的加筋砂砾石垫层，垫层内铺设一层抗拉强度80 kN/m双向土工格栅。

［1］铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册·路基［M］.北京:中国铁道出版社，1992.

［2］TB 10106-2010，铁路工程地基处理技术规程［S］.

［3］TB 10001-2005，铁路路基设计规范［S］.