浅谈混凝土管桩在滨海软土地基加固中的应用

赵佳权

（锦州铁道勘察设计院有限公司，辽宁 锦州 121000）

营口港仙人岛港区疏港铁路地处辽宁省南部地区，是连接国铁沈大铁路与营口港的一条滨海疏港铁路，该地区海岸线地质条件相对较差，多为淤泥质粘土，承载力多在50～80kPa之间，未经处理不能满足铁路路基填筑要求。

1 软土地基病害机理

软土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，具有含水率大、孔隙比大、压缩性高、强度低等特点的黏性土。工程特征表现为触变性、流变性、高压缩性、高灵敏度、低透水性以及不均匀性等。主要是由于地基土壤密度小，承载力低，铁路软土地基的压缩变形致使路堤产生不均匀沉降，致使路基的整体性被破坏。因此铁路路基在荷载作用下易产生整体的滑动失稳的趋势。破坏形式表现为，穿越地基软弱层的圆弧整体失稳破坏。

2 铁路软土地基的一般加固方法以及适用范围和优缺点

2.1 换填垫层法

施工方法简单，但是只适用于地表以下软土层厚度小于3m的软土地段；

2.2 预压排水固结法

施工方法相对复合地基方法简单，但施工组织设计需要留出足够的预压期；

2.3 复合地基加固法

碎石桩、水泥搅拌桩及预应力钢筋混凝土管桩等桩处理方法。施工速度较快，加固效果较好，但是投资相对较高，且施工质量难保证，施工后的检测工作较困难。而且目前采用的桩体处理软土地基有如下缺点：

碎石桩的加固地基的原理是在地基中设置碎石桩，形成复合地基以提高地基承载力和减少沉降。碎石桩具有良好的透水性，在铁路荷载的作用下地基土固结，工后沉降较大，另外碎石桩属于散体材料，其桩体承载力取决于桩周土能提供的侧限力，所以当地基土提供的侧限力较小时，采用碎石桩处理软土地基，地基承载力提高幅度较小，甚至会产生堆桩的现象。

水泥搅拌桩是利用水泥深层搅拌机将固化剂（水泥浆外掺一定的掺和剂）与地基土强制就地搅拌形成水泥土桩，由于水泥搅拌桩的成桩过程都在地下，水泥浆与土是否搅拌均匀，水泥桩的整体性很难把握，特别是遇到粘性地基土，土粘钻,很难搅拌。

预应力钢筋混凝土管桩是通过打桩机将预应力钢筋混凝土管桩锤入地基土中，通过挤密和置换原理形成复合地基，由于直接锤击钢筋混凝土管桩，成桩过程中容易断桩、截桩，另外采用预应力钢筋和高标号混凝土，桩体成本太高，不利于大面积推广使用。

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3 混凝土管桩加固铁路软土地基介绍

3.1 混凝土管桩桩体介绍

混凝土管桩加固铁路软土地基是采用工厂预制混凝土管桩，管内填筑合格C组填料，管外附着一层干燥压缩膨胀土膜，并用塑料网格固定，通过打桩机冲击管桩孔，同时挤密周围土层，然后将混凝土管桩打入桩孔内，由于混凝土管桩与管桩孔间有打桩机管壁的厚度差值，故桩体与管孔间有缝隙，管桩外壁的干燥压缩膨胀土膜就是解决缝隙的方法，原理是膨胀土遇水膨胀，正好填充缝隙，管桩和挤密后的地基形成复合地基，达到加固软土地基的目的。在铁路软土地基处理过程中，桩处理中的单桩容许承载力有两个计算指标，即材料本体的单桩承载力和桩周摩擦力及置换面积产生的单桩承载力，验算时取两者最小值。C30混凝土管桩材料本体的单桩容许承载力远大于桩周摩擦力及置换面积产生的单桩承载力，故管桩替代预应力混凝土管桩桩体处理软土地基完全可行。

3.2 混凝土管桩加固软土地基设计

混凝土管桩加固软土地基是依靠挤密后的土体和混凝土管桩构成复合地基，从而达到加固软土地基的目的。本方法的优点是：加固地基效果好；施工后检测方法简单；投资较其它桩体处理节省；施工质量最易控制。

3.3 混凝土管桩施工工艺

①清理施工现场，布置桩位；

②施工机具就位，使沉管垂直对准桩位；

③进行沉管，成桩孔，将混凝土管桩打入沉管内，拔出沉管。

④洒少量水，成桩完成。

⑤铺设加筋垫层，加筋垫层采用5%水泥稳定碎石，厚度为0.4～0.6m,中间加铺钢塑土工格栅。

3.4 混凝土管桩附图3.5设计工程实例

营口港仙人岛港区疏港铁路位于辽宁省营口市盖州境内，是连接沈大铁路与营口港仙人岛港区的疏港铁路，在疏港铁路的末端为滨海地段，地质条件相对较差，属软土地基地段，岩土类型为粘土、淤泥质粘土，天然地基承载力为50kpa，厚度为6～8m。需要处理软土地基的面积为23000m2，根据铁路工程地基处理技术规范，该软土地基地段需采用多向水泥搅拌桩处理，水泥搅拌桩处理软土地基成本相对较高，而且工后检测难度较大。针对本项目，分别采用水泥搅拌桩和混凝土管桩加固软土地基做如下设计方案比选：

3.5.1 软土地基土层参数表（表1）

3.5.2 方案比选

Ⅰ方案：多向水泥搅拌桩加固软土地基

通过水泥搅拌桩单桩承载力验算，水泥搅拌桩的单桩承载力为128kpa，复合地基承载力为135kpa，满足铁路路基基底承载力要求，水泥搅拌桩桩体按正方形布置，加固间距1.0m×1.0m,单根桩长为9m，总桩长为207000延长米，水泥搅拌桩单价为56元/延长米，总投资为1159万元。

Ⅱ方案：混凝土管桩加固软土地基

通过混凝土管桩单桩承载力验算，混凝土管桩的单桩承载力为628kpa，复合地基承载力为131kpa，满足铁路路基基底承载力要求，混凝土管桩桩体按正方形布置，加固间距2.5m×2.5m,单根桩长20m，总桩长为73600延长米。混凝土管桩单价为120元/延长米，总投资为736万元。

3.5.3 投资比较

综上所述，混凝土管桩与水泥搅拌桩相比较，加固后效果基本相同，但投资节省276万元，混凝土管桩施工较易控制，工后检测特别方便，故采用混凝土管桩加固软土地基方案。

结语

根据以上混凝土管桩加固软土地基的情况，可以得出以下结论：

1）混凝土管桩处理软土地基方案可行，方法简便，软土地基承载力可以达到设计规范的要求。

2）通过该方法处理软土地基，具有设备简单，桩体取材方便，地基加固效果明显，同时管桩成本相对其它桩体成本较低，对工程造价控制，节约投资具有显著的经济效益。

3）混凝土管桩加固软土地基是一种可广泛推广应用的经济型软土地基加固方法。

4）混凝土管桩与预应力钢筋混凝土管桩相比，混凝土管桩打桩时不需要直接锤击桩体本身，减少了预应力钢筋的配置，同时混凝土的标号由C60调整到了C30，桩体成本减少了一大半。

[1]J1078-2010，铁路工程地基处理技术规程[S].

[2]J158-2006，中华人民共和国铁道部铁路特殊路基设计规范[S].

[3]J447-2005，中华人民共和国铁道部铁路路基设计规范[S].

[4]JGJ94-2008，中华人民共和国建设部建筑桩基技术规范[S].

[5]，GB50007-2002，中华人民共和国建设部建筑地基基础设计规范[S].