埋入式桩板结构在无砟轨道软土地基处理中的应用

李 杰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

沪宁城际铁路起于上海市，沿既有沪宁线走廊穿行，经苏州、无锡、常州、镇江，终于江苏省南京市。线路全长约300 km，全线约170 km并行既有沪宁铁路，丹阳以东为长江冲积平原，深厚层软土发育。沪宁城际铁路设计时速300 km，全线铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道。全线路基长度94.23 km，约占线路总长的31.4%，深厚层软土沉降控制难度大，并行既有线施工安全要求高，埋入式桩板结构较好地解决了上述两个问题。

1 工点概况

1.1 工点概况

DK225+283.35～DK226+151.68段路基位于江苏省苏州市境内，该段路基全长860.99 m，路堤填高2.5～4.1 m，路基面宽度13.4 m，其中DK225+551.65～+578.31段路基下穿既有公路。路基左侧并行既有沪宁线，为国内最重要的Ⅰ级干线，新建沪宁城际铁路中心距离既有线砟肩约16 m。

1.2 工程地质条件

该段线路通过太湖冲湖积平原区，地形平坦开阔，多辟为水田及菜地。软土及松软土分布较广，地下水主要为孔隙潜水，受大气降水补给影响，水位埋深约0.5～2.0 m。地表水、地下水氯盐环境作用等级为L1级。地基土分层物理力学性质指标详见表1。

表1 地基土分层物理力学性质指标

2 地基加固设计方案

2.1 地基处理方案设计

无砟轨道结构对路基工后沉降提出了严格的要求，路基工后沉降控制标准为工后沉降一般不应超过15 mm;路桥交界处的差异沉降不应大于5 mm。如根据通道内软基处理试验成果和地方岩土工程经验，采用常规的搅拌桩、旋喷桩等水泥土复合地基加固措施难以满足设计要求而达到近于“零”沉降的控制的目的，采用刚性桩进行加固是解决问题的有效方法。工程设计前，首先进行了地基处理方案比选。

方案一:预应力管桩处理方案，根据工点工程地质条件经检算分析，该段路基最长桩长需46m。管桩规范规定选取管桩型号时，其长径比不得超过1∶100，其桩间距为桩径的4～5倍。若采用桩径为0.4 m管桩，则桩间距为1.6～2.0 m，采用桩径为0.5 m管桩，则桩间距为2.0～2.5 m;

方案二:钻孔桩+C35钢筋混凝土板梁埋入式桩板结构，钻孔桩桩径0.8 m，桩长46 m，板梁厚0.8 m，钻孔桩横向间距2.6 m，纵向间距7.0 m+8.0 m+7.0 m。板梁从两侧桥头向中心布置，板梁纵向节长27.0 m，板梁与板梁间设0.02 m伸缩缝，每块板梁布置20根桩。方案比选主要考虑了以下因素。

(1)该段路基下卧层有厚约4 m的双层粉砂层及约10 m厚的粉质黏土硬层，同时路基右侧紧临既有线，右侧坡脚与既有沪宁线只有5.28 m;如若采用管桩加固，无论是静压还是打入法施工，管桩都难以穿过黏土硬层及粉砂层，同时因挤土效应容易引起地面隆起，导致既有线轨面变形，影响既有线运营安全。

(2)其中DK225+551.65～+578.31段路基下穿既有公路，路基面与公路梁底净空只有11.5 m;预应力管桩钻机机具高度约26.9 m，不能满足净空高度要求。

(3)经济性比较，采用管桩加固，桩基处理总费用约2 056万元，采用钻孔桩埋入式桩板结构加固，总费用约2 200万元，钻孔桩比管桩造价高约7%。

综合分析以上3个因素，本工点推荐方案二，见图1～图2。

图1 钻孔桩平面布置(单位:m)

2.2 沉降估算

工后沉降主要是桩端平面以下、当前荷载作用下的残余沉降以及后期使用荷载作用下产生的沉降。由于本工点路堤填高不大，通过加强材料质量控制和提高基床以下路堤压实标准后不考虑路基本体(含基床)的工后沉降。加固处理部分，因采用了强度高、刚性大的钻孔桩，在选取良好持力层的基础上不考虑桩区(加固部分)的工后沉降。

图2 钻孔桩横断面布置(单位:m)

桩端以下变形参数选取采用分层总和法求总沉降，压缩变形参数选取地基土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量(MPa)，地下水位以下采用浮容重。压缩层计算厚度按附加应力等于0.1倍自重应力确定。桩端应力采用应力扩散法计算，对DK225+283.3、DK225+725、DK226+150断面进行沉降计算。

(1)DK225+283.3断面有荷条件下无加固措施的工后沉降为170.4 mm，不满足15 mm要求，采用钻孔桩加固措施后工后沉降为14.3 mm，桥路过渡段总沉降16.5 mm，差异沉降2.2 mm，满足路桥交界处的差异沉降不应大于5 mm的要求。

(2)DK225+725断面钻孔桩下卧层有荷条件下沉降合计为16.7 mm，无荷沉降合计为3.2 mm，工后沉降为13.5 mm，满足工后沉降一般不应超过15 mm的要求。

(3)DK226+150断面钻孔桩下卧层有荷条件下沉降合计为23.1 mm，无荷沉降合计为8.4 mm，工后沉降为14.7 mm，桥路过渡段总沉降16.5 mm，，差异沉降1.8 mm，满足路桥交界处的差异沉降不应大于5 mm的要求。

2.3 路基变形监测设计

满足工程建设需求的监测测试项目主要有路基面沉降监测、基底沉降监测、水平位移监测，详见表2。

表2 监测项目及位置

3 钻孔灌注桩施工

钻机的摆放和桩基础施工顺序为:由于地形的限制和既有线的影响，桩基施工从既有线方向往远离既有线方向施工，能更好地方便测量和泥浆循环。

钻孔灌注桩施工分为施工前准备、钻孔、清孔、钢筋笼的制作及安放、灌注水下混凝土及质量检测等几个阶段。对于钻孔桩施工过程中常见的质量缺陷应提前预防，并采取合理的应对措施。

(1)钻孔泥浆控制:入孔的泥浆比重为1.2～1.3，孔底的泥浆比重砂黏土时不宜大于1.3。黏度，一般地层16～22 s，松散易坍地层19～28s。含砂率，新制泥浆不大于4%。胶体率，不小于95%。pH值大于6.5。

(2)成孔质量控制:钻机安装平稳，开孔时应慢转、轻压、小泵量钻进，同时选择性能良好的钻头，遵偱“一次清孔为主，二次清孔为辅”的原则，确保成孔孔径、孔斜、沉渣厚度指标达到设计要求。

(3)钢筋笼的制作及安放:钢筋笼制作前应将主筋校直，清除表面污垢、锈蚀等，钢筋笼采用环形模制作，同时必须轻提缓放，下遇阻力应立即停止，查明原因并进行处理后再行下放，严禁高起猛落，强行下放。

(4)水下混凝土灌注控制:水下混凝土灌注是钻孔桩施工的关健工序，容易埋导管，混凝土产生夹泥、空洞、离析等质量缺陷，灌注过程中应正确撑握导管的提升与拆除，经常活动导管，反复插动，以利于水下混凝土密实，首斗灌注量必须确保导管底部埋入混凝土面1.3 m以上。

(5)桩基质量检测:混凝土强度试件每根桩至少制取4组，每个工作班至少制取2组。孔径、孔形和倾斜度采用探孔器进行测定。每根桩均进行超声波无破损法或小应变检测，检测桩的完整性，超声波检测应在桩身混凝土浇筑完成后3～30 d内进行。应按规范要求对钻孔桩进行钻芯取样检查，以检验桩的混凝土灌注质量。

4 沉降观测

4.1 测点分布概况

本区段主体工程于2009年5月1日完成，共设置12个观测断面。观测自2009年11月26日开始，截止时间2010年1月12日，观测历时48 d，观测期次10～12期，观测期间经历测点转移、路基面级配碎石施工，底座板施工等荷载变化情况。

4.2 测量实施概况

所有水准测量应满足二等变形等级测量技术要求，按国家一等精密水准测量方法施测，测量精度:±1 mm，读数取位至0.1 mm。

每次观测前，都对水准仪进行了校验，观测置镜点、观测路线、观测人员、观测设备固定，转点位置使用尺垫，并且在成像清晰稳定的条件下进行观测。下部结构的沉降变形观测按照固定的观测路线和观测方法进行，观测路线形成附合或闭合路线，使用固定的工作基点对应沉降变形观测点进行观测。

4.3 沉降变形观测数据分析

本区段共设24个测点，根据观测数据统计分析可知:

(1)该评估区段主体完工后最大累计沉降量为2.37 mm，最小累计沉降为0.31 mm，总沉降量较小;

(2)23个测点(占95.83%)在主体工程完工(路基施加预压荷载或架梁完成)后，累计沉降量小于2 mm，起伏变化量小于3 mm，且最后一个月的观测数据未出现连续下沉现象，可判定为满足沉降标准要求，认为该测点在现阶段沉降已趋于稳定。

5 结语

(1)对下卧层为有双层软土(内有粉砂或硬土夹层)临近既有线或下穿公路或高架道路下无砟轨道软土路基采用“埋入式桩板结构”处理是可行的。

(2)钻孔桩布桩时，应保证最外侧加固区距离既有建筑物有一定距离，特别是对于既有运营线路，同时应加强对既有建筑物的监测。

(3)对钻孔桩等大型设备需确保桩基施工时不会因地形等原因导致桩机倾斜;必要时可采用换填处理，换填厚度应不小于1.5 m。

(4)实测数据表明，埋入式桩板结构总沉降量很小，远小于设计估算沉降量，下一步应对该结构沉降特性进行研究分析，以期达到降低工程造价的目的。

［1］ 铁建设函［2005］754号 客运专线无碴轨道铁路设计指南［S］.

［2］ 铁建设［2006］158号 客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南［S］.

［3］ TZ212—2005 客运专线铁路路基工程施工技术指南［S］.

［4］ 高霞，肖宏，王洪刚.高速铁路斜坡桩板结构路基稳定性影响因素分析［J］.铁道标准设计，2013(8):23-27.

［5］ TB10621—2009 中华人民共和国铁道部.高速铁路设计规范(试行)［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［6］ 中铁第四勘察设计院集团有限公司.高速铁路深厚软土地段地基加固处理与路基填筑技术综合试验研究报告［R］.武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2011.

［7］ 陈尚勇.钻孔桩-连续薄板结构处理高速铁路深厚软基试验研究［C］∥软土路基工程技术研讨会论文集.北京:人民交通出版社，2012.

［8］ 顾湘生.客运专线路基工程几个问题的讨论［J］.铁道工程学报，2005(1):31-38.

［9］ 王炳龙，等.高速铁路路基工程［M］.北京:中国铁道出版社，2007.

［10］曾国熙，卢肇钧，等.地基处理手册［M］.北京:中国建筑工程出版社，1998.

［11］张宏编著.灌注桩检测与处理［M］.北京:人民交通出版社，2001:142-150.