砂石桩在厂区铁路地基处理中的应用研究

丛 征

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201999)

砂石桩在厂区铁路地基处理中的应用研究

丛 征

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201999)

针对某钢铁厂铁路地基需进行二次加固处理的现状，在经过技术经济比较后，采用砂石桩方案进行加固。结果表明：经砂石桩二次加固后的地基,其表层土地基承载力特征值能达到150 kPa，深层软土层地基承载力能满足下卧层验算要求，且路基工后沉降控制在30 cm以内，达到了钢铁厂铁路路基的使用要求。

砂石桩，铁路路基，地基处理

1 概述

一建造于东南亚某国家的大型钢铁厂，其铁路部分全部位于新近形成的吹填土内。该区域原地基中存在软土层，厚度3.0 m～11.0 m，后吹填4.0 m左右的砂层，场地形成后采用真空预压结合强夯进行初步处理，处理后场地表层的地基承载力特征值不小于90 kPa，软土的固结度不小于0.8，显然作为普通的建设场地，经过处理后的吹填土能满足要求，但对于以运营350 t鱼雷罐车为主的钢铁厂铁路，这种处理显然是不能满足使用要求的，必须对其进行二次加固处理。至于对表层吹填土及深层软土如何处理，参考的方法很多[1-5]，最后本工程结合一次地基处理的成果，采用砂石桩进行铁路路基地基加固，结果表明，不仅达到了铁路路基使用要求，且工期短、造价低。

2 钢厂铁路路基地基处理的必要性

2.1 荷载分析

该钢厂采用352 t鱼雷罐车进行铁水运输，其荷载形式及铁路路基标准断面如图1，图2所示。

1)地基承载力验算。鱼雷罐车轴线总长度为25.8 m，主动侧总长度为7.6 m，轨枕长度按2.5 m计算，则混凝土轨下碎石道碴所受的荷载大小为：

由于道碴的地基承载力特征值基本上可达到300 kPa以上，所以道碴能满足地基承载力要求。

2)软弱下卧层验算。地基应力扩散角按30°计算，碎石道碴及垫层的总厚度为2.1 m，地下水位在垫层底面处。道碴重度按

18 kN/m3考虑，则道碴底部的平均压力为：

18×1.6+8×0.5=107.9 kPa。

经加固后的吹填土地基承载力特征值为80 kPa<107.9 kPa，即软弱下卧层不能满足地基承载力要求，必须进行二次加固。

2.2 沉降分析

采用分层总和法，可得到在铁路荷载作用下，铁路路基的总沉降约为0.2 m～0.61 m，不能满足规范[6]要求的30 cm，故也需进行加固。

2.3 加固方案比选

对于铁路二次地基加固方案，竞标时不同设计单位有不同的看法，而且分歧很大，有主张用水泥土搅拌桩，也有主张用水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)，采用刚度较大的水泥土搅拌桩和CFG桩进行加固的目的均是要将原地基中的软弱土层，由原来的60 kPa左右，提高到规范要求的150 kPa，而本公司根据铁路路基的受力特点，并结合场地形成时的地基处理成果，提出了一种新的设计理念，认为只需将表层吹填砂层的地基承载力处理到规范要求的150 kPa，而下部软土层只需满足软弱下卧层的承载要求即可，由这点要求来进行地基加固设计，故可采用置换率较低的砂石桩进行处理，三种地基处理方法的对比见表1。

表1 三种地基处理方法对比表

由于在一次地改过程中，深层的软土地基已经进行加固，且已经消除大部分沉降，故采用砂石桩处理的复合地基沉降能控制在规范的要求范围之内，再加上砂石桩的造价远低于水泥土搅拌桩及CFG桩，最后经过技术经济比较，采用振动沉管砂石桩进行处理。

3 地基加固方案

3.1 计算图式

采用振动沉管碎石桩进行铁路地基二次加固的计算图式如图3所示。

3.2 软弱下卧层复合地基验算

本工程计算不考虑临近铁道的相互影响，将荷载按矩形分布考虑，经砂石桩加固后的吹填土层视为垫层，其下被加固的软弱土层视作软弱下卧层，软弱下卧层顶面的荷载为：

(18-10)×(2.24+1.09)=80.3 kPa。

碎石桩复合地基承载力可以表示为：

fspk=mfpk+(1-m)fsk

(1)

得：fpk=6·Ccu·tan2(45°+38°/2)=6·12.5·tan264°=315kPa。根据式(1)得：80.3=315×m+60×(1-m)，故可得置换率m=8.0%。采用φ600的碎石桩，间距1.8m，正方形布置。

3.3 吹填砂层复合地基验算

对于吹填砂层复合地基，其fsk可取为120kPa，Ccu可取为20kPa，则fpk=6·Ccu·tan2(45°+40°/2)=6·20·tan265°=552kPa，复合地基承载力为155kPa>107.9kPa，也符合规范要求，故加固后的吹填砂层及软弱下卧层均满足要求。

3.4 加固后的沉降计算

加固后，软弱土层的沉降为0.15cm～0.44cm，再考虑施工期间的沉降，故沉降基本满足要求。

4 检测

在施工完成28d后进行砂石桩复合地基静载试验，采用1.5m×1.5m的正方形刚性板堆载法，最大加载量为675kN，严格按照规范进行加载。试验结果：极限承载力不小于675kN，承载力特征值不小于150kPa，达到了设计要求，其试验结果如表2所示。

荷载—位移曲线见图4。

5 结语

通过本工程的砂石桩进行厂区铁路路基的二次地基加固，可以得到以下结论：

1)根据钢铁厂厂区铁路的受力特点，铁路路基地基在加固时，需要满足地基承载力和软弱下卧层承载力的验算要求，并且沉降需控制在规范要求范围内，采用造价较低的砂石桩进行加固是可行的。

表2 试验结果

2)检测结果表明，经过砂石桩加固的复合地基，其表层吹填土层的地基承载力特征值可以达到150 kPa，软弱下卧层的地基承载力特征值可以达到80 kPa以上，满足应力扩散要求，并且由于砂石桩的排水固结作用，软弱下卧层的地基承载力将会越来越高。

3)由于原一次地基处理时，软土层已经消除了大部分沉降，铁路运营时虽会增加新的附加沉降，但经过施工期间的固结，铁路的工后沉降可以控制在30 cm以内，满足规范要求。

本工程根据土层及应力扩散特点，有针对性对各土层进行加固，克服了常规方法把软弱下卧层也按表层土地基的要求处理的不足，采用廉价的砂石桩进行加固，技术经济合理，也将为存在深厚软土层的吹填土层地基处理提供了宝贵的经验。

[1] 曾四平.超载预压在短工期条件下软基处理中的应用[J].山西建筑,2011，37(3):50-51.

[2] 李 琳,王 清.大面积吹填软土地基处理效果评价[J].水利水电科技进展,2008,28(2):78-81.

[3] Tang M and Shang J Q.Vacuum Preloading Consolidation of Yaoqiang Airport Runway.Geotechnique[J].2000，50(6):613-623.

[4] 张照华.真空联合堆载预压排水固结法在沿海吹填造地中的应用[J].水利与建筑工程学报,2009,7(3):123-126.

[5] Leong.E.C.,Soemitro.R.A.A,Rahardjo.H..Soil improvement by surcharge and vacuum preloading.Geotechnique[J].2000，50(5)：601-605.

[6] GB 50012-2012，Ⅲ，Ⅳ级铁路设计规范[S].

Application of sand-gravel pile in factory railway foundation treatment research

CONG Zheng

(BaoSteelEngineering&TechnologyGroupCo.,Ltd,Shanghai201999,China)

Undertakes the secondary consolidation for the railway foundation at some steel plant, sand-gravel pile is adopted for ground treatment after technical and economical comparison. The results show that: the site after ground treatment secondly by sand-gravel pile, its surface soil bearing capacity characteristic value reaches 150 kPa, its deep soft soil bearing capacity characteristic value reaches the requirments of bottom layer calculation, and the settlement of road bed is within 30 cm, so the site reaches requirements of steel factory railway road bed.

sand-gravel pile, railway foundation， foundation treatment

1009-6825(2014)11-0096-03

2014-01-24

丛 征(1971- )，男，工程师

TU753.3

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