布袋注浆桩地基用于软基处理的试验研究

王 栋惠 嘉江睿南雒亚莉李世洋

（1中国路桥工程有限责任公司，北京 100011；2交通运输部科学研究院，北京 100029；3北京航空航天大学，北京 100191）

布袋注浆桩地基用于软基处理的试验研究

王 栋1惠 嘉2江睿南2雒亚莉1李世洋3

（1中国路桥工程有限责任公司，北京 100011；2交通运输部科学研究院，北京 100029；3北京航空航天大学，北京 100191）

布袋注浆桩（布袋桩）用于软基加固处理是一项新技术，本文对布袋桩在沿海软土地基处理中的应用效果进行试验研究。通过埋设分层沉降管、测斜管，测试布袋桩复合地基深层沉降和路基边缘的深层水平位移，探讨其加固效果。研究表明：采用布袋桩复合地基处理方法，其地基沉降随荷载增加而增加，上部土体沉降量较下部沉降量大；深层土体的水平位移小，表层土体水平位移较大；地基沉降最大值和水平位移最大值均发生在地表以下1．5-2m，说明该段土层扰动最大。

软基处理；布袋注浆桩；复合地基

随着京津、京沪、京广、京哈等高铁客运专线开通，我国已进入一个崭新高铁时代。高速列车在铁路上高速运行，其轨道结构和道路路基标准要求极高，特别是对路基沉降控制的高要求。对设计运行时速200-250公里的高速铁路，须严格控制其路基沉降和不均匀沉降，有渣轨道路基工后沉降量不可大于15cm，桥台台尾过渡段路基工后沉降量不可大于8cm。

为高效解决高速铁路的地基沉降问题，必须采取有效地基处理方法对其进行加固。换填、强夯、预应力管桩、旋喷桩等地基处理方式作为目前铁路工程中常用的地基处理方法，存在普遍适用性较差、效果差异性大特点，而布袋注浆桩（下称布袋桩）属于一种较新的软土地基处理技术，目前正越来越受关注。布袋桩是软土分层注浆技术和土工织物综合应用的新技术，是以土工织物袋和注浆液形成似柱状硬化体挤密加固土体的软土地基处理方法[1]。将由清水、三乙醇胺、粉煤灰(或细砂)、水泥等组成的混合浆液注入预先埋于软土地基中的土工袋中，注浆填充土工袋使其形成直径约为30-40cm圆柱状或葫芦状桩体，轴心抗压强度设计值可达2.4MPa。布袋桩桩体注浆形成过程中，通过挤密接触土体与之形成复合地基，最终达到加固软弱土的目的。布袋桩处理地基，其土体中存在超孔隙水压力可将土中自由水分沿布袋织物排出, 布袋桩形成的排水通道可加速土体固结，提高土体承载力[2-4]。布袋桩加固软土地基示意图如图1。

图1 布袋桩加固软土地基示意图

布袋桩属于竖向加筋土体,可视作半刚性桩,可以有效提高软弱土体的承载能力和复合模量。由布袋桩特性决定其适用于深厚淤泥土、淤泥质土等软弱土层,加固软基效果会比较好[5-7]。根据广东沿海地区软土地基地质条件，厦深铁路沿线地基多属于深厚软土地基，含水量较高、承载力低，压缩性高，其加固处理工程主要采用强夯、旋喷桩、布袋桩和管桩等方法，而沿海软土地基采用布袋注浆桩（下称布袋桩）加固的工程实例尚不多且不成熟，对布袋桩的应用尚处于研究探索阶段。因此，为检验布袋桩加固软土地基效果,探讨其适用性，对布袋桩加固沿海高铁软土地基的技术效果进行试验研究具有一定的实际意义。

1 工程概况及现场监测

1.1 工程概况和地质特点

本试验研究依托工程为厦深高速铁路汕尾滨海软土路基段。厦深高路起于福建厦门，途径福建漳州，广东潮州、汕头、揭阳、汕尾和惠州，最终引入广东深圳，是我国铁路“四纵四横”快速客运通道中的“一纵”。规划里程约550千米，设计时速250千米[8]。为满足时速250km铁路路堤沉降标准值,保证列车行驶的平顺和设计速度目标的实现,在厦深铁路软土地区必须采取特别措施。在夹层软土地基条件下，若采用桥梁通过方案或旋喷桩、钻孔桩、管桩进行地基加固，则造价昂贵。而布袋桩作为软土地基处理新技术，在厦深高速铁路部分软土地基路段可使用进行地基加固。

路基沉降监测试验段位于厦深铁路7标段DK333+640至DK336+960断面，该段位于滨海冲积平原，地基分布软塑-流塑状的海相沉积淤泥软弱土层。布袋注浆桩处理段表层为中砂层，厚13.4m；其下为细砂，厚1.7m；下伏淤泥层，厚11.1m；其下细砂，厚5m；底部为泥质砂岩层。

布袋桩加固区试验段布袋桩桩长15m，桩体位于地下13m-28m范围软弱地层；桩径0.4m，桩间距1.2m，桩身强度2.4 MPa，正三角形布置。具体布置图如图2。

1.2 仪器埋设

选取厦深铁路DK333+685-DK333+785标段漯河特大桥西侧过渡段DK333+700处布袋桩加固区为1号试验监测断面，在路基中心和左侧坡脚处分别埋设分层沉降管S-1、S-2，测孔深度均为30m，从地表0m处起始，每隔2-3m设置沉降磁环，路基两侧坡脚处分别埋设测斜管C-1、C-2，孔深30m。仪器布置如图2所示。

1.3 监测目的

1) 分析软土地基沉降随时间、荷载变化规律；对比不同加固条件下，软土地基沉降差异；研究布袋桩处理后的软土地基的长期沉降特性。

2) 通过分析布袋桩工后沉降控制效果，探讨该软土地基处理方法使用效果。

1.4 监测方法及内容

1.4.1 路基内部沉降观测

分层沉降监测，采用磁环式沉降仪进行观测，并采用管底标高法进行计算，即认为管底已达持力层，磁环沉降为零，其余磁环随土体沉降而沉降。在坡脚和路基中央处分别设置监测管。

沉降监测的仪器包含分层沉降管、磁环和分层沉降读数仪。在地基需测试沉降点位用钻机打孔后放入根据地质情况确定的布置好磁环的分层沉降管，放入管后用膨胀土填实封孔，实现磁环嵌入各监测土层并与之同步沉降，再用分层沉降读数仪定时测量各磁环位置，分析其沉降数值，计算各地层的沉降量[9-10]。

1.4.2 地基土体水平位移观测

水平位移监测采用在路基两侧埋设测斜管，用测斜仪测定不同深度处管的倾斜度以表征路基的侧向倾斜度，计算路基土体的侧向位移方向及其位移量。

水平测斜仪包括测斜探头、信号电缆和测读仪。沉降管是特制的PVC管,管内有导槽。水平测斜仪的设计原理是在待测土体中竖向预埋带槽测斜导管，当导管随土体一起变形时，测试导管的水平位移值以反映土体的水平向位移值。测斜探头一般长约0.5 m，两端装有导轮，探头中心安装精密加速度计，当沉降仪的导轮沿测斜导管导槽移动时，探头中的加速度计的重力矢量在纵轴上的分量被测定，以确定探头与纵轴倾角，倾角与探头的长度之积即为探头两端的水平位移差。采用导线牵引沉降仪沿导管内壁上到下移动，不断记录各点倾斜角，得到一系列倾角值，进行计算分析后可得出管壁各点的水平位移值，从而反映土体水平位移值[11-12]。

图2 布袋桩加固区地质柱状及仪器埋设图

2 现场监测及数据分析

监测历时175天，定期对分层沉降和测斜进行监测记录，在此过程中监测元器件基本正常。布袋桩加固区填土与其他施工段同步进行，前期填土速率相对较慢，后期填土速率较快，最大填土高度为4.2m。时间-荷载关系图见图3。

图3 时间-荷载关系图

2.1 水平位移检测结果及分析

根据现场布设仪器实测沉降数据，绘制侧向位移图，如图4、图5所示。利用该曲线分析土体水平位移随深度变化的规律。

图4 路基左侧侧向位移图

图5 路基右侧侧向位移图

图6 路基左侧坡脚分层沉降曲线图

图7 路基中央分层沉降曲线图

由图4、图5可见，布袋桩加固后软土地基的深层土体水平位移小，而表层近地土体水平位移相对较大。这主要是由于深层软弱土体受到复合地基中竖向增强布袋桩的横向约束作用，有效减小了深层地基的水平位移，从而增强了地基的整体稳定性。两图变化趋势基本一致，呈S型。这是由于随着上部荷载增加，下部软弱土层土体发生侧向挤出。上部土体由于下部沉降量增大，土体有偏向于路基的水平位移。最大水平正位移均位于地表以下1.5m-2m 深度处，实测最大水平正位移分别为3.15mm和3.83mm；最大水平负位移位于地面以下13.5m处，这是由于该层属于软弱下卧层，土体压缩量大；13.5m以下侧向位移迅速减小，布袋桩起到了横向约束作用，有效减小了土体的水平位移。

2.2 分层沉降监测结果及分析

分层沉降管分别埋设在地基中央和地基左侧坡脚处，根据实测各磁环沉降数据，绘制各磁环沉降随时间变化趋势图如图6、图7。

由图6、图7可以看出，地基沉降随荷载增加而增加，且上部土体沉降量较下部沉降量大。图7为布袋桩加固区路基左侧沉降观测点，各点沉降趋势和测斜仪图5曲线吻合很好，水平位移最大值和最大沉降都发生在地表以下1.5-2m，这说明测量数据比较可靠。

3 结 语

1）利用布袋注浆桩加固软土地基能有效控制地基沉降。

2）采用布袋桩加固法加固土体，其地基沉降随荷载增加而增加，上部土体沉降量较下部沉降量大。深层土体的水平位移小，表层土体水平位移较大。实践证明，布袋桩可用于软弱地基土处理，用于滨海地区深厚软土处理以形成复合地基，具有良好的处治效果。

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Experiment investigation of bag-grouting-pile composite foundation in soft ground treatment

Bag-grouting-pile is a new technique in reinforcing railway soft foundation．The paper discuss the effect of baggrouting-pile used in Coastal soft foundation, and test the deep subsidence as well as deep horizontal displacement of bag-groutingpile composite foundation and high-pressure-jet-grouting pile composite foundation．Through the Contrast of the two ways, it further discuses the reinforcing effect of bag-grouting-pile technique．The research comes to this conclusion: using the method of composite foundation treatment with bag-grouting-pile, the settlement of the upper soil increases with the increase of the load,and the settlement of the upper soil is larger than that of the lower part; the horizontal displacement of the deep soil is small and the horizontal displacement of the surface soil is larger; the maximum displacement and level settlement are located in 1．5-2m below the surface, which indicate that this soil layer disturbance is the largest．

soft clay treatment; bag-grouting pile; composite foundation

TU473．1

B

1003-8965 (2017) 03-0065-03