南沙港铁路万顷沙站软基处理方案比选

麦小金

（中国铁路广州局集团公司江门工程建设指挥部）

1 工程概况

1.1 地形及地质状况

南沙港铁路万顷沙站位于南沙区万顷沙镇范围，车站近期按照一般中间站设计，设置到发线4 条（含正线），有效长850m。填土高度4.13m～7.61m,宽度25.5m～37.5m。

地质自上而下主要土层为素填土、淤泥层（天然含水率52%，层厚13.5m～18.5m）、淤泥质土（天然含水率48%，层厚0～10.4m）、粉质黏土（天然含水率31%，层厚0～9.4m）、饱和松散～稍密砂层（层厚17.7m～25.8m）、全风化花岗岩。

1.2 软基处理的技术要求

对软基处理后，路基稳定与工后沉降应满足以下要求：①区间正线≤20cm；②过渡段≤10cm；③场坪地段≤30cm。

1.3 原设计方案

万顷沙站软基处理原设计采用高压旋喷桩方案，桩径0.6m，桩间距为1.4m～1.6m，加固长度为15m～20.4m（穿过淤泥层进行持力层：砂层、粉质粘土层1m）。软基处理长度1989.725m。前接洪奇沥水道特大桥，后接龙穴南水道特大桥。

2 软基处理试验方案的比较分析

万顷沙站濒临海滨，站场范围内多条河涌与海相连，工程的特点是软基深厚，地下水主要为孔隙水，赋存于淤泥地层和基岩全风化层中发育。针对本工程的部分地段软黏土地基具有高压缩性、低渗透性、低强度的特点，着重选取了高压旋喷桩、粉喷搅拌桩及预应力管桩三种处理方案进行工艺性试验，并进行比选。

2.1 高压旋喷桩试桩方案

站场DK61+235～DK61+255 段，地基从上往下为0～0.5m 素填土、0.5m～7.2m 淤泥、7.2m～14.0m 粉质黏土、14.0～15.8m 粉质黏土、砂层。在该段分别选用普通高压旋喷桩桩机和改进主动加压式搅拌高压旋喷桩桩机进行试桩，各试桩三组9 根，桩径0.6m，设计桩长15m，桩间距1.4m，正方形布置，桩端持力层为下伏砂层。试桩参数：按每延米水泥用量为180kg、200kg、220kg 各1 组，水灰比1:1，注浆压力22MPa～26MPa,提升速度20cm/min～22cm/min。抽芯（见图1）及单桩静载检测结果显示：

图1 高压旋喷桩试验取得的不合格芯样

⑴普通高压旋喷桩桩机的成桩桩长在6.8m～15m范围，其中3 根达到设计桩长，经对该3 根桩进行静载试验，检测结果显示均不能满足设计和规范要求。

⑵改进主动加压式搅拌高压旋喷桩桩机的成桩桩长在13.8m～15m 范围，其中6 根达到设计桩长，成桩效果有较大改观，抽取3 根做静载试验，检测结果显示仅1 根承载力满足设计和规范要求。

2.2 双向搅拌粉喷桩试桩方案

站场DK61+650～+675 段，地基自上往下为0～3.3m 素填土、3.3m～16.2m 流塑淤泥、16.2m～19.3m 软塑粉质黏土、砂层。选用SXJB-B 型智能型双向搅拌粉喷桩机，试桩5 组，每组3 根，桩径0.5m，设计桩长17.2m，桩间距1.1m，正三角形布置，桩端持力层为下伏砂层。试桩参数：按每延米水泥掺量55kg/m、60kg/m、65kg/m各1 组。

随机抽取12 根试验桩进行检测，试验结果如下：

⑴桩身钻探抽芯（见图2）取样试验：抽取12 根成桩做芯样无侧限抗压强度试验，试验检测报告表明，12根桩的桩身较为完整，均为I 类桩，桩长和抗压强度均满足设计和规范要求。

图2 双向搅拌粉喷桩施工取得的芯样

⑵单桩静载试验：12 根试验桩的单桩竖向承载力均满足设计要求。

2.3 预应力管桩试桩方案

站场DK61+957，地基自上而下为0～2.2m 素填土、2.2m～16.5m 流塑淤泥、16.5m～25m 软塑粉质黏土、砂层。选用HD62 筒式柴油打桩锤锤击法试桩，共12 根，PHC-AB500-100 型预应力管桩，焊接接桩，桩径0.5m，设计桩长26m，桩间距2.8m，正方形布置，桩端持力层为中砂层。试桩参数：以进入持力层深度控制为主，通过试验得到最后3 个10 击的最后贯入度，以指导施工。

对试验桩身采用基桩低应变法检测，6 根桩均为I类桩、桩身完整。单桩静载试验结果（见表1、表2、图3、表3、图4）可见：6 根桩的试验加载至极限荷载时，Q-S曲线均为缓变型曲线,S-LGT 曲线均呈平缓规则排列，曲线尾部未出现明显向下弯曲的趋势，单桩竖向抗压承载力均满足设计要求。加载至最大极限承载力1854kN后，6 根桩中最大沉降量为13.98mm，回弹率54.6%。

2.4 试桩方案的比较分析

2.4.1 高压旋喷桩

站场的淤泥层为第四系海陆交互相（Q4mc）淤泥，天然含水率较大，造成高压旋喷桩试桩的成桩桩长、单桩竖向承载力均不能满足设计和规范要求，不适用于本工程。

表1 管桩试验结果汇总

表2 1-3# 管桩试验数据

表3 2-3# 管桩试验数据

2.4.2 双向搅拌粉喷桩

站场的第四系海陆交互相（Q4mc）淤泥，天然含水率较大，双向搅拌粉喷桩的喷粉中和了土层的水分，加上双向搅拌，使得成桩效果较好，同时采用SXJB-B 型智能型设备减少人为操作，12 根试验桩的成桩桩长、无侧限抗压强度及单桩静载试验均满足设计和规范要求，但在部分软塑粉质黏土中成桩效果不好，造成桩身外观的连续性、完整性均不够好，后期的路基沉降量难以控制，其中4-3#、6-11#、8-17#桩的静载试验结果如表4、表5、表6。

从Q-s 曲线图（见图5）可知：

⑴搅拌桩存在沉降相对不稳定性：当试验荷载加载至4-3# 桩 的96KN ～112KN 级、8-17# 桩 的128KN ～144KN 级及6～11#桩的128KN～144KN 级时，其下级荷载下沉降增量接近前一级沉降增量的5 倍，且该级荷载仍未达到最大试验荷载，数值接近《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）终止加载的条件。

表4 4-3# 高压旋喷桩试验数据

表5 6-11#高压旋喷桩试验数据

表6 8-17#高压旋喷桩试验数据

图5 4- 3#、6- 11#、8- 17# 高压旋喷桩试验Q- s 曲线

⑵达到最大试验荷载时，逐级减荷后回弹率普遍较低，具体表现为10m 以下桩身强度偏低，因而造成复合地基承载力低，加载以后永久变形较大，甚至造成路基侧向位移及路床开裂等现象。

综上分析，为减少由于软基处理造成的路基后期沉降，在本站场的地质条件下，铁路线路范围下路基不宜采用粉喷搅拌桩。

2.4.3 预应力管桩

本站场的地质为天然含水率较大的淤泥，如路基范围全断面采用管桩筏板方案，可保证软基处理后的路基本体沉降满足设计要求，但管桩施工后，给了地下水一个通道，在反复的动载作用下，筏板下软基会因地下水流失而下沉，形成筏板下脱空。

2.4.4 软基处理方案技术经济对比

选取在DK62+000～+050 段路基，坡脚宽50m，根据设计对三种软基处理方案进行技术经济费用对比（表7）。软基处理方案中管桩采用桩筏结构，管桩中每米单价含筏板结构。持力层旋喷桩、粉喷桩为进入粉质黏土层1m，管桩为进入砂层1m。

表7 软基处理方案技术经济对比

3 结束语

经综合分析研究试桩成果，考虑本工程工期紧迫、工程质量要求高、沉降差异及经济性等因素，为确保路基工后沉降满足设计要求，最终选定如下处理方案：

⑴从铁路路肩往下1：1 的传力范围内，采用管桩+筏板结构进行软基处理，管桩根据填土高度及地质情况，桩间距2.6～2.8m，正方形布置。

⑵管桩范围以外至路基坡脚2m 范围，采用粉喷搅拌桩，桩间距1.1m，三角形布置，起密封作用，阻止中间管桩+筏板施工区域的地下水流失，减少该区域脱空。