某地铁车辆基地深厚软土地基处理方案探讨

徐文龙

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

近些年来我国地铁发展迅猛，而车辆基地是保证地铁正常运营的后勤基地，是必不可少配套工程。车辆基地是地铁列车停放、日常保养、检修的所在地，同时还具备列车救援、办公综合、材料供应等重要功能。车辆基地具有占地面积广、工艺复杂、地基处理要求高等特点。车辆基地轨行区路基需满足一定的承载力及变形要求，同时具有足够的坚固性、稳定性和耐久性。地铁车辆基地平面图如图1所示，本车辆基地占地345 亩，轨行区需要进行地基处理面积为137 亩。目前国内车辆基地地基处理基本采用搅拌桩和预应力管桩，但搅拌桩实际效果不是很理想，深部搅拌桩质量较差，工后沉降较大。预应力管桩地基处理效果好但造价高。针对地铁车辆基地深厚软土轨行区路基设计提供一种经济合理并安全可靠的地基处理方案具有实际指导意义。

图1 地铁车辆基地平面图

1 地层岩性

车辆基地位于冲海积平原区，地形平坦、开阔，地面绝对标高约0.00 ～4.31m，道路密集，村镇的乡级公路全部水泥化，交通条件便利。

人工填土，松散，表层填土层组成物和均匀性变化大，密实度差，具有强度低、压缩性高、渗透性强，工程性质不良等特征。如表1 各层地基土物理力学性指标值所示，其中岩土名称及相关数值如下：

表1 各层地基土物理力学性指标值

1 淤泥，灰色，流塑，含水量高，承载力低，厚度8 ～10m；

2 淤泥，灰色，流塑，含水量高，富含腐质物，承载力低，厚度9 ～12m；

1 淤泥质粘土，灰色，流～软塑，厚度5 ～7m；

1 粘土，灰色，软塑，厚度8 ～10m；

2粘土，灰色，软～可塑，承载力较高，厚度8～12m。

2 工后沉降控制标准和计算方法

2.1 工后沉降控制标准

试车线及出入段线等库外轨行区有砟轨道路基工后沉降量不应大于30cm[1]。

2.2 软土地基沉降计算方法

软土地基的总沉降量S，一般情况下可由瞬时沉降Sd与主固结沉降Sc 之和。对于泥炭土、富含有机质粘土或高塑性粘土地层尚需考虑次固结沉降Ss。

主固结沉降Sc 采用分层总和法计算，压缩层厚度按附加应力等于0.2 倍自重应力确定[2]。

Esi——第i 层土或复合地基的压缩模量。

瞬时沉降Sd可按弹性理论公式计算，次固结沉降可按次固结系数计算，也可采用沉降修正系数m 考虑瞬时沉降及次固结沉降等其他系数的影响。

沉降修正系数m 为经验系数，计算水泥土搅拌桩复合地基时，m 取1.2，计算天然地基沉降时，m 取1.4m。

当采用复合地基时，地基沉降包括复合地基的沉降及下卧层的沉降，采用复合模量法计算。复合地基总沉降包括加固区沉降量S1及加固区下卧层沉降量S2，即S=S1+S2。

S1的计算方法：水泥搅拌桩采用《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012）复合模量法计算。

S2的计算采用分层总和法，压缩层厚度按附加应力等于0.2 倍自重应力确定。

3 方案比选

本车辆基地淤泥层厚20 ～30m，且需进行地基处理范围广，地基处理设计原则方面需满足经济可行，施工工艺成熟可靠，满足总工期等要求。针对本车辆基地属于限额设计，总工期固定以及深厚软土的特点提出真空预压法、水泥搅拌桩、搅拌桩联合排水板、预应力管桩法四种方案。

3.1 方案一：真空预压

真空预压通过抽真空形成负压，使土体在真空负压荷载下固结，达到减少路基工后沉降。真空预压法安全可靠，路基填土速度可大大加快，从而缩短填筑期和预压期。如地基土上部土层若分布透气性较好的砂土或粉砂土，则难以保持较好气密性，需要额外工程措施，使施工难度和工作量大大增加。真空预压主要靠真空应力和竖向排水体加速软土固结，对施工过程质量控制要求较为严格。

排水板板长30m，间距1.0m，纵横向均采用正方形布置。排水板纵向通水量不小于40cm3/s，延伸率≤10%，滤膜渗透系数kg ≥5*10-4cm/s、等效孔径O95＜0.075mm。真空预压工期为6 个月，地基处理总工期约8 个月，路基工后沉降为28cm。

3.2 方案二：水泥搅拌桩

利用水泥作为固化剂，通过搅拌机械将软土和水泥强制搅拌，利用水泥和软土间的一系列物理、化学反应，将软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。水泥搅拌桩处理方法属于柔性复合地基，工法成熟，施工操作简便，在路基软土处理方法中应用较为广泛，但在深厚软土处理中存在有效加固深度问题[3]。搅拌桩桩径0.5m，桩间距1.0m，桩长25m，纵横向均采用正方形布置。地基处理总工期约2 个月，路基工后沉降为22cm。

3.3 方案三：搅拌桩联合排水板

搅拌桩联合排水板技术是采用较短的搅拌桩和较长排水板组合使用，此方法解决了较长搅拌桩施工质量不易控制和真空预压固结施工工期与预压期较长的问题[4]。库外轨行区路基采用搅拌桩联合排水板加固。搅拌桩桩径0.5m，桩间距1.2m，桩长15m；塑料排水板间距1.2m，板长25m；均采用正方形布置。地基处理总工期约3 个月，路基工后沉降为24cm。

3.4 方案四：预应力管桩

预压应力管桩工期较短，质量控制较好，加固处理深度较其他方法更深，控制路基沉降最好，但造价相对较高。库外场坪采用预应力管桩进行地基处理，桩长33m，桩径0.4m，间距2.5m，纵横向均采用正方形布置。管桩采用PHC-A 型，混凝土强度等级C80，桩顶设置0.4m 厚C40 钢筋混凝土桩帽，桩顶嵌入桩帽不小于5cm，桩帽上铺设0.6m 碎石垫层。地基处理工期约2个月，路基工后沉降为4.5cm。

表2 地基处理方案对比分析表

通过以上数据分析：四个设计方案路基工后沉降满足规范要求（工后沉降量不应大于30cm）。四种地基处理方案优缺点如表3所示：

表3 路基处理方法优缺点比较表

考虑到本工程工期紧张，同时也是限额设计，搅拌桩联合排水板方案最为合适，故本车辆基地轨行区地基处理采用搅拌桩联合排水板方案。

4 地基处理设计方案

库外轨行区路基采用搅拌桩联合排水板加固。搅拌桩桩径0.5m，桩间距1.2m，桩长15m；塑料排水板间距1.2m，板长30m；均采用正方形布置。

桩顶面设0.6m 厚中粗砂垫层，并于垫层内铺设两层双向经编土工格栅，土工格栅抗拉强度不小于100kN/m，每侧回折不小于2.0m。塑料排水板顶部埋入中粗砂垫层内不小于0.5m。施工时应先打搅拌桩，后打塑料排水板，避免因搅拌桩施工对塑料排水板的破坏，另外搅拌桩桩顶上部垫层应采用中粗砂，避免颗粒较大破坏排水板通道。

图2 路基设计横断面图（单位：m）

图3 搅拌桩联合排水板加固平面示意图（单位：m）

5 结论

（1）在搅拌桩复合地基中加入较长的塑料排水板后，可以起到加快软弱下卧层排水固结的作用，从而加快地基沉降完成速度，减小工后沉降。

（2）搅拌桩联合排水板复合地基处理技术解决了较长搅拌桩施工质量不易控制和真空预压固结施工工期长的问题，且工程造价经济，工期合理。

（3）施工时应先打搅拌桩，后打塑料排水板，避免因搅拌桩施工对塑料排水板的破坏，另外搅拌桩桩顶上部垫层应采用中粗砂，避免填料颗粒过大破坏排水板排水通道。