中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300308
摘要：铁路路基软土地基应满足路基稳定和工后沉降的要求。一般采用换填垫层、搅拌桩、管桩等措施，最后根据软土厚度、特性、埋深以及路堤填高等因素进行经济技术比选后确定。对于软土层较厚地区，当路堤填方较高时，为保证工后沉降满足规范要求，一般采用加长桩身长度进行地基处理。而对于普速铁路，若采用刚性桩处理，则造价高昂；若采用柔性桩处理，则达不到工后沉降等控制指标的要求。
关键词：多桩型复合地基；深厚软土地区；铁路地基；处理应用
1 工程概况
某工程为I级双线铁路，设计行车速度160km/h，不良地质为流塑状淤泥质黏土，一般埋深3.0～4.0m，层厚约30.0m。某桥头路基填方设计高度约4.5m。工程地处海湖积平原，地势相对较平坦。地表以杂填土为主，其次为粉质黏土及粉土，再下为淤泥质黏土；沿河流域淤泥尤其深厚，具有埋深较浅且厚度大的特点。地基土物理力学指标。
对于本工程，设计考虑轨道及列车荷载的稳定安全系数不应小于1.15，桥头地段工后沉降不得大于10cm。
根据文献［1］的相关规定计算模型如图1。计算得出其最危险滑弧切深为8.63m，天然地基条件下的稳定系数为0.69＜1.15，不满足稳定的要求。采用分层总和法计算出桥头工后沉降为58.86cm＞10cm，亦不满足要求。需对软土地基进行加固。
图 1 稳定检算示意（单位：m）
2 地基加固方案分析
分别考虑三种地基加固形式：一是水泥土搅拌桩，采用桩径0.5m，间距1.2m，三角形布置；二是CFG桩，采用桩径0.5m，间距1.6m，正方形布置；三是管桩，采用桩径0.5m，桩间距2.2m，正方形布置［2］。
搅拌桩对于软土地基效果良好，但桩长宜控制在15.0m内，对于深厚软土地基加固效果有限；CFG桩虽然桩长可以达到25.0m以上，能控制工后沉降，但在流塑状软土中的成桩效果并不理想，本文不对其进行分析；管桩处理流塑状软土，其效果和深度都较理想，但造价相对较高。
2.1 水泥土搅拌桩地基加固方案
软土地区优先考虑以水泥土搅拌桩进行地基加固。据文献［2］规定，浆体搅拌桩桩长不宜大于18.0m。而根据相关工程经验，当搅拌桩桩长大于15.0m时，成桩效果不理想。故将桩长暂定为15.0m。桩间土天然地基容许承载力为σs，桩的断面面积为Ap，面积置换率为m1，单桩容许承载力为［P］。则水泥土搅拌桩复合地基容许承载力为
（1）
式中：β为桩间土折减系数。
经计算得出，σsp=116.4kPa。
考虑搅拌桩加固长度至危险滑弧以下1.0～2.0m，则桩长10.0m即可满足要求；计算得出经搅拌桩地基加固后稳定系数为1.92＞1.15，满足规范要求。事实上，根据稳定系数1.15进行反算，1.9m的桩间距即可满足要求。采用分层总和法计算工后沉降S1，经计算得出采用15.0m长水泥土搅拌桩加固后的地基工后沉降
S1=22.52cm＞10cm，不满足规范要求。
由以上计算结果可以看出，当采用搅拌桩进行地基加固时，可以满足稳定要求，但工后沉降无法控制；且在深厚软土地区，当沉降要求较严格时，工后沉降较稳定性而言，成为主要控制因素。
2.2 管桩地基加固方案
由管桩、桩帽及加筋垫层组成的桩网结构，可用于基础变形控制严格的软弱地基加固。暂定管桩桩长为30m。单桩竖向容许承载力［P］按式（2）、式（3）计算，并取较小值
式中：Pf为桩体抗压强度平均值，kPa；η为桩身强度折减系数；Ap为桩身截面积，m2；li为桩周第i层土的厚度，m；qi为桩周第i层土的容许摩阻力，kPa；qp为桩端地基土容许承载力，kPa。同时，应满足
P0≤［P］/ψ（4）
式中：P0为单桩加固范围内的路堤及轨道结构、列车荷载，kN；ψ为单桩承载能力发挥系数，取0.9～1.0。经计算得出，单桩容许承载力［P］=695.98kN＞P0/0.9=562.98kN。
由于管桩是刚性桩，其桩身加固深度范围内的工后沉降量可近似看作零。其下卧层的压缩量采用分层总和法计算，工后沉降S2=3.18cm＜10cm。由计算结果可以看出，采用管桩方案加固，可以满足规范的相关要求。而根据相关工程经验，管桩每延米造价一般是搅拌桩的6～7倍左右。对普速铁路而言，其造价相对高昂。
2.3 多桩型复合地基加固与效果
对本工程而言，单一搅拌桩地基加固方案无法满足设计要求；而采用管桩方案，虽然可以达到预期，却造价高昂。为达到技术经济合理，故采用搅拌桩和管桩组合的多桩型复合地基加固方案。加大管桩间距：考虑管桩间距3.0m，三角形布置，桩径0.5m，桩长30.0m；于管桩形成的三角形桩区中心布置搅拌桩，搅拌桩构成正六边形，桩径0.5m，桩长10.0m。管桩与搅拌桩组合加固方案平面布置示意。
2.3.1 复合地基承载力计算
计算思路：将天然地基和复合地基中荷载分担比高的管桩（主控桩）形成的复合地基，视为一种新的等效天然地基，再将等效天然地基和搅拌桩（辅助桩）形成复合地基进行计算，求得两种桩型复合地基承载力。天然地基土的承载力特征值为σak，管桩的断面面积为Ap1，平均面积置换率为m1，单桩承载力特征值为Ｒa1。则，管桩和天然地基形成的复合地基承
载力特征值为
（5）
式中：β1为桩间土承载力折减系数，一般β1≤1。
经计算得出，σspk1=144.1kPa。搅拌桩的断面面积为Ap2，平均面积置换率为m2，单桩承载力特征值为Ｒa2。搅拌桩与承载力特征值为σspk1的等效天然地基复合后的承载力，即为多桩型复合地基承载力
式中：σspk为多桩型复合地基承载力特征值；β2为桩间土承载力折减系数，一般β2≤1。对于正六边形布置的搅拌桩而言，其面积置换率m2不能采用规范规定的公式进行计算。此时，考虑计算方法如下：
搅拌桩的加固范围，可看作由若干正六边形区域组成。单个正六边形的面积A1=7.79m2。在此区域内，共有6个三分之一的桩截面，这些桩的总截面积A2=0.39m2。则m2=A2/A1=0.05。经计算得出，σspk=156.8kPa。
2.3.2 工后沉降计算
采用等效天然地基的思路，即：将天然地基和主控桩所形成复合地基视为等效天然地基，并求出其复合压缩模量；再求出此等效天然地基与辅助桩形成的复合地基模量。然后，运用分层总和法计算复合压缩模量
Esp=ξEs（7）
式中：Es为加固后桩间土的压缩模量；ξ=σspkσak。
经计算得出，此复合地基加固的软土土基工后沉降S2=6.57cm＜10cm。
事实上，只采用3m间距管桩加固时，其沉降即可满足要求。但依据已有工程情况来看，过大的桩间距有可能不能满足承载和变形要求，且容易引起桩顶应力过于集中。
2.3.3 加固效果
采用管桩夹打搅拌桩这一形式进行地基加固，根据工程现场数据来看，其复合地基承载力可以达到250kPa，工后沉降量小于10cm且基本趋于稳定。
3 结语
由上述计算及工程实际情况可以看出，采用刚－柔、长－短桩相结合的方式进行地基加固，可以很好地控制路堤的稳定及工后沉降。
参考文献：
［1］TB10035—2006/J158—2006铁路特殊路基设计规范［S］．北京：中国铁道出版社，2006．
［2］TB10106－2010/J1078—2010铁路工程地基处理技术规程［S］．北京：中国铁道出版社，2010．
论文作者:陈磊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/19
标签：地基论文; 承载力论文; 管桩论文; 间距论文; 系数论文; 稳定论文; 工程论文; 《基层建设》2018年第33期论文;