气泡混合轻质土在铁路软土路基中的应用(交通)

                                 李国鹏

              （中铁第五勘察设计院集团有限公司  北京  102600）

摘要轻质土是路基建设的发展方向。东部沿海某铁路软土路基段需加宽路堤，文中分别研究

了钻孔灌注桩结合筏板方案和轻质土减荷换填方案，结果表明，轻质土具有明显的技术和经济优势。

关键词  软土路基  轻质土  钻孔灌注桩  筏板

    气泡混合轻质土经过多年的研究应用已发展为一项成熟的技术，其在原材料生产、机械设备、材料性能、设计方法、施工技术和质量检验等方面已经形成了完善的技术体系。工程实践证明，气泡混合轻质土技术在解决桥头跳车、减小新旧路基沉降差异、控制软土路基沉降、提高陡坡路堤稳定性、地下空洞填充、受限路段扩宽等问题上取得了良好的效果。

    在路基工程应用方面，气泡混合轻质土流动性良好，施工中不需要振捣和碾压，输送距离远；工期短，施工对周边环境影响小，人工用量少，与普通路基填料相比具有明显技术优势；轻质土路基整体好、沉降小，对路面起到有效的保护作用，还可减少后续运营养护费用，综合效益显著。

1 工程概述

    工点位于某既有货运站，站内新增一条到发线，该到发线右侧边坡占压既有到发线坡脚。地貌上属海积平原区，场地为平原区，地形平坦、开阔。工点长1040 m，以填方形式通过，既有站及其进站端路堤最大填高7. 09 m，软土最深达45 m。

2工程地质特征

    工点范围内地层状况如下：

    (1)杂填土（）：层厚0.60～2.00 m，杂色，稍密，稍湿，以碎石土为主，II级普通土。    

(2)海积淤泥()：层厚0. 9～6. 40 m，灰褐色，流塑，土质均匀，II级普通土，=55 k Pa。

    (3)淤泥质粉质粘土()：层厚1.80～7. 20 m，黄褐色，硬塑，局部软塑，以粘粒为主，土质较均匀，切面光滑，II级普通土，=150 kPa。

    (4)淤泥质粉质粘土()：层厚5.80～15. 37 m，灰褐色，软塑，局部流塑，土质不均匀，II级普通土，=80 kPa。

    (5)粘土()：层厚0. 80～18. 20 m，青灰色，硬塑，土质较均匀，切面较光滑，II级普通土，=150kPa。

    (6)粘土()：层厚0. 70～23. 50 m，黄褐一青灰色，软塑，土质较均匀，II级普通土，=130 kPa。

3设计措施比选

    路堤稳定安全系数及工后沉降控制标准：软土路堤考虑列车荷载时的稳定安全系数不小于1. 10，路堤工后沉降不大于20 cm。采用指标：路堤用A、B组填筑时y=20 k N／m³，C_u=20 k Pa,=35⁰。地层参数见表1。

    经计算，无荷（仅有填土荷载）时稳定系数为0.93，地基工后沉降35 cm，大于工后沉降20 cm的要求，不满足相应控制标准，地基需加固处理，设计方案拟采用桩筏结构（钻孔桩十筏板十碎石垫层）或轻质土方案。

3.1  钻孔灌注桩十筏板方案

    与传统由单桩组成的复合地基或复合桩基相比，桩筏结构体系具有承载力高、结构刚度大、整体性强、控制沉降效果良好等优点，近年来大量开始应用于深厚软土地区铁路路基的地基加固。

    桩筏结构适用于荷载较大，地基承载力较低的地基条件，介于纯桩基与天然地基之间，涉及桩一桩、桩一土、筏一土之间的相互作用，强调地基承载力的充分作用。一方面设置钢筋混凝土筏板使上部填土的荷载通过褥垫层传递到桩和桩间土，增大桩顶的受力和桩间土应力比。另一方面桩基础与筏板锚固连接后，筏板可均化上部荷载传递到地基的分布形式，桩基可将荷载传递至地基土中相对持力层，可有效解决局部应力集中和整体沉降问题，同时防止桩的侧向变形。

    考虑对既有线运营安全及路基基础稳定的影响，增建线路基底采用钻孔桩十筏板结构型式。经计算，钻孔灌注桩径取1.0 m，桩间距4.2 m（横）×5.0 m（纵），此时单桩承载力设计值[P]=2 279 k N，设计桩长取48～51 m。C40钢筋混凝土筏板横向宽7.3 m，纵向长20 m（其中板与板之间设置0. 02 m宽伸缩缝，缝内填塞沥青），板厚1.0 m。此时下卧层承载力和沉降均满足要求。典型横断面见图1（粘土地层做缩略）。

3.2  轻质土减荷换填方案

    气泡轻质土是制备的气泡群按一定比例加入到由水泥、水及可选添加材料制成的浆料中，经混合搅拌、现浇成型的一种微孔类轻质材料，具有质量轻、整体性好、抗压强度高、凝结自立性良好、抗变形能力高以及保温隔热等优点，可用于路基加宽、桥梁台背回填、软土路基减荷、地下结构物减荷、隧道空洞注浆、冻土路基保温隔热等。

    软基在上覆硬壳层荷载的长期作用下已固结变形，并趋于稳定，且在硬壳层的应力扩散作用下，使软基具有一定的承载力。对填土不高的新建路基，填土所产生的附加荷载较小，如采用气泡轻质土填料替代普通填土的路基，可显著减少路基荷载，且经过上覆硬壳层的扩散后，作用于软基的附加荷载也相应减小，达到降低软基的固结沉降，控制路基沉降的目的。其优点如下：①可降低填土荷载，减少附加应力，抑制软基沉降和侧移；②可简化甚至取消软基处理，简化地下结构物设计；③施工工期短。

    工点内典型横断面计算简图见图2。荷载换算土柱高3.0 m，宽3.7 m，土柱重度为20 k N／m³，轻质土重度为6.5 k N/m³，土体重度为18 k N／m³，左侧浆砌片石重度为25 k N／m³，纵向计算长度取单位长度1m。

    经计算，路面竣工时路基横断面各点的沉降（以9道为中心线）曲线见图3。路基竣工工期4个月，工后沉降基准期结束时间100年，经计算，此时基底附加应力为25. 81 k Pa，路面竣工时线路中心线下的地基沉降量3.7 cm，沉降基准期结束时线路中心线下地基沉降量12.3 cm，故地基沉降量为8.6 cm，满足一般地段路堤工后沉降不大于20 cm的要求。

3.3方案对比分析

    工点内钻孔灌注桩平均桩长50 m，累计468根(延米数23 040 m)，造价约3 687万元；轻质土平均填高3. 82 m，平均断面方45m3，总计约4.7×104m³，造价约1 310万元。低于钻孔灌注桩十筏板处理约2 377万元，投资减少约65%。可见轻质土方案具有明显的经济优势，因此该工点采用轻质土减荷换填方案。

4结语

    诸如放坡加宽、挡墙加宽等常规加宽工程，主要存在新旧路基沉降差异大，软基需地基处理，路堤难压实，整体稳定性差，费用难控、工期长等问题。而路肩墙或路堤墙收坡，圬工挡墙重量大，对地基承载力高，路堤整体稳定性也差，易产生侧移，路面沉陷、开裂，甚至还会诱发各种灾害。而轻质土加宽具有泵送浇注，不需便道；不影响通车，干扰小；无需重新进行软基处理；施工简便高效，工期缩短、减少养护费用等优点，实际应用前景难以估量。