碎石桩在盐渍土及软弱地基铁路路基处理的应用

1 工程概况

改建铁路兰新线乌西至精河段增建第二线K2184+320-K2185+430盐渍土及软弱地基处理工程, 该工程位于奎屯市高泉境内, 新建铁路线在既有线乌鲁木齐至精河方向右侧并肩等高, 既有线填料为圆砾土, 路基宽度多为5.2m。两侧为农田耕地, 路基边坡坡度为1∶1.5, 路堤高度为2m～3.5m, 目前运行良好。新建二线与既有线并肩等高位于既有线右侧, 地面表层0.25m层厚含盐量超过路基容许含盐量, 故需处理。对地基采用固结有效应力进行计算, 要求地基承载力达到115.20kPa, 发现均不满足地基沉降和稳定要求, 需对路基基地加固处理。采用碎石桩地基处理, 碎石桩按梅花型布设, 共布置碎石桩4433根, 碎石桩桩径800mm, 桩间距1600mm, 桩长为4.2m, 经碎石桩处理过后的复合地基承载力标准值为115.2kPa。根据中铁二十一局集团乌精二线S2标段工程指挥部的要求地基承载力要求提高等级达到150kPa, 我试验室联系了自治区建科院质量监督检验站共同进行了碎石桩复合地基承载力的检测, 根据设计规范要求和现场实际情况, 现场共布置15个碎石桩单桩复合地基试验点。

2 地质概况

2.1 场地位置和地形地貌

施工工点位于山前倾斜冲、洪积平原前缘溢出带, 地势平缓开阔, 高程460m～500m左右, 地表植被发育好, 线路两侧地形平坦, 为水稻耕地。

2.2 地层岩性

施工工点内主要地层为第四系全新统冲、洪积粉土、粉质黏土, 人工圆砾土, 地表分布有厚度不均的人工填土, 岩性详述如下。

粉土:出露于地表, 厚度1.0m～4.7m, 土黄色-黄褐色, 孔隙发育, 稍湿-饱和, 稍密-中密, Ⅱ级普通土, σ0=80kPa。

粉质黏土:局部出露于地表或粉质土层之下, 大厚度, 棕黄色-深褐色, 软塑-硬塑, Ⅱ及普通土。σ0=120kPa。

2.3 特殊地质

本段特殊地质为盐渍土与软弱土层。

盐渍土以亚硫酸盐为主, 总含盐量为1.641%～3.717%, 属中-强亚硫酸盐渍土, 地表0.25m平均含盐量达4%～30%。

软弱土层主要为粉土与粉质黏土层, 其中表层1.0m～4.7m为粉土, 呈尖灭状, 灰黑色, 含植物根系及腐殖质较多, 土质不均匀, 其物理力学指标:天然含水量W=21.9%, 天然孔隙比e=0.756, 液限WL=24%, 饱和度Sr=100%, 压缩系数ɑ=0.39MPa-1, 其下粉质黏土层物理力学指标:天然含水量W=21.2%～32.3%, 天然孔隙比e=0.624～0.9 1 8, 液限W L=3 0%～4 2%, 饱和度S r=1 0 0%, 压缩系数ɑ=0.2 6 M P a-1～0.52MPa-1, σ0=80kPa。地表约4.0m土层静力触探Ps值0.4MPa～0.6MPa。

2.4 地震与气象

地震:地震动峰值加速度0.20g, 地震基本烈度为VⅢ度。

最大季节冻土深度约160cm。

无地表水;地下水水位地表下1.0m～2.0m, 对混凝土的腐蚀属于强腐蚀, 对钢筋的腐蚀属于弱-中腐蚀, 属于硫酸盐型腐蚀。

3 检测目的

检测碎石桩单桩复合地基承载力是否满足设计要求。

4 检测依据

检测依据标准及代号:

(1) 中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》 (JGJ 79-2002) 。

(2) 中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2002) 。

(2) 中华人民共和国行业标准《建筑桩基检测技术规范》 (JGJ 106-2003) 。

5 检测方法

5.1 单桩复合地基静载荷试验

(1) 加载方式:现场试验采用慢速维持荷载法, 用手动千斤顶逐级加载。现场试验最大加载量按承载力设计值的2.0倍进行, 共分9级加载和5级卸载, 每级加载量为30kPa, 第一级加载量为60kPa, 总加载量为300kPa;每级卸载量为每级加载量的2倍, 破坏性试验没有卸载。采用主梁和工字钢搭设堆载平台、沙袋堆积提供反力, 最大压重量为400kN。

(2) 荷载及沉降测量:荷载值通过油压表测量, 试桩沉降则通过承压板 (单桩) 两边对称架设的百分表测量, 所有的百分表均用磁性表座固定于基准梁上, 基准梁在独立的基准桩上安装, 基准桩中心与承压板中心的距离为2.0m, 基准桩中心与压重平台支墩边的距离为2.0m。

6 检测结果

6.1 单桩复合地基静载荷试验

为检测碎石桩复合地基承载力是否满足设计要求, 本次抽样检测选用工程桩作为试桩, 根据《建筑基桩检测技术规范》中的规定, 加载量应为设计承载力的1.5～2倍。现场布置15个单桩复合地基试验点进行试验, 单桩复合地基最终加载量为300kPa, 是碎石桩处理过后的复合地基承载力标准值的2.0倍, 试验结果如表1。

依据《建筑桩基检测技术规范》J G J106-2003的规定, 承载力的平均值fak= (fak1+fak2+fak3+fak4+fak5+fak6+fak7+fak8+fak9+fak10+fak11+fak12+fak13+fak14+fak15) /15=172.1kPa, 极差值为187.21kPa-160.11kPa=27.1kPa, 172.1kPa*30%=51.63kPa>27.1kPa, 满足规范中的技术要求, 故取承载力的平均值作为碎石桩单桩复合地基承载力特征值fak=172.1kPa。

7 检测结论

1、根据15个点的碎石桩单桩复合地基静载荷试验结果, 进行综合计算分析后, 确定碎石桩单桩复合地基承载力特征值为172.1kPa, 满足设计要求115.2kPa, 满足中铁二十一局集团乌精二线S2标段工程指挥部的要求150kPa。此段铁路路基在碎石桩检测单桩复合地基承载力合格的基础上用较好的A类圆砾土路基填料进行了路基填筑和分层碾压, 碾压设备为18吨振动碾, 经检测路堤及基床的K30地基系数和孔隙率均满足《铁路路基设计规范》 (TB10001-2005) 内的国家Ⅰ级铁路的技术要求, 本施工段路基工程于2008年5月10日完工, 经过一年多的铁路运行后, 我试验室于2009年5月25日在此施工路基段进行了复检, 路堤及基床的K30地基系数和孔隙率均满足国家Ⅰ级铁路的技术要求, 未出现路基下沉及翻浆现象, 铁路路基的稳定性良好, 通过以上碎石桩单桩复合地基承载力的检测数据和铁路路基运行后的路基K30地基系数和孔隙率复检说明碎石桩在盐渍土及软弱地基铁路路基处理具有广泛应用意义。

摘要：盐渍土及软弱地基是铁路路基病害易发的重要原因, 如何做好铁路路基的安全防护工作, 降低路基软馅及翻浆的事故发生, 确保铁路正常运行非常重要。本文从该工程碎石桩地基处理及路基K30地基系数和孔隙率的试验数据以及该路基一年的运营论述了碎石桩地基处理对铁路路基盐渍土及软弱地基施工安全效果。

关键词：盐渍土及软弱地基铁路路基,碎石桩地基处理,安全性