广州地铁车辆段地基处理方式研究

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　　摘要地基处理是地铁车辆段设计的重要内容，本文总结了广州地铁车辆段地基处理设计经验，介绍了排水固结、水泥搅拌桩、CFG桩等几种常用地基处理工法，结合工程实际实施效果，针对现有的广州地铁车辆段地基处理提出相关的意见及建议。
　　关键词车辆段 地基处理
　　
　　1概述
　　 广州地铁现已建成开通8条线路，总里程236公里，建成投入运营的车辆段达到8座，在建车辆段2座。地铁车辆段具有占地面积广、工艺复杂、地基处理要求高等特点。尤其是作为轨道交通车辆重要承载体的路基，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。路基设计的内容主要包括线路、道路、厂房等下部的地基处理、路堤及场区四周的边坡防护、路堑段路基的挡墙设计等，其中地基处理是路基设计的关键。
　　2既有车辆段的地基处理方式
　　 广州大部地貌为珠江三角洲海陆交互相冲积平原，不良地质主要表现为抗剪强度低，自身稳定性差的人工填土，含水量较高、强度低、压缩性大的淤泥及淤泥质土，以及状态松散可液化的粉细砂等。地铁车辆段的地基处理主要就是针对上述人工填土、淤泥及淤泥质土、粉细砂土等。广州现有部分车辆段的地基处理方式统计如下：
　　表1广州现有车辆段地基处理方式
　　 3号线厦窖车辆段 4号线新造车辆段 5号线鱼珠车辆段
　　地质特点 场区地层有海陆交互相沉积的淤泥或淤泥质土、淤泥质砂，厚1.1～11.7m。 特殊土主要为海陆交互相沉积的淤泥质土，厚度0.3～6.2m。 场区不良地质主要为淤泥、淤泥质粉质粘土等，淤泥层厚度约5.5m。
　　处理方式 环车辆段四周边坡脚外3m至坡脚内侧10m范围采用φ50cm的深层搅拌桩加固，深层搅拌桩间距1.0m。其余地段软基采用塑料排水板排水固结堆载预压。 车辆段场区软土地基采用1.0~1.2m间距正三角形布置深层搅拌桩加固处理。搅拌桩桩径φ50cm，处理深度为路基面高程至软基下卧土层内不少于0.5m。 试车线，搅拌桩正三角形布置，间距1.0m；库房：等载预压，塑料排水板正三角形布置，间距1.3m出入段线，搅拌桩正三角形布置间距1.0m。
　　 广佛厦南车辆段 2号线大洲停车场 2号线嘉禾车辆段
　　地质特点 场地淤泥、淤泥质土、淤泥质细砂分布广泛，厚度在2.6~15.1m之间，大部分区域软土厚度在10m左右。 场区淤泥、淤泥质粘土、淤泥质细砂分布；区内软土层一般厚4.30～20m，局部厚达21.7～25.5m； 场区范围内主要为人工填土、冲洪积砂层、土层，基岩主要为灰岩，局部有淤泥质土。
　　处理方式 轨道道岔区，采用超载预压法处理；运用库，采用深层搅拌桩复合地基，搅拌桩间距1.0m；道路采用深层搅拌桩复合地基，桩间距1.2m；绿化用地，采用排水固结法处理； 列检库、月检库、道岔区等重要地段，采用深层搅拌桩加固，桩间距1.0m；场坪、轨道、道路等范围，采用深层搅拌桩加固，桩间距1.4m，等边三角形布置； 场地内地基土采用强夯法、水泥土搅拌桩；加固后库内、咽喉区、试车线检查坑及改涌框架桥区段地基承载力为150KPa；其余地段夯后地基承载力120KPa。
　　 在对广州地铁车辆段地基处理统计的基础上，可以得出以下几个结论：
　　 （1）广州地铁车辆段不良地质主要有淤泥、淤泥质土及淤泥质砂，该类土层分布广泛且具有层厚大、强度低、压缩性大等特点，对工程工后沉降控制有着非常不利影响。
　　 （2）车辆段的地基处理方式主要有搅拌桩复合地基及堆载预压两种，对广州北部灰岩及混合岩区域，也有采用强夯法处理。库房、道岔及试车线等沉降控制要求严格区域，一般采用搅拌桩处理，其余区域在工期允许的前提下，多采用经济性更好的堆载预压方式。
　　 （3）现有的地基处理方式在工程中的应用基本上是成功的，但也存在地基处理未达到设计预期，存在较大工后沉降的情况。
　　3车辆段地基处理方法简介
　　 根据广州的地质特点，地基处理上应用较多的主要为排水固结法、搅拌桩加固法、旋喷桩加固法、强夯法等。除了上述地基处理方法， CFG桩作为一种新型的复合地基处理工法也在广州软土地层中得到大量应用，已经证明在淤泥、淤泥质土地基处理的有效性并收到良好效果。
　　3.1排水固结法
　　 插塑板堆载预压软基加固方案是通过在软土层中打设塑料排水板，增加土层排水途径，缩短排水距离，在上部荷载作用下产生附加应力，使土颗粒间的水分通过插在土层中的排水板排出地层外，加速地基的固结与沉降，以达到提高地基承载力、保证地基稳定的目的。
　　 排水固结预压法主要适用于处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土。插塑板堆载预压排水固结法具有施工方便、造价低的优点，但其排水周期长，整个处理工期一般在10个月以上，且后期沉降大，尤其是饱和淤泥等地层的后期沉降是个漫长过程。因此对工期要求紧、沉降控制严的工程应慎用。在工期满足要求的前提下，排水固结可以应用在地铁车辆段内碎石道床区、整体道床区、房屋建筑区域、道路绿化区域的处理。
　　3.2搅拌桩法
　　 水泥搅拌桩是通过特制的深层搅拌机具在地层深部将软土和水泥强制拌合，使软土硬结而提高地基强度。搅拌桩具有造价较低、施工方便、工艺成熟、噪音小、无污染等优点，但目前广州地区限于机械设备，加固深度不能过深，一般不宜超过15m。
　　 搅拌桩由于其适用性广，施工速度快，造价较低的优点，在地铁车辆段内大量应用。如在碎石道床区、整体道床区、房屋建筑区域、道路绿化区、路桥过渡段等区域均有大量应用。
　　 为保证地基处理效果，搅拌桩应穿透软弱土层进入相对持力层，并宜在场区交工面高程施工以减小桩体上方的附加土层荷载，从而减少工程的后期沉降。
　　3.3强夯法
　　 用几吨至几十吨的重锤从高处落下(十几米至几十米)，反复多次夯击地面，对地基进行强力夯实。使浅层土体变得密实，地基得以加固。强夯法适用性：适用于碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉土和粘土、湿陷性黄土等地基的加固，效果较好。对于高饱和软粘土(淤泥及淤泥质土) 强夯处理效果较差。
　　 强夯的单位夯击能量，应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000～3000KNm/m2；细颗粒土可取1500～4000KNm/m2。夯击遍数应根据地基土的性质确定，一般情况下，可采用2～3遍，最后再以低能量夯击一遍。对于渗透性弱的细粒土，必要时夯击遍数可适当增加。
　　 强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘宽度4m。强夯法施工步骤如下：清除地表面耕植土、淤泥，并平整施工场地→地表面铺设1.2m厚的施工垫层（垫层底层：碎石砂（3:1）1.0m厚；表层：砂性土或山皮土0.2m厚），避免地面松软→标出第一遍夯点位置，并测量场地高程→起重机就位，使夯锤对准夯点位置→测量夯前锤顶高程→将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程→按试夯确定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；重复步骤上述步骤，完成第一遍全部夯点的夯击→用推土机将夯坑填平，并测量场地高程→在规定的时间间隔后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。
　　 3.4CFG桩法
　　 CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑和砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩具有刚性桩的特性，可全桩长发挥侧阻。CFG桩适用于处理粘性土、粉土、砂土和已完成自重固结的填土等地基，目前在淤泥、淤泥质土的地基处理中也有大量应用。CFG桩常用桩径一般为400、500、600mm，桩间距根据设计要求的复合地基承载力、土性、施工工艺等以取3～5倍桩径为宜。根据现有施工工艺，CFG桩桩长可施作至30m左右，桩底应选择较硬土层作为其持力层。

　　 CFG桩的材料主要选用水泥、粉煤灰、碎石、砂等进行配比，桩身强度一般要求不小于C10~C20，同时为充分利用CFG桩自身承载力，往往在桩顶上加做柱帽。褥垫层是CFG桩设计的重点，褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，褥垫层厚度宜取150～300mm，通过调节褥垫层厚度达到调节桩、土荷载分担比例的目的。
　　
　　图1CFG桩地基处理示意图
　　4几种地基处理方法的经济技术比选
　　 为更好的选择车辆段的地基处理方式，现将上述几种常用地基处理方法的技术经济比选列表如下。
　　表2几种地基处理方法经济技术比较表
　　 排水固结 水泥搅拌桩 强夯法 CFG桩法
　　适用地层 淤泥、淤泥质土及其他饱和软粘土 淤泥、淤泥质土、粘土、粉土等软弱地层 碎石类土、砂类土、杂填土、低饱和粉土和粘土等 淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土等
　　加固深度 一般最深20~25m 一般不超过15m 根据地层影响一般在10m以内 一般最长不超过30m
　　优点 造价低，对大面积的地基处理经济优势明显 施工速度快，工艺成熟，噪音小，地基处理效果较好 施工速度快，造价低，对砂类土、杂填土等地基处理效果好 施工工艺简单、施工速度快、处理深度较大、处理效果好
　　缺点 处理周期长，工后沉降量较大，对沉降要求严格区域一般还需进行二次处理。 工程造价高，地基处理深度有限，对淤泥等土处理效果较差。 地基处理深度有限，施工过程噪音大，对淤泥等土处理效果较差。 工程造价高，在处理淤泥土时如采用长螺旋钻施工需增加淤泥处理措施。
　　经济指标 整体地基处理造价约250~350元/m2 整体地基处理造价约600~1000元/m2 整体地基处理造价约200~300元/m2 整体地基处理造价约500~800元/m2
　　 通过比较，排水固结在工程经济性方面具有明显的优势，在工期允许的前提下应尽量采用。水泥搅拌桩与CFG桩工程整体造价相差不大，但根据实际效果反馈，CFG桩地基处理在工后沉降控制方面较水泥搅拌桩具有明显优势，建议在后续地铁车辆段工程中加以推广。
　　5结论及建议
　　 广州地处珠江三角洲海陆交互相冲积平原，淤泥及淤泥质土等不良地质分布广泛，地铁车辆段对场地工后沉降要求严格，其地基处理应引起关注，避免由于地基处理不当造成后期沉降大、影响运营使用的情况出现。根据现有运营车辆段地基处理反馈情况，对后续地铁车辆段的地基处理设计有以下几个方面的建议：
　　 （1）针对淤泥、淤泥质土，现有车辆段的地基处理方式基本采用搅拌桩复合地基处理，但实际效果不是很理想，因此对于此类地层的地基处理方式应注重加强比选，选择经济合理、效果可靠的地基处理方式。在工期允许前提下推荐采用排水固结法，如工期不满足要求，建议考虑CFG工法。
　　 （2）搅拌桩地基处理应确保桩顶回填土的密实度，减少该部分填土的固结沉降，现有搅拌桩地基处理的工后沉降大部分是由桩顶回填不密实造成。对地质较差地层建议先进行填土至设计标高，然后采取搅拌桩加固处理的方式。
　　 （3）加强车辆段内过渡段的平顺处理，包括整体道床与碎石道床过渡段、库房外平过段等位置，地基处理应采取渐变方式，保证沉降的过渡。
　　 （4）对库房内整体道床的轨道部分，由于沉降要求高，建议采用预应力管桩的桩基处理方式。
　　
　　 参考文献
　　[1] JGJ 79-2002.建筑地基处理技术规范 [S].北京：中国建筑工业出版社,2002
　　 [2] 龚晓南. 地基处理手册（第二版）[R] 北京：中国建筑工业出版社,2000
　　

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