孟加拉帕德瑪?shù)貐^(qū)深厚層軟土處理技術(shù)

羅良成，王 波,許子文

(中鐵二院工程集團有限責任公司, 四川成都 610031)

工程位于孟加拉中西部地區(qū)，地下水位埋深淺，水田、池塘沼澤密布，地質(zhì)勘察揭示鐵路沿線廣泛存在軟土、松軟土地層。為保障工程質(zhì)量、消除隱患，有效解決過渡段剛度調(diào)配和地基加固的問題，同時結(jié)合時效性、可操作性、造價合理性，應(yīng)用水泥攪拌樁復合地基加固技術(shù)對橋涵過渡段進行處理。

1 項目概況

孟加拉帕德瑪大橋鐵路連接線起于首都達卡，通過在建的帕德瑪公鐵兩用大橋經(jīng)瑪瓦、邦嘎等地區(qū)至線路終點杰索爾，正線全長162.309km。該線為“一帶一路”建設(shè)項目在孟加拉國的一個重要組成部分，建成后東端可連接達卡至吉大港雙線準軌快速鐵路，中間可與既有鐵路拉加班尼至卡西亞尼鐵路、福里德布爾至邦嘎鐵路連接，共同構(gòu)建孟加拉西南部新的鐵路網(wǎng)，將極大提升達卡區(qū)和庫爾納區(qū)的交通運輸能力，帶動沿線各區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展。

項目工程區(qū)位于孟加拉國中西部，新建鐵路，可分為達卡至瑪瓦、瑪瓦至邦嘎、邦嘎至杰索爾三個工作區(qū)段，見圖1。

圖1 帕德瑪大橋鐵路連接線項目線路示意

2 區(qū)域地質(zhì)條件及特殊性巖土

2.1 自然地理及區(qū)域地質(zhì)條件

工程區(qū)位于南亞次大陸東北部的恒河和布拉馬普特拉河沖擊而成的三角洲上，地勢平坦開闊，水網(wǎng)密布，農(nóng)田、沼澤交錯分布。受控于亞熱帶季風氣候，濕熱多雨，夏季長而冬季短、季節(jié)交替不明顯。降雨多集中在每年的6～10月。

地質(zhì)勘察顯示，工程區(qū)地表覆蓋層極厚，主要是粉細砂層、中粗砂層，未能揭示到基巖，地下水埋深淺、季節(jié)波動不明顯，以第四系潛水為主，一般不具腐蝕性。砂層顏色較雜，多為灰白色，含較多云母。該層上部稍密，下部多呈中密～密實狀，常見小型交錯層和疊片狀紋層。黏性土層多為黃褐色，以粉質(zhì)黏土為主，軟塑～硬塑狀，土質(zhì)較純，厚度2～8m，局部可達10余米。

2.2 特殊性巖土

鐵路工程沿線水網(wǎng)密集，水塘、沼澤、水田廣布，對鐵路工程施工影響較大的特殊性巖土主要為軟土(松軟土)。

軟土主要包括軟黏性土、淤泥等，工程性質(zhì)較差，通常含有機質(zhì)，具有孔隙比大、天然含水量高、高壓縮性、低強度、高靈敏度和排水固結(jié)慢的特點。受到擾動時，其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，強度指標明顯降低，對路基、車站等工程影響較大，需采取相應(yīng)的地基處理措施。見表1。

3 軟土處治技術(shù)研究

3.1 處治目的及要求

自上世紀80年代以來，我國在沿海鐵路、公路、市政、港口等項目中廣泛采用水泥攪拌樁復合地基處理技術(shù)處治深厚軟土。水泥攪拌樁使用水泥作固化劑，通過攪拌設(shè)備將水泥漿拌入待處理土層并進行充分混合，經(jīng)一系列的物理和化學反應(yīng)，使得軟土、松軟土工程性質(zhì)改變，地基承載力得到極大提高，達到軟基處理的目的，見圖2。水泥攪拌樁施工具有快速、經(jīng)濟、便捷的特點，處治深度靈活，比較適用于孟加拉這樣的三角洲沉積區(qū)。

根據(jù)路橋過渡段復合地基承載力驗算結(jié)果，結(jié)合該項目實際情況和孟加拉鐵道部雇主需求，參照TB10106-2010《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)范》，根據(jù)沿線地質(zhì)情況，在橋梁、涵洞兩端的過渡段(25m范圍)采用濕噴法水泥攪拌樁加固路基以滿足“提升地基土強度，減少橋涵和路基之間的沉降差，從而實現(xiàn)平穩(wěn)過渡”的要求。

表1 孟加拉地區(qū)三角洲相軟土主要物理力學指標

圖2 使用水泥攪拌樁加固處理前后的路基破壞模式變化示意

3.2 水泥攪拌樁施工過程

3.2.1 施工準備

(1)運送水泥樣品至雇主指定的試驗室進行試驗，結(jié)合地質(zhì)條件，選擇滿足設(shè)計強度要求的水泥、外加劑及摻量，并進行配合比試驗。

(2)施工現(xiàn)場應(yīng)事先平整場地、進行樁位測放，清除樁體所在位置的障礙、樹根和垃圾等。

(3)對施工機械進行檢查、維護，確保設(shè)備處于良好的使用狀態(tài)。

(4)技術(shù)人員和施工人員進行交底，明確施工流程、實施方案和質(zhì)量控制要點。

3.2.2 工藝流程

設(shè)計采用“四攪兩噴”的施工工藝，可分為初次下鉆攪拌，初次提鉆攪拌并噴漿，二次下鉆攪拌，二次提鉆攪拌并噴漿。具體流程如下：

攪拌樁定位→鉆機就位→檢查和調(diào)整設(shè)備(同步制漿)→通過正循環(huán)鉆孔至設(shè)計深度→噴射水泥漿保持30s座底→提升鉆機反循環(huán)噴射水泥漿→提升至原地面下0.3m→再次下鉆攪拌至設(shè)計深度→提鉆反循環(huán)噴漿至表層制作樁頭→完成→移動機械至下一個樁。

3.3 成樁質(zhì)量控制及檢測

3.3.1 施工過程控制

(1)機械安裝平穩(wěn)，使用經(jīng)緯儀以確保鐵軌垂直于地面，控制樁軸傾斜不超過1 %。

(2)嚴格按照監(jiān)理批準的施工方案、技術(shù)規(guī)程、操作手冊進行施工。

(3)密切關(guān)注各儀表變化，詳細記錄鉆進標高、成樁時間、異常情況等信息，控制鉆進和提升速度、攪拌轉(zhuǎn)速、漿液濃度、噴漿壓力、水泥漿用量、添加劑用量等。

3.3.2 成樁質(zhì)量檢測

依據(jù)TB10414-2018《鐵路路基工程施工質(zhì)量驗收標準》及江蘇省地方標準DB32/T2283-2012《公路工程水泥攪拌樁成樁質(zhì)量檢測規(guī)程》，對水泥攪拌樁試驗樁使用鉆芯法和標貫驗證法進行了成樁質(zhì)量檢測。鉆孔取芯驗證較為直觀，且所取芯樣加工后能進行無側(cè)限單軸抗壓測試，獲取承載力指標。此外，平板載荷測試也能反映地基處理效果。

4 水泥攪拌樁成樁質(zhì)量檢測

為現(xiàn)場驗證水泥攪拌樁施工可行性、工藝可靠性、質(zhì)量穩(wěn)定性等，分別在二分部、三分部(一工區(qū)、二工區(qū))選取三處場地進行了40根水泥攪拌樁試驗，并隨機在各點抽取近10根樁進行取芯驗證，結(jié)果顯示初次成樁質(zhì)量欠佳，見圖3。

圖3 第一批試驗樁成樁質(zhì)量取芯檢驗情況欠佳

4.1 水泥攪拌樁成樁質(zhì)量缺陷調(diào)查

由于施工時對現(xiàn)場地質(zhì)情況判視不深入、考慮不充分，對軟土層位置把握不準，第一批水泥攪拌試驗樁成樁質(zhì)量存在缺陷，詳細情況見表2。

表2 水泥攪拌樁成樁質(zhì)量取芯檢測缺陷統(tǒng)計

4.2 造成試樁質(zhì)量缺陷的原因分析

4.2.1 樁長不夠

造成樁長不夠的主要原因是現(xiàn)場技術(shù)交底工作未到位。清表或堆填都將引起場地標高變化，施工時需對設(shè)計標高進行復核并據(jù)實調(diào)整樁長。

4.2.2 樁體完整性較差

沒有詳細參閱基礎(chǔ)地質(zhì)勘察資料，不清楚需要重點加固的“目標層”(軟黏土層、軟粉土層、淤泥層)，未能及時進行工藝調(diào)整和效果補強。

4.2.3 樁體水泥固結(jié)不均勻

施工程序單一，控制不嚴格，攪拌不充分，水泥摻量不足；注漿壓力和漿液用量控制不到位，造成水泥滲入不充分、不均勻，局部水泥漿過少或者超量；施工時提升速度和攪拌速度一成不變，缺乏對“目標層”的控制性。

5 水泥攪拌樁質(zhì)量控制及工藝改進

經(jīng)過現(xiàn)場施工調(diào)查及原因分析，設(shè)計分部認為“目標層”把握不準、攪拌不充分、水泥漿摻入量不足等是造成水泥攪拌樁成樁質(zhì)量欠佳的主要原因，為此采取了相應(yīng)的措施進行工藝及設(shè)備改進，具體改進措施主要為：

(1)現(xiàn)場技術(shù)交底要明確各層位標高，詳細解讀和辨識地質(zhì)資料，找準“目標層”，針對需要處理的軟弱層(飽和黏土層、軟粉土層、淤泥層)進行工藝調(diào)整和補強。對地層情況稍好、施工質(zhì)量較好的砂層、粉砂層則可以適當減少水泥漿用量。

(2)通過室內(nèi)配比試驗及現(xiàn)場驗證，證明了水泥攪拌樁水灰比在0.45～0.55，50kg/m的水泥摻量及每根樁施工時間40～50min是滿足要求的，施工時要針對“目標層”加強旋轉(zhuǎn)速率、注漿壓力、提升速度等的控制。

(3)根據(jù)三個試驗工區(qū)的調(diào)查情況，攪拌不均勻是普遍現(xiàn)象。依據(jù)式(1)，對攪拌頭增加一組葉片，同時提升旋轉(zhuǎn)速度，能較大的增加攪拌次數(shù)，使?jié){液與土體的混合更加充分。

(1)

式中:N-攪土總次數(shù)；n-攪拌翼的葉片總數(shù)；H-葉片平均鉛錘高度(m)；R1，R2-葉片下降、提升時轉(zhuǎn)速(r/min)；V1，V2-葉片下降、提升時速度(m/min)

(4)根據(jù)設(shè)計樁長及地層情況選用合適功率的攪拌機。機械應(yīng)具備變速功能，可隨時調(diào)整轉(zhuǎn)速、提/沉管速率，并實時觀測噴漿量。對現(xiàn)場計量不準和老舊設(shè)備應(yīng)及時修復或更換。

(5)出漿口宜設(shè)在攪拌葉片中部或設(shè)置多個出漿口，避免因單一出漿口堵塞而造成水泥摻量不足和滲入不均。

通過施工工藝和設(shè)備改進之后進行了第二批試樁，同樣采用鉆探取芯驗證，改進后成樁質(zhì)量得到很大提高，完全滿足設(shè)計要求，改進效果良好，見圖4、圖5。

圖4 施工工藝和設(shè)備改進后的試驗樁取芯檢驗情況

圖5 平板載荷測試成果

6 結(jié)語

(1)通過對孟加拉地區(qū)軟土特征和形成規(guī)律分析，結(jié)合現(xiàn)場條件證明了在該區(qū)采用水泥攪拌樁技術(shù)處理深厚軟土的設(shè)計是可行的。

(2)通過明確“目標層位”、提升設(shè)備性能、優(yōu)化配合比、改進施工工藝、設(shè)備等措施，能有效保證水泥攪拌樁成樁質(zhì)量，從而滿足過渡段地基處理的要求。

(3)經(jīng)過工藝改進和設(shè)備更新后，取芯檢測和平板載荷檢測顯示軟土處理效果理想，達到處治要求。

(4)改良后的水泥攪拌樁處治軟土效果良好，在工程區(qū)得到推廣和應(yīng)用，對該地區(qū)相關(guān)工程施作具有一定指導意義。