孟加拉帕德玛地区深厚层软土处理技术

罗良成，王 波,许子文

(中铁二院工程集团有限责任公司, 四川成都 610031)

工程位于孟加拉中西部地区，地下水位埋深浅，水田、池塘沼泽密布，地质勘察揭示铁路沿线广泛存在软土、松软土地层。为保障工程质量、消除隐患，有效解决过渡段刚度调配和地基加固的问题，同时结合时效性、可操作性、造价合理性，应用水泥搅拌桩复合地基加固技术对桥涵过渡段进行处理。

1 项目概况

孟加拉帕德玛大桥铁路连接线起于首都达卡，通过在建的帕德玛公铁两用大桥经玛瓦、邦嘎等地区至线路终点杰索尔，正线全长162.309km。该线为“一带一路”建设项目在孟加拉国的一个重要组成部分，建成后东端可连接达卡至吉大港双线准轨快速铁路，中间可与既有铁路拉加班尼至卡西亚尼铁路、福里德布尔至邦嘎铁路连接，共同构建孟加拉西南部新的铁路网，将极大提升达卡区和库尔纳区的交通运输能力，带动沿线各区域的经济发展。

项目工程区位于孟加拉国中西部，新建铁路，可分为达卡至玛瓦、玛瓦至邦嘎、邦嘎至杰索尔三个工作区段，见图1。

图1 帕德玛大桥铁路连接线项目线路示意

2 区域地质条件及特殊性岩土

2.1 自然地理及区域地质条件

工程区位于南亚次大陆东北部的恒河和布拉马普特拉河冲击而成的三角洲上，地势平坦开阔，水网密布，农田、沼泽交错分布。受控于亚热带季风气候，湿热多雨，夏季长而冬季短、季节交替不明显。降雨多集中在每年的6～10月。

地质勘察显示，工程区地表覆盖层极厚，主要是粉细砂层、中粗砂层，未能揭示到基岩，地下水埋深浅、季节波动不明显，以第四系潜水为主，一般不具腐蚀性。砂层颜色较杂，多为灰白色，含较多云母。该层上部稍密，下部多呈中密～密实状，常见小型交错层和叠片状纹层。黏性土层多为黄褐色，以粉质黏土为主，软塑～硬塑状，土质较纯，厚度2～8m，局部可达10余米。

2.2 特殊性岩土

铁路工程沿线水网密集，水塘、沼泽、水田广布，对铁路工程施工影响较大的特殊性岩土主要为软土(松软土)。

软土主要包括软黏性土、淤泥等，工程性质较差，通常含有机质，具有孔隙比大、天然含水量高、高压缩性、低强度、高灵敏度和排水固结慢的特点。受到扰动时，其结构不稳定，强度指标明显降低，对路基、车站等工程影响较大，需采取相应的地基处理措施。见表1。

3 软土处治技术研究

3.1 处治目的及要求

自上世纪80年代以来，我国在沿海铁路、公路、市政、港口等项目中广泛采用水泥搅拌桩复合地基处理技术处治深厚软土。水泥搅拌桩使用水泥作固化剂，通过搅拌设备将水泥浆拌入待处理土层并进行充分混合，经一系列的物理和化学反应，使得软土、松软土工程性质改变，地基承载力得到极大提高，达到软基处理的目的，见图2。水泥搅拌桩施工具有快速、经济、便捷的特点，处治深度灵活，比较适用于孟加拉这样的三角洲沉积区。

根据路桥过渡段复合地基承载力验算结果，结合该项目实际情况和孟加拉铁道部雇主需求，参照TB10106-2010《铁路工程地基处理技术规范》，根据沿线地质情况，在桥梁、涵洞两端的过渡段(25m范围)采用湿喷法水泥搅拌桩加固路基以满足“提升地基土强度，减少桥涵和路基之间的沉降差，从而实现平稳过渡”的要求。

表1 孟加拉地区三角洲相软土主要物理力学指标

图2 使用水泥搅拌桩加固处理前后的路基破坏模式变化示意

3.2 水泥搅拌桩施工过程

3.2.1 施工准备

(1)运送水泥样品至雇主指定的试验室进行试验，结合地质条件，选择满足设计强度要求的水泥、外加剂及掺量，并进行配合比试验。

(2)施工现场应事先平整场地、进行桩位测放，清除桩体所在位置的障碍、树根和垃圾等。

(3)对施工机械进行检查、维护，确保设备处于良好的使用状态。

(4)技术人员和施工人员进行交底，明确施工流程、实施方案和质量控制要点。

3.2.2 工艺流程

设计采用“四搅两喷”的施工工艺，可分为初次下钻搅拌，初次提钻搅拌并喷浆，二次下钻搅拌，二次提钻搅拌并喷浆。具体流程如下：

搅拌桩定位→钻机就位→检查和调整设备(同步制浆)→通过正循环钻孔至设计深度→喷射水泥浆保持30s座底→提升钻机反循环喷射水泥浆→提升至原地面下0.3m→再次下钻搅拌至设计深度→提钻反循环喷浆至表层制作桩头→完成→移动机械至下一个桩。

3.3 成桩质量控制及检测

3.3.1 施工过程控制

(1)机械安装平稳，使用经纬仪以确保铁轨垂直于地面，控制桩轴倾斜不超过1 %。

(2)严格按照监理批准的施工方案、技术规程、操作手册进行施工。

(3)密切关注各仪表变化，详细记录钻进标高、成桩时间、异常情况等信息，控制钻进和提升速度、搅拌转速、浆液浓度、喷浆压力、水泥浆用量、添加剂用量等。

3.3.2 成桩质量检测

依据TB10414-2018《铁路路基工程施工质量验收标准》及江苏省地方标准DB32/T2283-2012《公路工程水泥搅拌桩成桩质量检测规程》，对水泥搅拌桩试验桩使用钻芯法和标贯验证法进行了成桩质量检测。钻孔取芯验证较为直观，且所取芯样加工后能进行无侧限单轴抗压测试，获取承载力指标。此外，平板载荷测试也能反映地基处理效果。

4 水泥搅拌桩成桩质量检测

为现场验证水泥搅拌桩施工可行性、工艺可靠性、质量稳定性等，分别在二分部、三分部(一工区、二工区)选取三处场地进行了40根水泥搅拌桩试验，并随机在各点抽取近10根桩进行取芯验证，结果显示初次成桩质量欠佳，见图3。

图3 第一批试验桩成桩质量取芯检验情况欠佳

4.1 水泥搅拌桩成桩质量缺陷调查

由于施工时对现场地质情况判视不深入、考虑不充分，对软土层位置把握不准，第一批水泥搅拌试验桩成桩质量存在缺陷，详细情况见表2。

表2 水泥搅拌桩成桩质量取芯检测缺陷统计

4.2 造成试桩质量缺陷的原因分析

4.2.1 桩长不够

造成桩长不够的主要原因是现场技术交底工作未到位。清表或堆填都将引起场地标高变化，施工时需对设计标高进行复核并据实调整桩长。

4.2.2 桩体完整性较差

没有详细参阅基础地质勘察资料，不清楚需要重点加固的“目标层”(软黏土层、软粉土层、淤泥层)，未能及时进行工艺调整和效果补强。

4.2.3 桩体水泥固结不均匀

施工程序单一，控制不严格，搅拌不充分，水泥掺量不足；注浆压力和浆液用量控制不到位，造成水泥渗入不充分、不均匀，局部水泥浆过少或者超量；施工时提升速度和搅拌速度一成不变，缺乏对“目标层”的控制性。

5 水泥搅拌桩质量控制及工艺改进

经过现场施工调查及原因分析，设计分部认为“目标层”把握不准、搅拌不充分、水泥浆掺入量不足等是造成水泥搅拌桩成桩质量欠佳的主要原因，为此采取了相应的措施进行工艺及设备改进，具体改进措施主要为：

(1)现场技术交底要明确各层位标高，详细解读和辨识地质资料，找准“目标层”，针对需要处理的软弱层(饱和黏土层、软粉土层、淤泥层)进行工艺调整和补强。对地层情况稍好、施工质量较好的砂层、粉砂层则可以适当减少水泥浆用量。

(2)通过室内配比试验及现场验证，证明了水泥搅拌桩水灰比在0.45～0.55，50kg/m的水泥掺量及每根桩施工时间40～50min是满足要求的，施工时要针对“目标层”加强旋转速率、注浆压力、提升速度等的控制。

(3)根据三个试验工区的调查情况，搅拌不均匀是普遍现象。依据式(1)，对搅拌头增加一组叶片，同时提升旋转速度，能较大的增加搅拌次数，使浆液与土体的混合更加充分。

(1)

式中:N-搅土总次数；n-搅拌翼的叶片总数；H-叶片平均铅锤高度(m)；R1，R2-叶片下降、提升时转速(r/min)；V1，V2-叶片下降、提升时速度(m/min)

(4)根据设计桩长及地层情况选用合适功率的搅拌机。机械应具备变速功能，可随时调整转速、提/沉管速率，并实时观测喷浆量。对现场计量不准和老旧设备应及时修复或更换。

(5)出浆口宜设在搅拌叶片中部或设置多个出浆口，避免因单一出浆口堵塞而造成水泥掺量不足和渗入不均。

通过施工工艺和设备改进之后进行了第二批试桩，同样采用钻探取芯验证，改进后成桩质量得到很大提高，完全满足设计要求，改进效果良好，见图4、图5。

图4 施工工艺和设备改进后的试验桩取芯检验情况

图5 平板载荷测试成果

6 结语

(1)通过对孟加拉地区软土特征和形成规律分析，结合现场条件证明了在该区采用水泥搅拌桩技术处理深厚软土的设计是可行的。

(2)通过明确“目标层位”、提升设备性能、优化配合比、改进施工工艺、设备等措施，能有效保证水泥搅拌桩成桩质量，从而满足过渡段地基处理的要求。

(3)经过工艺改进和设备更新后，取芯检测和平板载荷检测显示软土处理效果理想，达到处治要求。

(4)改良后的水泥搅拌桩处治软土效果良好，在工程区得到推广和应用，对该地区相关工程施作具有一定指导意义。