高鐵建設(shè)對(duì)軟土路基的加固處理分析

高博

【摘要】從全國(guó)范圍來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市主要分布在我國(guó)東南沿海、長(zhǎng)江三角洲以及平原地區(qū)，這些地區(qū)大部分分布著含水量高、壓縮性大、強(qiáng)度低、透水性差、覆蓋層厚、埋深淺的弱土層。在路堤荷載作用下，軟土路基很容易發(fā)生承載力不足、沉降量大、不均勻沉降大和固結(jié)完成時(shí)間長(zhǎng)等問題。因此，在軟土路基上修建鐵路，需要解決的關(guān)鍵問題就是滿足路基的穩(wěn)定性和沉降控制。因此，軟土地基的處理勢(shì)在必行。本文分析了軟土路基加固處理的必要性，介紹了幾種常見的軟基處理技術(shù)，并以實(shí)際工程為例分析了PCC在高鐵軟基處理中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】高鐵；軟土路基；加固處理；PCC

一、軟土路基加固處理的必要性

從我國(guó)現(xiàn)有高鐵施工情況來看，軟土地基處理運(yùn)用較多，不管是京津高鐵還是武廣高鐵以及沿海高鐵都應(yīng)用了軟土處理技術(shù)。目前的高鐵施工地區(qū)多為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)高鐵的需求非常突出。軟土在我國(guó)分布廣泛，具有含水量高、壓縮性高、孔隙比大、承載力低、抗剪強(qiáng)度小等特點(diǎn)，且易受荷載、排水、時(shí)間等條件影響。軟土自身的復(fù)雜性及高速鐵路工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格性，都要求我們必須做好軟基處理工作。

二、高鐵建設(shè)軟土路基的加固處理方法

（一）管樁法

管樁法有碎石樁、水泥攪拌樁、高壓旋噴樁、柔性樁（半剛性）復(fù)合地基，以及CFG樁、素混凝土樁、高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁等。不同的方法應(yīng)用范圍與加固深度不同，攪拌樁處理深度一般控制在15m以內(nèi)；高壓旋噴樁控制在30m以內(nèi)；CFG樁控制在30m以內(nèi)；沿海鐵路預(yù)應(yīng)力管樁最大處理深度達(dá)到了48m。 這里重點(diǎn)介紹一下砂石樁法與PCC樁法。

1、砂石樁法

碎石樁和砂樁總稱為砂石樁，又稱顆粒土樁，是指用振動(dòng)、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石或砂擠壓入已成的孔中，形成大直徑的砂石所構(gòu)成的樁體。

砂石樁的加固機(jī)理：在松散砂土與粘性土中有所不同的，在松散砂土中主要是發(fā)揮砂石對(duì)軟土的擠密作用、排水減壓作用、和砂基預(yù)振效應(yīng)，而在粘性土中主要是對(duì)軟土（特別是飽合軟粘土）的置換作用。砂石樁法加固期短，可以采用快速連續(xù)加載方法施工路堤，設(shè)備簡(jiǎn)單，工作面可以加大，對(duì)縮短工期十分有利。

2、PCC

PCC又稱作振動(dòng)沉模現(xiàn)澆混凝土管樁技術(shù)，它吸收了預(yù)應(yīng)力管樁和振動(dòng)沉管樁等技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。該管樁樁身強(qiáng)度高，直徑大，有效加固深度可達(dá)30m以上，施工工藝簡(jiǎn)單，可操性強(qiáng)，便于質(zhì)量控制、監(jiān)督，單樁承載力高而造價(jià)又相對(duì)較低。振動(dòng)沉模大直徑現(xiàn)澆管樁復(fù)合地基新技術(shù)具有承載力提高幅度可調(diào)范圍大、變形模量高、樁體質(zhì)量及耐久性有保障等特點(diǎn)，且有效地降低了基礎(chǔ)處理成本。

（二）置換法

利用物理力學(xué)性質(zhì)較好的巖土材料置換天然地基中部分或全部軟弱土體，形成雙層地基或復(fù)合地基，達(dá)到提高地基承載力、減少沉降的目的，包括挖除換填法、拋石擠淤法、強(qiáng)夯置換法等，是鐵路路基淺埋型軟土處理的常用方法。一般處理深度不大于2m，最大處理深度不大于3m。強(qiáng)夯置換法主要用于石料來源豐富的山間谷地相軟土處理，處理深度一般控制在8m以內(nèi)。

（三）排水固結(jié)法

塑料排水板是一種復(fù)合土工材料，由芯板和濾膜組成，其加固軟土地基的機(jī)理是在軟土地層中按一定的間距和布置形式打設(shè)塑料排水板，在軟土中形成豎向排水通道，加速排水，特點(diǎn)是單孔水?dāng)嗝娲?，排水暢通、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，耐久性好。當(dāng)軟土層較厚，路堤較高時(shí)，常用塑料排水板法加速固結(jié)沉降。

（四）加筋土法

通過在土層中埋設(shè)強(qiáng)度較大的土工聚合物、拉筋、受力桿件等達(dá)到提高地基承載力，減小沉降，或維持建筑物穩(wěn)定的地基處理方法稱為加筋法。加筋在地基土中埋設(shè)強(qiáng)度較大的土工合成材料、鋼片等加筋材料、使地基土能夠承受抗拉力，防止斷裂，保持整體性，提高剛度，改變地基土體的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)，從而提高地基的承載力，改善地基的變形特性。該方法適用于軟弱土地基，填土及高填土、砂土等。

（五）注漿法

就是用壓送設(shè)備將具有充填和膠結(jié)性能的漿液材料注入土層中土顆粒的間隙里，圖層的界面或巖層的裂隙內(nèi)，使其擴(kuò)散，膠凝或固化，以增強(qiáng)土層強(qiáng)度，降低地層滲透性，防止底層變形和進(jìn)行托換技術(shù)的地基處理，處理深度較淺。

三、PCC在高鐵軟土路基處理中的應(yīng)用

（一）工程概況

我國(guó)東北某地區(qū)高速鐵路某合同段（K406+000-K424十000），全段長(zhǎng)18km，其中K406+000～K408+200中2 .2km，地層結(jié)構(gòu)為素填土和耕植土。地表及地下水質(zhì)對(duì)混凝土均無腐蝕性，地下水位在地表下3m處。同時(shí)該段地下永豐富，水位較高，低洼處地表積水，地基承載力只有60-lOOkPa.屬不良地質(zhì)地段。本段采用PCC樁進(jìn)行軟土加固。本工程中PCC樁設(shè)計(jì)樁徑（外徑）1.Om，管壁厚度0.12m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為10、12、14m 3種類型，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C15，設(shè)計(jì)樁間距3.0m，呈正三角形布置，樁頂設(shè)置50cm厚碎石褥墊層。PCC樁設(shè)計(jì)單樁承載力>480kN，復(fù)合地基承載力≥160kPa。

（二）PCC樁加固數(shù)值模擬分析

1、材料本構(gòu)和計(jì)算參數(shù)的選取

樁和土工柵格均采用線彈性模型.橫型中填土、墊層、地基均采用鄧肯一張非線性彈性模型。樁身混凝土強(qiáng)度為C25，彈性模量為28GPa，泊松比為0.17，墊層中間插入的土工柵格剛度Ek×t=1000kN/m，泊松比為0.45，t為土工柵格的厚度。樁土摩擦系數(shù)取0.3。邊界條件：底邊為兩個(gè)方向約束，左邊為對(duì)稱邊界，右邊路基土控制水平方向約束。

2、計(jì)算結(jié)果

經(jīng)分析，在軟土路基沒有有經(jīng)過PCC樁處理時(shí)，路基位移沉降分布凰主要集中在加載路堤的下面，且呈“盆”狀。土體在豎向的位移變化由于土體自身固結(jié)變化比較大，最大值達(dá)到0.21m；經(jīng)過PCC樁處理的整體位移分布更為均勻，且最大值為0.048m。以此可以看出，由于PCC樁的參與，打破了原有土體的應(yīng)力分布，使和樁身接觸的大部分土體得到加固，降低了位移沉降，很好的對(duì)軟土路基進(jìn)行了加固，大大提高軟土路基的整體穩(wěn)定性，同時(shí)也滿足高速鐵路安全行駛的需要。

（三）施工要點(diǎn)

1、樁位放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)文件和技術(shù)交底所確定的坐標(biāo)控制點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行樁位放樣，采用經(jīng)緯儀定出樁位。用消石灰作出樁位的圓形標(biāo)記，圓心位置用小木樁標(biāo)記，并注意保護(hù)所作標(biāo)記。

2、樁機(jī)就位

樁機(jī)就位時(shí)，要對(duì)樁機(jī)的水平度和導(dǎo)向架的垂直度進(jìn)行調(diào)整，樁機(jī)的垂直度以樁塔的鉛垂線進(jìn)行控制，使樁管在自由狀態(tài)下對(duì)準(zhǔn)樁位，垂直度偏差應(yīng)≤1%；水平度用水平尺進(jìn)行控制，水平度誤差應(yīng)<1%。

3、活瓣固定

固定活瓣應(yīng)在樁機(jī)就位后，用鐵絲固定活瓣，固定活瓣用鐵絲為標(biāo)準(zhǔn)12號(hào)。其松緊程度宜以活瓣不外張為宜，不宜過緊。固定活瓣的鐵絲應(yīng)在活瓣樁尖進(jìn)入土中l(wèi)Oom時(shí)予以解除。

3、沉管至樁底

利用沉管自重或鋼絲繩加壓將沉管壓入土中一定深度，然后開動(dòng)振動(dòng)錘起振沉管至設(shè)計(jì)樁深。

4、灌注混凝土至管頂

在灌注樁身混凝±之前，應(yīng)根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合地質(zhì)報(bào)告預(yù)估充盈系數(shù)，計(jì)算投料體積，制定分批投料計(jì)劃。灌注混凝土至樁頂標(biāo)商，如樁頂離自然地面較近，需拔管超注時(shí)，應(yīng)注意不宜拔的過高，應(yīng)以控制在樁需注入的混凝土方量為限。

5、振動(dòng)拔管

沉管灌滿混凝土之后，先振動(dòng)再拔管，在拔管過程中。應(yīng)分段添加混凝土.保持管內(nèi)混凝土面始終不低于地面或高于地下水位l-1.5m以上。

移機(jī)重復(fù)復(fù)上述步驟.進(jìn)行下一樁的施工。

參考文獻(xiàn)

[1]黎愛清.CFG樁加固某軟土路基的病害分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012年6期.

[2]程勛.高壓旋噴樁加固高速鐵路軟土地基[J].黑龍江交通科技，2011年10期.