鐵路軟土路堤綜合處理措施的研究

付紅梅

摘要：軟土路堤的處理措施較多，所有的處理措施都是建立在針對(duì)軟土的微觀機(jī)理和力學(xué)特性的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。隨著人們對(duì)軟土路堤工程特性研究的深入、新型材料的應(yīng)用和施工方面的進(jìn)一步改進(jìn)，這必將使軟土路基綜合處理措施得到更加廣泛的應(yīng)用。在工程實(shí)踐中，對(duì)眾多的處理措施如何選用，要從軟土的工程性質(zhì)、處理后要達(dá)到的要求、所需資金、施工進(jìn)度、難易等方面進(jìn)行綜合研究和對(duì)比。文章主要研究砂井與土工合成材料綜合處理鐵路軟土路堤的措施。

關(guān)鍵詞：砂井 土工合成材料 處理措施

1 概述

近年來(lái)，土工合成材料這種巖土工程的新型材料大量出現(xiàn)。這種新型材料放在軟土的里面、表面或各個(gè)土層中間能起著返濾、加筋、排水、防滲、隔離、加固的作用；因此，土工合成材料在軟土路堤的發(fā)展和應(yīng)用中有著廣闊的前景。下面以土工合成材料和砂井同時(shí)使用的工程實(shí)例來(lái)加以說(shuō)明軟土路堤的綜合處理措施。

鋪設(shè)土工合成材料以后，軟土路堤的穩(wěn)定性分析仍以圓弧法為基礎(chǔ)，一般情況下，采用荷蘭法和瑞典法進(jìn)行計(jì)算。

砂井的施工方法采用射水法，它是利用人工高壓射水在土中形成豎直井，在井內(nèi)填入砂子，在砂井的周圍鋪設(shè)砂墊層，砂井和砂墊層共同作用處理軟土路堤，土體受到壓力后，土體孔隙的水進(jìn)入砂井中，再由砂井豎向排出，在提高有效應(yīng)力的同時(shí)，孔隙水壓力降低，提高了軟土路堤的承載力。鐵路路基變形觀測(cè)一般是以位移監(jiān)測(cè)樁、沉降板和沉降觀測(cè)樁為主；目前?？瓦\(yùn)專線的變形觀測(cè)要求精度較高，在客運(yùn)專線的變形觀測(cè)中增加設(shè)置了一些高精度智能型的儀器，例如：土壓力盒、柔性位移計(jì)、電磁式深層沉降儀、智能數(shù)碼柔性沉降計(jì)、單點(diǎn)沉降計(jì)、剖面管等。

2 工程概況

在鋪設(shè)某段鐵路線路時(shí)，有兩段軟土地基上的高路堤，給工程造成了很多的障礙，如果還是采取原先的設(shè)計(jì)方案，是很難保證如期完成鐵路鋪軌的，如果要想既保證工程的質(zhì)量，又滿足工期的需求，可以把原先的處理方案變成土工織物和砂井綜合處理加固地基，經(jīng)后期的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，這種土工織物和砂井的綜合處理措施增加軟土路堤的穩(wěn)定性、加快了施工的進(jìn)度和節(jié)約施工成本等，取得了令人滿意的效果。在施工中，其中1#工點(diǎn)僅需要54天便填到了設(shè)計(jì)高度8.8m；2#工點(diǎn)，僅需要43天便填到了設(shè)計(jì)高度9.2m，后來(lái)1#、2#工點(diǎn)又相繼加高了1.5m，這相當(dāng)于沿長(zhǎng)度方向每米增加填土10m3左右，通過(guò)模擬列車的運(yùn)行可以說(shuō)明1#、2#工點(diǎn)均是穩(wěn)定的。下面主要以2#工點(diǎn)為例加以介紹。

3 工程地質(zhì)

試驗(yàn)段所處的地理位置為丘間的谷地，谷地部分的寬度大約200m左右，地勢(shì)基本上是為平坦的水田，兩側(cè)的坡谷大部分為較為平緩的旱地。谷地的上部分是第四紀(jì)近代的沖積物，下伏為第三紀(jì)紫紅色的砂巖與砂礫巖層相互交錯(cuò)。地下水位接近于地表。軟土層的性質(zhì)如下：

第1層：褐黃色的粘砂土，中細(xì)砂礫砂層相互交錯(cuò)，厚度大約為1-3m；

第2層：泥炭土與淤泥質(zhì)粘土層相互交錯(cuò)，其中夾有大量朽木，基本上呈軟塑和流塑狀態(tài)，厚度大約為5-7m；

第3層：粗砂礫中夾雜著卵石層，厚1-3m；

第4層：砂巖類砂礫巖層相互交錯(cuò)，其中上部1-2m是較為嚴(yán)重的風(fēng)化帶部分。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 方案選擇

軟土路堤的設(shè)計(jì)方案如果用砂井和反壓護(hù)道綜合措施處理，反壓護(hù)道是由寬度為15m、高度為4m的斷面形成的，如果按照施工的工期是一年來(lái)進(jìn)行相關(guān)檢算，那么，通過(guò)用荷蘭法和瑞典法檢算其安全穩(wěn)定系數(shù)僅為1.20。

采用土工織物和砂井綜合處理方案，利用土工織物承受橫向拉力能夠增加土的抗滑力矩，從而提高路基的穩(wěn)定安全系數(shù)，通過(guò)檢算穩(wěn)定安全系數(shù)為1.69。同時(shí)，填土的速度可以提高。增加的部分填土又能夠加快地基的滲透固結(jié)速度，提高了軟土路堤的承載能力。

3.2 土工織物的選擇及鋪設(shè)位置的確定

該段軟土路堤的處理選用青島麻紡廠生產(chǎn)的寬度為0.98m的聚丙烯疊絲編織型土工織物，該土工織物的性能為：緯向抗拉強(qiáng)度是36kN/m，徑向抗拉強(qiáng)度為50kN/m，延伸率為20%。施工時(shí)，為了方便，土工織物的尺寸在工廠內(nèi)加工成寬度為3.6m，在縱向方向上的延伸搭接長(zhǎng)度是0.5m，總的長(zhǎng)度為路堤底部的寬度再加上折回的寬度5m。

鋪設(shè)土工織物的位置是在排水砂井頂部的砂墊層內(nèi)，砂墊層能夠起到防止頂破和增大摩擦系數(shù)的作用。通過(guò)檢算，鋪設(shè)土工織物最少兩層，兩端向回折3m作為錨固端，起到加固的作用；同時(shí)在外面還要鋪設(shè)干砌片石進(jìn)行保護(hù)。

3.3 檢算穩(wěn)定性

軟土的穩(wěn)定分析方法多用圓弧法。加鋪土工織物后，因土工織物承受了拉力而增加了一個(gè)穩(wěn)定力矩，從而增大了安全系數(shù)，常用兩種穩(wěn)定方法即荷蘭法和瑞典法進(jìn)行計(jì)算。

4 施工及觀測(cè)變形

4.1 施工概況

為了給試驗(yàn)段爭(zhēng)取更多的填土?xí)r間和較大的固結(jié)荷載，應(yīng)該最大限度的提高觀測(cè)數(shù)據(jù)水平位移的控制值，這樣可以有效的提高施工速率。在7月份，進(jìn)行砂井施工（采用射水法施工），深度都達(dá)到礫卵石層。8月上旬進(jìn)行土工織物的鋪設(shè)。8月中旬開始填筑，并以邊樁觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)控制填土速度。填筑到設(shè)計(jì)高度只用了43天，填土超過(guò)臨界高度以后，填土速率仍然很快，從5m一直到9.2m，僅僅用了16天的時(shí)間，在軟土地基上不鋪設(shè)土工織物，像這樣快的填筑速率是比較少見的。

4.2 觀測(cè)變形

沉降增量隨荷載增量而增大，當(dāng)填土荷載增量未超過(guò)10kN/d，沉降增量隨荷載增量而變化是呈直線關(guān)系，超過(guò)后則不呈直線關(guān)系，而且還有可能發(fā)生局部破壞。填土的平均沉降速率為0.0199m/kN，卸載的沉降回彈為0.0068m/kN。

本工點(diǎn)填土過(guò)程中，當(dāng)觀測(cè)邊樁位移值達(dá)到15 mm/d時(shí)需放慢填土的速度；當(dāng)邊樁位移達(dá)2520mm/d時(shí)才停止填土。這與《鐵路特殊土路基設(shè)計(jì)規(guī)則》（TBJ35-

92）所定的20mm/d的允許值有所突破。此外，實(shí)測(cè)得到的地基平均固結(jié)度也遠(yuǎn)高于理論計(jì)算值。

5 評(píng)價(jià)

工點(diǎn)建成通車運(yùn)營(yíng)至今，其沉降與其它工點(diǎn)比不但小而且均勻。例如路堤竣工后的11月10日實(shí)測(cè)沉降數(shù)值為：路堤中心及距中心10m處分別為1.551m相1.328m。土工織物在此工點(diǎn)的使用起到了改善地基土的應(yīng)力狀態(tài)，增加路堤穩(wěn)定性、加速地基的固結(jié)沉降等作用，且節(jié)省了工期、降低了成本。

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