高速鐵路軟土路基工后沉降控制措施

楊燕

(中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司,河北保定 074000)

高速鐵路軟土路基工后沉降控制措施

楊燕

(中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司,河北保定 074000)

基于高速鐵路軟土路基工后沉降控制的重要性,討論了高速鐵路軟土路基工后沉降的影響因素、主要控制措施及主要軟基處理方法。

高速鐵路 軟土路基 工后沉降

1 工后沉降產(chǎn)生的原因

1.1 地基土的壓密沉降

地基的壓密沉降，因路堤填筑高度和地基條件的不同，沉降差異較大。這部分變形一般經(jīng)歷的時(shí)間比較長(zhǎng)，是路基沉降變形監(jiān)測(cè)和計(jì)算的重點(diǎn)。

1.2 路堤填料在自重作用下的壓實(shí)沉降

路堤填料由散體材料構(gòu)成，由于自重產(chǎn)生一定的壓密下沉是正常的，其大小取決于填料和施工質(zhì)量。如果下沉量較大，說(shuō)明填料的壓實(shí)度不足，強(qiáng)度低，容易造成不均勻變形。此種變形發(fā)生在兩個(gè)階段：一是施工階段的下沉，不計(jì)入工后沉降;二是施工完成后對(duì)后期運(yùn)營(yíng)有影響的工后沉降。另外，沉降隨路堤填料的性質(zhì)、填筑高度的不同雖大小不一，但一般都在路基填筑高度的0.10%～0.55%范圍，路基填筑施工后1～2年基本完成。

1.3 路基面在列車荷載作用下發(fā)生的累積變形

這是由列車通過(guò)道床傳遞道路基面的動(dòng)荷載引起的，這類下沉是一個(gè)累積的過(guò)程。為使列車安全運(yùn)行和保持乘車的舒適性，使軌道結(jié)構(gòu)處于良好的幾何行位和動(dòng)力狀態(tài)，需經(jīng)常進(jìn)行軌道的維修作業(yè)。根據(jù)資料，這種變形雖然在列車運(yùn)營(yíng)期間始終存在，但通過(guò)提高路基面材料的質(zhì)量、提高壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)等控制措施，該部分變形大多在5 mm以內(nèi)。

2 工后沉降的控制措施

2.1 基底處理

在地基加固前對(duì)地表進(jìn)行整平處理，做好排水設(shè)施，目前常用的軟基處理方法有兩類：一是復(fù)合地基處理方法，包括粉噴樁、碎石樁和旋噴樁、CFG樁等;二是排水固結(jié)處理方法，包括堆載預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓等。其中真空聯(lián)合堆載預(yù)壓是一種有著良好應(yīng)用前景的辦法。

2.2 填筑過(guò)程控制

為保證填土具有足夠強(qiáng)度和控制路基的工后沉降，路基的填料和壓實(shí)必須有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn).制定施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，做好邊坡加固防護(hù)措施，完善路基綜合排水系統(tǒng)等，是控制填筑過(guò)程的主要手段。

2.3 路基沉降變形監(jiān)測(cè)

在路堤填筑過(guò)程中對(duì)沉降進(jìn)行觀測(cè)，特別是橋涵、路塹的過(guò)渡段，記錄沉降量數(shù)值，分析沉降速率，以便及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

2.4 預(yù)留沉降量

計(jì)算路面結(jié)構(gòu)層從施工開(kāi)始到竣工驗(yàn)收這一段時(shí)間內(nèi)路基沉降量的大小，將這部分沉降量在路基施工中預(yù)先填筑在路基上，以便在路面結(jié)構(gòu)層施工過(guò)程中，沉降一部分，在路面完工試運(yùn)營(yíng)期間沉降另一部分，從而減少工后沉降。

3 高速鐵路軟基處理的主要方法

3.1 復(fù)合地基處理方法

(1)碎石樁。碎石樁加固軟基以置換作用為主，它是通過(guò)專門(mén)的樁機(jī)振沖成孔，成孔后填碎石由振沖器上下振動(dòng)使土體和填料被擠密成樁，從而使地基得到加固。

碎石樁的施工一般可分為振沖成孔、清孔、灌料、振動(dòng)上拔、繼續(xù)填料上拔、成樁等過(guò)程，東南沿海地區(qū)的軟土(淤泥)層，一般含水量高、土體的抗剪強(qiáng)度和塑液限低，不是很適合采用這種軟基處理方法。

(2)粉噴樁。粉噴樁處理軟基是利用粉噴樁成樁機(jī)械將粉體固化劑(水泥、石灰等)噴出后在地基深處就地與軟土強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，在原地基中形成強(qiáng)度、剛度較大的樁體，樁與樁間土體形成復(fù)合地基共同承擔(dān)外荷載。在施工中一般用于橋頭、涵洞結(jié)構(gòu)物等地段的地基加固，其目的是解決橋頭、涵洞等結(jié)構(gòu)物與路堤連接處的不均勻沉降問(wèn)題，在施工工期緊張的路段有時(shí)也采用粉噴樁處理，以提高路堤填筑速度。

粉噴樁的有效加固長(zhǎng)度一般只有10～15m左右，致使軟土層普遍較厚的沿海地區(qū)使用該種處理方法受到一定的限制[4]。

(3)CFG樁。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，與樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。其成樁工藝與碎石樁相近。

應(yīng)用CFG樁處理客運(yùn)專線鐵路地基，在地基中形成大量的混凝土樁體，有利于地基孔隙水排出及地基的固結(jié)，增強(qiáng)地基的抗液化能力;通過(guò)樁體置換，改善地基土結(jié)構(gòu)，提高地基的強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性和承載力;通過(guò)CFG、樁間土及墊層組成整體共同起作用，當(dāng)上部荷載小時(shí)，整體受力，當(dāng)上部荷載大時(shí)，CFG樁承受大部分力，能均勻適用各種荷載作用，減小路基工后沉降[5]。是一種在高速鐵路工程建設(shè)中應(yīng)用潛力很大的軟基處理方法。

3.2 排水固結(jié)法

(1)堆載預(yù)壓。堆載預(yù)壓方法是借助堆載使加固區(qū)形成超靜孔隙水壓力區(qū)，通過(guò)超靜孔隙水壓力的消散和有效應(yīng)力的增長(zhǎng)達(dá)到加固地基的目的。

堆載預(yù)壓施工可分為施工準(zhǔn)備和軟基處理，施工準(zhǔn)備包括清場(chǎng)、鋪設(shè)砂墊層、打設(shè)袋裝砂井或塑料排水板等。軟基處理需按地基強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律填筑路堤。在高速鐵路施工中，一般需要進(jìn)行超載預(yù)壓，并按卸載標(biāo)準(zhǔn)卸載等。但在工期、下臥層的固結(jié)沉降和路堤填筑過(guò)程中的穩(wěn)定性等方面還有一些問(wèn)期待未根本解決。

(2)真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟基方法是從真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代軟基處理方法，該方法利用抽真空使加固區(qū)內(nèi)形成負(fù)壓區(qū)，不僅可以加快固結(jié)沉降速度，而且較好地解決了填筑路堤過(guò)程中的穩(wěn)定性問(wèn)題，縮短了填筑路堤的施工工期，是一種直得推廣的快速進(jìn)行軟基處理的方法。

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法的施工可分為常規(guī)堆載施工和抽真空系統(tǒng)安裝兩部分。其中抽真空系統(tǒng)主要包括真空管網(wǎng)、密封膜、密封溝、抽真空設(shè)備等幾部分。

根據(jù)有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)路堤實(shí)際填筑試驗(yàn)的結(jié)果表明，聯(lián)合預(yù)壓所產(chǎn)生的較大的豎向沉降量(或沉降速率)不是評(píng)價(jià)路基穩(wěn)定和控制填筑速率的指標(biāo)，但水平向外擠出位移(有正負(fù)值)仍具有實(shí)際控制意義。經(jīng)驗(yàn)表明，水平向外擠出位移不大于5mm／d(向外為正，向內(nèi)為負(fù))，仍可作為保證路堤填筑穩(wěn)定性的控制指標(biāo)。一般情況下，當(dāng)膜下真空度維持在80～85kPa以上時(shí)，聯(lián)合預(yù)壓的時(shí)間為3個(gè)月，延長(zhǎng)或縮短預(yù)壓時(shí)間應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定的卸載標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)的具體情況而定。

真空聯(lián)合堆載預(yù)壓方法在縮短施工工期、消除或減小工后沉降、減小土方工程量和提高施工質(zhì)量等方面有諸多的優(yōu)勢(shì)，已越來(lái)越多地受到關(guān)注。但該方法在理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算方面仍存在一些尚待解決的問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也應(yīng)注意考慮其適用的具體條件。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)高速鐵路軟土地基在未經(jīng)處理的情況下，總沉降量較大，給施工造成很大難度，須對(duì)軟土地基應(yīng)用各種辦法進(jìn)行處理，使工后沉降滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)采用真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法 由于真空產(chǎn)生負(fù)壓，使土體產(chǎn)生向內(nèi)收縮變形，地基不會(huì)因填土速率快而出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題。且真空可一次性施加，相當(dāng)于超載80～90kPa。因此，與一段超載預(yù)壓法相比，真空聯(lián)合堆載預(yù)壓具有工期、加固效果上的明顯優(yōu)勢(shì)。

(3)通過(guò)對(duì)軟基進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的合理處理，確保路基作為軌道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)而必須具備強(qiáng)度高、剛性大、穩(wěn)定性好和耐久性好，在運(yùn)營(yíng)條件下將線路軌道的設(shè)計(jì)參數(shù)保持在要求的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

[1]王炳龍,周順華,楊龍才.高速鐵路軟土路基工后沉降試驗(yàn)研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,31(10)：1163-1167.

[2]龔寅,李斌,何世秀,王飆.高速鐵路路基工后沉降預(yù)估與控制[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,23(4)：78-80.

[3]張遠(yuǎn)榮.京滬高速鐵路軟土路基允許工后沉降的研究[J].鐵道建筑,2000,9：24-26.

[4]萬(wàn)為勝,章國(guó)輝.高速鐵路軟土地基處理及沉降控制研究[J].鐵道建設(shè),2004,4：1-5.

[5]丁銘績(jī).高速鐵路CFG樁樁板復(fù)合地基工后沉降數(shù)值模擬[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2008,29(3)：1-6.

[6]臧延偉,王炳龍.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓加固高速鐵路軟基試驗(yàn)分析[J].路基工程,2005,6：29-32.