鐵路工程不同軟基處理方法工后沉降與穩(wěn)定研究

文/郭申鵬 河北省鐵路管理局 河北 石家莊 050000

鐵路工程不同軟基處理方法工后沉降與穩(wěn)定研究

文/郭申鵬 河北省鐵路管理局 河北 石家莊 050000

高速鐵路列車的安全與穩(wěn)定行駛，必須為其提供平順和穩(wěn)定的軌下基礎(chǔ)，其中路基是軌道的結(jié)構(gòu)的主要基礎(chǔ)，一定要在運(yùn)行環(huán)境下保證線路軌道相關(guān)參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定需求，因此對(duì)于鐵路工程軟基處理和沉降提出嚴(yán)格要求。在此種狀況下，鐵路工程不同軟基處理方法和沉降穩(wěn)定直接影響著列車運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，因此必須加強(qiáng)鐵路工程不同軟基處理方法之后的沉降和穩(wěn)定研究，從而確保列車的安全運(yùn)行。

鐵路工程；不同軟基處理；工后沉降；穩(wěn)定；

近些年來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，已經(jīng)研發(fā)出許多軟基處理技術(shù)。而各種軟基處理技術(shù)具備不同的特點(diǎn)，比如說有些軟基處理技術(shù)工期短，有些處理技術(shù)造價(jià)低，部分軟基處理技術(shù)造成的環(huán)境污染小等。從鐵路工程項(xiàng)目建設(shè)方面而言，依據(jù)鐵路工程項(xiàng)目具體狀況，合理運(yùn)用不同軟基處理技術(shù)，應(yīng)該熟練掌握技術(shù)間存在的聯(lián)系，然后選擇適宜的軟基處理技術(shù)。

一、軟土地基處理技術(shù)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

現(xiàn)階段，鐵路工程進(jìn)行建設(shè)時(shí)，軟土地基的變形和穩(wěn)定處理技術(shù)有多種?？梢匝娱L(zhǎng)施工預(yù)壓期，提高施工加載從而加強(qiáng)軟土地基的強(qiáng)度，地基的沉降應(yīng)該盡量控制在施工階段。其次還可以在一定程度上加大地基排水的固結(jié)率，有效加強(qiáng)地基強(qiáng)度，并且降低地基整體沉降，主要應(yīng)用樁體復(fù)合地基等有關(guān)對(duì)策降低外荷載作用下形成的沉降，同時(shí)有效提升地基的承載力，降低軟基處理技術(shù)后的沉降[1］。現(xiàn)階段，鐵路工程項(xiàng)目在建設(shè)過程中應(yīng)用的軟基處理技術(shù)包含了砂井和塑料排水板以及粉噴樁等相關(guān)技術(shù)。其中砂井和塑料排水板等相關(guān)排水固結(jié)方法在理論方面比較成熟，而且施工設(shè)備比較簡(jiǎn)單，成本小，尤其是砂井，是砂料豐富地區(qū)的主要軟基處理方法。可是因?yàn)榕潘探Y(jié)方法要進(jìn)行荷載的預(yù)壓，同時(shí)預(yù)壓的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，若是鐵路工程的工期短，缺少壓載條件，就無法應(yīng)用砂井處理技術(shù)。同時(shí)此種技術(shù)僅僅可以加速沉降，難以降低沉降量，因此針對(duì)沉降與不均勻沉降要求相對(duì)較高的鐵路工程不可以利用此種技術(shù)。水泥土的攪拌方法屬于新型的軟土地基加固方法，其主要是向土中強(qiáng)制拌入水泥或者是水泥漿對(duì)土體進(jìn)行加固，不但能夠在一定程度上提升地基承載力，還能夠在原來的加固深度中有效降低原地基的沉降量，從而確保沉降穩(wěn)定。此種軟土地基處理技術(shù)具備良好發(fā)展前景，和其它相關(guān)處理技術(shù)比較而言，水泥的應(yīng)用量相對(duì)偏大，且造價(jià)成本高。

在鐵路工程項(xiàng)目軟土地基處理技術(shù)選擇過程中，一定要選擇科學(xué)、有效的處理技術(shù)。通常情況下，不同軟基處理技術(shù)具備各自的機(jī)理與應(yīng)用范圍，而在選取軟土地基處理技術(shù)過程中一定要依據(jù)地質(zhì)條件和上部結(jié)構(gòu)種類以及應(yīng)用需求等進(jìn)行分析，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理以及質(zhì)量高等技術(shù)。

二、不同軟基處理技術(shù)工后沉降構(gòu)成以及計(jì)算分析

（一）軟基處理工后沉降的構(gòu)成

鐵路軟基處理技術(shù)工后變形通常由路基靜荷載與行車動(dòng)荷載進(jìn)行控制，所以在預(yù)測(cè)軟基工后的沉降過程中，一定要綜合分析上述兩種荷載影響下的軟基土變形特點(diǎn)[2］。對(duì)于路基靜荷載影響而言，軟基處理工后的變形主要包含了一些并未實(shí)施的主固結(jié)構(gòu)變形和次固結(jié)構(gòu)變形，同時(shí)還包含了側(cè)向變形。因?yàn)榧哟笮熊嚨膭?dòng)荷載，就會(huì)使塑性變形不斷累積，而且行車的動(dòng)荷載還會(huì)造成土體的超凈孔隙水壓力不斷提升，造成排水固結(jié)不斷變形，甚至還會(huì)發(fā)生側(cè)向變形。現(xiàn)階段，軟基工后沉降的分析與研究的內(nèi)容一般是路基的靜荷載，而針對(duì)動(dòng)荷載的研究比較少。

（二）工后沉降計(jì)算分析

①復(fù)合模量方法，主要是把加固區(qū)域的地基土體和增強(qiáng)體作為復(fù)合體，選擇復(fù)合壓縮模量Ecs利用分層綜合方法進(jìn)行加固地區(qū)中土層壓縮量的計(jì)量[3］。而加固區(qū)域土體的壓縮量 如下：

上述公式中，ΔPi表示第i層的復(fù)合上體中的附加應(yīng)力增量，而Hi表示第i層的復(fù)合土體相應(yīng)厚度，Ecs一般選擇面積的加權(quán)平均方法進(jìn)行計(jì)算，也就是：

以上公式，Eps表示的為狀體壓縮模量，而Ess表示樁間土的壓縮模量，另外m表示的為復(fù)合地基的置換率。②應(yīng)力修正方法，依據(jù)樁間的土分擔(dān)相應(yīng)荷載密度，可以忽略強(qiáng)體的存在，依據(jù)樁間土相關(guān)壓縮模量進(jìn)行計(jì)算，而樁間土的分擔(dān)荷載計(jì)算公式如下：

公式中的P表示的為復(fù)合地基中平均荷載密度，而μs表示的為應(yīng)力修正系數(shù)，另外n與m分別表示的是復(fù)合地基樁間的土應(yīng)力比與復(fù)合地基相應(yīng)置換率。③樁身壓縮量方法，豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基樁體需要承擔(dān)的荷載如下：

公式中P表示復(fù)合地基中平均的荷載密度，而μp表示的為應(yīng)力集中系數(shù)，另外

與m分別表示的為樁土應(yīng)力比與復(fù)合地基的置換率。

三、加強(qiáng)不同軟基的穩(wěn)定與均勻沉降的對(duì)策

（一）優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

通過對(duì)復(fù)合地基的加固區(qū)域與下臥層壓縮量研究，若是下臥層屬于軟弱土層，而且比較厚，此種狀況下下臥層土體相應(yīng)壓縮量就占據(jù)復(fù)合地基整體沉降量大部分比例。對(duì)此，為了能夠在一定程度上降低深厚軟黏土地基中復(fù)合地基的沉降量，可以降低軟弱下臥層相應(yīng)壓縮量[4］。比如說在一定程度上加大加固區(qū)域的深度，并且降低軟弱下臥土層相應(yīng)厚度。綜合分析荷載影響下復(fù)合地基的附加應(yīng)力具體分布狀況，復(fù)合地基的加固區(qū)域深度應(yīng)該選擇變剛度分布，不但能夠降低壓縮量，還能夠降低工程成本的投入，提高經(jīng)濟(jì)效益。首先狀體應(yīng)用選擇變剛度設(shè)計(jì)，對(duì)于淺部要選擇大剛度，而深度要選擇小剛度，例如選擇深層攪拌方法完成水泥土樁，其中淺部應(yīng)該選擇相對(duì)偏高的水泥摻和梁，而深度應(yīng)該選擇小水泥摻和量，或者是水泥土樁的淺部應(yīng)用偏大直徑，深度選擇小直徑，另外沿深度應(yīng)該選擇對(duì)應(yīng)的置換率。

（二）嚴(yán)格控制軟基的總沉降

降低路基荷載能夠在一定程度上減小路基總沉降，加強(qiáng)路基的可靠性與安全性，同時(shí)還能夠滿足工后沉降標(biāo)準(zhǔn)需求，有效控制工后沉降[5］。而為了可以嚴(yán)格控制路基總沉降，首先要選取構(gòu)筑物和路基相應(yīng)分界高度，要對(duì)鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)方案進(jìn)行對(duì)比，明確路橋相應(yīng)分界高度，便于對(duì)路基工后的沉降進(jìn)行有效控制。通常情況下，路段的分界高度應(yīng)該為5至6米。針對(duì)城市周圍一定要減小標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該嚴(yán)格控制在5米上下。其次選擇輕質(zhì)填料，比如說粉煤灰的容重應(yīng)該在1.2 至1.4kN/m區(qū)間，這樣便于壓實(shí)。

選擇粉煤灰進(jìn)行填筑，不僅可以在一定程度上防止路基填料發(fā)生的沉降，還可以有效降低調(diào)料對(duì)于地基造成的壓力，從而防止路基沉降。

（三）路基填筑控制

其一般是應(yīng)用科學(xué)填筑方式對(duì)填筑的速率進(jìn)行管控，并合理編排施工增加的相關(guān)預(yù)壓時(shí)間，從而保證加固層可以在施工階段充分固結(jié)。現(xiàn)階段，針對(duì)填筑高路基而言，一般選擇薄層輪加法，進(jìn)行分級(jí)加載填筑[6］。而此技術(shù)主要是迅速填土到極限高度Hf，公式如下：

Hf=C?N/r

公式中的N表示承載力因子，r表示填土容量，單位為t/m3，C表示地基土相應(yīng)十字板強(qiáng)度，單位也是t/m3。通常情況下十字板強(qiáng)度選擇地基淤泥軟土層相應(yīng)強(qiáng)度最小平均數(shù)值。剩下填土荷載應(yīng)該依據(jù)碾壓規(guī)定的相關(guān)鋪填厚度，一般鋪填長(zhǎng)度要以地基強(qiáng)度的增長(zhǎng)（ΔCμ）狀況進(jìn)行匹配。