排水固結(jié)法在高速鐵路無砟軌道路基軟土地基處理中的應(yīng)用效果分析

答治華

（中國鐵路總公司，北京　100844）

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排水固結(jié)法在高速鐵路無砟軌道路基軟土地基處理中的應(yīng)用效果分析

答治華

（中國鐵路總公司，北京100844）

摘要以一設(shè)計時速350 km高速鐵路路基軟土地基排水固結(jié)法處理試驗工點為例，通過對地基土條件、地基處理措施及沉降觀測數(shù)據(jù)的分析，系統(tǒng)總結(jié)了塑料排水板+真空+等載預(yù)壓、塑料排水板+超載預(yù)壓、砂樁+超載預(yù)壓處理的軟土地基在經(jīng)歷路基填筑（含預(yù)壓土填筑）—靜置—再堆載預(yù)壓—再靜置過程中的沉降變形特征，驗證了處理措施的沉降控制效果，可為高速鐵路無砟軌道路基軟土地基處理提供借鑒。

關(guān)鍵詞高速鐵路；無砟軌道；路基；軟土地基；排水固結(jié)

1　工程概況

路基工后沉降控制是高速鐵路路基修筑的關(guān)鍵技術(shù)問題。一設(shè)計時速350 km的高速鐵路，在2003年項目建設(shè)時選擇代表性軟土地基地段，按照當(dāng)時的工后沉降不大于10 cm控制標(biāo)準(zhǔn)修筑了一段長度約800 m的試驗路基。其中238 m長地段開展了攪拌樁加固軟土地基試驗，其余地段開展了塑料排水板+真空+等載預(yù)壓（預(yù)壓土高度等于路基設(shè)計高度）、塑料排水板+超載預(yù)壓（預(yù)壓土高度大于路基設(shè)計高度）、砂樁+超載預(yù)壓加固軟土地基的試驗研究。項目開工后，為滿足鋪設(shè)無砟軌道的技術(shù)要求，于2008年對該試驗路基補充實施了二次堆載預(yù)壓。項目開通運營后，工后沉降的監(jiān)測結(jié)果驗證了相應(yīng)地基加固措施的沉降控制效果。

1. 1工程地質(zhì)條件

試驗段地層為第四系全新統(tǒng)沖湖積層，巖性自上而下分別為：

①黏土，灰黃色，軟～硬塑，夾少量鐵錳結(jié)核，層厚0. 76～3. 60 m，屬中等壓縮性土。

②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，深灰色，流塑，厚3. 2～16. 5 m，局部夾有薄層粉砂，具高壓縮性、低強度的特點，大多數(shù)靈敏度超過16，具高觸變性。

③黏土，粉質(zhì)黏土，粉土，局部夾薄層粉砂，呈交錯斷續(xù)沉積，可分為：③-1綠灰色粉質(zhì)黏土夾薄層粉砂，層厚0～4. 1 m；③-2灰色黏土，層厚0～8. 1 m；③-3灰綠色、黑灰色黏土，層厚0～7. 4 m；③-4灰黃色粉質(zhì)黏土局部夾薄層粉砂，層厚0～5. 4 m；③-5淺灰色粉質(zhì)黏土，層厚0～9. 8 m。

④粉砂，上部夾有薄層黏土。

地基土體的主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1　地基土體物理力學(xué)指標(biāo)

試驗段地層含水率及孔隙比較高，特別是②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，平均值分別達到了44. 4％和1. 23，屬典型軟土，為該段路基地基沉降的控制地層。

1. 2地基處理措施設(shè)計

試驗段路基設(shè)計高度4. 7～5. 6 m，按地基處理措施分為5個段落。第1階段按有砟軌道路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)實施，第2階段按無砟軌道路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)進行了二次堆載預(yù)壓。排水固結(jié)法軟土地基處理措施見表2。

表2　排水固結(jié)法軟土地基處理措施

2　施工階段沉降變形

2. 1第1階段地基處理與沉降

軟土地基處理始于2003年3—4月。路基填筑始于2003年6—7月，結(jié)束于2003年10—11月，其后進入靜置期。其中，塑料排水板+超載預(yù)壓和砂樁+超載預(yù)壓地段，2003年10月完成預(yù)壓土填筑，2004年11月底完成預(yù)壓土卸載。

外面一片死寂。農(nóng)夫在窖子里憋得慌，小心翼翼地移開樹枝，透口氣兒。天慢慢黑了，寒星升了起來，隱隱的，他聽到有人在哭，是孩子在哭，斷斷續(xù)續(xù)的。

路基填筑、堆載預(yù)壓和卸載后靜置過程中，對地基的沉降變形進行了觀測。至2015年底，地基處理后不同時期內(nèi)沉降量統(tǒng)計見表3。為便于理解不同處理措施與沉降的關(guān)系，表中列出了各觀測斷面的加固深度、加固地層和軟土層厚度。

表3　地基處理后不同時期內(nèi)沉降量統(tǒng)計

典型斷面的沉降曲線見圖1。

圖1　典型斷面D18的沉降曲線

地基中第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層（軟土）加固處理前后的物理力學(xué)指標(biāo)變化情況見表4。

表4　地基處理前后軟土物理力學(xué)指標(biāo)變化

從表4中數(shù)據(jù)看，塑料排水板+超載預(yù)壓、砂樁+超載預(yù)壓處理后的軟土的壓縮模量比較接近，且優(yōu)于塑料排水板+真空+等載預(yù)壓措施。加固后的地基條件仍屬于“松軟地基”范疇，再加載后的變形特征還將表現(xiàn)為排水固結(jié)過程。

2. 2二次預(yù)壓與沉降

為滿足鋪設(shè)無砟軌道要求，項目正式開工建設(shè)時，對工后沉降、縱向差異沉降進行了適應(yīng)性分析，并對地基再次實施堆載預(yù)壓處理。其中的507 m長度地基堆載土柱高2. 0 m，45. 0 m長路橋過渡段堆載土柱高3. 0 m。預(yù)壓土填筑時間在2008年10月1—17日，卸載完成于2009年7月底，之后路基進入卸載后的靜置期。表5為二次堆載預(yù)壓期間（9個月）和預(yù)壓+卸載后靜置期間（16個月）的沉降量。二次堆載預(yù)壓期間典型斷面沉降曲線見圖2。

表5　二次堆載預(yù)壓后的沉降量　mm

圖2　二次堆載預(yù)壓期間典型斷面沉降曲線

2. 3沉降變形特征分析

施工階段試驗段路基的沉降變形具有如下特點：

2）塑料排水板+真空+等載預(yù)壓處理地段，軟土層較厚，為12～16 m。D11斷面的總沉降量最大達2 000 mm。抽真空初期地基沉降變形顯著，如D11斷面抽真空至路基填筑前的總沉降量達到850 mm。塑料排水板底部以下真空預(yù)壓產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小，土體主固結(jié)變化速率呈漸變收斂趨勢；真空+堆載預(yù)壓（填土高度2. 0 m以內(nèi)）期間，沿路基橫斷面沉降表現(xiàn)為整體下沉，隨著填土高度增加，路基中心與坡腳的差異沉降越來越明顯。

3）塑料排水板+超載預(yù)壓處理地段，軟土層相對較薄，為4～7 m。因塑料排水板間距不同和超載預(yù)壓土柱高度的差異，總沉降量在500～1 000 mm。沉降沿路基橫斷面的差異比真空+等載預(yù)壓更明顯，坡腳的沉降量僅占路基中心的20％～25％。

4）砂樁+超載預(yù)壓處理地段，軟土層厚3～4 m，軟土層下部為中等壓縮性黏土和粉質(zhì)黏土，總沉降量在410～470 mm。填筑初期，砂樁是以排水固結(jié)作用為主，隨著時間和荷載的增加，排水固結(jié)作用逐漸減弱，復(fù)合地基作用逐漸增強。

5）堆載預(yù)壓對于加快軟土地基排水固結(jié)，減少路基工后沉降的作用顯著。

無論是塑料排水板+真空+等載預(yù)壓、塑料排水板+超載預(yù)壓處理，還是砂樁+超載預(yù)壓處理段落，無論是2 m高堆載土柱段落，還是3 m高堆載土柱段落，實施二次堆載預(yù)壓后，二次沉降量都在50～95 mm。尤其是2號段落，二次堆載預(yù)壓土柱高度2. 0 m，與第1階段地基處理時的堆載預(yù)壓土柱高度1. 8 m相差不大，但二次沉降量在50～70 mm。二次預(yù)壓在預(yù)壓土填筑過程中產(chǎn)生的沉降量占預(yù)壓期內(nèi)總沉降量的50％以上。其中，塑料排水板+真空+等載預(yù)壓段落的占比平均為61％；塑料排水板+超載預(yù)壓段落的占比平均為69％；砂樁+超載預(yù)壓段落的占比平均為72％；二次預(yù)壓土柱高度為3 m的段落占比更高。

3　運營階段沉降變形

3. 1沉降變形

2012—2015年觀測的沉降量見表6。

表6　運營期間沉降量

由表6可知：①試驗段地基在路基本體、無砟軌道以及列車荷載長期作用下，仍然存在一定的固結(jié)沉降，但沉降量逐年遞減。②不同地基處理段落的沉降量大小與施工期間地基處理過程中的沉降特征基本一致。施工期間沉降量大的段落，運營期間的沉降量也相對較大，反之亦然。最大累計沉降量為12. 8 mm，出現(xiàn)在D34監(jiān)測斷面。③除塑料排水板+真空+等載預(yù)壓處理段落的沉降量較明顯外，采取其他措施段落的沉降都已基本穩(wěn)定。

3. 2線路平順性狀態(tài)

軌道線形檢測結(jié)果表明，區(qū)段內(nèi)的右線高程偏差合格率（88％）較左線稍好。軌距、軌距變化率、扭曲、水平（超高）合格率以及軌道平順性指標(biāo)軌向及高低的短波合格率均為100％。

試驗段路基的最大沉降段落豎曲線半徑滿足Rsh為設(shè)計速度）的要求，列車運行的舒適度沒有受到影響。

4　結(jié)論

1）試驗路基的地基處理設(shè)計是基于當(dāng)初的工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。觀測數(shù)據(jù)表明，排水固結(jié)法處理后的軟土地基，在填筑完成靜置12個月后，工后沉降量可以滿足當(dāng)初的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）實施二次堆載預(yù)壓后，對促進地基土的進一步排水固結(jié)和工后沉降控制效果顯著，滿足了鋪設(shè)無砟軌道技術(shù)要求，為高速鐵路無砟軌道路基軟土地基處理提供了有益探索和成功案例。

3）排水固結(jié)法處理軟土地基的措施較其他復(fù)合地基措施具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，但處理效果依賴于堆載預(yù)壓和靜置時間上的有效保障。

4）對于無砟軌道路基，軟土層較厚時要謹(jǐn)慎采用排水固結(jié)法。軟土層位較淺、厚度較薄且工期允許的前提下，排水固結(jié)法是可供比選的地基處理措施之一。

5）采用排水固結(jié)法處理的軟土地基，在運營期間加強長期荷載作用下沉降變形監(jiān)測的同時，要高度重視對線路周邊人為活動和地下水位變化的監(jiān)控。這也是保障路基軟土地基穩(wěn)定的必要條件。

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（責(zé)任審編葛全紅）

Analysis on Application Effect of Drained Consolidation Method in Soft Soil Foundation Treatment for High Speed Railway Ballastless Track Subgrade

DA Zhihua
（China Railway Corporation，Beijing 100844，China）

AbstractThis paper took a soft soil roadbed treatment test site using drainage consolidation method of a 350 km /h high speed railway as an example. T hrough the analysis of soil conditions，foundation treatment measures and measured settlement data，the roadbed settlement characteristics were systematically summarized during the process of filling（including drift preloading）-standing-re-drift preloading-re-standing while the soft soil treatment methods were used including plastic drainage plate with vacuum and equal-load preloading，plastic drainage plate with surcharge preloading，sand pile with surcharge preloading. T he settlement control effect of treatment measures was verified and the results provide a useful reference for the soft soil roadbed treatment for high speed railway ballastless track subgrade.

Key wordsHigh speed railway；Ballastless track；Roadbed；Soft soil foundation；Drainage consolidation

中圖分類號U213. 1+4；TU471+.8

文獻標(biāo)識碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 29

文章編號：1003-1995（2016）05-0131-04

收稿日期：2016-01-22；修回日期：2016-03-09

作者簡介：答治華（1967—），男，高級工程師。