鐵路路基工程中軟土地基的危害性及施工技術(shù)研究

劉顯軍（中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213）

鐵路路基工程中軟土地基的危害性及施工技術(shù)研究

劉顯軍
（中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213）

工程上將淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土、沖填土、雜填土和飽和含水黏性土統(tǒng)稱為軟土。在軟土地基上修建道路時，若對地基處理不當，有可能因地基沉降或差異沉降過大而影響道路的正常使用。本文從軟土路基危害分析入手，進而說明了軟土路基的一些施工技術(shù)，希望能夠幫助解決一些軟土路基所帶來的問題。

鐵路路基 軟土地基 施工技術(shù)

軟土具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時間長、靈敏度高、擾動性大、透水性差、土層層狀分布復雜、各層之間物 理力學性質(zhì)相差較大等特點。鐵路對地基變形量要求很高，必須采取加固措施使大部分沉降量在施工期內(nèi)完成，盡量降低使用期內(nèi)殘余的沉降量。

1 軟土地基對鐵路工程的危害分析

1.1 路基沉降不穩(wěn)定

地基的滲透和壓縮等指標關(guān)系到路基沉降的程度，土質(zhì)的基本指標直接關(guān)系到地基的固結(jié)和變形時間。例如2009年建成通車的石態(tài)高速客運專線由于連日普降暴雨，造成了路基下沉事故。最大下沉達到64.2CM，造成這件事故的主要原因就是由于路基是軟土地基。長期浸泡導致承載力嚴重不足，路基沉降不穩(wěn)定。

1.2 路基固結(jié)效率低

軟土地基中大多為粘土和粉土粒，且含水較多、厚度大、透水性不好；一般來說，軟土質(zhì)的滲透系數(shù)為1×10-6～1×10-8cm/s左右，在荷載條件下固結(jié)時間較長，一旦軟土地基中有機物比例增高，內(nèi)部就會出現(xiàn)氣泡堵塞水的滲流通道，將會影響軟土地基的穩(wěn)固效率，低級的穩(wěn)固性增長速度也會受到影響。穩(wěn)固狀態(tài)不足的軟土質(zhì)在全土層中廣泛存在，加之承受一定荷載，會使地基有很明顯的沉降。

1.3 路基抗變形能力弱

鐵路路基中有較多軟土質(zhì)時，會導致其抗剪強度降低，路堤發(fā)生側(cè)向位移，使得路基外側(cè)凸起。如果施工前的地質(zhì)調(diào)查工作沒有做好，對深層土質(zhì)的分布、厚度沒有較為全面的掌握，將會使得軟土質(zhì)鐵路路基荷載強度不足，容易發(fā)生剪切破壞、穩(wěn)定性降低、抗變形能力不夠等問題。

2 軟土地基下的鐵路路基施工建議

2.1 軟土地基勘察

（1）地標調(diào)查測繪，就是要對軟土地層區(qū)域的地表地貌、軟土分布、土質(zhì)成因、土層性質(zhì)、排水能力、沙夾層和埋深厚度、地下水、土層強度等因素進行初步分析；一般地表調(diào)查會使用槽探、人坑、深坑、鉆探等方式進行初步勘察，分析軟土層的成因和分布情況，作為選擇勘察方法的判斷依據(jù)。比如對軟土地基范圍內(nèi)的建筑為附加荷載的勘察，就可以得出附加荷載對地基強度和形變的影響，并采取合適的處理手段。（2）鉆探、取樣可以得到軟土地基的厚度、含水、地下水標高、排水等指標。鉆探、取樣的流程必須以施工方案的技術(shù)標準為準，丈量過程要控制其誤差小于5cm，才能得到軟土地基的鉆探取樣率。鉆探方法一般采用干鉆法，并且要按照施工圖的要求確定鉆孔量、深度、質(zhì)量等，主要是為了減少對粘土的擾動和對底層的破壞；為保證取樣和土質(zhì)的一致性，取樣可用靜壓法。對極破碎地層要保證采芯率，對底層劃分準確、正確分析底層分布，就要使用金剛石鉆頭、泥漿-植物膠護臂、三層巖心管等方法，否則難以得到理想結(jié)果。（3）使用傳遞系數(shù)法計算軟土承載能力，一方面要通過室內(nèi)試驗，測試軟土取樣的含水、密度、透水、固結(jié)、壓縮等方面的性能；另一方面還要確定軟土地基的抗剪指標。實驗設(shè)計要符合現(xiàn)場施工環(huán)境、施工時間等條件，同時要對軟土層范圍內(nèi)的地下水進行水質(zhì)檢測，分析地下水對路基的腐蝕程度。

2.2 軟土地基的加固方法

2.2.1 強夯法

對含有大量雜填土、沙土、粉土和碎石的軟土地基有明顯效果，在進行全面的地質(zhì)調(diào)查之后，如果認定軟土地基含有上述成分，即可采用強夯技術(shù)加固鐵路地基。

2.2.2 換填法

換填法是軟土路基處理較為簡單的處理方法，常用于雜填土、淤泥、固結(jié)回填土等類型土質(zhì)的淺層地基。這種方法主要是為了消除軟土地基的膨脹、濕陷性、凍土地基的脹力等；施工主要流程是開挖表層軟土后回填具有高強度、抗腐蝕和較穩(wěn)定的沙石、渣土、卵石等，最后通過機械夯壓土層，將填充土層壓密。處理時應注意：（1）經(jīng)過計算確定換填厚度；（2）根據(jù)地形及開挖面大小確定壓實設(shè)備，根據(jù)壓實設(shè)備確定壓實層厚度，一般大型機械壓實層厚度控制在20cm，小型機具控制壓實層厚度為10cm。

2.2.3 置換法

即將軟土層中的軟土置換為合適的其他類型土質(zhì)，主要用于粘貼性質(zhì)的土層，粘貼性土層一般比較薄，置換成本不高。但是在實施置換時，要控制填土密實度。置換方式分為開挖法和強制法，置換方式的選擇需結(jié)合具體工程的特點，開挖法的置換比較簡單，只要使用人工或者機械挖出軟土后置換為良性土即可；強制法則需要打樁和爆破等手段，將良性土壓入軟土層中，擠出路基范圍的軟土。

2.2.4 水泥攪拌樁法

廣泛的應用于鐵路路基軟土地基工程施工中，分為噴粉法和噴漿法。水泥攪拌樁法對含水量較多的軟土型地基有明顯改善，加固的地基強度很高。

處理時應注意：（1）施工時，地基底面以上預留50cm厚的土，攪拌樁施工到距樁頂1.0m～1.5m范圍內(nèi)，再增加一次輸漿攪拌；（2）施工前采用代表性地段工藝性試驗確定施工各項參數(shù)；（3）鉆進過程中，控制鉆進速度與噴漿速度的搭配；（4）樁位偏差不大于5cm，垂直度偏差不大于1%；（5）在成樁28d后進行樁身完整性、均勻性檢查；（6）對有特殊的樁進行單樁或復合地基承載力檢測。

2.2.5 CFG樁法

CFG樁即水泥、粉煤灰、碎石樁。CFG樁施工可采用長螺旋鉆管內(nèi)泵送混合料灌注或振動沉管灌入成樁兩種施工方法。長螺旋鉆機施工適用于粘性土、粉土、砂土等，具有成孔效率高、質(zhì)量好、無振動、無沖擊及機械化高等優(yōu)點。施工工藝流程如下：現(xiàn)場平整→測量放樣→鉆機就位→成孔→混合料拌合→混合料灌注→整機移位→試驗檢測。

2.2.6 表層排水法

填筑路基前，要視路基區(qū)域的地形地質(zhì)條件開挖地表水溝，保證水溝排水通暢，能夠排出地表水，降低地表地基的含水率；排水后要回填透水性能好的沙石，若埋管則需使用過濾性較好材料予以保護。

2.2.7 補強技術(shù)

此種方法能夠減少低級的變形和壓縮，常用土釘、板磚等加固軟土，將軟土地基變?yōu)閺秃夏Ｊ健＞唧w方法是：（1）排除軟土地基孔隙中的水，含水率降低到一定程度后，地質(zhì)密度將會加大，抗剪強度也會變高；（2）使用射水振動法，擠實沙土層，迫使沙石排列密實，但是這種方法只能作為補充；（3）固結(jié)技術(shù)，在土體空隙中注入固化劑，攪拌使固化劑和軟土結(jié)合，固結(jié)軟土。

3 實例

3.1 工程概況

某客運專線軟土路基地段位于東北沿海地區(qū)地層為素填土、黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土和粉砂。其中，淤泥，褐灰色，流塑，呈透鏡狀分布，層厚0.50 m；淤 泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，褐灰色，流塑，呈透鏡狀分布，層厚0.7～3.10m。淤泥和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為軟土。本段路基填高6m，基底寬度32m，路堤基床表層填筑級配碎石厚0.4m；基床底層及以下填筑A、B組土。路堤兩側(cè)采用拱形骨架護坡結(jié)合種紫穗槐防護?；撞捎脴痘庸獭；驳讓邮┕ね瓿珊?，實施堆載預壓。

3.2 路基加固沉降檢算分析

按《客運專線無砟軌道鐵路設(shè)計指南》的相關(guān)規(guī)定，路基工后沉降一般不應超過扣件允許的沉降調(diào)高量15mm；沉降比較均勻、長度大于20m的路基，允許的最大工后沉降量為30mm，并且調(diào)整軌面高程后的豎曲線半徑應能滿足下列要求：

RSh≥0.4V2

式中RSh——軌面圓順的豎曲線半徑，m；V——設(shè)計最高速度，km/h。

對不同樁型復合地基分別采用理正軟件、復合地基沉降計算模板進行計算。檢算結(jié)果顯示攪拌樁、砂漿樁、旋噴樁復合地基均不能滿足變形要求，考慮工前已完成總沉降的50%～70%，采用CFG樁復合地基的沉降控制即可達到設(shè)計要求。路基沉降在橫斷面方向一般表現(xiàn)為“鍋底”狀，其中心區(qū)域沉降明顯大于兩側(cè)坡腳。根據(jù)京津城際鐵路的監(jiān)測結(jié)果在樁頂設(shè)置剛性筏板可以大大平緩這種不均勻沉降，同時使工后 沉降也有所減少。因此，在客運專線軟土路基設(shè)計中可優(yōu)先考慮樁板形式。

3.3 樁型及路基結(jié)構(gòu)形式選擇

經(jīng)計算和技術(shù)經(jīng)濟比較，本段路堤基底最終采用CFG樁加固，樁徑0.4 m，縱向間距1.5 m，橫向間距1.20 ～1.50 m，樁長25～27 m，樁頂設(shè)置0.15 m厚的碎石墊層，碎石墊層頂設(shè)置厚0.5 m的C30混凝土板，基床底層施工完成后，實施堆載預壓。通過沉降觀測變形來看，地基加固處理達到了設(shè)計的預期效果。

4 推廣意義

水泥土樁、CFG樁、低強度素混凝土樁復合地基在內(nèi)陸盆地及東北部沿海地區(qū)的軟土處 理有很強的適應性，在京津城際和京滬高速鐵路的路基設(shè)計中，采用樁剛性筏板和樁帽在地基加固及變形控制方面取得了良好效果。當采用預制管樁或鋼筋混凝土灌注樁等剛性樁時可使路基變形得到更充分的控制。在軟土地基加固處理設(shè)計中不僅要遵循一般規(guī)律，而且要重點考察當?shù)氐奶攸c和工程的具體要求，使各項參數(shù)的選取符合當?shù)氐膶嶋H。有必要進行經(jīng)濟條下的方案比較，使設(shè)計指 標在經(jīng)濟技術(shù)條件下都達到最優(yōu)。

5 結(jié)語

軟土地基是鐵路路基施工中不可避免的問題，如果不能妥善處理，路基將會隨軟土層滑移，破壞路基的整體性。要解決軟土路基抗剪能力和抗壓能力不足的問題，一方面要加強前期地質(zhì)勘測，選擇正確施工方案；另一方面要結(jié)合實際，采取適當?shù)募庸谭椒?，減少因土質(zhì)強度引起的地基下沉，確保鐵路路基施工的順利進行和良好質(zhì)量。

［1］付貴海，魏麗敏，郭志廣.高速鐵路軟土路基沉降預測［J］.湖南城市學院學報（自然科學版），2011（2）:1-4.

［2］徐前衛(wèi)，蘇培森，唐卓華，張駿，楊新安.軟土路基沉降病害治理的注漿加固技術(shù)及其試驗研究［J］.土木工程學報，2015（S2）:268-273.

［3］龔曉南.復合地基理論及工程應用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］GB 50007-2002.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.