鐵路厚薄不均軟土路基綜合處治措施研究

王亮

摘 要：隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的迅速發(fā)展，穿越軟土區(qū)的線路越來(lái)越多，作為一種特殊土，軟土具有含水量大、壓縮性高、滲透性低等特點(diǎn)，施工中極易產(chǎn)生地基沉降問(wèn)題。本文以某鐵路工程為例，據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，鐵路沿線地區(qū)分布大量軟弱土基，且厚薄不均，將嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，若采用單一處理法根本無(wú)法達(dá)到工程需求，為此，根據(jù)沿線軟土特性，決定采用綜合處治措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：鐵路工程;軟土路基;綜合處治

中圖分類(lèi)號(hào)：U213.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）19-0103-02

0 引言

軟基是一種不良地基，在我國(guó)分布極為廣泛。伴隨我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，鐵路工程建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，越來(lái)越多工程均修建于軟土地基之上，如何做好軟基處理工作顯得尤為重要。本文依托某鐵路工程進(jìn)行研究。某鐵路工程全長(zhǎng)137.47km，路基長(zhǎng)27.199km，在線路全長(zhǎng)內(nèi)所占比例為19.8%。其中128.937km為正線線路長(zhǎng)度，本工程與配套工程合計(jì)150.702km（新建線路長(zhǎng)度），其中33.560km為路基長(zhǎng)度，全線分布大量軟土、松軟土路基，且厚薄不均勻，為此，決定針對(duì)不同厚度采用綜合處治措施進(jìn)行施工。

1 鐵路軟土特性分析

1.1 天然含水率及密度

土的物理指標(biāo)中，天然含水率、密度最基本，在天然條件下，可反映土體的含水量，是其他指標(biāo)測(cè)定的前提條件。土的含水率是指105～110℃條件下，烘干達(dá)到重量無(wú)變化，計(jì)算失去水的質(zhì)量與干土質(zhì)量的比值，可通過(guò)百分?jǐn)?shù)表示。本工程軟土路基采用烘干法進(jìn)行軟土試樣含水率的測(cè)定，且在1%以內(nèi)控制誤差。

土的密度是指土的單位體積質(zhì)量，本工程軟土試樣中采用環(huán)刀法進(jìn)行密度測(cè)試，且在0.03g/cm3以內(nèi)控制誤差值。此次分別通過(guò)三組平行試驗(yàn)進(jìn)行各個(gè)樣本的測(cè)試，最終取平均值，試驗(yàn)結(jié)果表明，天然含水率為30.25%，相比規(guī)范值29%，在允許誤差范圍內(nèi)。試驗(yàn)檢測(cè)天然密度為1.89g/cm3，相比規(guī)范值1.91g/cm3，誤差在允許范圍內(nèi)，表明試驗(yàn)結(jié)果可信。

1.2 顆粒密度

土顆粒密度是指在105～110℃條件下，土粒烘干至恒重，其質(zhì)量與同體積4℃純水質(zhì)量的比值。一般在土孔隙比、孔隙度、飽和度等計(jì)算中可使用。若土顆粒粒徑在5mm以下，測(cè)定時(shí)可采用比重瓶法，若粒徑在500以上，測(cè)定可采用浮稱法、虹吸筒法等。此次鐵路施工中，選取的土樣顆粒粒徑在2mm以下，因此，測(cè)定時(shí)可采用比重瓶法。共選擇四組土樣進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

由上可知，針對(duì)上述四組土樣取土粒比平均值，可得2.789g/cm3。

1.3 擊實(shí)試驗(yàn)

通過(guò)壓實(shí)路基土體可提升路基土體的抗剪強(qiáng)度、承載力，并達(dá)到減小土壓縮性、滲透性的作用。于土體壓實(shí)效果而言，土的含水率影響較大，若含水率太小或土體干燥性過(guò)大等均不易壓實(shí)。若含水率太高，將大大增加土體壓縮性，降低強(qiáng)度。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，伴隨含水率的不斷增加，土體干密度先呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，待達(dá)到一定值時(shí)將會(huì)下降。在干密度為最大值的情況下，才能達(dá)到土體壓實(shí)度最佳值及最大密實(shí)度。由此可見(jiàn)，可通過(guò)最大干密度計(jì)算土體壓實(shí)度，擊實(shí)試驗(yàn)中，在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功作用下，可對(duì)試樣的含水率、干密度進(jìn)行測(cè)定，以此確定最大干密度及最佳含水率。經(jīng)分析可得表2數(shù)據(jù)。

由表2可得，試樣中軟土的最大干密度為1.648g/cm3，最佳含水率為21.7%。

2 鐵路厚薄不均軟土路基綜合處治措施

因本鐵路沿線存在大量不均勻厚度的軟土，且多為淤泥質(zhì)黏性土，為明確處理沿線軟土地基，本文將軟土處理厚度劃分為4類(lèi)，具體如下：

2.1 淺層軟土地基處理措施

當(dāng)前，多采用換填墊層法、短攪拌樁加固法等進(jìn)行淺層軟土地基處理，其施工處理方案如表3所示。

按照相關(guān)規(guī)范要求，相比基床厚度2.5m，路堤填高較小的低矮路基，可采取上述處理方法進(jìn)行加固施工。當(dāng)填高在基床厚度以上時(shí)，地基處理則需按照下述方法進(jìn)行施工。

（1）地基無(wú)需深層處理。第一，水田地基，需先將水排干，做好表層清理工作，如種植土、淤泥質(zhì)土均需清理干凈，隨后通過(guò)碎石土回填處理。第二，低洼地基，此類(lèi)路基地下水位偏高，且存有積水問(wèn)題，同樣要先排水，再將表層種植土、淤泥質(zhì)土清理干凈，0.3～0.5m厚，并回填填料。

（2）地基需深層處理。待路堤基底下方壓縮層范圍內(nèi)的地基土通過(guò)穩(wěn)定、沉降等分析之后，若與控制標(biāo)準(zhǔn)不符，需與工程建設(shè)實(shí)際結(jié)合，待平整場(chǎng)地之后，通過(guò)短攪拌樁進(jìn)行處治，且在4m以上控制樁長(zhǎng)。

2.2 8～12m厚軟土路基處治措施

軟土地基處理厚度范圍為8～12m時(shí)，若采用淺層加固法、換填墊層法等，根本無(wú)法達(dá)到軟土地基施工規(guī)定，甚至?xí)?duì)列車(chē)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，基于此，決定通過(guò)深層攪拌樁進(jìn)行8～12m厚軟基處理。作為一種專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備，深層攪拌樁采用水泥為固化劑，利用深層攪拌設(shè)備強(qiáng)制拌和軟土、沙、固化劑等，從而促使軟土地基硬結(jié)，并提升地基強(qiáng)度。本線路選擇DK131+300對(duì)比分析加固前后的軟基沉降情況，12m為地基厚度，攪拌樁參數(shù)為8.5m長(zhǎng)、直徑0.5m。未經(jīng)處理前，軟土地基中心頂面為最大沉降位置，沉降值為0.97m，經(jīng)處理后，沉降值降為0.05，下降率為94.8%，具有顯著加固效果。

2.3 12～18m厚軟土地基處治措施

軟土地基處理厚度范圍為12～18m時(shí)，施工中若采用單向攪拌樁，沿樁的深度水泥極易出現(xiàn)分布不均現(xiàn)象，樁越深，則水泥分布反之，越少，將嚴(yán)重削減水泥樁的加固深度。為此，在混凝土攪拌樁施工中極易出現(xiàn)水泥分布不均等現(xiàn)象，雙向水泥攪拌樁的應(yīng)用能夠有效解決上述問(wèn)題。雙向水泥土攪拌樁是在單向水泥土攪拌樁設(shè)備的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，經(jīng)增設(shè)動(dòng)力裝置、鉆桿改進(jìn)裝置形成，可最大限度提升水泥和樁周土的混合性能，進(jìn)而加深軟土加固深度。

本工程采用DK133+040為工點(diǎn)，對(duì)比分析雙向攪拌樁加固前后的軟土地基沉降情況，處理軟基的厚度為18m，攪拌樁參數(shù)如下：14m長(zhǎng)、直徑0.5m、800MPa彈性模量、0.25泊松比。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，未處理前，軟土地基中心頂面位置為沉降最大處，為1.06m，經(jīng)處理后，仍檢測(cè)此位置沉降值為0.08m，大幅降低，減少92.5%，可見(jiàn)具有良好的加固效果。

2.4 18m以上厚度軟土地基處治措施

軟土地基處理厚度在18m以上時(shí)，可通過(guò)高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行軟土地基加固處理。預(yù)應(yīng)力管樁的張拉工藝可分為兩類(lèi)，即先張法、后張法預(yù)應(yīng)力管樁，一般多采用先張拉再離心成型技術(shù)作為現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力管樁的生產(chǎn)方式。相比后張法，該技術(shù)可提高管樁樁身抗壓強(qiáng)度（大于C80），且能增強(qiáng)抗裂抗彎能力。在本鐵路沿線深厚軟土分布較廣，預(yù)應(yīng)力管樁的應(yīng)用，可深入土體下較硬土層、巖層上，且其成樁長(zhǎng)度可長(zhǎng)可短，最長(zhǎng)可大于50m，最短可在5m左右。一般處理措施在遇到深厚軟土?xí)r，很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而此類(lèi)地基采用預(yù)應(yīng)力管樁處理效果顯著。據(jù)施工可知，當(dāng)軟土地基厚度為30m時(shí)，對(duì)不同樁長(zhǎng)下地基沉降影響情況進(jìn)行對(duì)比分析，其中軟土地基處理效果最佳的為25m樁長(zhǎng)。由試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果顯示，軟土地基未經(jīng)處理前，地基中心頂面為最大沉降處，沉降值為162.375cm，經(jīng)預(yù)應(yīng)力管樁處理后，沉降值僅為10.155cm，大幅下降，減少了93.7%，具有顯著加固效果。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)地域遼闊，為促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大量地鐵線路不得不從不良地基穿越，其中軟土地基最為常見(jiàn)。相比其他地基，軟土多為淤泥質(zhì)土，其含水量一般在30%以上，從而增加土體孔隙比。若施工不當(dāng)，極易引發(fā)地基沉降問(wèn)題。為此，必須重視鐵路軟土路基處治施工，合理采用施工處理方法，提高施工技術(shù)水平，規(guī)范施工工藝，延長(zhǎng)工程使用壽命。

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