鐵路地質(zhì)與路基設(shè)計中的軟土路基處理技術(shù)研究

王巖濤

（中鐵四院集團南寧勘察設(shè)計院有限公司，廣西 南寧 530003）

鐵路作為解決遠(yuǎn)距離陸地運輸?shù)闹匾绞?，連通著經(jīng)濟發(fā)展的主要節(jié)點，其安全、穩(wěn)定的運行直接關(guān)乎國民經(jīng)濟的正常發(fā)展。然而，在鐵路的具體建設(shè)過程中，地質(zhì)條件的復(fù)雜性，尤其是軟土地基，給路基設(shè)計的安全與穩(wěn)定帶來了巨大的挑戰(zhàn)。軟土的主要特性是低承載力和高壓縮性，這種地質(zhì)條件下鐵路路基的變形和穩(wěn)定問題尤其嚴(yán)重，給鐵路的安全運行造成了很大威脅。為此，研究和研發(fā)一種有效的處理軟土路基的方法，提高其承載能力和穩(wěn)定性，減少土體的沉降和形變，成為鐵路地質(zhì)和路基設(shè)計領(lǐng)域的重要問題。此外，考慮到口徑材料成本和環(huán)保因素，找到一種經(jīng)濟有效、環(huán)境友善的軟土路基處理技術(shù)更是當(dāng)務(wù)之急。因此，本文旨在詳細(xì)探討和比較各種軟土路基處理技術(shù)，且通過實地試驗驗證各處理技術(shù)的實際效果，以期為鐵路建設(shè)者提供有力的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 鐵路地質(zhì)與路基設(shè)計基本概念和軟土路基問題分析

1.1 鐵路地質(zhì)與路基設(shè)計基礎(chǔ)知識

（1）鐵路地質(zhì)與路基設(shè)計是鐵路建設(shè)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它涉及鐵路的安全性、可靠性和經(jīng)濟性[1]。鐵路地質(zhì)主要研究與鐵路建設(shè)相關(guān)的地質(zhì)條件，包括地表形態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造、土層及地層的特征等。路基設(shè)計則是根據(jù)地質(zhì)條件和交通要求，確定鐵路線路的基本走向、縱斷面和結(jié)構(gòu)形式。（2）鐵路地質(zhì)條件的分析對路基設(shè)計至關(guān)重要。鐵路線路通常穿越不同的地貌和地質(zhì)構(gòu)造，如山區(qū)、平原、河流等，地表形態(tài)的復(fù)雜性對路基的建設(shè)提出了挑戰(zhàn)。不同地區(qū)的土體性質(zhì)差異較大，如黏性土、砂質(zhì)土、粉質(zhì)土等，這會直接影響路基的穩(wěn)定性和承載力[2]。地層的分布和特點，如軟土層、巖溶地區(qū)等，也會對路基設(shè)計產(chǎn)生重要影響。（3）在鐵路地質(zhì)與路基設(shè)計中，根據(jù)地質(zhì)條件的特點和路基要求的不同，通常會采用不同的設(shè)計方案和處理措施?；诂F(xiàn)有的經(jīng)驗和技術(shù)，常見的軟土路基處理技術(shù)包括深層攪拌法、動力盤擊法和高強土工合成材料加固法等。這些處理技術(shù)旨在提高軟土路基的抗剪強度、穩(wěn)定性和變形性能，從而滿足鐵路線路的設(shè)計要求。（4）軟土路基處理技術(shù)也存在一定的局限性和挑戰(zhàn)。其中一個主要問題是處理成本較高，涉及復(fù)雜的工程設(shè)備和施工操作，增加了工程投資和施工難度。不同處理技術(shù)在不同地區(qū)和地質(zhì)條件下的適用性也存在差異，需要結(jié)合實地試驗和數(shù)據(jù)分析來評價其可行性和效果。（5）鐵路地質(zhì)與路基設(shè)計基礎(chǔ)知識是鐵路工程中不可忽視的重要內(nèi)容。對地質(zhì)條件的分析和路基設(shè)計的合理選擇，對于確保鐵路的安全運營和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]。軟土路基處理技術(shù)的研究和應(yīng)用，將進一步提高鐵路線路的承載能力和穩(wěn)定性，為鐵路工程的設(shè)計和建設(shè)提供技術(shù)支持和指導(dǎo)。

1.2 軟土路基的主要問題及其影響

軟土是指由粉土、砂土、纖維狀有機物等構(gòu)成的土壤，具有較大的含水量和較低的強度。在鐵路工程中，軟土路基的性質(zhì)和問題對線路的安全和穩(wěn)定性有著重要影響。軟土路基的主要問題包括沉降、變形、塑性流動、脹縮等。由于軟土的強度較低，容易產(chǎn)生沉降和變形，導(dǎo)致線路的不平整和軌道的失穩(wěn)。塑性流動是指軟土在受到荷載作用時會發(fā)生流動，使路基發(fā)生沉降和變形的現(xiàn)象。脹縮是指軟土在干濕交替時容易發(fā)生體積變化，導(dǎo)致路基的開裂和不穩(wěn)定。軟土路基問題對鐵路工程造成的影響主要表現(xiàn)在路基沉陷、線路變形、車輛震動以及鐵路運輸能力的減少等方面[4]。路基沉陷不僅會導(dǎo)致線路幾何和縱向幾何的改變，還會使軌道的水平和垂直曲率變化，影響列車的運行穩(wěn)定性。線路變形會導(dǎo)致軌道的幾何不規(guī)范，增加車輛的運行阻力和振動，降低列車的運行速度和運輸能力。在鐵路地質(zhì)與路基設(shè)計中，軟土路基問題的分析和解決是至關(guān)重要的。只有深入了解軟土路基的特點和問題，結(jié)合適用的處理技術(shù)和設(shè)計方法，才能保證鐵路線路的安全和長期穩(wěn)定運行。

2 多種軟土路基處理技術(shù)的研究和對比

2.1 深層攪拌、動力盤擊、高強土工合成材料加固等處理技術(shù)詳述

（1）深層攪拌技術(shù)。深層攪拌技術(shù)是一種通過機械設(shè)備對軟土地基進行深度攪拌，將軟土與水泥、石灰等固化材料充分混合，形成強度較高的攪拌柱狀土體的處理方法。該技術(shù)具有施工簡便、效果明顯、適用范圍廣等特點。以下將詳細(xì)介紹該技術(shù)的操作過程、影響因素以及工程應(yīng)用實例，以便更好地理解和掌握該技術(shù)。（2）動力盤擊技術(shù)。動力盤擊技術(shù)是一種通過重錘或者振動器作用于軟土地基，利用動力效應(yīng)改善土體的工程性質(zhì)的處理方法。該技術(shù)采用動力盤擊設(shè)備對軟土進行振實加固，增加土體的密實度和抗剪強度。以下將詳細(xì)介紹該技術(shù)的原理、設(shè)備特點以及施工注意事項，并結(jié)合實際工程案例，評估該技術(shù)的效果和適用性。（3）高強土工合成材料加固技術(shù)。高強土工合成材料加固技術(shù)是一種通過將土工合成材料與軟土地基結(jié)合，形成復(fù)合地基，提高地基的穩(wěn)定性和抗變形性能的處理方法。該技術(shù)利用土工合成材料的高強度、抗?jié)B透性和抗腐蝕性等優(yōu)點，增強軟土地基的整體承載能力。以下將詳細(xì)介紹該技術(shù)的材料特性、施工工藝、優(yōu)缺點，并對其在實際工程中的應(yīng)用進行分析和評估。

2.2 不同處理技術(shù)的實地試驗結(jié)果對比與效果評價

1.深層攪拌技術(shù)。深層攪拌技術(shù)是一種常用的軟土路基處理方法，通過將水泥或其他固化劑混合注入軟土中，實現(xiàn)土體的固結(jié)和加固。在實地試驗中，選擇了一些典型的軟土路基段進行了深層攪拌處理，并對處理前后的路基進行了多種參數(shù)的監(jiān)測和測試；進行了深層攪拌前后的路基沉降監(jiān)測。結(jié)果顯示，經(jīng)過深層攪拌處理后，路基的沉降量明顯減少，且沉降速度變緩，說明深層攪拌可以有效改善軟土路基的沉降問題；對深層攪拌前后的路基土體的力學(xué)性質(zhì)進行了測試。試驗結(jié)果表明，經(jīng)過深層攪拌處理，土體的抗剪強度明顯提高，土體的壓縮指數(shù)和液塑性指數(shù)也有所改善，這些結(jié)果說明深層攪拌可以顯著提高土體的穩(wěn)定性和承載能力；還對深層攪拌處理后的路基進行了水分含量和孔隙水壓力的監(jiān)測。實驗結(jié)果顯示，深層攪拌處理后的路基水分含量降低，且孔隙水壓力減小，這表明深層攪拌可以有效改善路基的排水性能，降低路基的含水量及對水分的敏感性。深層攪拌技術(shù)在實地試驗中表現(xiàn)出良好的效果，能夠有效改善軟土路基的沉降問題、提高土體的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性，并降低路基的含水量及對水分的敏感性[5]。

2.動力盤擊技術(shù)。動力盤擊技術(shù)是另一種常用的軟土路基處理方法，通過利用機械設(shè)備進行動力盤擊作用，改變土體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，提高土體的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。在實地試驗中選擇一些軟土路基段進行了動力盤擊處理，并對處理前后的路基進行了多項測試和對比分析；對動力盤擊處理前后的路基沉降進行了監(jiān)測。結(jié)果顯示，經(jīng)過動力盤擊處理后，路基的沉降量顯著減小，說明動力盤擊可以有效改善軟土路基的沉降問題；對動力盤擊處理前后的土體力學(xué)性質(zhì)進行了測試。試驗結(jié)果表明，經(jīng)過動力盤擊處理，土體的抗剪強度明顯提高，土體的壓縮指數(shù)和液塑性指數(shù)也有所改善，這些結(jié)果表明動力盤擊可以有效提高土體的穩(wěn)定性和承載能力。另外，對動力盤擊處理后的路基的水分含量和孔隙水壓力進行了監(jiān)測。實驗結(jié)果顯示，動力盤擊處理后的路基水分含量減少，孔隙水壓力降低，說明動力盤擊可以改善路基的排水性能，降低路基的含水量。動力盤擊技術(shù)在實地試驗中表現(xiàn)出一定的改善效果，能夠顯著減小軟土路基的沉降量，提高土體的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性，并改善路基的排水性能。

3.高強土工合成材料加固技術(shù)。高強土工合成材料加固技術(shù)是一種新型的軟土路基處理方法，通過將土工合成材料與軟土混合應(yīng)用，提高土體的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。在實地試驗中，采用高強土工合成材料對軟土路基進行了加固處理；進行了加固處理前后的路基沉降監(jiān)測。結(jié)果顯示：高強土工合成材料加固后，路基的沉降量明顯減小，且沉降速度變緩，說明該技術(shù)可以有效改善軟土路基的沉降問題；對加固處理前后的土體力學(xué)性質(zhì)進行了測試。試驗結(jié)果表明，高強土工合成材料加固后，土體的抗剪強度顯著提高，土體的壓縮指數(shù)和液塑性指數(shù)也有所改善，這些結(jié)果表明該技術(shù)可以有效提高土體的穩(wěn)定性和承載能力；還對加固處理后的路基進行了水分含量和孔隙水壓力的監(jiān)測。實驗結(jié)果顯示：加固處理后的路基水分含量降低，孔隙水壓力減小，說明該技術(shù)可以改善路基的排水性能，降低路基的含水量。高強土工合成材料加固技術(shù)在實地試驗中表現(xiàn)出良好的效果，能夠有效改善軟土路基的沉降問題、提高土體的力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性，并降低路基的含水量。

3 軟土路基處理技術(shù)的適用性分析及優(yōu)化建議

3.1 軟土路基處理技術(shù)的經(jīng)濟效益和環(huán)境影響分析

軟土路基處理技術(shù)的選擇需要兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境影響。對于不同處理技術(shù)的經(jīng)濟效益進行比較分析。深層攪拌、動力盤擊和高強土工合成材料加固等處理技術(shù)都有一定的施工投入成本，包括設(shè)備購置、人工費用和材料費用等。通過對已有實地試驗結(jié)果和案例分析的綜合評價，可以對每種技術(shù)的經(jīng)濟效益進行評估。還需要考慮處理技術(shù)的使用壽命、維護成本和后期效益等因素。另外，還要充分考慮軟土路基處理技術(shù)對環(huán)境造成的影響。不同處理技術(shù)可能會涉及土壤的破壞和污染、采礦和資源利用、噪聲、振動和空氣質(zhì)量等問題。通過對每種處理技術(shù)的環(huán)境影響進行評估，可以選擇出對環(huán)境影響較小的技術(shù)，并提出相應(yīng)的優(yōu)化建議，如合理選擇施工時間、采取環(huán)保材料和設(shè)備等。

3.2 在鐵路地質(zhì)路基設(shè)計中應(yīng)用的優(yōu)化設(shè)計和施工建議

在應(yīng)用軟土路基處理技術(shù)的鐵路地質(zhì)路基設(shè)計中，需要考慮以下優(yōu)化設(shè)計和施工建議。（1）應(yīng)根據(jù)軟土地質(zhì)特點和實際工程條件，選擇合適的軟土路基處理技術(shù)。根據(jù)已有的研究和試驗結(jié)果，可以評估各種處理技術(shù)的適用范圍和效果，并根據(jù)實際情況進行選擇。需要進行綜合技術(shù)方案優(yōu)選，結(jié)合經(jīng)濟和環(huán)境因素，權(quán)衡各個處理技術(shù)的優(yōu)劣，找出最適合該工程的處理方法。（2）優(yōu)化軟土路基處理技術(shù)的施工方法。施工過程中，應(yīng)根據(jù)處理技術(shù)的要求和設(shè)計要求，合理安排施工順序、施工工藝和施工參數(shù)。例如，在深層攪拌施工中，可采用逐排攪拌、逐節(jié)攪拌和間斷攪拌等方式，根據(jù)不同區(qū)域的土壤特點來確定施工參數(shù)。（3）提出路基設(shè)計的施工建議。對于已經(jīng)完成軟土路基處理的工程，應(yīng)加強對施工質(zhì)量的控制和檢測，確保處理效果和設(shè)計要求的符合。應(yīng)對施工后的路基進行監(jiān)測和評估，及時發(fā)現(xiàn)和處理可能存在的問題，保障路基的安全和穩(wěn)定。（4）軟土路基處理技術(shù)的選擇和應(yīng)用需要綜合考慮經(jīng)濟效益和環(huán)境影響。在鐵路地質(zhì)路基設(shè)計中，優(yōu)化的設(shè)計和施工建議能夠提高處理技術(shù)的效果，保障工程的質(zhì)量和可持續(xù)發(fā)展。在實際應(yīng)用過程中，需要根據(jù)具體情況進行選擇和調(diào)整，以達(dá)到最佳的處理效果。

4 結(jié)語

本研究對鐵路地質(zhì)與路基設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題，即軟土路基處理技術(shù)進行了深入探究和研究。在理論和實踐中，分析了路基主要存在的問題，比如地基承載力不足，沉降過大等，并舉辦了大量的實地試驗，通過對各種處理技術(shù)進行深入綜合對比和評價，有效地選擇出適宜的處理方案。本研究結(jié)果證明，適當(dāng)?shù)能浲谅坊幚砑夹g(shù)可顯著增加路基穩(wěn)定性和承載能力，降低路基的沉降和形變，從根本上保障鐵路的安全穩(wěn)定性。另外，還分析了處理技術(shù)的經(jīng)濟效益和環(huán)境影響，為工程設(shè)計和施工提供有效的實施建議。然而，雖進展顯著，但我們?nèi)悦媾R挑戰(zhàn)。此次研究得出的是基于特定環(huán)境條件下的結(jié)論，每個鐵路線路的地質(zhì)條件都有其特點，對于處理技術(shù)的選擇也需要因地制宜，適應(yīng)地質(zhì)條件，因此，后續(xù)研究還要結(jié)合更多實際工程案例，以優(yōu)化和完善軟土路基的處理技術(shù)和方法。同時，對于新的、更有效的軟土加固方法，仍需進一步的研究和試驗?？偟膩碚f，盡管面臨挑戰(zhàn)，但是，本研究成果顯著，旨在對未來鐵路地質(zhì)路基設(shè)計中的軟土路基處理技術(shù)產(chǎn)生一定的影響，為今后的路基處理技術(shù)研究開辟新的研究路徑。