1、关于铁路软土地基处理技术及应用的研究摘要：路基施工是铁路工程施工的主要环节之一，路基的好坏很大程度上决定了铁路的质量及其使用寿命的时间。铁路路基工程中经常会遇到软土问题，处理的质量与选择的方法将直接影响到轨道结构的稳定性与安全使用，做好铁路路基是整个铁路工程的重中之重。本文首先阐述了软土地基尤其是铁路软土地基的特点，对目前常用的软土地基处理方法以及新技术进行总结，本文将根据铁路运输的特点，对铁路路基的相关施工要点和施工技术控制要求进行分析。 关键词：软土；高速铁路；轨道结构；地基处理 Abstract: roadbed construction is one of the main part
2、of railway engineering construction, subgrade quality largely determine the quality of the railway and its life time. Soft soil problems often railway roadbed engineering, processing quality and choice of method will directly affect the stability of track structure and safe use, completes the railwa
3、y subgrade is the key of the whole railway engineering. This article first elaborated the soft soil characteristics of soft soil foundation, especially railway on soft soil foundation treatment methods presently used and summarizes the new technology, this paper will based on the characteristics of
4、railway transportation, the railway subgrade of related construction control points and construction technology requirements are analyzed. Key words: soft soil; High-speed railway; Track structure; Foundation treatment. 中图分类号：TU471.8 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 1.引言 铁路工程的施工过程中路基施工是重要环节之一，路基建设的好坏直接影
5、响到铁路路面的使用品质，也涉及到以后修补的时限和程度。所以，要始终做到规范的施工行为，正确的施工技术，这对加快铁路工程进度和提高工程质量有着至关重要的作用。从 50 年代开始，铁路工程技术人员就针对路基工程遇到的软土地基处理问题进行了大量的现场软基试验和研究。经过几十年的努力，通过提高现场勘察技术和手段、采用各种新的原位测试技术和方法、应用各种软基处理新技术和新方法，使铁路路基工程遇到的软土地基处理问题得到了较好的解决。 2.选择软土地基处理方法应注意以下几个问题 2.1 软土地基处理后对路基作用的认识 2.1.1 路基在施工和使用期间应该是稳定的,不因填筑荷载、施工机械和交通荷载的作用引起路
6、基的失稳、破坏, 也不应由于路基的过大变形, 引起桥台、涵洞、挡土墙等构造物及沿线各种设施过大的变形。 2.1.2 在可以不进行软土地基处理的情况下,为了避免路基沉降造成涵洞、挡土墙等构造物变形破坏, 首先应考虑提前填筑路基, 在其充分沉降后再修筑构造物的路基施工方案。 2.1.3 高等级公路严格限制了路基在规定年限内的工后剩余沉降量, 对工后 1520 年的剩余沉降量通常采用如下标准: 一般路段 30cm, 桥头10 cm, 过渡段沉降坡差小于 2。这样就可避免路面的变形破坏,以及连接桥梁、涵洞等构造物的引道路基产生不均匀沉降。 2.1.4 在软土层较厚且沉降历时较长的地区及大范围的软土地区
7、, 有时将工后剩余沉降量控制在要求的范围内是很困难的, 或者虽能控制但不经济时,则应考虑对路基进行堆载预压或超载预压、设置桥头搭板、铺筑临时性路面、加强养护等修建方案。 2.1.5 在没有一定厚度硬壳层的软土地基上,不宜直接修筑填土高度小于 2 2.5m 的低路基。这种低路基在交通荷载作用下,可使路面发生较大的不均匀沉降,特别是当软土层不均匀, 重型车辆交通较大时,引起路面破坏。 2.2 选择软基处理方法应考虑的条件 为保证路基稳定或控制工后剩余沉降在选择处理方法时,除了考虑处理方法的特点、对地基的适用性和效果外,还应考虑公路条件、施工条件、经济性、可靠性等。目前, 新技术、新工艺、新机具、新
8、测试方法不断涌现,当开发、引进新的软基处治方法或进行软基处治方法比较时, 应在大规模施工前进行现场试验,以验证该处治方法的可靠性, 并验证设计参数、工艺参数作为施工时的控制指标, 掌握必要的施工经验和施工工艺。2.3 软土地基处理方法分类 2.3.1 换填法 将基础底面以下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去, 然后分层换填强度较高的砂、碎石、素土、灰土、粉质黏土、粉煤灰、矿渣及其他性能稳定和无侵蚀性的材料, 并碾压、夯实至要求的密实度为止。换填法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等。该处理方法通常使用与深度在 23的软土地基处理。使用较高强度的地基土进行换填，则可以达到增强地基承载能力
9、的目的，进而达到轨道对地基的承载能力的要求。 2.3.2 深层密实法 该处理方法使用与软土厚度在 3m 以上的厚软土的加固，该方法的加固深度可以达到 3Om。在加固的过程中，可以通过振动和挤压等方法使地基的土体达到密实和固结，同时利用加入的高抗剪强度的状体对部分软土和弱土进行替换，实现提高抗剪强度的目标。通常使用的加固方法有：强夯法、砂桩法、爆破法、碎石桩法(振冲置换法)、石灰桩法、旋喷桩法。代表方法有碎石桩法。 2.3.3 置换法 在深层密实法中，有几种加固方法都是采用加入高抗剪强度的材料来提高地基抗剪能力，同时对软土中一部分软土地基进行置换，一般加入的材料都能够与原有的土体形成复合地基，进
10、而实现加固的目的，因此，在有些情况下，深层密实法也被称为置换法。 2.3.4 排水固结法 适用于软粘土、淤泥和淤泥质土地基。此法是在软土地基中设置竖向排水系统(如插设塑料排水板、袋装砂井等)和水平横向排水系统(砂垫层), 在逐层填筑路基, 在路基荷载的作用下使土体排水固结、密实, 强度增长, 地基承载力提高, 可有效减小工后沉降。若采用大于路基及工作荷载的超载预压方式预压, 可进一步减少工后沉降,并可减小次固结沉降。排水固结法的竖向排水系统和横向排水系统必须同时发挥作用,这就要求施工过程中, 不能出现断板、断井现象,地基表面一定要有一定的平整度和拱度, 以确保水能够排出路基之外,充分发挥该体系
11、的作用。 2.3.5 化学加固法 该方法的原理就是通过在软土地基中加入水泥或者其他化学材料实现对软土地基的处理，该方法适用于对砂土、淤泥质粘土和粉质粘土等土质的处理。也适用于对裂隙岩体及已有构筑物地基进行加强的处理中。当软土地基中加入水泥或者其他化学材料后，该材料则会与土体本身发生化学反应，使土地中部分水喝空气被挤出，而使软土地基的承载能力提高，形成复合地基，通常采用的主要加固方法有：粉喷桩、旋喷桩、注浆、水泥土搅拌法。 2.3.6 其它加固方法 除了以上总结的几种处理软土地基的方法之外，在实际的工程施工中，还较为常用的加固方法有桩基、沉井、侧向约束法、反压护道法等方法。通常在软土地基中建设较
12、为大型的桥梁和涵洞等重要建筑结构时，采用桩基和沉井的方法比较多：而侧向约束法往往适用于软土厚度较小，软土面积较大的软推挤的加固；反压护道法往往适用于软土体分布面狭窄而软土体厚度较大的软土地基的处理。 3.针对铁路的软土地基处理技术 3.1 砂石桩法 3.1.1 砂石桩法的加固原理 在松散砂土与粘性土中有所不同的，在松散砂土中主要是发挥砂石对软土的挤密作用、排水减压作用、和砂基预振效应，而在粘性土中主要是对软土(特别是饱合软粘土)的置换作用。 3.1.2 施工中常发生的质量问题及注意事项 桩的施工次序一般是由里向外或一边推向另一边，有利于挤出部分软土。对抗剪强度低的粘性土地基，为减少制桩时对原土
13、的扰动，宜用间隔跳打的方式施工；在成孔过程中应首先严格控制水压、电流和振冲器在固定深度位置的振留时间，以防缩孔、塌孔；填料要分批加入，次数频繁，每次少进料，保证试桩标定的装料量。每一深度的桩体在未达到规定的密实电流时要继续加料振实，以防断桩、缩径。 3.2 塑料排水板 3.2.1 加固原理：塑料排水板是一种复合土工材料，由芯板和滤膜组成，其加固软土地基的机理是在软土地层中按一定的间距和布置形式打设塑料排水板，在软土中形成竖向排水通道，加速排水，特点是单孔水断面大，排水畅通、质量轻、强度高，耐久性好。当软土层较厚，路堤较高时，常用塑料排水板法加速固结沉降。 3.2.1 施工注意事项 为方便机械设
14、备移动及排水板桩头直立，可先将地表清流水面后铺设砂垫层；为保证排水通道畅通，每根桩均采用一整条的排水板，不允许有接头，并应保持排水板不扭曲，透水膜不被撕破和污染；牵动排水板下沉的锚销与排水板连接可靠，并且锚销与导管下端口密封要严，以免泥砂进入排水板内阻塞排水通道；拔导管时应轻轻进行，以免带出排水板；打设完成后，人工扶正排水板外露的头部，并用砂土紧打管口洞口，轻拍砂土至紧密，保证桩头是直立的。 3.3 袋装砂井法 3.3.1 原理：袋装砂井是把砂装入长条形、透水性好的纺织袋内，然后用专门的机具设备打入软土地基内代替普通大直径砂井。袋装砂井既有大直径砂井的作用，又可以保证砂井的连续性，避免缩径现象
15、。由于袋装砂井的直径小，材料消耗小，造价低，施工速度快，设备轻型，更适应在软弱的地基上施工。袋装砂井适用于软土层厚度5m，且路堤高度的自重静压超过天然地基承载力很多时，常采用袋装砂井法。袋装砂井可呈矩形，梅花形布置，井径采用 712cm 的直径，井距 12m，砂垫层厚 4050cm。 3.3.2 施工注意事项 砂井定位要准确，垂直度要正确，沉桩时用两台经纬仪“十”字交叉控制砂井位置，用锤球控制垂直度；砂袋灌入砂后，露天堆放要有遮盖，不能长时间暴晒，施工中避免砂袋挂破漏砂；砂袋入井时，用桩架吊起垂直下井，防止砂袋发生扭结、缩径、断裂和砂袋磨损；拔钢套管时，更要垂直起吊，在出现砂袋带出或损坏砂袋现
16、象时，要在原孔边缘重新打孔施工。连续两次将砂袋带出时，要停止施工，查明原因后再施工；砂袋露出井长度要保证伸入砂垫层至少 30cm 以上，要保证直立。 3.4 真空预压法 在软土地基上先施作竖向排水系统(砂井或塑料排水板)，然后在加固的区域内覆盖不透气膜，利用真空源不停地对加固的土体进行抽气，使其内部形成一个近似真空的环境，土体中的孔隙水在负压作用下，沿着排水通道加速被吸出，从而达到加固的作用。真空预压法也属于排水固结类的加固范围，其排水固结作用与加载预压作用是可以相叠加的，可以加速排水，在工期紧时可以使用该法加快软土固结的速度。适用于软土厚度大、工期紧的软土地基。其设备与材料损耗小，可以重复使用。4.结语 总之，通过有效和合理的施工，能够加强铁路路基的刚度，使铁路的稳定性得到有效的提高，避免或者减少施工后发生沉降和线路的变形现象，同时也降低了铁路维护费用，确保我国铁路事业健康的可持续发展。 参考文献 1辛文军高速铁路路桥过渡段的设置及施工科技情报开发与经济，2005，(01) 2王春艳论路基工程质量的成因及处治措施大众科技，2005，(04) 3朱振业，鲁朝阳浅议高速铁路路基工程施工要点民营科技，2010，(05)
