高铁建设中软土路基的加固研究

高铁建设中软土路基的加固研究

盛晋珂

盛晋珂

(中铁十四局第五工程有限责任公司山东济宁272100)

摘要：路基是线路工程中最薄弱、最不稳定的部分，在软土路基段进行高铁施工，一旦路基处理不当就会造成轨道不平顺。因此必须做好高铁建设中软土路基的加固工作，控制变形。本文分析了高铁路基下沉的原因，并重点介绍了几种软土加固技术。

关键词：高铁；软土路基；加固

一、高铁路基下沉的原因

（一）路基基床土质不良。产生路基基床病害的地段路基土多数为两岩风化后形成的粘土粪土甚至膨胀土。

（二）排水不畅。由于地表地下排水没施不足，道床污染严重，持剐近几年来工务部门为了增加路基宽度便于养护维修，在路肩两侧作了浆砌或干砌条石路肩，增大了路基基床压应力，堵塞了路基面的排水通道，使路基基床产生翻浆冒泥与道渣陷槽而酿成基床土的承载能力不足则发生下沉和从基床两侧隆起。

（三）基底软弱。据调查，修建复线时，路堤基底和老路基边坡未作任何处理。原地表土质松软，强度不足，路堤稳定性差，承载力低。

（四）水浸路基。上行线旁靠近路堤有一稻田灌溉用水渠，种植季节，部分地段的渠水漫流至上行线旁的取土坑内和低洼处，地表水排水不畅，路堤边坡及基底长期被水浸泡，使基床及地基软化，强度降低。在列车动荷载作用下，产生线路下沉，道碴上鼓、轨枕位移和翻浆冒泥等病害。

（五）列车动荷载的影响。路基基床是轨道结构的基础，不但承受着线路上部建筑的静载而且承受着列车循环作用的动载，翻浆冒泥等浅层病害和下沉挤出变形等较深层的病害，均与路基基床动应力有关。当基面动载超过基床土体的承载能力时，随着列车荷载的作用，道床会不断地“切入”基床土体内，导致线路持续下沉。

二、高铁建设中软土路基的加固

从铁路地基处理方法的发展来看，早期针对软土地基处理主要是解决路基通过软土地区的稳定性问题。由于以前铁路的速度和标准不高，允许有一定的沉降变形，软土地基处理主要采用排水固结、土工合成材料垫层的方法，解决软土路基填筑到“临界高度”时的路基整体稳定问题。

随着铁路速度标准的提高，发现排水固结虽然解决了路基稳定问题，但工期长沉降大。所以对于路桥、路涵等平顺及沉降要求严格的过渡区段，采用挤密桩、搅拌桩等复合地基的方法处理软基，可大大减少地基的沉降量。

2005年以来，随着客运专线的大量建设，时速350公里、无砟轨道结构的客运专线对路基工后沉降提出了更高的要求，要求路基工后沉降值小于15毫米。这样采用常规软基处理的方法已无法满足高速化、平顺性的设计要求，则客运专线的软基处理采用CFG桩或混凝土打入桩的桩网、桩板结构等较强的地基处理形式。

而高速铁路在通过深厚软弱土层，当地基处理大于30m，采用CFG桩不经济时，一般采用混凝土打入桩进行地基处理。对于津京城际、沪宁城际、京沪高速铁路，采用了大量的混凝土打入桩进行地基处理。打入桩地基处理地段一般采用桩板或桩筏的承力结构。打入桩一般采用预制钢筋混凝土管桩或方桩，根据地质条件、桩型和桩体承载力可采用锤击法、振动法或静压法打入。

不同地质条件的地基土应当选择合理的或多种结合的地基处理方法。对于浅层软弱地基采用换填碾压处理、或换填砂垫层处理；对于深层软基采用袋装砂井、塑料排水板的排水固结加预压的处理方法；对于工后沉降要求高的路桥、路涵过渡段，根据地质条件和经济对比，采用挤密砂桩、挤密碎石桩、粉喷桩、搅拌桩、旋喷桩等复合地基处理方法；对于有地震液化的粉土或粉细砂层的地基段，采用挤密砂桩的处理方法。

三、软土路基的加固技术

（一）袋装砂井法

1、袋装砂井法原理

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。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。

2、材料要求

采用聚丙烯或其他抗拉强度能保证承受砂袋自重的纺织料，装砂后砂袋的渗透系数不小于砂的渗透系数。砂采用渗水率较高的中、粗砂，粒径>0.5mm的砂的含量宜占总量的50%以上，含泥量≤3%，渗透系数≥3105□×scm/。采用风干砂，以免袋内砂干燥后体积减小，造成袋装砂桩缩短与排水垫层不搭接等质量事故。

3、砂井的布置

袋装砂井可呈矩形，梅花形布置，井径采用7～12cm的直径，井距1～2m，砂垫层厚40～50cm。

4、工艺流程

整平原地面→摊铺下层砂垫层→机具定位→打入套管→沉入砂袋→拔出套管→机具移位→埋砂袋头→摊铺上层砂垫层。

5、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。

（三）PCC桩

这里利用以实例介绍PCC桩加固技术。我国东北某地区高速铁路某合同段(K406+000～K424十000)，全段长18kin，其中K406+000～K408+200中2.2km，地层结构为素填土和耕植土。地表及地下水质对混凝土均无腐蚀性，地下水位在地表下3m处。同时该段地下永丰富，水位较高，低洼处地表积水，地基承载力只有60～lOOkPa,属不良地质地段。本段采用PCC桩进行软土加固。施工工艺如下：

1、施工前准备

对施工场地进行检查，清理场地障碍物，尽量保持场地的平整性和排水设施通畅，确保施工场地满足打桩机承载能力。

2、测量放样

按照施工图纸对桩位进行施工放样，单桩的中心位置偏差不应大干5cm，复合地基偏差值不应大于15cm。

3、桩机就位

放置装机时要对桩机的水平度和导向架的垂直度进行调整，确保桩管在自由状态下对准桩位，然后用铁丝固定活瓣。

4、振动沉管桩管的下沉速度要适宜，如沉管中遇到障碍物，须将桩管拔出地面，清除固定后再次沉管。

5、混凝土灌注

沉管至设计桩深时，要立即进行锟凝土灌注；混凝土灌注要采用二步法工艺，同时控制好充盈系数。

6、拔管

拔管是影响桩身质量的重要步骤．为避免扩径、缩颈甚至断桩，对拔管速度要求十分严格。拔管过程中，分段添加混凝土。

7、施工后对场地进行清理。

（四）CFG桩

CFG桩是在碎石桩桩体中掺加适量石屑、粉煤灰和水泥加水拌和，制成具有一定黏结强度和一定压缩性的半刚性桩体。CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。CFG桩复合地基处理技术应用广泛，适用于处理淤泥质黏土、软土，湿陷性黄土及承载力在200kPa左右的较密实性土。

CFG桩施工质量控制措施：桩长、桩径、桩顶标高、桩身完整性应满足设计要求。桩机施工前，现场技术员对现场桩位进行复核，控制桩位偏差在50mm范围内。在每台桩机旁10m范围内，树立CFG桩施工参数明示牌。桩机钻孔前，现场技术员需严格控制桩机的垂直度。

桩机钻进过程中，安排每台桩机操作手观察并记录桩机钻进过程中电流值的变化，及时反馈给现场技术员或机长，并做好相应的桩机钻进记录。现场技术员对混泥土罐车下料前进行坍落度测试，满足要求后方可进行灌注。在CFG桩灌注过程中，严格控制桩机的提管速度，现场技术员或机长对混泥土泵流量计和提管时间、速度做好记录。现场技术员对混凝土灌注过程进行全程跟踪，严格控制CFG桩的停灰面。

参考文献

[1]边学成,曾二贤,陈云敏.列车交通荷载作用下软土路基的长期沉降[J].岩土力学,2008年11期.

[2]黄应州.铁路海相软土路基处理方法的研究[J].铁道标准设计,2011年11期.