高鐵路基基底處理與加固技術分析及應用

摘要：近年來，高速鐵路得到了飛躍式的發(fā)展。但如此同時，也出現(xiàn)了一系列的問題，其中以軟基處理問題最為突出?；诖吮尘跋?，為最好地保證工程的建設質量，保證高速列車在行駛時的平穩(wěn)、安全性，那么在施工過程中必須對軟土路基進行技術處理，從而為軌道結構提供強度高、剛性大、穩(wěn)定性和耐久性較好的基礎。本文對當前我國在建設行業(yè)上對于高鐵軟土路基處理與加固技術進行了詳細的探討，以供參考。

關鍵詞：高速鐵路；軟土路基；沉降；加固技術

前言：

由于我國地域遼闊，地質條件極為復雜，特別是在沿海地區(qū)及內(nèi)地湖河沉積相地區(qū)存在著許多復雜的軟土地基，而在這些地質條件下修建高質量的鐵路公路及建筑物都要進行軟基處理，以增加地基的穩(wěn)定性及減少沉降。尤其是采用無碴軌道的高速鐵路，對路基的要求非常高，這樣對軟基處理也提出了更高的要求。

一、軟土路基概述

軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低的細粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低、固結系數(shù)小、固結時間長、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相差較大等特點。高速鐵路軌道結構的基礎修建在軟土中，此結構的地基就稱為高速鐵路軟土路基。即主要由粘土和粉土等細微顆粒含量多的松軟土、孔隙大的有機質土、泥炭以及松散砂等土層構成。地下水位高，其上的填方及構造物穩(wěn)定性差且發(fā)生沉降的地基。因此，在軟基設計和施工處理過程中，必須對施工地的軟土性質和土層特征進行考察，采取與之適宜的處理技術，確保施工期間軟土路基的穩(wěn)定性，更好地控制竣工后的路基沉降。

二、軟土路基的破壞形式

由于軟土具有不良的工程力學特性，對工程有極大的危害。軟土路基主要存在強度及穩(wěn)定問題，軟土路基抗剪能力差，其抗剪強度不足以承受列車所施加的動、靜荷載，使路基局部或整體產(chǎn)生剪切破壞，引起路堤塌方、失穩(wěn)及橋臺破壞等。其次軟土路基容易產(chǎn)生沉降變形。軟土具有高壓縮性，因此常常會發(fā)生不均勻沉降，當軟土路基在上部荷載及外部荷載作用下，軌道結構基礎由于應力過于集中產(chǎn)生過大的沉降變形，使軌道結構遭受破壞，影響其正常使用。

三、高鐵軟基加固處理方法

當前，我國在高速鐵路的地基處理主要是采用換填、夯實、擠密、排水、膠結、加筋等方法對地基進行加固處理，以提高地基的抗剪強度、降低地基的壓縮性，提高地基承載力。

（1）強夯法

強夯法是利用強夯機將大噸位的夯錘起吊到10～40m的高空，讓夯錘自由落下，利用強大的沖擊能，使地基中孔隙水壓力增大，土顆粒發(fā)生錯位，土體骨架解體，最終使土體顆粒達到更加密實的狀態(tài)。強夯法具有加固效果顯著，施工方便、節(jié)省勞動力，節(jié)約材料，無污染等優(yōu)點。其施工步驟首先是將施工場地清理平整，標出夯點位置，測量場地的高程；其次是起重機就位，將夯錘置于夯點位置，測量夯前錘頂高程。最后將夯錘起吊到預定高度，使夯錘自由落下，要根據(jù)設計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準，完成對該夯點的夯擊。最后再換夯點，重復以上步驟。強夯法主要是適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、雜填土等地基。

（2）塑料排水法

塑料排水板是一種復合土工材料，由芯板和濾膜組成，能夠加速軟土地基排水固結。塑料排水板在機械力的作用下被插入軟土地基后在軟土中形成豎向排水通道，以較低的進水阻力聚集從周圍土體中排出的孔隙水，使其沿垂直排水通道排出，加速了水分的排除，使土體固結，提高了地基的承載力。塑料排水板具有良好的力學性能、足夠的縱向通水能力、較強的濾膜滲透性和隔土性。施工時為保證排水通道通暢，要保證每根樁均采用一整條的排水板，不允許有接頭，要保持排水板不扭曲，透水膜不被撕破或污染；為避免泥砂進入排水板阻塞排水通道，確保牽動排水板下沉的錨銷和排水板連接可靠。當軟土層較厚，路堤較高時，宜采用塑料排水板法對土體進行加速固結沉降。

（3）袋裝砂井法

袋裝砂井法是把砂裝入長條形、透水性好的紡織袋內(nèi)，然后用專門的機具設備打入軟土地基內(nèi)代替普通和大直徑砂井。軟基中的水分在上部路基填土載荷的作用下，通過砂與水平砂墊層或縱橫相連通的排水砂溝相通，形成排水通道，使軟基中的水分排走，從而達到排水固結軟基的目的。其施工流程為整平原地面→攤鋪下層砂墊層→機具定位→打入套管→沉入砂袋→拔出套管→機具移位→埋砂袋頭→攤鋪上層砂墊層。施工時要注意砂井定位準確，垂直度要正確，要避免砂袋掛破漏砂；為防止砂袋在入井時發(fā)生磨損、扭結、縮徑等，在入井時要保證樁架吊起垂直下井。如果砂袋出現(xiàn)磨損，應在原孔邊緣處重新打孔施工。袋裝砂井的直徑小，施工簡單，造價低，固結效果好，適用于在軟土層厚度>5m 路堤高度的自重靜壓遠超過天然地基承載力時。

（4）砂石樁法

碎石樁和砂樁總稱為砂石樁，它是指用振動或沖擊的方式在軟土路基中成孔后，將碎石屑或砂擠壓進孔中，以形成大直徑的砂石樁體。砂石樁在松散砂土中主要是依靠砂石對軟土的擠密和排水減壓作用來實現(xiàn)，而在粘性土中是通過置換作用來實現(xiàn)加固。擠密砂樁法是砂石樁法的一種，它是采用類似沉管灌注的機械方法，以沖擊、水沖或振動的方法，將地基擠實排水固結，提高軟土地基整體的抗剪強度和承載力。砂石樁法設備簡單、加固效果好、造價低、在施工過程中可以增加工作面，大大縮短了工期。這種方法一般適用于砂性土，不適用于粘性土尤其是飽和軟粘土的地基處理。

（5）水泥粉煤灰碎石樁法（CFG樁法）

CFG樁法是近年來發(fā)展起來的處理軟基的一種新方法。它利用水泥或石灰等材料作為固化劑，在碎石樁的基礎上摻入適量的石屑、粉煤灰和少量的水泥，經(jīng)過加水對軟土和固化劑進行強制攪拌，提高了地基強度，增大變形模量。水泥粉煤灰碎石樁可以利用樁間土的承載力共同作用，并可傳遞荷載到深層地中去，可以獲得良好的技術性能。CFG樁法加固是通過兩部分來實現(xiàn)，水泥水解和水化生成各物水化物，其中一部分繼續(xù)強化形成水泥石骨架，另一部分水化物與周圍的黏性顆粒發(fā)生離子交換而形成較大的團粒結構，發(fā)生硬凝反應和碳酸化作用，大大增大了水泥土的強度。CFG樁的特點是對軟弱土地基承載力的提高幅度大、沉降量小、變形穩(wěn)定快、灌注方便，能夠很好地控制工程質量。

結束語：

總之，我們在進行高速鐵路工程項目建設過程中，應詳細了解項目所在地的地基處理的經(jīng)驗和類似工程的施工情況，施工前和施工過程中嚴格進行地質核查，大規(guī)模施工前選擇代表性的區(qū)段進行工藝性試驗，以確定施工工藝參數(shù)，地基處理施工完后，必須按規(guī)范要求進行質量檢測，滿足工程的設計要求。此外還應進行工程總結，為以后的地基處理提供經(jīng)驗，為設計者提供一定的借鑒作用，只有這樣，才能更好地推動我國鐵路事業(yè)更好更快發(fā)展。

參考文獻：

[1] 楊仲元.軟土地基處理技術[M].中國電力出版社，2009.

[2] 劉玉卓.公路工程軟基處理[M].北京：人民交通出版社，2007.