新時期鐵路涵洞地基處理設計工藝初探

陳暉

【摘要】涵洞作為鐵路工程中的重要通道和排水工程，卻由于其數量多、規(guī)模小的特性而一直未能受到施工企業(yè)的特別重視，經常導致蓋板涵、圓管涵等各種病害的出現(xiàn)。所以，在鐵路建設的質量逐步提升的今天，相關的政府部門與施工單位應該努力加強鐵路涵洞地基處理的設計工藝，通過對涵洞地基承載力進行分析，尋求適當的地基處理辦法。

【關鍵詞】鐵路涵洞；地基處理；沉降

調查研究顯示，導致涵洞病蟲害出現(xiàn)的原因可以簡單的概括為地基的承載力不足、地基的處理措施不當以及涵洞頂部的土壓力過大三個方面。在考慮涵洞的地基處理方法時，本應該將填土、涵洞與地基三者看作是一個統(tǒng)一的整體，但是現(xiàn)有的處理措施不僅將這三者分離開來，而且在查看涵洞的受力狀態(tài)和變形特性時，基本上都將填土的高度作為主要的影響因素，忽視了涵洞的地基特性對于涵洞安全性的作用。本文就主要從地基處理的角度出發(fā)，探討如何做好鐵路涵洞的保護工作。

1、涵洞地基承載力的分析

一般來說，經常利用有限元數值分析的方法對涵洞的地基承載力進行分析，分析的結果表明，所有的影響因素中，地基埋深與基礎寬度對涵洞的地基承載力的影響最大。

1.1問題描述

為了更加清晰的了解地基的特性對于涵洞安全度的影響，現(xiàn)在就利用數值模擬法分析一下黏土地基與砂土地基的不同之處。在建立模型時，將模型的寬度取作一般涵洞寬度的20倍，將地基的厚度取作實際地基寬度的10倍，然后在模型的兩側與底部各自施加約束，并把模型的材料設置為線彈性。在開始進行模型數值分析時，如果只考慮埋深效應對于涵洞基礎的影響，則把基礎的寬度當作變量取為1m，埋深的寬度作為自變量，考察它的變形情況；但是在分析涵洞的基礎寬度效應時，就要將埋深看作變量并將其設為0m，換成考慮基礎寬度的變化情況。在將相關的參數設置好之后，就要通過變換固結壓力的大小，查看不同固結壓力值時地基的黏聚力與內摩擦值。通常情況下，固結壓力值以50kpa開始進行考慮，并且以50kpa一個間隔逐步遞增，經過試驗結果分析，得出試樣的平均土性參數.

1.2地基埋深與基礎的寬度對涵洞的影響

上面已經針對只考慮涵洞的基礎寬度效應或者埋深效應時，需要如何設置基礎的寬度和埋深的寬度進行了介紹。結果發(fā)現(xiàn)，在將地基承載力特征值的沉降比設置為2%時，地基埋深對于涵洞地基承載力的影響可以從圖1看出。由圖可知，無論是黏土地基還是砂土地基，它們的地基承載力特征值都是隨著基礎埋深系數的增加而逐漸增長的，并且相比于黏土地基承載力增長的幅度，砂土地基承載力 的增長更為顯著。

在完成了關于涵洞埋深效應的探討之后，接下來就要考慮涵洞的基礎寬度效應，即地基基礎的寬度對于涵洞的影響，與埋深效應不同的是，在基礎寬度系數發(fā)生改變時，黏土地基承載力的變化情況與砂土地基的變化情況有所不同。

2、地基處理設計

2.1換填砂石墊層

由于涵洞地基的表層較為薄弱，在承載力較大的情況下極易發(fā)生破壞，所以可以在地基中換填砂石墊層。試驗表明，換填砂石墊層對于地基的保護作用可以簡要的概括為如下三點。

首先是，提高地基的承載力。因為地基的承載力與土層的抗剪力有著及其密切的聯(lián)系，所以，可以通過采用在地基中換填砂石墊層的方法來提升地基的承載力；其次是，減少沉降量。在地基總的沉降量中占有絕大部分的就是地基淺層的沉降量，在換填砂石墊層之后，不僅能夠減少這部分的沉降量，而且還可以在一定程度上降低對于下臥層土質的壓力，使得下臥層的沉降量也有一定的減少；最后，加速軟質土層的排水固結。在換填砂石墊層之后，可以利用砂石墊層良好的透水性，加快軟質土層中過多的水分排出，提高地基的強度及穩(wěn)定性。

2.2水泥土攪拌法

為了提高涵洞地基的穩(wěn)定性、水穩(wěn)性，可以將水泥等可以增強土質堅硬度的材料攪拌后混入地基土中，攪拌的方法根據固化劑的不同，一般分為漿體攪拌與粉體噴射攪拌兩種。如果固化劑是液體，則適用于漿體攪拌法；而固化劑是干固體的話，就要采用粉體噴射攪拌。正常固結的淤泥、粉土或者是塑性指數小于25的黏性土等土質的地基都可以使用上述所說的兩種增強地基穩(wěn)固性的方法。但是塑性指數大于25的黏性土、泥炭土以及含有石塊的地基都需經過試驗才能確定是否可以使用漿體攪拌或粉體噴射攪拌法。而地基中的含水量小于30%或大于70%時，就無需再考慮粉體噴射攪拌這種方法的使用。

除了上述所說的通過在地基中加入固化劑的方法增強地基穩(wěn)定性的方法以外，還可以在進行地基處理設計時在復合地基與剛性地基之間設置一層柔性墊層。這種做法能夠在改善復合地基的性狀的基礎上，極大的利用樁間土的承載力，不僅可以提高樁間土承擔的荷載比例，還能改善樁體上端的受力情況，對于地基的穩(wěn)定性具有很強的幫助作用。調查研究顯示，在柔性墊層的厚度在小于50cm的情況下，隨著墊層厚度的增加樁土承受的荷載也就逐步減小，但是在厚度達到50cm后，不但樁土承受的荷載不會再有任何的減少，而且會增加不必要的經費開銷，所以在實際的操作過程中，經常將砂石墊層的厚度設置在30cm到50cm之間。

結語：

上述的兩種涵洞地基的處理方法，都具有很強的實用性。換填砂石墊層法主要是在地基的淺層換填砂石，只要在施工過程中可以控制好換填砂石的質量以及施工的額方法，就可以在很大程度上提高涵洞地基的穩(wěn)定性；而水泥土攪拌法則具有施工方法簡單、開挖量小以及消耗的工程經費也較為合理等很多的優(yōu)勢。所以，無論是采用哪種地基處理方法，只要符合當地的鐵路涵洞地質條件，就可以進行科學、合理的利用。

參考文獻：

[1]夏明亮.宿淮鐵路涵洞地基處理設計[J].工程建設與設計，2012年5期.

[2]徐志彪.鹽漬土地區(qū)鐵路涵洞基礎沉降分析[J].河南城建學院學報，2015年1期.