鐵路路基下膨脹土地基浸水響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

呂學(xué)偉

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055）

1 膨脹土地基施工技術(shù)重要性

在鐵路施工中膨脹土地基是比較常見(jiàn)的，膨脹土地基施工需要配合相應(yīng)專業(yè)的施工技術(shù)才能順利進(jìn)行，只有運(yùn)用了專業(yè)的膨脹土地基施工技術(shù)才能夠保證鐵路路基建成之后擁有足夠的穩(wěn)固性和安全性，才能讓施工建筑的鐵路順利地應(yīng)用到日常生活中。各個(gè)地區(qū)在自然環(huán)境、地質(zhì)狀況等方面普遍存在巨大差異，因此導(dǎo)致鐵路的施工要求和施工規(guī)劃上存在許多不同，針對(duì)這些不同和差異就應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)膨脹土地基施工技術(shù)的應(yīng)用和研究，應(yīng)用此類技術(shù)保證鐵路的施工質(zhì)量，防止鐵路出現(xiàn)基體變形、坍塌等問(wèn)題，保障鐵路的整體穩(wěn)定性和地基的安全性，從而大大提高鐵路的施工效率和質(zhì)量，在提高工程應(yīng)用效果的同時(shí)延長(zhǎng)鐵路的使用壽命。膨脹土地基施工人員在鐵路施工過(guò)程中通過(guò)對(duì)地基含水量的控制，以及對(duì)膨脹土地基施工技術(shù)的應(yīng)用，能夠極大地減少膨脹土地基給鐵路工程所帶來(lái)的不良影響，能夠全面促進(jìn)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平的提高和交通環(huán)境的改善，能夠優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)，提高地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的活力和潛力，以及地區(qū)居民的生活質(zhì)量，滿足區(qū)域未來(lái)發(fā)展和規(guī)劃的要求[1]。

2 膨脹土地基施工技術(shù)現(xiàn)狀分析

在一般的鐵路施工中，由黏土等材料組成的膨脹土地基存在很大程度的不穩(wěn)定性，如果鐵路施工人員不能做好相應(yīng)的施工處理，輕則會(huì)影響整個(gè)鐵路工程的順利進(jìn)行和施工安全，重則會(huì)引發(fā)鐵路的開(kāi)裂和坍塌，造成難以挽回的嚴(yán)重后果。

（1）正常情況下，膨脹土地基的含水量在30%～60%，其自身的含水量較高導(dǎo)致土層的強(qiáng)度降低，在這樣的土地條件下進(jìn)行鐵路施工往往會(huì)給施工工程帶來(lái)非常大的損害，并且施工難度很高，導(dǎo)致鐵路施工工程的成本居高不下。

（2）膨脹土地基含水量高還導(dǎo)致了整體鐵路工程的滲水性有所下降，鐵路如果無(wú)法正常的滲水就會(huì)嚴(yán)重影響工程的混凝土施工，混凝土因整體滲水性不佳而無(wú)法正常凝結(jié)，既拖延了施工進(jìn)度也造成了鐵路施工的質(zhì)量難以滿足工程要求，浪費(fèi)施工單位的投資成本。在鐵路施工中如果不及時(shí)解決滲水性差的問(wèn)題，就會(huì)大幅降低鐵路施工的安全性，會(huì)給工程施工人員的工作安全造成隱患。

（3）如果在鐵路施工過(guò)程中不加強(qiáng)對(duì)膨脹土地基施工技術(shù)的應(yīng)用，就會(huì)導(dǎo)致鐵路的地基發(fā)生塌陷，因?yàn)樵诠こ痰氖┕み^(guò)程中，膨脹土地基自身的壓縮量較大且很容易受到其他環(huán)境因素的影響，如果不針對(duì)問(wèn)題采取合理的措施很容易出現(xiàn)地基塌陷問(wèn)題，使鐵路工程難以保質(zhì)保量的安全順利完成。

（5）膨脹土地基壓實(shí)度不夠也是影響鐵路工程質(zhì)量的嚴(yán)重問(wèn)題。壓實(shí)度是影響膨脹土地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素，但目前很多地區(qū)的鐵路工程都沒(méi)有對(duì)膨脹土地基壓實(shí)度給予足夠的重視，并且空氣中的水分含量也會(huì)對(duì)膨脹土地基施工產(chǎn)生極大的影響，如果鐵路施工在雨季進(jìn)行，地面以及空氣中的大量水分會(huì)使道路和橋梁表面形成積水，積水會(huì)使膨脹土地基遭到長(zhǎng)時(shí)間的浸泡和侵蝕，會(huì)嚴(yán)重降低膨脹土地基的施工質(zhì)量，使鐵路出現(xiàn)大面積沉降甚至坍塌現(xiàn)象[2]。

3 浸水試驗(yàn)

3.1 實(shí)施過(guò)程

3.1.1 試坑開(kāi)挖

根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)好的試坑開(kāi)挖的深度、坡度展開(kāi)開(kāi)挖工作，通常開(kāi)挖深度控制在1m，邊坡開(kāi)挖通常是按固定的比例進(jìn)行，特別要注意的是試坑開(kāi)挖完成之后，需進(jìn)行坑底整平，并在坑底附近挖設(shè)截水溝，以防止受到外部水源影響，確保試驗(yàn)的有效性。

3.1.2 安裝測(cè)試設(shè)備

主要是指測(cè)試儀器，如沉降板、剖面沉降管等的安裝。

3.1.3 路基的填筑施工

攤鋪施工時(shí)，要做好混合料的含水量工作，根據(jù)工程施工進(jìn)度，確保達(dá)到最佳含水量，盡量減少由于施工造成的水分損失。攤鋪機(jī)工作時(shí)，在后面安排專業(yè)施工人員，避免出現(xiàn)粗細(xì)集料現(xiàn)象發(fā)生，將過(guò)粗的集料窩與集料帶及時(shí)鏟除，隨后立即填充新的混合料并攪拌均勻。當(dāng)施工路面寬度大于等于8m 的情況下，選擇兩臺(tái)機(jī)器同時(shí)作業(yè)，施工過(guò)程中機(jī)器間隔10～15m 為宜，攤鋪機(jī)起步后，質(zhì)檢人員要及時(shí)做好測(cè)量工作，對(duì)高程、橫坡以及厚度跟蹤監(jiān)測(cè)，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果及時(shí)調(diào)整。

當(dāng)混合料的含水量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)或比標(biāo)準(zhǔn)含量略大時(shí)，立即安排壓路機(jī)開(kāi)始施工作業(yè)，次數(shù)1～2 次為宜，然后再繼續(xù)使用振動(dòng)壓路機(jī)等再次進(jìn)行碾壓，次數(shù)4～6次為宜，碾壓工作要根據(jù)實(shí)際的密實(shí)度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，密實(shí)度達(dá)標(biāo)了即可停止作業(yè)。

再譬如——昔日黃華養(yǎng)殖大鎮(zhèn)將成為“無(wú)豬鎮(zhèn)”，黃華鎮(zhèn)綠染太行，華麗蛻變。截止x月x日，全鎮(zhèn)186家養(yǎng)殖場(chǎng)全部關(guān)閉到位，清圈面積35萬(wàn)m2，削減生豬數(shù)量2.3萬(wàn)頭、蛋雞肉雞20萬(wàn)余只。黃華鎮(zhèn)，僅僅用了一周時(shí)間，取得了全市畜禽污染集中整治時(shí)間最短、力度最大、成效最顯著的戰(zhàn)績(jī)，綜合整治帶給了群眾實(shí)實(shí)在在的獲得感。

在填筑過(guò)程中，應(yīng)對(duì)膨脹土地基變形參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。最后以小型挖掘機(jī)進(jìn)行刷坡施工，以土工膜反包路基邊緣，之后砌筑浸水溝渠。

3.1.4 人工浸水

等到試驗(yàn)浸水和觀測(cè)地基壓縮變形穩(wěn)定后，實(shí)施人工浸水，浸水開(kāi)始階段進(jìn)行一天一次的觀測(cè)記錄，第二個(gè)月后逐漸地加快頻次[3]。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在浸水初期土質(zhì)膨脹速率較快，土質(zhì)在這一階段具有一定的彈性，逐漸地隨著進(jìn)水量的增加，土體發(fā)生膨脹、變形，從而使得裂縫處充滿了水，水分滲入速度減慢，變形也越來(lái)越穩(wěn)定。

4 鐵路中膨脹土地基施工的技術(shù)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

針對(duì)膨脹土地基施工目前存在的問(wèn)題，我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)膨脹土地基施工技術(shù)的使用和研究，并且對(duì)于施工技術(shù)的要點(diǎn)要進(jìn)行深入探索和改良。

4.1 處理膨脹土地基表面

要想提高鐵路工程的施工質(zhì)量，首先就要對(duì)膨脹土地基的表面進(jìn)行專業(yè)化處理。鐵路工程對(duì)于膨脹土地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求非常高，所以為了滿足工程的需要，首先就要采取專業(yè)技術(shù)手段提高膨脹土地基的強(qiáng)度，確保鐵路工程的順利進(jìn)行，提高膨脹土地基強(qiáng)度一般有兩種方法，第一種方法是通過(guò)向地基進(jìn)行材料添加從而提高膨脹土地基的強(qiáng)度，這種地基填料的方法需要膨脹土地基施工人員在地基表面進(jìn)行，這樣才能提高填料施工的質(zhì)量和效率，從而大幅度提高膨脹土地基的強(qiáng)度。第二種方法是對(duì)膨脹土地基進(jìn)行水分去除，減少整個(gè)膨脹土地基的水分含量，從而提高地基的強(qiáng)度，在去除地基水分的過(guò)程中可以采取挖溝排水法，在膨脹土地基施工現(xiàn)場(chǎng)挖設(shè)一定數(shù)量的排水溝，借助排水溝來(lái)加快膨脹土地基中水分的排出，防止鐵路在施工中由于膨脹土地基水分含量過(guò)高而出現(xiàn)斷裂坍塌，保障施工工程能夠順利開(kāi)展和完成。

還可以使用墊層法對(duì)膨脹土地基的表面進(jìn)行處理，此種方法是利用具有高穩(wěn)定性和耐腐蝕性的材料對(duì)膨脹土地基進(jìn)行填補(bǔ)和墊層，以此來(lái)達(dá)到提高膨脹土地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的效果，對(duì)于膨脹土層在3m 以下的膨脹土地基來(lái)說(shuō)這種方式擁有極高的使用價(jià)值。對(duì)于膨脹土地基表面的處理還可以使用預(yù)壓法，將一定重量的堆載物放置在膨脹土地基的表面，使含水地層提前下沉，以達(dá)到提高膨脹土地基強(qiáng)度的效果，并且要指派專門的工作人員在膨脹土地基預(yù)壓過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，當(dāng)膨脹土地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定程度符合鐵路的施工規(guī)劃時(shí)，就可以將堆載物移除開(kāi)始施工，在此過(guò)程中專業(yè)技術(shù)人員除了要進(jìn)行監(jiān)控和記錄之外，還要預(yù)先采集膨脹土地基相關(guān)數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算好地基堆載物的重量，防止堆載物的重量過(guò)小而無(wú)法產(chǎn)生提高強(qiáng)度和穩(wěn)定性的效果，更要防止堆載物的重量過(guò)大而對(duì)地基產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。

4.2 利用加載法進(jìn)行膨脹土地基處理

為防止膨脹土地基的大面積沉降，可以適當(dāng)利用加載法進(jìn)行膨脹土處理。地基固結(jié)沉降法作為一種較為常見(jiàn)的施工工藝在沉降法膨脹土地基處理的過(guò)程中能夠取得極佳的效果。在對(duì)膨脹土地基進(jìn)行處理的過(guò)程之中，利用大氣壓力和上部上層砂層可以有效地防止鐵路施工過(guò)程中出現(xiàn)地下水，并且專業(yè)的施工人員在膨脹土地基施工過(guò)程中利用鋼板也可以很好的控制施工區(qū)域的地下水水位，既可以保證膨脹土地基施工的順利進(jìn)行也可以有效地減少施工材料的損耗，保護(hù)鐵路施工地的生態(tài)環(huán)境。利用加載法對(duì)膨脹土地基進(jìn)行處理的過(guò)程中也要注意控制沉降時(shí)間和置物重量，要充分把握三者之間的內(nèi)在聯(lián)系，控制路面質(zhì)量和膨脹土地基強(qiáng)度，避免因膨脹土地基沉降而給鐵路施工帶來(lái)不良影響。采取加載法進(jìn)行膨脹土地基處理應(yīng)有專業(yè)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，并且要對(duì)加載法的施工速度進(jìn)行合理把控，如果膨脹土地基的平穩(wěn)度不高就應(yīng)該及時(shí)降低加載法的施工進(jìn)度，避免過(guò)分追求膨脹土地基施工速度而破壞原有的地基，對(duì)整體工程產(chǎn)生不良影響。

4.3 利用添加劑進(jìn)行膨脹土地基處理

在鐵路施工的過(guò)程中，專業(yè)技術(shù)人員可以利用添加劑來(lái)提高膨脹土地基的土層強(qiáng)度，以此來(lái)保證施工的順利進(jìn)行。添加劑法使用的前提是對(duì)膨脹土地基實(shí)際土壤狀況的深度把握，比如前期勘驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)膨脹土地基的土壤為黏性土壤，就可以在添加劑中加入適量的生石灰等材料，以此來(lái)降低膨脹土地基中土層的水分含量，提高膨脹土地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。利用添加劑和膨脹土地基土壤的混合可以有效地鞏固土層結(jié)構(gòu)，使膨脹土地基施工更加順利，也可以提高鐵路施工速度，保證工程質(zhì)量。

4.4 表層排水處理

為了降低膨脹土地基的土層含水量以及減少鐵路的地表水，應(yīng)該提前做好溝槽挖設(shè)工作。利用適量的溝槽使膨脹土地基中的水分自然排出，以達(dá)到降低含水性和提高穩(wěn)定性的效果。在進(jìn)行膨脹土地基表層排水的過(guò)程中可以利用鐵路路基自身的排水能力，并且在進(jìn)行排水的過(guò)程中要對(duì)鐵路表面的沉降填平施工給予足夠的重視，要時(shí)刻注意不同區(qū)域的坡度變化情況，制定相應(yīng)的區(qū)域排水策略，盡量使地表水通過(guò)所挖設(shè)的溝槽流出，同時(shí)對(duì)于溝槽的挖設(shè)位置也要注意，盡量減少對(duì)其他施工區(qū)域的影響，在進(jìn)行膨脹土地基排水的過(guò)程中要多利用鐵路的自身坡度，依靠坡度變化來(lái)排出膨脹土地基中多余的水分，提高排水施工的效率，減少過(guò)多的人為干預(yù)，保證膨脹土地基施工的質(zhì)量。

4.5 利用擠密法進(jìn)行膨脹土地基處理

膨脹土地基擠密法主要是借助樁孔之間形成的作用力來(lái)完成對(duì)土壤的擠壓，擠壓完成之后利用灰土等材料進(jìn)行擠壓夯實(shí)，這種方法主要針對(duì)的是一些較大規(guī)模的橋梁道路工程，在這些工程中膨脹土地基的范圍巨大，使用擠密法進(jìn)行處理可以提高膨脹土地基的施工處理效率，并且擠密法的取材比較方便，處理過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，首先就是按照一定的比例利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行鉆孔，成孔之后再向其內(nèi)部灌入煤灰爐渣、砂石等材料形成樁體。擠密法主要依靠的是打入地基的樁管，依靠樁管之間產(chǎn)生的橫向擠壓作用，使土壤發(fā)生移動(dòng)，填補(bǔ)土壤之間因顆粒大小不同而產(chǎn)生的空隙，慢慢將膨脹土地基的土壤壓緊之后，膨脹土地基的土層便更加密實(shí)，地基的強(qiáng)度也就隨之提高，地基穩(wěn)定性也隨之增加。

4.6 鐵路膨脹土地基施工的注意事項(xiàng)

膨脹土地基施工是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，不僅要重視在施工中采取各種先進(jìn)技術(shù)，還要做好前期的實(shí)地勘查和設(shè)備準(zhǔn)備工作，首先在鐵路施工過(guò)程中，施工單位要指派專業(yè)的工程勘測(cè)人員和地質(zhì)考察人員對(duì)鐵路周圍的具體情況進(jìn)行實(shí)地考察和測(cè)量，并且對(duì)與施工有關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)要進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量和記錄，要重視提高勘察人員和測(cè)量人員的專業(yè)技術(shù)水平，在測(cè)量和勘查過(guò)程中要使用恰當(dāng)?shù)姆椒ê驮O(shè)備，保證前期勘測(cè)工作的高質(zhì)量完成，保證前期數(shù)據(jù)足夠準(zhǔn)確，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差而影響膨脹土地基施工，提高膨脹土地基的施工質(zhì)量。

在施工之前，施工單位專業(yè)設(shè)計(jì)人員要針對(duì)本鐵路工程中的膨脹土地基情況，有針對(duì)性地制定膨脹土地基施工方案，并且在施工之前要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，保證膨脹土地基施工方案足夠科學(xué)合理，能夠真正應(yīng)用到實(shí)際鐵路施工當(dāng)中，提高總體的工程施工質(zhì)量。施工單位還要重視對(duì)施工材料的選擇，在以往的施工當(dāng)中施工材料的不合格也是導(dǎo)致膨脹土地基施工效果不佳的重要因素，所以施工單位要優(yōu)先選擇高質(zhì)量的膨脹土地基施工材料，確保施工材料符合膨脹土地基施工技術(shù)的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)鐵路等交通網(wǎng)絡(luò)的要求越來(lái)越高，對(duì)施工質(zhì)量的要求日漸增加，所以我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)鐵路施工中膨脹土地基施工技術(shù)的研究和應(yīng)用。積極采取各種手段進(jìn)行膨脹土地基的施工處理，施工單位的專業(yè)技術(shù)人員在施工之前要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地狀況進(jìn)行考察和分析，在進(jìn)行多方考量之后制定相應(yīng)的施工方案，以保證鐵路施工的順利進(jìn)行，推動(dòng)我國(guó)鐵路路基施工技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展。