堆載預壓施工工法在高速鐵路施工中的應用

呂霄華

（黑龍江中鐵建設監理有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150006）

目前客運專線基礎設施設計速度目標值一般為350km/h，并且采用無碴軌道結構，為了滿足列車高速運行對軌道高穩定性、高平順性和安全性的要求，路基工程要求以控制工后沉降和解決列車高速運行所帶來的空氣動力學效應的影響。在部分路基地段為了加快地基土沉降變形，減少路基運營后的工后沉降，采用堆載預壓的方法對路基進行處理。

1 工法特點

1.1 堆載預壓法是目前高速鐵路工程中行之有效、廣為使用的方法。預壓荷載可根據工程的類型、材料來源、施工場地及經費開支等條件，選擇預壓材料。

1.2 對于路堤等工程，可以利用填筑體本身作為預壓材料。

1.3 在進行堆載預壓工程中對路基進行沉降觀測，路基沉降速率必須控制在設計范圍內。

2 適用范圍

該法適用在持續荷載下，對于土體體積會發生很大的壓縮、抗剪強度也會逐漸增長而且又有足夠時間進行固結壓縮的軟土地基以及適用于處理淤泥質土、淤泥和充填土等飽和黏性土地基。

3 施工工藝

3.1 基本原理

預壓法即是在建（構）筑物建造之前，在建（構）筑物場地進行加載預壓，使地基的固結沉降基本完成和提高地基土強度的方法。在施加荷載時，由于軟土中的土顆粒骨架和孔隙水應力共同承擔來自上部所附加的由靜載產生的垂直應力。隨著應力的增加孔隙水沿三個方向移動，一個是沿著垂直向上的排水通道（如塑料排水板或砂井）排出，另外兩個方向是排向加載區的兩側。孔隙水應力隨著時間的推移逐漸減少，而土顆粒骨架承擔的應力越來越大，隨著應力的增大，土顆粒間隙也被壓緊，間隙縮小即產生沉降，直至間隙完全消失，土粒完全密實，從而軟基得到了加固，在持續荷載下，對于土體體積會發生很大的壓縮、抗剪強度也會逐漸增長承載能力也就得到了大幅度提高。其原理如圖1所示。

圖1 堆載預壓原理圖

3.2 施工工藝

堆載預壓施工工藝流程見圖2。

3.3 施工要點

圖2 堆載預壓施工工藝流程圖

某工程路段設計堆載預壓高度為2.0m。路堤填完成后堆載預壓設計時間以9個月。路基填筑施工至基床表層底面后，鋪設土工布，按設計堆土高度，分級堆載預壓土方，每級堆載完成經監測達到沉降穩定，繼續加下一級堆載，預壓期限達到設計規定期限且工后沉降經分析評估滿足控制指標要求后，經批準清除預壓土及土工布，將基床底層表面整理干凈，并采用重型機械追密碾壓后再填筑基床表層。

備土：根據設計堆載預壓地段長度和堆載高度，確定堆載取土場。

鋪土工布：基床底層頂面清掃干凈，鋪土工布。

分級堆載：堆載高度按照30cm一層進行施工，分級加荷的堆載高度偏差不應大于本級荷載折算堆載高度的±5%，且最終堆載高度不應小于設計總荷載的折算高度。

分級沉降觀測：每級加載后，觀測沉降，控制沉降速率。每級沉降穩定后，加下一級荷載。直至預壓期滿足設計期限，且沉降趨于穩定。

沉降分析評估：將觀測資料匯總，進行分析評估，確認工后沉降滿足設計要求。

卸載：沉降觀測和沉降分析評估資料滿足設計要求后，由建設單位組織設計、監理、施工單位共同研究確定卸載時間。

4 堆載預壓主控項目

4.1 堆載預壓填筑過程中同步進行地基沉降與土的側向位移觀測。堆載預壓土的填筑速率符合設計要求，保證路堤安全、穩定。

檢驗數量：施工單位全工點檢驗。監理單位按施工單位抽樣的20%見證檢驗。

檢測方法：觀察、測量

4.2 堆載預壓的加壓量和加壓時間滿足設計要求。

檢驗數量：施工單位按設計要求進行檢驗。監理單位全部見證檢驗。

抽檢方法：水平儀、經緯儀測量，尺量，實測預壓土的密度并計算各抽檢段的預壓荷載。

5 總結

5.1 質量控制

路基的寬度控制。由于路基在堆載靜壓下，排水固結后，路基沉降數值較大，因此路基的填筑寬度應能保證在路基沉降后的斷面尺寸達到設計要求。其填筑寬度B應按照下述公式計算：

B=x+h.a+0.5

其中：B-填筑寬度，m；x-路基設計寬度，m；h-沉降值，m；a-邊坡坡率。

路基預壓寬度示意圖見圖3。

圖3 路基預壓寬度示意圖

5.2 堆載預壓的速率控制

上載時應掌握分步進行的原則，不能盲目進行，否則將可能導致破壞，填土上載過快能使路段整體滑動。一般情況下，每天加載壓實厚度不超過30cm，并對路基沉降及側向位移進行觀測，必須保證路基中心位置沉降不大于10mm，側向位移不大于5mm。如果沉降量或位移有一項數值超出，應立即停止加載，待路基穩定后才能繼續施工。特別是當加載到臨界荷載時，填土應應特別小心，密切注視沉降量和側向位移的變化值。

5.3 堆載預壓結束時地基固結度的計算及處理方法

S=SE+SC+USCB

式中

SC-在工作荷載作用下原天然地基固結沉降量，可采用分層總和法計算；SE-預壓荷載卸荷時地基回彈量，數量較小；SCB-在預壓荷載作用下原天然地基固結沉降量，可采用分層總和法計算；U-預壓荷載卸荷時地基達到的平均固結度。

若工后沉降不能滿足要求，可通過延長堆載時間以增加平均固結度或增大預壓荷載，均可達到減小工后沉降的目的。

5.4 沉降觀測的控制

5.4.1 測點的布設：根據軟基處理長度及地質情況，布設一定數量的沉降觀測點，測點應能代表一段路基整個地質及沉降情況。在地質情況變化的地段要加設觀測點。當路基基底或下臥壓縮層為平坡時，路堤主監測點設置在線路中心；當地表橫坡或下臥土層橫坡大于20%時，在填方較高側或壓縮層較厚側增加監測點。路基底沉降與路堤本體沉降的監測點，一般布置于路基基底和基床底層頂面。軟土及松軟土路基填筑時，沿線路縱向每隔30～50m在距坡腳外2m處設置位移邊樁，以控制填土速率

5.4.2 沉降觀測：在觀測過程中應嚴格保護好沉降桿，防止撞壞或其他干擾；觀測應由專人負責，觀測外業結果要長期保存，并認真記錄，如實反映，最后匯總，為分析總結之用。

5.5 安全控制措施

建立健全安全生產規章制度，嚴格按照安全操作規程進行施工，施工時安排專人統一指揮，統一調度。對于汽車司機、壓路機、挖掘機等司機進行崗前培訓，樹立他們的安全意識，加強安全教育。堆載預壓填土加載施工過程中，應密切注意路基的沉降和側向位移的變化量，以防止路基滑動，確保路基施工安全。

6 結束語

堆載預壓施工工法近幾年在高速鐵路的施工中應用越來越廣泛，在施工過程中必須嚴格按照設計和既定的方案組織，嚴格遵守相關規范要求進行施工。實踐證明，它能有效減小工后沉降，確保高質、安全的完成高速鐵路的施工。

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