無砟軌道鐵路路基工后沉降控制技術淺析

楊濤

(中鐵隧道集團三處，廣東深圳518000)

1 控制路基沉降措施

無砟軌道客運專線對路基工后沉降具有嚴格的要求，根據《高速鐵路設計規范(試行)》(TB10621－2009)，路基工后沉降量、任意路基地段20 m長度范圍的不均勻沉降量、沉降差異造成的錯臺和路橋、路隧過渡段或任意兩段路基沉降造成的折角應符合表1的規定［1］～［3］。

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當計算路基工后沉降不滿足設計要求，需要對地基進行加固處理。無砟軌道客運專線地基加固處理措施很多，以下就地基處理中常用的方法加以分析總結介紹［4］。

1.1 換填法

開挖換填是指全部或部分挖除表層軟土，換填以A、B組填料或強度較高的合格填料。對于土層厚度小于3 m的情況，一般可采取全部挖除換填的方法。全部挖除換填從根本上改善了地基情況，不留后患，是處理表層一般土層、松軟土及軟土最為徹底的措施，其特點是施工方便、施工質量好控制、沉降控制好。

1.2 堆載預壓

堆載預壓法是以填方荷載來增加作用于地基的總應力，加速地基固結沉降，同時提高地基強度的方法。在壓縮性大，滲透系數小的地基段，單獨采用堆載預壓法需要相當長的固結時間，故對于施工期長的工程比較適用。無砟軌道客運專線實際應用中堆載預壓常常結合復合地基處理措施，目前大量無砟軌道客運專線路基實測結果表明，堆載預壓可有效加速路基沉降，減小工后沉降量。其特點是施工方便，加速路基沉降效果較好。

1.3 強夯法

強夯是使用吊升設備，將具有較大質量和一定結構規格的夯錘吊至較大高度后，使其下落，強大的沖擊能量使地基產生強烈的震動和很高的動應力，從而在一定范圍內使土體的強度提高，壓縮性降低。強夯適用于處理碎石土、砂土、粉土、非飽和黏性土、濕陷性黃土和人工填土，其特點是較經濟，處理深度一般8 m以內，但對周圍建筑影響大。

1.4 CFG樁復合地基

CFG樁是在碎石樁體中摻加適量石屑，粉煤灰和水泥加水拌和，制成一種粘結強度較高的樁體。CFG樁、樁間土和褥墊層一起構成CFG樁復合地基。CFG樁與素混凝土樁不同之處就在于樁體配比更追求經濟效益，樁體利用工業廢料粉煤灰和石屑作為摻和料，大大降低了工程造價。其特點是控制路基沉降效果明顯，施工機具、方法普及化，但對交通不便山區局部路基施工，施工機械搬運費用高。

1.5 樁－網結構

樁－網結構路基由樁基礎與樁頂以上的加筋墊層共同組成。其中樁基礎為鋼筋混凝土剛性樁(或樁群)，墊層由一定厚度的碎石夾土工格柵構成。

樁－網結構路基作為一種剛性樁基，具有豎向沉降變形小、變形穩定時間短的突出優點，且施工質量易控，可用于無砟軌道鐵路深厚軟弱地基加固、已建土質路堤的加固、無砟軌道道岔區等。

即使在2008年全球金融危機期間，當其他行業組織收縮時，工程木協會(APA)的成員數量也在增長。Elias先生將該協會的成功歸功于其成員導向的積極而非被動的方法。工程木協會(APA)是一個非營利性組織，完全由其在美國和加拿大的成員資助，并由成員組成的董事會和咨詢委員會指導。工程木協會(APA)有3項核心服務——質量、技術和營銷。

1.6 樁－板結構

樁板結構路基是無砟軌道的一種新的路基結構形式，它由下部鋼筋混凝土樁基和路基本體與上部鋼筋混凝土承載板組成，樁－板結構與土路基共同組成一個承載結構，承載板直接與軌道結構連接，充分利用樁－板－土三者的共同作用來滿足無砟軌道的穩定與變形要求。樁－板結構與土路基的共同作用是樁－板結構設計合理經濟的關鍵技術問題。

2 地基處理方法的選擇原則

2.1 選擇處理方法的步驟

選擇地基處理方法時，首先必須充分研究進行處理的理由和目的，然后考慮地基條件、施工條件、施工組織、周圍環境等因素，最后選擇技術可行，而且經濟適用的方法，其具體步驟如圖1所示。

圖1 選擇地基處理方法的步驟

2.2 選擇地基處理方法應考慮的條件

2.2.1 地基條件

軟土層淺而薄時，固結沉降量小，而且沉降會在相對短時間內完成，滑動破壞的危險性也較小，一般可選用較為簡單的淺層處理法。軟土層較厚時，則可采用復合地基法或復合地基法與堆載預壓法結合。

2.2.2 地下水

當地下水位較深或軟土層埋深較大，固結排水路徑過長時，應優先選用復合地基處理。

當地下水較高，基底存在砂層時，地下水位的突然變化會引起砂層的厚度變化，從而引起地基發生較大沉降。故在此類地段，應采取深層地基處理或地下水阻斷措施，減小地下水位變化帶來的影響。

2.2.3 施工條件

非軟土地段，如果施工工期較長，填筑路堤完畢到鋪軌之間有足夠的時間，則可不采用深層復合地基處理方法，而采用如強夯法等淺層處理加固地基，等填筑完路堤后，通過長時間放置，增加堆載預壓時間來減小工后沉降量來滿足要求。即使工期不能長到只用淺層處理結合預壓就能滿足沉降要求，較長的放置結合堆載預壓也可適當增大復合地基的樁間距及減小樁長。客運專線對路基工后沉降要求非常嚴格，合理安排工期，可使地基處理更經濟。

在軟土地基上施工，不管采取何種施工方法，都必須確保施工機械具備良好的作業條件，設計的處理深度須與施工機械的能力相匹配。在保證良好的質量條件及處理效果的前提下，CFG樁在采取長螺旋工法時，有效處理深度最深一般不應大于25m，超過處理深度，應該考慮其他處理方法，如樁網或樁板結構處理，或進行橋路比較。

3 無砟軌道控制路基沉降施工注意事項

《高速鐵路設計規范(試行)》(TB10621－2009)規定一般地段無碴軌道土質路基工后沉降量小于15 mm，并對路基差異沉降提出了控制標準。控制路基工后沉降的關鍵在于控制支承路基地基的沉降，而地基的沉降控制主要在于地基條件及地基處理質量。我國現行的設計規范、驗收標準及施工指南均強調了路基施工前的地質核查工作，但在實際施工時，這項工作并未引起足夠的重視。

3.1 地質核查方法及內容

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結合筆者在多條鐵路上路基施工經驗，為便于現場操作掌握，建議不同地基土的核查方法可參照表2選用。

3.2 地基條件

對于無砟軌道路基在“施工技術指南”條文說明中對處于基床范圍內的地基土換填前提條件其實是有定義的，即地基應滿足Ps≥1.8MPa或σ0≥0.2 MPa;《無碴軌道鐵路工程驗收標準》中對過渡段的地基條件也提出了要求，其中路堤高度H≤3.0m的路堤，原地面處理后的質量有明確的標準，H＞3.0 m時，過渡段基底原地面平整后，用振動碾壓機碾壓密實，地基系數K30≥60 MPa/m，二次變形模量EV2≥45 MPa。鑒于以上現狀，建議在設計對地基條件未作明確要求的情況下，對于低矮路堤及路塹地段在進行基地換填前地基條件可參照表3進行檢驗控制。

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地基深層加固處理在質量控制環節容易忽視的問題主要有兩方面:(1)樁間土的檢測標準;(2)復合地基褥墊層的壓實標準。根據筆者的理解，建議對上述部位的檢測驗收，可以比照路基填土相應部位的壓實標準進行質量控制，并且滿足樁間回填土壓實標準K≥0.9。

4 結論

無砟軌道客運專線路基工程是一個較復雜的系統工程，影響路基平順性及長期穩定性的因素主要在于各個環節施工質量的控制。無砟軌道路基沉降控制是關鍵，路基的平順性主要與地基處理、壓實質量、過渡段質量密切相關;路基的長期穩定性還取決于填料的質量、防排水施工質量等。對于無碴軌道路基工程而言，路基一旦出現病害，將給后續運營維修帶來極大的困難，因此高速客運專線路基工程，在建設過程之中就必須從根源上對影響路基工程質量的各個方面嚴格控制。

［1］TB10621－2009，J971－2009高速鐵路設計規范(試行)

［2］鐵建設函［2005］140號．新建時速200～250公里客運專線鐵路設計暫行規定［S］

［3］鐵建設［2007］47號．新建時速300～350公里客運專線鐵路設計暫行規定［S］

［4］JGJ79－2002，J220－2002建筑地基處理技術規范［S］