廣清城際軌道交通地基處理方法探討

王趁江

0 引言

廣(州)清(遠)城際軌道交通是指從廣州北站及機場北站分別引出后，經獅嶺、銀盞、龍塘至清遠市飛來湖，包含機場北至清遠飛來湖段和廣州北至汽車學院兩段線路。正線全長68.338 km，其中路基總長10.191 km，占正線的14.9%。沿線區域位于廣東省中南部、珠江下游，包括珠三角(廣州、惠州、東莞、深圳、珠海、佛山、中山、江門、肇慶)和清遠市，總面積6.07×104km2，占廣東省的33%。

1 工程概況［1］

線路經過地勢總體自北向南傾斜，地貌類型為沖積平原及剝蝕丘陵。沖積平原區主要位于花都—獅嶺、龍塘—清遠地段，分別由珠江水系及北江水系沖積而成;丘陵區主要位于銀盞附近，零星出露，植被發育。

沿線主要出露的地層有第四系(Q)、下第三系(E)、侏羅系下統(J1)、石炭系下統(C1)、泥盆系上統(D3)、泥盆系中統(D2)及巖漿巖地層。區內主要發育有北東向、北北東向及東西向構造形跡，其他方向的構造形跡甚次。地質構造經歷了四個主要的構造發展階段，即加里東構造旋回、印支構造旋回、燕山構造旋回和喜馬拉雅構造旋回。

沿線路基通過區的特殊巖土主要為人工填土、巖溶洞穴、軟土及松軟土，軟土居多。

2 軟土地基的工程特征及其危害

2.1 軟土的工程特征

軟土一般是指主要由細粒土組成的孔隙比大(e＞1.0)、天然含水率高(w≥wL)、壓縮性高(α1－2＞0.5 MPa－1)、強度低(Ps＜800 kPa)和具有靈敏結構性的土層。包括淤泥、淤泥質黏性土、淤泥質粉土等［2］。其中天然孔隙比e大于1.0而小于1.5時稱為淤泥質土;當天然孔隙比e大于1.5時稱為淤泥［3］。

天然軟土具有下列特征:

1)含水率高w。

淤泥和淤泥質土的含水率多為50%～70%，液限一般為40%～60%，天然含水率隨液限的增大而增加。

2)孔隙比大e。

天然軟土的孔隙往往要比同一垂直壓力下的重塑土的孔隙比高出0.20 ～0.40。

3)滲透性小。

其滲透系數k值一般在1×10－4cm/s～1×10－8cm/s之間。對于大部分淤泥和淤泥質土地區，由于該土層中夾有數量不等的薄層或極薄層粉砂、細砂、粉土等，故在垂直方向的滲透性比水平方向要小。

4)壓縮性高。

淤泥和淤泥質土的壓縮系數 α1－2一般為 0.7 MPa－1～1.5 MPa－1，最大達4.5 MPa－1，且隨著土的液限增大，壓縮性增大。

2.2 軟土的工程危害

軟土地基具有強度低，壓縮性大，滲透性小等特征，其危害主要表現在:

1)強度和穩定性問題。當地基的抗剪強度不足以支承上部結構的自重及外荷載時，地基就會產生局部或整體剪切破壞。

2)不均勻沉降問題。當地基在上部結構的自重及外荷載作用下產生過大的變形時，會影響結構物的正常使用。

3)地基的滲漏量超過容許值時，會發生水量損失導致事故的發生。

3 軟土地基處理方法

軟土地基處理的目的是提高地基承載力，降低其壓縮性，確保基礎穩定，減少基礎的不均勻沉降。為了達到上述目的，通常有兩類方法:一類是對天然地基土體進行土質改良;另一類是在天然地基中插入(也包括置換)材性較好的材料，如砂石、土工合成材料、混凝土、鋼管等［4］。

目前工程中常用的地基處理方法有如下分類:換填法、拋石擠淤法、反壓護道法、石灰樁法、排水固結法、化學加固法、擠密法、動力固結法等［5］。

3.1 換填法

換填法是全部或部分挖除軟土或泥炭類土用物理力學性質較好的巖土材料換填的軟基處理方法，形成雙層地基或復合地基，以達到提高地基承載力、減少沉降的目的。換填法屬淺層處理法，適用于軟弱土層位于地基表面且最大深度一般在3 m，最大不超過5 m的情況。

3.2 拋石擠淤法

該法是在路基底部拋投一定數量的片石，將淤泥擠出基底范圍，以提高地基強度的軟基處理方法。這種方法的特點是施工簡單、迅速、方便。

3.3 反壓護道法

反壓護道是在路堤兩側填筑一定寬度和高度的護道，使路堤下的淤泥或泥炭向兩側隆起的趨勢得到平衡，從而保證路堤穩定性的一種處理方法。

3.4 石灰樁法

石灰樁法是利用石灰在軟土地基內形成樁柱，通過石灰消解和水化物的生成，以降低土中含水率，提高地基強度，減小沉降量的軟基處理方法。石灰樁的優點是不需要上置荷載，能在短時間內發揮作用。除單獨使用生石灰外，也可采用石灰與砂井并用的石灰砂樁。該法主要適用于含砂量低、沒有滯水砂層的軟土地基。

3.5 排水固結法

排水固結法是對天然地基或先在地基中設置砂井等豎向排水體，然后利用建筑物(路堤)本身的重量逐漸分級加載，或在建造建筑物之前對場地進行加載預壓，使土體中的空隙水排除，逐漸固結，地基發生沉降，同時地基強度逐漸提高的地基加固處治方法。通過排水法對地基進行處理，使地基的沉降在加載預壓期間大部分或基本完成，使路基在使用期間不至于產生不利的沉降和沉降差;同時可以加速地基的強度增長，提高地基的承載力和穩定性，減小工后沉降。常用的排水固結法有砂井排水固結法、袋裝砂井排水法、塑料排水板法、路堤荷載壓重法、降低水位壓重法和真空壓重法等。

3.6 灌漿法

灌漿法亦稱注漿法，它是利用液壓、氣壓或電化學原理，向地基中灌入或攪拌入水泥、石灰、粉煤灰或其他化學固化材料，把原來松散的土粒或裂隙膠結成一個整體，形成一個結構新、強度大、防水性能高和化學穩定性良好的復合土體，以達到地基處理的目的。

3.7 土工織物法

土工織物作為補強材料加固路堤基底的軟基頂部鋪設砂墊層，然后再鋪設土工織物的軟基處理方法。土工織物可以根據需要鋪設單層或多層，靠近路基邊緣部分的土工布端部要折鋪一段加固。鋪設兩層以上土工織物時，中間要夾0.1 m～0.2 m厚的砂層。該法由于在地基土中埋設強度較大的土工合成材料、鋼片等加筋材料，使地基土能夠承受抗拉力，防止斷裂，保持整體性，提高剛度，改變地基土體的應力場和應變場，從而提高地基的承載力，改善地基的變形特性。

該方法適用于軟弱土地基、填土及高填土、砂土等。

3.8 動力固結法

動力固結法又稱為強夯法，它是通過一重錘(8 t～30 t，最重可達200 t)自由落下(落距8 m～20 m，最高可達40 m)，對地基土施加強大的沖擊能(一般能量為500 kN·m～8 000 kN·m)，在地基中產生沖擊波和動應力，從而提高地基土強度，改善土的物理力學性能的地基加固方法。強夯產生的沖擊能可以提高土層的均勻性，減小將來可能出現的不均勻沉降。

4 廣清城際軌道交通地基處理方法

地基處理的目的就是為了提高地基承載力、減小地基沉降(或工后沉降)。當天然地基不能滿足構筑物穩定或變形要求時，就要對天然地基進行處理。

廣清城際軌道交通全線采用無碴軌道，正線路基為雙線，跨區間無縫線路，系統速度目標值200 km/h(站站停列車140 km/h)，區間直線地段線間距為4.2 m。按照《客運專線無碴軌道鐵路設計指南》(鐵建設函［2005］754號)(簡稱《指南》)，無碴軌道路基工后沉降為軌道鋪設完成后基礎設施的沉降量，一般不應超過15 mm;路橋或路隧交界處的差異沉降不應大于5 mm，沉降造成的路基與橋梁或隧道的折角不應大于1/1 000。由于沿線路基無法滿足工后沉降的要求，因此必須進行地基處理。

4.1 軟土及松軟土地基

軟弱土層僅存于地表3.0 m范圍內時，進行換填或固化改良處理。

遇更深厚軟弱土層時，根據具體情況可分別采用塑料排水板、真空預壓加減沉樁處理和水泥攪拌樁、CFG樁復合地基等方法加固處理。

4.2 人工雜填土地基

對建筑棄土、場地人工填土等，厚度小于3 m時應予挖除換填，厚度較大且地下水位低時采用水泥土擠密樁或強夯密實加固，厚度較大且地下水位又較高時采用水泥攪拌樁或CFG樁加固;對生活垃圾及侵蝕性工業廢料等應全部挖除換填。

4.3 巖溶洞穴地段路基

1)對于裸露的巖溶洞穴，挖除洞內松散充填物，底部填入片石，中部用碎石，頂部用混凝土填塞。

2)淺埋的巖溶洞穴(埋深3 m)采取挖開、爆破揭頂，挖除洞內松散充填物，填入片石、注水泥漿液。

3)深埋的巖溶洞穴(埋深≥3 m)，采取鉆孔灌砂注水泥漿(水灰比1∶1)。位于路基安全距離以內的溶洞，對溶洞及溶蝕發育帶進行灌砂注漿處理，鉆孔間距按5.0 m，三角形布置。原則上封閉土石界面，形成隔水帷幕，注漿厚不小于8 m，進入基巖頂面以下不小于5 m。

4)對危害路基的巖溶水根據實際情況采用疏導和截圍的方式排除。

5)路基通過溶蝕洼地時，開挖排水溝或設置泄水洞排除地表水;長期積水浸泡的路堤，浸水部分采用滲水料填筑。

5 結語

1)不同道路經過的地區不同其工程地質條件亦不同，則地基處理方法也不同。首先應充分研究地基的性狀，道路的標準、施工條件和周圍環境等具體情況，而后選擇軟基處理安全可靠、經濟合理的處理措施。

2)在實際工程中由于有很多影響因素和約束條件無法對其定量分析，還具有模糊性和不確定性因素，因此在選擇時應結合具體情況，選擇合適的組合處理的方式，使得軟土地基在最經濟的前提下，其工程指標與性能達到設計要求。

3)建議對處理后的地基應加強質量檢驗。軟土是一種特殊土質，其物理力學性質指標在地基處理前后有較大變化，由于其成因復雜，鉆探取樣困難，運輸和室內制樣擾動大，常使其物理力學性質指標失真。本文特別建議對處理后的地基應以現場原位試驗(十字板試驗、動力觸探、靜力觸探、載荷試驗等)來確定其物理力學性質，及時將試驗數據反饋給設計和施工單位，使地基處理方案實現信息化、動態化設計，盡可能使設計參數達到“增值一分則太長、減之一分則太短;施朱則太赤，著粉則太白”之效果。

［1］ 廣東珠三角城際軌道交通規劃概況［Z］.

［2］ 王炳龍.高速鐵路路基工程［M］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［3］ 楊錫武.特殊路基工程［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［4］ 龔曉南.復合地基理論及工程應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005.

［5］ 葉觀寶.地基加固新技術［M］.第2版.北京:機械工業出版社，2002.