新時期鐵路涵洞地基處理設(shè)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(shù)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(jīng)常導(dǎo)致蓋板涵、圓管涵等各種病害的出現(xiàn)。所以，在鐵路建設(shè)的質(zhì)量逐步提升的今天，相關(guān)的政府部門與施工單位應(yīng)該努力加強鐵路涵洞地基處理的設(shè)計工藝，通過對涵洞地基承載力進行分析，尋求適當(dāng)?shù)牡鼗幚磙k法。

【關(guān)鍵詞】鐵路涵洞；地基處理；沉降

調(diào)查研究顯示，導(dǎo)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(dāng)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(yīng)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(jīng)常利用有限元數(shù)值分析的方法對涵洞的地基承載力進行分析，分析的結(jié)果表明，所有的影響因素中，地基埋深與基礎(chǔ)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(shù)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(cè)與底部各自施加約束，并把模型的材料設(shè)置為線彈性。在開始進行模型數(shù)值分析時，如果只考慮埋深效應(yīng)對于涵洞基礎(chǔ)的影響，則把基礎(chǔ)的寬度當(dāng)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(chǔ)寬度效應(yīng)時，就要將埋深看作變量并將其設(shè)為0m，換成考慮基礎(chǔ)寬度的變化情況。在將相關(guān)的參數(shù)設(shè)置好之后，就要通過變換固結(jié)壓力的大小，查看不同固結(jié)壓力值時地基的黏聚力與內(nèi)摩擦值。通常情況下，固結(jié)壓力值以50kpa開始進行考慮，并且以50kpa一個間隔逐步遞增，經(jīng)過試驗結(jié)果分析，得出試樣的平均土性參數(shù).

1.2地基埋深與基礎(chǔ)的寬度對涵洞的影響

上面已經(jīng)針對只考慮涵洞的基礎(chǔ)寬度效應(yīng)或者埋深效應(yīng)時，需要如何設(shè)置基礎(chǔ)的寬度和埋深的寬度進行了介紹。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在將地基承載力特征值的沉降比設(shè)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(chǔ)埋深系數(shù)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(guān)于涵洞埋深效應(yīng)的探討之后，接下來就要考慮涵洞的基礎(chǔ)寬度效應(yīng)，即地基基礎(chǔ)的寬度對于涵洞的影響，與埋深效應(yīng)不同的是，在基礎(chǔ)寬度系數(shù)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(shè)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(zhì)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(zhì)土層的排水固結(jié)。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(zhì)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(zhì)堅硬度的材料攪拌后混入地基土中，攪拌的方法根據(jù)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(jié)的淤泥、粉土或者是塑性指數(shù)小于25的黏性土等土質(zhì)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(shù)大于25的黏性土、泥炭土以及含有石塊的地基都需經(jīng)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(shè)計時在復(fù)合地基與剛性地基之間設(shè)置一層柔性墊層。這種做法能夠在改善復(fù)合地基的性狀的基礎(chǔ)上，極大的利用樁間土的承載力，不僅可以提高樁間土承擔(dān)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(diào)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(jīng)費開銷，所以在實際的操作過程中，經(jīng)常將砂石墊層的厚度設(shè)置在30cm到50cm之間。

結(jié)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(zhì)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(jīng)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(dāng)?shù)氐蔫F路涵洞地質(zhì)條件，就可以進行科學(xué)、合理的利用。

參考文獻：

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