高速鐵路軟土路基地基處理與沉降控制探究

劉勇

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)戰(zhàn)略布局全面展開(kāi)，交通樞紐的建設(shè)進(jìn)入又一個(gè)高峰期。高速鐵路在修建過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)軟土地基問(wèn)題。軟土地基因其自身特點(diǎn)在實(shí)際工程中易引發(fā)沉降變形問(wèn)題。本文以高速鐵路軟土路基地段為研究對(duì)象，分析了處理高速鐵路軟土地基以及沉降控制的方法。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;軟土路基;地基處理;沉降控制

1 軟土路基的沉降機(jī)理

1.1 瞬時(shí)沉降

瞬時(shí)沉降發(fā)生在荷載作用的瞬間，是荷載使土體在不排水狀態(tài)下由剪切變形導(dǎo)致的豎向位移。對(duì)于一維變形的土體，瞬時(shí)沉降發(fā)生快，數(shù)值小，土體完全飽和時(shí)，瞬時(shí)沉降趨近于零。對(duì)于二維或三維變形的土體，瞬時(shí)沉降發(fā)生同樣很快，但其占地基總沉降的比例相當(dāng)大，不容忽視。在瞬時(shí)沉降的眾多影響因素中，路基的填筑方式和填筑速率對(duì)其影響最為顯著。由于分次加載時(shí)，土體有效應(yīng)力與變形模量均隨固結(jié)的發(fā)生而增大，因此路基瞬時(shí)沉降在分次均勻加載時(shí)要比一次瞬時(shí)加載小得多。

1.2 固結(jié)沉降

固結(jié)沉降主要是由土體的體積壓縮而導(dǎo)致的，外部荷載引起的超孔隙水壓使水從土體中排出，導(dǎo)致土體有效應(yīng)力增加而引起的沉降。固結(jié)沉降時(shí)土體中水的流動(dòng)速率受超孔隙壓力、壓縮性和滲透性等因素的影響，水流速率隨超孔隙水壓的消散而降低，當(dāng)其消散完全時(shí)，土體達(dá)到有效應(yīng)力狀態(tài)。固結(jié)沉降也并非只是由于孔隙水的排出，有效應(yīng)力增大，土體顆粒壓密引起的，其還與未完成的側(cè)向位移和土骨架本身的蠕變有關(guān)。

1.3 次固結(jié)沉降

次固結(jié)沉降即蠕變沉降，主要發(fā)生在固結(jié)的最后階段。外部荷載作用下土體中超孔隙水壓消散完全，土體固結(jié)變形完成，土顆粒在荷載作用下蠕變使土體發(fā)生持續(xù)沉降變形。通常情況下次固結(jié)沉降量不大，時(shí)間較長(zhǎng)。微小的超孔隙水壓力也存在于土體次固結(jié)過(guò)程中，此過(guò)程中水流速度與超孔隙水壓均非常小，次固結(jié)沉降包括孔隙水排出引起的沉降和土體骨架蠕變引起的沉降。事實(shí)上，次固結(jié)沉降從荷載一加載就開(kāi)始了，并非只在固結(jié)沉降基本完成以后才發(fā)生。

2 高速鐵路軟土路基地基處理方法

2.1 置換法

置換法主要是利用物理力學(xué)性質(zhì)好的巖土材料置換天然地基中的軟弱土體，可分為強(qiáng)夯置換法、拋石擠淤法和挖除換填法等。強(qiáng)夯置換法適合處理谷地相軟土，處理深度通常不超過(guò)8m;拋石擠淤法由于存在質(zhì)量檢查和處理后的不均勻性等問(wèn)題，目前使用較少;挖除換填法適合處理淺埋層軟土，處理深度一般不超過(guò)3m。

2.2 復(fù)合地基法

目前，剛性樁復(fù)合地基和柔性樁復(fù)合地基在高速鐵路軟土路基中應(yīng)用廣泛，二者均需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與施工水平來(lái)確定加固深度，高壓旋噴樁加固深度一般不超過(guò)30m;深層攪拌樁處理深度一般在15m以內(nèi)，最大不超過(guò)18m。剛性樁復(fù)合地基有必要在樁頂設(shè)置小型承臺(tái)，在樁頂以上設(shè)0.4～0.6 m厚加筋碎石墊層，形成“樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)”，其目的是增強(qiáng)復(fù)合地基剛度和整體性，均化基底沉降、調(diào)整柔性填土荷載基底應(yīng)力分布，充分發(fā)揮剛性樁豎向承載性能高的特點(diǎn)。

2.3 新型及特殊結(jié)構(gòu)型式地基處理方法

結(jié)合高速鐵路軟土路基的特點(diǎn)，不少新型地基處理方法在原有地基處理方法的基礎(chǔ)上涌現(xiàn)出來(lái)，如換填法的沖擊壓實(shí)技術(shù)，復(fù)合地基中的布袋注漿樁、袖筏管注漿技術(shù)，排水固結(jié)法的增強(qiáng)式真空預(yù)壓技術(shù)，碎石注漿樁等。

3 高速鐵路軟土路基沉降控制方法

3.1 水泥土擠密樁加固法

通過(guò)振動(dòng)或沖擊的方式，將圓形鋼管樁打入基床，周邊路基土體被擠密，從而土體承載力得以提高。同時(shí)將砂、碎石、碎石水泥等強(qiáng)度較高的材料填充進(jìn)圓形鋼管樁拔出后形成的樁孔內(nèi)，并對(duì)其進(jìn)行夯實(shí)，使樁體與路基填土形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。擠密樁一方面起到了樁體直接承受荷載的作用，同時(shí)也提高了樁間土的承載能力。

3.2 土工合成材料加固法

土工合成材料是以人工合成的高分子聚合物為原料制成的用于加強(qiáng)或保護(hù)土體的材料。土工合成材料主要包括土工織布、土工膜、土工復(fù)合材料和土工特種材料等。其作用：一是通過(guò)鋪設(shè)合成材料（土工格柵、土工格室等）使之與土體形成復(fù)合體，在列車(chē)動(dòng)荷載和路基軌道系統(tǒng)自重的作用下，土工合成材料與周?chē)馏w之間有發(fā)生相對(duì)位移的趨勢(shì)，而土工格柵或土工格室會(huì)約束土體的側(cè)向位移，相當(dāng)于把一個(gè)側(cè)壓力增量施加在路基土體上，從而提高了土體的承載力和強(qiáng)度;二是將合成材料（土工布、橡膠板等）作為不透水層使用，防止雨水下滲引起基床凍脹、翻漿冒泥等病害。在地基加固方面，土工合成材料得到非常廣泛的應(yīng)用，例如在高速鐵路路基工程中，加筋土路堤被普遍采用來(lái)增強(qiáng)路基強(qiáng)度和承載力。

3.3 灌漿加固法

路基灌漿加固法適用于在高速鐵路運(yùn)營(yíng)條件下，對(duì)路基承載力不足以及沉降變形過(guò)大情況下的基床或者路堤本體進(jìn)行加固處理，以提高路基強(qiáng)度和變形模量，其優(yōu)點(diǎn)是能增加路基抗?jié)B能力，提高填料的水穩(wěn)性和減小沉降變形等優(yōu)點(diǎn)。這種方法在加固處理填土為砂土、粉土的路基中效果相對(duì)較好，在填土為黏性土路基中采用此方法應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定其可行性。

4 路基沉降影響因素分析

受人為因素和自然因素的影響，監(jiān)測(cè)高速鐵路斷面沉降量的計(jì)算值和預(yù)測(cè)值均與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定程度上的差異。軟土路基沉降的人為影響因素主要有加載方式與速率、地基處理方法等;自然影響因素主要有地基土的應(yīng)力歷史、壓縮性、壓縮厚度、滲透性和地下水位變化等。由于實(shí)測(cè)沉降量是受眾多因素共同影響的，因此在分析其中某種因素時(shí)，應(yīng)盡量選取相近的點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。受實(shí)際條件的限制，如時(shí)間、經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地等。

5 結(jié)束語(yǔ)

高速鐵路軟土地基在修建過(guò)程中，因其自身特點(diǎn)易引發(fā)沉降變形問(wèn)題。高速鐵路施工方可以使用置換法、復(fù)合地基法等方法去完成高速鐵路地基處理工作，從而強(qiáng)化高速鐵路的地基。同時(shí)高速鐵路施工方可以使用土工合成材料加固法、灌漿加固等方法來(lái)控制高速鐵路路基的沉降問(wèn)題，提高高速鐵路路基的承載能力。

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