高速鐵路軟土路基地基處理與沉降控制探究

劉勇

摘 要：隨著我國經濟建設戰略布局全面展開，交通樞紐的建設進入又一個高峰期。高速鐵路在修建過程中難免會出現軟土地基問題。軟土地基因其自身特點在實際工程中易引發沉降變形問題。本文以高速鐵路軟土路基地段為研究對象，分析了處理高速鐵路軟土地基以及沉降控制的方法。

關鍵詞：高速鐵路;軟土路基;地基處理;沉降控制

1 軟土路基的沉降機理

1.1 瞬時沉降

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

1.2 固結沉降

固結沉降主要是由土體的體積壓縮而導致的，外部荷載引起的超孔隙水壓使水從土體中排出，導致土體有效應力增加而引起的沉降。固結沉降時土體中水的流動速率受超孔隙壓力、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，當其消散完全時，土體達到有效應力狀態。固結沉降也并非只是由于孔隙水的排出，有效應力增大，土體顆粒壓密引起的，其還與未完成的側向位移和土骨架本身的蠕變有關。

1.3 次固結沉降

次固結沉降即蠕變沉降，主要發生在固結的最后階段。外部荷載作用下土體中超孔隙水壓消散完全，土體固結變形完成，土顆粒在荷載作用下蠕變使土體發生持續沉降變形。通常情況下次固結沉降量不大，時間較長。微小的超孔隙水壓力也存在于土體次固結過程中，此過程中水流速度與超孔隙水壓均非常小，次固結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。事實上，次固結沉降從荷載一加載就開始了，并非只在固結沉降基本完成以后才發生。

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性質好的巖土材料置換天然地基中的軟弱土體，可分為強夯置換法、拋石擠淤法和挖除換填法等。強夯置換法適合處理谷地相軟土，處理深度通常不超過8m;拋石擠淤法由于存在質量檢查和處理后的不均勻性等問題，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3m。

2.2 復合地基法

目前，剛性樁復合地基和柔性樁復合地基在高速鐵路軟土路基中應用廣泛，二者均需根據現場試驗結果與施工水平來確定加固深度，高壓旋噴樁加固深度一般不超過30m;深層攪拌樁處理深度一般在15m以內，最大不超過18m。剛性樁復合地基有必要在樁頂設置小型承臺，在樁頂以上設0.4～0.6 m厚加筋碎石墊層，形成“樁網結構”，其目的是增強復合地基剛度和整體性，均化基底沉降、調整柔性填土荷載基底應力分布，充分發揮剛性樁豎向承載性能高的特點。

2.3 新型及特殊結構型式地基處理方法

結合高速鐵路軟土路基的特點，不少新型地基處理方法在原有地基處理方法的基礎上涌現出來，如換填法的沖擊壓實技術，復合地基中的布袋注漿樁、袖筏管注漿技術，排水固結法的增強式真空預壓技術，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

通過振動或沖擊的方式，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。同時將砂、碎石、碎石水泥等強度較高的材料填充進圓形鋼管樁拔出后形成的樁孔內，并對其進行夯實，使樁體與路基填土形成復合結構。擠密樁一方面起到了樁體直接承受荷載的作用，同時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或保護土體的材料。土工合成材料主要包括土工織布、土工膜、土工復合材料和土工特種材料等。其作用：一是通過鋪設合成材料（土工格柵、土工格室等）使之與土體形成復合體，在列車動荷載和路基軌道系統自重的作用下，土工合成材料與周圍土體之間有發生相對位移的趨勢，而土工格柵或土工格室會約束土體的側向位移，相當于把一個側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用，例如在高速鐵路路基工程中，加筋土路堤被普遍采用來增強路基強度和承載力。

3.3 灌漿加固法

路基灌漿加固法適用于在高速鐵路運營條件下，對路基承載力不足以及沉降變形過大情況下的基床或者路堤本體進行加固處理，以提高路基強度和變形模量，其優點是能增加路基抗滲能力，提高填料的水穩性和減小沉降變形等優點。這種方法在加固處理填土為砂土、粉土的路基中效果相對較好，在填土為黏性土路基中采用此方法應當根據現場試驗結果確定其可行性。

4 路基沉降影響因素分析

受人為因素和自然因素的影響，監測高速鐵路斷面沉降量的計算值和預測值均與實測數據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力歷史、壓縮性、壓縮厚度、滲透性和地下水位變化等。由于實測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，應盡量選取相近的點進行對比。受實際條件的限制，如時間、經費、場地等。

5 結束語

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

參考文獻

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