鐵路路基下膨脹土地基浸水響應現場試驗

呂學偉

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

1 膨脹土地基施工技術重要性

在鐵路施工中膨脹土地基是比較常見的，膨脹土地基施工需要配合相應專業的施工技術才能順利進行，只有運用了專業的膨脹土地基施工技術才能夠保證鐵路路基建成之后擁有足夠的穩固性和安全性，才能讓施工建筑的鐵路順利地應用到日常生活中。各個地區在自然環境、地質狀況等方面普遍存在巨大差異，因此導致鐵路的施工要求和施工規劃上存在許多不同，針對這些不同和差異就應該加強對膨脹土地基施工技術的應用和研究，應用此類技術保證鐵路的施工質量，防止鐵路出現基體變形、坍塌等問題，保障鐵路的整體穩定性和地基的安全性，從而大大提高鐵路的施工效率和質量，在提高工程應用效果的同時延長鐵路的使用壽命。膨脹土地基施工人員在鐵路施工過程中通過對地基含水量的控制，以及對膨脹土地基施工技術的應用，能夠極大地減少膨脹土地基給鐵路工程所帶來的不良影響，能夠全面促進鐵路基礎設施建設水平的提高和交通環境的改善，能夠優化交通網絡，提高地區經濟發展的活力和潛力，以及地區居民的生活質量，滿足區域未來發展和規劃的要求[1]。

2 膨脹土地基施工技術現狀分析

在一般的鐵路施工中，由黏土等材料組成的膨脹土地基存在很大程度的不穩定性，如果鐵路施工人員不能做好相應的施工處理，輕則會影響整個鐵路工程的順利進行和施工安全，重則會引發鐵路的開裂和坍塌，造成難以挽回的嚴重后果。

（1）正常情況下，膨脹土地基的含水量在30%～60%，其自身的含水量較高導致土層的強度降低，在這樣的土地條件下進行鐵路施工往往會給施工工程帶來非常大的損害，并且施工難度很高，導致鐵路施工工程的成本居高不下。

（2）膨脹土地基含水量高還導致了整體鐵路工程的滲水性有所下降，鐵路如果無法正常的滲水就會嚴重影響工程的混凝土施工，混凝土因整體滲水性不佳而無法正常凝結，既拖延了施工進度也造成了鐵路施工的質量難以滿足工程要求，浪費施工單位的投資成本。在鐵路施工中如果不及時解決滲水性差的問題，就會大幅降低鐵路施工的安全性，會給工程施工人員的工作安全造成隱患。

（3）如果在鐵路施工過程中不加強對膨脹土地基施工技術的應用，就會導致鐵路的地基發生塌陷，因為在工程的施工過程中，膨脹土地基自身的壓縮量較大且很容易受到其他環境因素的影響，如果不針對問題采取合理的措施很容易出現地基塌陷問題，使鐵路工程難以保質保量的安全順利完成。

（5）膨脹土地基壓實度不夠也是影響鐵路工程質量的嚴重問題。壓實度是影響膨脹土地基結構穩定性的重要因素，但目前很多地區的鐵路工程都沒有對膨脹土地基壓實度給予足夠的重視，并且空氣中的水分含量也會對膨脹土地基施工產生極大的影響，如果鐵路施工在雨季進行，地面以及空氣中的大量水分會使道路和橋梁表面形成積水，積水會使膨脹土地基遭到長時間的浸泡和侵蝕，會嚴重降低膨脹土地基的施工質量，使鐵路出現大面積沉降甚至坍塌現象[2]。

3 浸水試驗

3.1 實施過程

3.1.1 試坑開挖

根據規劃設計好的試坑開挖的深度、坡度展開開挖工作，通常開挖深度控制在1m，邊坡開挖通常是按固定的比例進行，特別要注意的是試坑開挖完成之后，需進行坑底整平，并在坑底附近挖設截水溝，以防止受到外部水源影響，確保試驗的有效性。

3.1.2 安裝測試設備

主要是指測試儀器，如沉降板、剖面沉降管等的安裝。

3.1.3 路基的填筑施工

攤鋪施工時，要做好混合料的含水量工作，根據工程施工進度，確保達到最佳含水量，盡量減少由于施工造成的水分損失。攤鋪機工作時，在后面安排專業施工人員，避免出現粗細集料現象發生，將過粗的集料窩與集料帶及時鏟除，隨后立即填充新的混合料并攪拌均勻。當施工路面寬度大于等于8m 的情況下，選擇兩臺機器同時作業，施工過程中機器間隔10～15m 為宜，攤鋪機起步后，質檢人員要及時做好測量工作，對高程、橫坡以及厚度跟蹤監測，并根據測量結果及時調整。

當混合料的含水量達到標準或比標準含量略大時，立即安排壓路機開始施工作業，次數1～2 次為宜，然后再繼續使用振動壓路機等再次進行碾壓，次數4～6次為宜，碾壓工作要根據實際的密實度檢測標準，密實度達標了即可停止作業。

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在填筑過程中，應對膨脹土地基變形參數進行實時測量。最后以小型挖掘機進行刷坡施工，以土工膜反包路基邊緣，之后砌筑浸水溝渠。

3.1.4 人工浸水

等到試驗浸水和觀測地基壓縮變形穩定后，實施人工浸水，浸水開始階段進行一天一次的觀測記錄，第二個月后逐漸地加快頻次[3]。

3.2 試驗結果分析

試驗結果顯示，在浸水初期土質膨脹速率較快，土質在這一階段具有一定的彈性，逐漸地隨著進水量的增加，土體發生膨脹、變形，從而使得裂縫處充滿了水，水分滲入速度減慢，變形也越來越穩定。

4 鐵路中膨脹土地基施工的技術要點及注意事項

針對膨脹土地基施工目前存在的問題，我們應該加強對膨脹土地基施工技術的使用和研究，并且對于施工技術的要點要進行深入探索和改良。

4.1 處理膨脹土地基表面

要想提高鐵路工程的施工質量，首先就要對膨脹土地基的表面進行專業化處理。鐵路工程對于膨脹土地基的強度和穩定性要求非常高，所以為了滿足工程的需要，首先就要采取專業技術手段提高膨脹土地基的強度，確保鐵路工程的順利進行，提高膨脹土地基強度一般有兩種方法，第一種方法是通過向地基進行材料添加從而提高膨脹土地基的強度，這種地基填料的方法需要膨脹土地基施工人員在地基表面進行，這樣才能提高填料施工的質量和效率，從而大幅度提高膨脹土地基的強度。第二種方法是對膨脹土地基進行水分去除，減少整個膨脹土地基的水分含量，從而提高地基的強度，在去除地基水分的過程中可以采取挖溝排水法，在膨脹土地基施工現場挖設一定數量的排水溝，借助排水溝來加快膨脹土地基中水分的排出，防止鐵路在施工中由于膨脹土地基水分含量過高而出現斷裂坍塌，保障施工工程能夠順利開展和完成。

還可以使用墊層法對膨脹土地基的表面進行處理，此種方法是利用具有高穩定性和耐腐蝕性的材料對膨脹土地基進行填補和墊層，以此來達到提高膨脹土地基強度和穩定性的效果，對于膨脹土層在3m 以下的膨脹土地基來說這種方式擁有極高的使用價值。對于膨脹土地基表面的處理還可以使用預壓法，將一定重量的堆載物放置在膨脹土地基的表面，使含水地層提前下沉，以達到提高膨脹土地基強度的效果，并且要指派專門的工作人員在膨脹土地基預壓過程中進行監控測量，當膨脹土地基的強度和穩定程度符合鐵路的施工規劃時，就可以將堆載物移除開始施工，在此過程中專業技術人員除了要進行監控和記錄之外，還要預先采集膨脹土地基相關數據，利用公式計算好地基堆載物的重量，防止堆載物的重量過小而無法產生提高強度和穩定性的效果，更要防止堆載物的重量過大而對地基產生嚴重破壞。

4.2 利用加載法進行膨脹土地基處理

為防止膨脹土地基的大面積沉降，可以適當利用加載法進行膨脹土處理。地基固結沉降法作為一種較為常見的施工工藝在沉降法膨脹土地基處理的過程中能夠取得極佳的效果。在對膨脹土地基進行處理的過程之中，利用大氣壓力和上部上層砂層可以有效地防止鐵路施工過程中出現地下水，并且專業的施工人員在膨脹土地基施工過程中利用鋼板也可以很好的控制施工區域的地下水水位，既可以保證膨脹土地基施工的順利進行也可以有效地減少施工材料的損耗，保護鐵路施工地的生態環境。利用加載法對膨脹土地基進行處理的過程中也要注意控制沉降時間和置物重量，要充分把握三者之間的內在聯系，控制路面質量和膨脹土地基強度，避免因膨脹土地基沉降而給鐵路施工帶來不良影響。采取加載法進行膨脹土地基處理應有專業人員進行實時監測和記錄，并且要對加載法的施工速度進行合理把控，如果膨脹土地基的平穩度不高就應該及時降低加載法的施工進度，避免過分追求膨脹土地基施工速度而破壞原有的地基，對整體工程產生不良影響。

4.3 利用添加劑進行膨脹土地基處理

在鐵路施工的過程中，專業技術人員可以利用添加劑來提高膨脹土地基的土層強度，以此來保證施工的順利進行。添加劑法使用的前提是對膨脹土地基實際土壤狀況的深度把握，比如前期勘驗時發現膨脹土地基的土壤為黏性土壤，就可以在添加劑中加入適量的生石灰等材料，以此來降低膨脹土地基中土層的水分含量，提高膨脹土地基的強度和穩定性。利用添加劑和膨脹土地基土壤的混合可以有效地鞏固土層結構，使膨脹土地基施工更加順利，也可以提高鐵路施工速度，保證工程質量。

4.4 表層排水處理

為了降低膨脹土地基的土層含水量以及減少鐵路的地表水，應該提前做好溝槽挖設工作。利用適量的溝槽使膨脹土地基中的水分自然排出，以達到降低含水性和提高穩定性的效果。在進行膨脹土地基表層排水的過程中可以利用鐵路路基自身的排水能力，并且在進行排水的過程中要對鐵路表面的沉降填平施工給予足夠的重視，要時刻注意不同區域的坡度變化情況，制定相應的區域排水策略，盡量使地表水通過所挖設的溝槽流出，同時對于溝槽的挖設位置也要注意，盡量減少對其他施工區域的影響，在進行膨脹土地基排水的過程中要多利用鐵路的自身坡度，依靠坡度變化來排出膨脹土地基中多余的水分，提高排水施工的效率，減少過多的人為干預，保證膨脹土地基施工的質量。

4.5 利用擠密法進行膨脹土地基處理

膨脹土地基擠密法主要是借助樁孔之間形成的作用力來完成對土壤的擠壓，擠壓完成之后利用灰土等材料進行擠壓夯實，這種方法主要針對的是一些較大規模的橋梁道路工程，在這些工程中膨脹土地基的范圍巨大，使用擠密法進行處理可以提高膨脹土地基的施工處理效率，并且擠密法的取材比較方便，處理過程相對簡單，首先就是按照一定的比例利用機械設備進行鉆孔，成孔之后再向其內部灌入煤灰爐渣、砂石等材料形成樁體。擠密法主要依靠的是打入地基的樁管，依靠樁管之間產生的橫向擠壓作用，使土壤發生移動，填補土壤之間因顆粒大小不同而產生的空隙，慢慢將膨脹土地基的土壤壓緊之后，膨脹土地基的土層便更加密實，地基的強度也就隨之提高，地基穩定性也隨之增加。

4.6 鐵路膨脹土地基施工的注意事項

膨脹土地基施工是一個復雜的過程，不僅要重視在施工中采取各種先進技術，還要做好前期的實地勘查和設備準備工作，首先在鐵路施工過程中，施工單位要指派專業的工程勘測人員和地質考察人員對鐵路周圍的具體情況進行實地考察和測量，并且對與施工有關的專業數據要進行精準的測量和記錄，要重視提高勘察人員和測量人員的專業技術水平，在測量和勘查過程中要使用恰當的方法和設備，保證前期勘測工作的高質量完成，保證前期數據足夠準確，防止出現數據誤差而影響膨脹土地基施工，提高膨脹土地基的施工質量。

在施工之前，施工單位專業設計人員要針對本鐵路工程中的膨脹土地基情況，有針對性地制定膨脹土地基施工方案，并且在施工之前要進行實驗和研究，保證膨脹土地基施工方案足夠科學合理，能夠真正應用到實際鐵路施工當中，提高總體的工程施工質量。施工單位還要重視對施工材料的選擇，在以往的施工當中施工材料的不合格也是導致膨脹土地基施工效果不佳的重要因素，所以施工單位要優先選擇高質量的膨脹土地基施工材料，確保施工材料符合膨脹土地基施工技術的要求。

5 結語

隨著我國經濟規模的不斷擴大，人們對鐵路等交通網絡的要求越來越高，對施工質量的要求日漸增加，所以我們應該加強對鐵路施工中膨脹土地基施工技術的研究和應用。積極采取各種手段進行膨脹土地基的施工處理，施工單位的專業技術人員在施工之前要根據施工現場的實地狀況進行考察和分析，在進行多方考量之后制定相應的施工方案，以保證鐵路施工的順利進行，推動我國鐵路路基施工技術的穩步發展。