重載鐵路濕陷性黃土地基處理措施

摘要：介紹了濕陷性黃土的特征，闡述了30T軸重重載鐵路濕陷性黃土地基的處理措施。

關(guān)鍵詞：重載鐵路 濕陷性黃土 基底處理措施

山西中南部鐵路通道為國內(nèi)首條按30t軸重設(shè)計的國鐵I級重載鐵路，設(shè)計速度120km/h，目前設(shè)計及施工尚無成熟的規(guī)范可供執(zhí)行。由于濕陷性黃土地基處置不當(dāng)易引起路基下沉、沉陷或滑坡等病害，因此地基處理對重載鐵路路基施工質(zhì)量有著重要的影響。

1 工程概況

中南通道五標(biāo)承建DK198+350～DK259+000管段內(nèi)的路基、橋涵及隧道施工，地處山西省呂梁市石樓縣和臨汾市隰縣境內(nèi)，沿線黃土分布廣泛，新黃土和淺部老黃土具濕陷性，多屬自重濕陷性黃土，濕陷性黃土厚度為10～20m，局部可達(dá)30m，地基濕陷等級一般為Ⅱ、Ⅲ級，局部為Ⅳ級，濕陷系數(shù)δs=0.015～0.126，濕陷性較敏感，具高壓縮性、承載力低、均勻性差。同時，線路地處以黃土梁、峁和深切沖溝為主的黃土高原區(qū)，沿線固有的地形地貌及黃土的自然特性致使排水困難，對濕陷性黃土地段工程施工極為不利。

2 濕陷性黃土特性

黃土的濕陷性和它本身所具有的大孔隙結(jié)構(gòu)及其所含的易溶鹽等化學(xué)物質(zhì)成分有關(guān)。大孔隙結(jié)構(gòu)的四周由于有可溶鹽濃縮所形成的膠結(jié)物質(zhì)的存在，增強(qiáng)了土粒間抗滑移的能力，阻止了土體在上覆自重壓力下的壓密。另外，由于碳酸鈣等物質(zhì)的膠結(jié)作用，使顆粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度增加，因而在天然含水量狀態(tài)下，未受水浸濕的黃土具有較高的強(qiáng)度，較小壓縮性。但當(dāng)黃土受水浸濕后，結(jié)合水膜增厚，結(jié)合水聯(lián)結(jié)消失，顆粒四周的膠結(jié)鹽類也溶于水中，因此顆粒間聯(lián)結(jié)強(qiáng)度降低，在上部建筑物荷重作用下，大孔隙結(jié)構(gòu)破壞，顆粒滑向大孔隙，孔隙體積減小，土體被壓密，黃土則出現(xiàn)了濕陷變形，鐵路路基則體現(xiàn)為沉陷或不均勻沉降。

濕陷性黃土地基的變形包括壓縮和濕陷性兩種。

壓縮變形：當(dāng)基底壓力不超過地基土的容許承載力時，地基的壓縮變形很小，大都在其上部結(jié)構(gòu)的容許變形值范圍以內(nèi)，不會影響建筑物的安全和正常使用。通常壓縮變形在荷載施加后立即產(chǎn)生，隨著時間的增長而逐漸趨向穩(wěn)定。對于大多數(shù)濕陷性黃土地基來說（不包括飽和黃土和新近堆積的黃土），壓縮變形在施工期間就能完成一大部分，竣工后三個月到半年即基本趨于穩(wěn)定。

濕陷變形：是由于基底被水浸濕引起的一種附加變形，往往是局部和突然發(fā)生，且不均勻，破壞性大，危害嚴(yán)重。其最大特點是：在土的自重壓力或土的附加壓力與自重壓力共同作用下，受水浸濕時將產(chǎn)生大量而急劇的附加下沉，變形量大，常常超過正常壓縮變形的幾倍甚至幾十倍；發(fā)生快，一般在浸水1-3小時就開始濕陷。就一般的濕陷事故而言，往往在1-2天內(nèi)就可能產(chǎn)生20-30cm的變形量，這種量大、速率快而又不均勻的變形往往使建筑物發(fā)生嚴(yán)重變形甚至破壞。而濕陷的出現(xiàn)完全取決于受水浸濕的機(jī)率，有的建筑物在施工期間即產(chǎn)生濕陷事故，而有的則在幾年甚至幾十年后才出現(xiàn)濕陷事故。

因此對濕陷性黃土地區(qū)的建筑物，尤其是重載鐵路，不論地基承載力是否達(dá)到容許承載力，都應(yīng)對地基進(jìn)行處理，以消除黃土的濕陷性、提高承載力。

3 濕陷性基底處理措施

3.1 濕陷性黃土地基處理原則

濕陷性黃土地基處理的根本原則是：破壞土的大孔結(jié)構(gòu)，改善土的工程性質(zhì)，消除或減少地基的濕陷變形，防止水浸入建筑物地基，提高建筑結(jié)構(gòu)剛度。

地基處理時應(yīng)區(qū)別對待，并結(jié)合以下特點：①濕陷性黃土差別，如濕陷性和濕陷敏感性的強(qiáng)弱、承載能力及壓縮性的大小和不均勻程度等；②建筑物的使用特點，如地基浸水的可能性；③建筑物的重要性和其使用上對限制不均勻下沉的嚴(yán)格程度，結(jié)構(gòu)對不均勻下沉的適應(yīng)性；④材料及施工條件，以及當(dāng)?shù)氐氖┕そ?jīng)驗。

3.2 濕陷性黃土地基處理措施

濕陷性黃土的地基處理措施一般采用機(jī)械手段對基礎(chǔ)的濕陷性黃土進(jìn)行加固處理，或更換另一種材料改變其物理性質(zhì)，達(dá)到消除濕陷性、減少壓縮和提高承載能力的目的。

根據(jù)中南通道不同類型工程所處地區(qū)濕陷性黃土的差異，基底處理分別采取不同措施。

3.2.1 涵洞地基處理措施

涵洞地基處理的方法主要有灰土擠密樁、水泥土擠密樁和三七灰土換填。

灰土擠密樁適用于地下水位以上，飽和度Sr≤65%，濕陷性黃土厚度＞3m且≤12m的地基，樁身材料采用三七灰土。如DK216+755鋼筋混凝土蓋板涵，地層為新黃土，具濕陷性，為II級自重濕陷性場地，采用灰土擠密樁進(jìn)行地基處理，樁徑0.4m，樁距1m，樁長7m，正三角形布置。

水泥土擠密樁適用于地下水位以上，飽和度Sr≤65%，塑性指數(shù)＜12，濕陷性黃土厚度＞3m且≤12m的地基，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，摻量8%。如DK242+050鋼筋混凝土框架涵，地層為新黃土，具濕陷性，濕陷系數(shù)0.015～0.046，采用水泥土擠密樁進(jìn)行地基處理，樁徑0.4m，樁距1m，樁長8m，正三角形布置。

三七灰土換填適用于地下水位以上，濕陷性黃土厚度1～3m。如DK241+533鋼筋混凝土框架涵，地層為新黃土，具濕陷性，濕陷系數(shù)0.015～0.026，采用三七灰土進(jìn)行換填，換填深度2m。

為保證涵洞地基處理的效果，還應(yīng)注意以下事項：避免雨季施工，保證基坑不被浸泡，圬工養(yǎng)生水亦不得浸泡基坑；基坑采用不透水土或灰土夯填，樁頂按設(shè)計要求鋪設(shè)灰土墊層，控制分層厚度、機(jī)械碾壓速度及壓實遍數(shù)，保證壓實質(zhì)量；樁基施工完畢后，基坑周圍設(shè)置防水板，防水板入土深度不小于1m；三七灰土的施工含水量控制在最優(yōu)含水量±2%之間，壓實后3天內(nèi)不得受水浸泡，否則應(yīng)挖除補(bǔ)填；出入口鋪砌鋪設(shè)灰土墊層，并與兩側(cè)天然溝渠順接，確保排水通暢。

3.2.2 路基地基處理措施

路基地基處理的方法主要有水泥土擠密樁、旋噴樁、沖擊碾壓、水泥攪拌樁、灰土換填等：

對于位于地下水位以上，飽和度Sr≤65%，濕陷性黃土厚度＞1m且≤12m的地基，采用水泥土擠密樁全部消除黃土的濕陷性。如DK213+750～DK214+080段路基位于石樓車站內(nèi)，以填方、半填半挖形式通過呂梁山西坡、黃土丘陵溝壑區(qū)、黃土峁梁前緣緩坡、王村水庫泄洪道西岸坡，地層為新黃土，大孔隙，濕陷系數(shù)0.015～0.114，為IV級自重濕陷性場地，其中DK214+000～DK214+080段路基采用水泥土擠密樁進(jìn)行地基處理，樁徑0.4m，樁距1m，樁長6m，正方形布置；DK213+750～DK214+000段采用高壓旋噴樁加固地基，樁徑0.6m，長15m，正方形布置，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8～1.5，摻量≮40%，樁間距1m。

DK216+750～DK217+000段路基以填方通過黃土丘陵溝壑區(qū)、黃土峁梁前緣緩坡、宋家溝河岸西坡，地層為新黃土，大孔隙，具濕陷性，濕陷系數(shù)0.015～0.105，為II級自重濕陷性場地，厚0～15m。采用多向水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理，樁徑0.5m，樁距1.4m，正方形布置，樁長打入老黃土深度≮1m或基巖頂面，樁頂鋪設(shè)二八灰土墊層，中間夾鋪一層高強(qiáng)聚酯雙向土工格柵。

除個別路基外，濕陷性黃土路堤和路塹段主要采用沖擊碾壓消除黃土濕陷性（36遍或24遍）。針對填方路基，處理范圍兩側(cè)到排水溝（有排水溝時）或坡腳外2m（無排水溝時），挖方段主要為挖方全斷面寬度（包括側(cè)溝、側(cè)溝平臺及擋護(hù)工程基礎(chǔ)），要求最后5遍的沉降量≤1cm，碾壓面下1m深度范圍內(nèi)的土的壓實系數(shù)≥0.9或地基系數(shù)K30≥80Mpa/m，同時濕陷性系數(shù)＜0.015。

為保證路基施工質(zhì)量，填方段坡腳內(nèi)2m至排水溝或坡腳外2m采用0.3m三七灰土封閉；挖方段全寬范圍換填0.5m三七灰土；基床表層內(nèi)采用兩布一膜土工膜進(jìn)行封閉隔水處理。

3.2.3 隧道進(jìn)出口及明洞段地基處理措施

隧道進(jìn)出口及明洞段地基處理的方法主要有柱錘沖擴(kuò)樁、灰土擠密樁、灰土換填。

高家坡隧道全長370m，隧道表層新黃土均具濕陷性，濕陷系數(shù)0.015～0.062，為II級自重濕陷性場地。DK205+170～DK205+173段隧道采用柱錘沖擴(kuò)樁進(jìn)行加固處理，樁基≮0.6m、深入老黃土2m、正方形布置，間距1m；DK205+173～DK205+190段采用灰土擠密樁，樁基0.4m、深入老黃土2m、梅花形布置，間距1m；樁徑頂設(shè)0.5厚的灰土墊層，壓實系數(shù)不小于0.95。

譚莊隧道全長447m，進(jìn)口位于新黃土，具濕陷性，濕陷系數(shù)0.015～0.097，為IV級自重濕陷性場地。DK220+903～DK220+923段隧道采用灰土擠密樁進(jìn)行加固處理，樁基0.4m、加固深度應(yīng)深入非濕陷性黃土層2m、梅花形布置，間距1m。

郭家村隧道全長2608m，進(jìn)、出洞門口位于新黃土，表層新黃土具濕陷性，濕陷系數(shù)0.015～0.062，為非自重濕陷性場地，等級為I級。DK206+147～DK206+160、DK208+751～DK208+763段隧道采用三七灰土換填加固地基，換填厚度0.5m。

4 結(jié)語

目前，我項目濕陷性黃土地基處理工作大部分已完成，經(jīng)試驗室和太原宏實、蘭州鐵成等公司檢測，處理后的地基承載力（復(fù)合地基承載力）均滿足設(shè)計要求。濕陷性黃土地基處理過程中，尤其要重視以下幾點：施工前進(jìn)行取樣復(fù)查，以分析、判別黃土濕陷性強(qiáng)弱程度、地基濕陷類型及濕陷性黃土厚度，對中、強(qiáng)濕陷性、高壓縮性和有陷穴的地基應(yīng)按設(shè)計要求嚴(yán)格進(jìn)行處理，實際與設(shè)計不符的，要及時與設(shè)計單位溝通、選用適宜的處理方法；施工中堅持通過現(xiàn)場工藝試驗，確定工藝控制參數(shù)并報監(jiān)理和業(yè)主審批后實施；充分考慮濕陷性黃土的排水問題，天溝、排水溝和側(cè)溝基底壓實應(yīng)達(dá)到路基基床以下部分壓實標(biāo)準(zhǔn)，并采取封閉和隔水措施，注重形成完整的排水系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何賢軍，張宏斌，周詩廣等.客貨共線鐵路路基工程施工技術(shù)指南[TZ202-2008].

[2]羅宇生，文君，田春顯.濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[GB20025

-2004].