高速鐵路軟基的處理方法及其應用

邱官發

摘 要：由于我國的國土面積大，地形復雜，要建立系統性的、安全的高速鐵路網，對于地基的要求甚高，因此如何選擇處理地基的方法，使得技術上可行、施工上方便，投資節省，更主要的是具有絕對的安全性，是當前工程技術人員所關心的核心問題。本文通過對目前高速鐵路中常用的幾種方法分析總結，提出了幾種較為常見的處理方法，并結合相關的應用進行分析。

中圖分類號：U213文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）04（a）-0000-00

隨著國民經濟的增長和人們生活水平的提高，當前的交通工具已不能滿足大眾的需求，建造高速鐵路已成為必需。然而，由于我國國土面積甚大，地形復雜，對建立高速鐵路網有很大的影響。比如南方廣泛分布的深厚軟土；沿湖、河、海等地帶均屬于是軟土、松軟土的廣泛分布的情況；而對經濟發達的地區來說，如：珠三角地區、長三角地區、環渤海地區，也都大多有湖泊、海相等的分布。這些給我國正在建設的高速鐵路帶來了一個大難題，同樣，面對這些重重困難，研究、施工人員對其有著高度的重視。

1 常見的軟基處理方法

當前,我國鐵路的路基工程中主要使用的軟基處理方式有：復合地基法、強夯法、換填法、排水固結法等等。隨著新的施工技術不斷發展，PHC管樁樁網結構、鋼筋混凝土樁網(板)結構在高速鐵路的建設工程中也得到了應用。

1.1 強夯法

也被稱作動力固結或者壓實法，即反復進行重錘（通常為10至40噸）提升，并使它自由下落(落距通常為10至40 米)，同時利用夯錘的自由下落所產生的沖擊波，達到壓實地基的效果，從而提升地基強度且能有效降低其壓縮性。

1.2 復合地基法

復合的地基就是指在天然的地基基礎上再設置一定的增強體,并由原土與增強體來共同負擔基礎傳輸來的建筑物負荷。按照成樁以后的樁剛度來說,復合地基可以劃分為：散體樁、柔性樁、半剛性樁、剛性樁復合地基。

1.3 排水固結法

其原理是軟土地基在處于附加負荷的作用之下，逐步將孔隙水排出，孔隙比減小，進而產生固結變形的現象。在此過程之中，由于水壓力的逐漸擴散，土中有效應力也隨之增加，能提前完成沉降或是提升沉降的速度。一般情況下，排水固結的方法是由排水與加壓兩部分系統組成，缺一不可。

1.4 換填法

就是在基礎的底面以下、要求范圍以內將軟弱土層挖除，隨后將質地硬、強度高、具有穩定性能、抗侵蝕性能的砂石、卵石、碎石、灰土、素土、礦渣、煤炭渣等各類材料進行分層的充填，同時利用人工或者機械的方法對其進行分層的壓緊、夯實，使其的密實度能夠達到要求，從而成為效果優良的人工地基。

1.5 PHC管樁的樁網結構

對這種結構的路基組成進行分析，能把其整個結構的體系自上而下劃分為加筋土、復合褥墊層與樁土的加固區域三個部分，各個部分作用的機理如下：

（1）加筋土：也稱為水平方向增強體的復合地基，在其工作的過程中主要承擔著拉力的同時，把上部的荷載傳送到下部樁土的復合地基。因為它的剛度不大，通常是與級配砂石的墊層以共同組成復合型的褥墊，從而將應力顯著擴散、減小了應力集中現象、提升整個結構體系承載力，有效減少沉降與差異性沉降。其的被破壞模式往往是整體破壞。

（2）褥墊層：其位于加筋土的下方、樁頭的上方，是級配砂石和樁網一同經均勻壓密而組成柔性的過渡層。它的主要作用是保證樁與土共同承擔荷載、對樁與土豎向與水平方向的荷載分擔比進行調整以及有效緩解在基礎底面出現應力集中現象。

（3）樁土加固區域：設置在地基土里的PHC型管樁和土共同組成樁土復合的地基。它的主要作用是將樁與土作為一個整體以一同負擔上部的荷載并將荷載進行向下的擴散。樁土加固區域被破壞一般是因為樁刺入、鼓脹、整體的剪切或滑動等原因所引起的。

2 適用性分析

2.1 排水固結法

排水固結法在地基的處理中滿足工程的要求與否，主要是由地基土層固結的特性、土層的厚度、預壓的荷載與預壓的時間等因素來決定的。如軟土層較薄或者固結的系數較大，則不需較長時間就可以得到良好的預壓效果。如情況相反，則預壓的時間就會相應增加，從而使排水固結方法的應用受到一定的限制。

高速鐵路對于路基的沉降、變形有著其嚴格控制的標準，對于部分抗剪性強度太低或是含有機質數量豐富的飽和性軟黏土層而言，即便采用了砂井堆載預壓方法來進行對地基的處理后，其施工后的沉降量與固結的時間仍然不能滿足路基設計的要求。經工程實踐結果顯示，使用袋裝的砂井與塑料的排水板來進行地基處理，其施工后的沉降不足以滿足高速鐵路的地基相關要求，所以，在使用排水加固方法對高速鐵路軟基進行處理時必須謹慎。

2.2 復合地基法

攪拌樁、旋噴樁、粉噴樁在秦沈線鐵路工程中被普遍應用，主要是用在處理對淤泥質的軟黏土路段與過渡段的處理上。近些年以來CFG樁在高速鐵路的軟基處理中被廣泛地應用，CFG樁型處理的深度可達到20 米。相關研究顯示，其與水泥攪拌樁的復合地基相比較，CFG樁的復合地基樁土應力比更大，通常來說CFG的樁身質量也會比水泥攪拌樁的質量更容易得到保證。但是，水泥攪拌樁與CFG樁作為懸浮樁的時候，其下臥層加固的沉降仍然比較大，在對其進行應用中，通常情況下要謹慎使用懸浮樁施工方法。

2.3 鋼筋混凝土的樁網、板結構

鋼筋混凝土的樁網、板結構之中的樁體一般是鋼筋混凝土進行現場灌注，樁身長度通常不受到限制，所以當軟土層的厚度大于20 米，且使用其他的復合地基結構不能滿足其要求時，常常就會使用鋼筋混凝土的樁網、板結構。在日本某鐵路的改良工程中，有72. 7%是使用樁網的復合地基。該方法是于軟弱的地基上進行打樁，樁底部支承于承力層之上，樁頂部使用網眼狀的鋼筋互相連結，然后在樁網上敷設土工布，使其支承填土的荷載。經實踐表明，該工法有效控制了沉降。鋼筋混凝土的樁網、板結構缺點是成本高，如果在其他的復合地基可以滿足要求時，很少被采用。

3 應用

PHC管樁的樁網結構應用：將京滬高速鐵路中徐滬段某工點的路基工程作為試驗段，其路堤填高3.4至4.8米，邊坡的坡率為1:1.5，其軟基的處理使用PHC管樁的樁網結構進行加固。樁體型號為PHC500-100A，設計樁體長度25至35米，樁體直徑為0.5米，樁體間距為2.5米，呈正方形布置；樁帽直徑為1米，厚度為40厘米；樁帽頂的設置為30 厘米厚級配的碎石墊層，其夾鋪兩層的設計抗拉度要大于120 kN/m土工格柵。該區段的地形平坦，地勢較開闊，縱橫河渠多，密布著水塘，地基的土層都是第四系的覆蓋層。

4 結語

高速鐵路對線路的平穩性要求極高，因此在不同的軟基地形下，選擇正確的處理方法，對于工程建設會有很大的作用。

參考文獻

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