高速鐵路軟基的處理方法及其應(yīng)用

邱官發(fā)

摘 要：由于我國(guó)的國(guó)土面積大，地形復(fù)雜，要建立系統(tǒng)性的、安全的高速鐵路網(wǎng)，對(duì)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(shù)上可行、施工上方便，投資節(jié)省，更主要的是具有絕對(duì)的安全性，是當(dāng)前工程技術(shù)人員所關(guān)心的核心問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)目前高速鐵路中常用的幾種方法分析總結(jié)，提出了幾種較為常見(jiàn)的處理方法，并結(jié)合相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)行分析。

中圖分類號(hào)：U213文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）04（a）-0000-00

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和人們生活水平的提高，當(dāng)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(guó)國(guó)土面積甚大，地形復(fù)雜，對(duì)建立高速鐵路網(wǎng)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(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)來(lái)說(shuō)，如：珠三角地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)，也都大多有湖泊、海相等的分布。這些給我國(guó)正在建設(shè)的高速鐵路帶來(lái)了一個(gè)大難題，同樣，面對(duì)這些重重困難，研究、施工人員對(duì)其有著高度的重視。

1 常見(jiàn)的軟基處理方法

當(dāng)前,我國(guó)鐵路的路基工程中主要使用的軟基處理方式有：復(fù)合地基法、強(qiáng)夯法、換填法、排水固結(jié)法等等。隨著新的施工技術(shù)不斷發(fā)展，PHC管樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土樁網(wǎng)(板)結(jié)構(gòu)在高速鐵路的建設(shè)工程中也得到了應(yīng)用。

1.1 強(qiáng)夯法

也被稱作動(dòng)力固結(jié)或者壓實(shí)法，即反復(fù)進(jìn)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(shí)利用夯錘的自由下落所產(chǎn)生的沖擊波，達(dá)到壓實(shí)地基的效果，從而提升地基強(qiáng)度且能有效降低其壓縮性。

1.2 復(fù)合地基法

復(fù)合的地基就是指在天然的地基基礎(chǔ)上再設(shè)置一定的增強(qiáng)體,并由原土與增強(qiáng)體來(lái)共同負(fù)擔(dān)基礎(chǔ)傳輸來(lái)的建筑物負(fù)荷。按照成樁以后的樁剛度來(lái)說(shuō),復(fù)合地基可以劃分為：散體樁、柔性樁、半剛性樁、剛性樁復(fù)合地基。

1.3 排水固結(jié)法

其原理是軟土地基在處于附加負(fù)荷的作用之下，逐步將孔隙水排出，孔隙比減小，進(jìn)而產(chǎn)生固結(jié)變形的現(xiàn)象。在此過(guò)程之中，由于水壓力的逐漸擴(kuò)散，土中有效應(yīng)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(jié)的方法是由排水與加壓兩部分系統(tǒng)組成，缺一不可。

1.4 換填法

就是在基礎(chǔ)的底面以下、要求范圍以內(nèi)將軟弱土層挖除，隨后將質(zhì)地硬、強(qiáng)度高、具有穩(wěn)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(jìn)行分層的充填，同時(shí)利用人工或者機(jī)械的方法對(duì)其進(jìn)行分層的壓緊、夯實(shí)，使其的密實(shí)度能夠達(dá)到要求，從而成為效果優(yōu)良的人工地基。

1.5 PHC管樁的樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)

對(duì)這種結(jié)構(gòu)的路基組成進(jìn)行分析，能把其整個(gè)結(jié)構(gòu)的體系自上而下劃分為加筋土、復(fù)合褥墊層與樁土的加固區(qū)域三個(gè)部分，各個(gè)部分作用的機(jī)理如下：

（1）加筋土：也稱為水平方向增強(qiáng)體的復(fù)合地基，在其工作的過(guò)程中主要承擔(dān)著拉力的同時(shí)，把上部的荷載傳送到下部樁土的復(fù)合地基。因?yàn)樗膭偠炔淮螅ǔＪ桥c級(jí)配砂石的墊層以共同組成復(fù)合型的褥墊，從而將應(yīng)力顯著擴(kuò)散、減小了應(yīng)力集中現(xiàn)象、提升整個(gè)結(jié)構(gòu)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(jí)配砂石和樁網(wǎng)一同經(jīng)均勻壓密而組成柔性的過(guò)渡層。它的主要作用是保證樁與土共同承擔(dān)荷載、對(duì)樁與土豎向與水平方向的荷載分擔(dān)比進(jìn)行調(diào)整以及有效緩解在基礎(chǔ)底面出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

（3）樁土加固區(qū)域：設(shè)置在地基土里的PHC型管樁和土共同組成樁土復(fù)合的地基。它的主要作用是將樁與土作為一個(gè)整體以一同負(fù)擔(dān)上部的荷載并將荷載進(jìn)行向下的擴(kuò)散。樁土加固區(qū)域被破壞一般是因?yàn)闃洞倘搿⒐拿洝⒄w的剪切或滑動(dòng)等原因所引起的。

2 適用性分析

2.1 排水固結(jié)法

排水固結(jié)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(jié)的特性、土層的厚度、預(yù)壓的荷載與預(yù)壓的時(shí)間等因素來(lái)決定的。如軟土層較薄或者固結(jié)的系數(shù)較大，則不需較長(zhǎng)時(shí)間就可以得到良好的預(yù)壓效果。如情況相反，則預(yù)壓的時(shí)間就會(huì)相應(yīng)增加，從而使排水固結(jié)方法的應(yīng)用受到一定的限制。

高速鐵路對(duì)于路基的沉降、變形有著其嚴(yán)格控制的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于部分抗剪性強(qiáng)度太低或是含有機(jī)質(zhì)數(shù)量豐富的飽和性軟黏土層而言，即便采用了砂井堆載預(yù)壓方法來(lái)進(jìn)行對(duì)地基的處理后，其施工后的沉降量與固結(jié)的時(shí)間仍然不能滿足路基設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)工程實(shí)踐結(jié)果顯示，使用袋裝的砂井與塑料的排水板來(lái)進(jìn)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(guān)要求，所以，在使用排水加固方法對(duì)高速鐵路軟基進(jìn)行處理時(shí)必須謹(jǐn)慎。

2.2 復(fù)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(yīng)用，主要是用在處理對(duì)淤泥質(zhì)的軟黏土路段與過(guò)渡段的處理上。近些年以來(lái)CFG樁在高速鐵路的軟基處理中被廣泛地應(yīng)用，CFG樁型處理的深度可達(dá)到20 米。相關(guān)研究顯示，其與水泥攪拌樁的復(fù)合地基相比較，CFG樁的復(fù)合地基樁土應(yīng)力比更大，通常來(lái)說(shuō)CFG的樁身質(zhì)量也會(huì)比水泥攪拌樁的質(zhì)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(shí)候，其下臥層加固的沉降仍然比較大，在對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用中，通常情況下要謹(jǐn)慎使用懸浮樁施工方法。

2.3 鋼筋混凝土的樁網(wǎng)、板結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土的樁網(wǎng)、板結(jié)構(gòu)之中的樁體一般是鋼筋混凝土進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌注，樁身長(zhǎng)度通常不受到限制，所以當(dāng)軟土層的厚度大于20 米，且使用其他的復(fù)合地基結(jié)構(gòu)不能滿足其要求時(shí)，常常就會(huì)使用鋼筋混凝土的樁網(wǎng)、板結(jié)構(gòu)。在日本某鐵路的改良工程中，有72. 7%是使用樁網(wǎng)的復(fù)合地基。該方法是于軟弱的地基上進(jìn)行打樁，樁底部支承于承力層之上，樁頂部使用網(wǎng)眼狀的鋼筋互相連結(jié)，然后在樁網(wǎng)上敷設(shè)土工布，使其支承填土的荷載。經(jīng)實(shí)踐表明，該工法有效控制了沉降。鋼筋混凝土的樁網(wǎng)、板結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是成本高，如果在其他的復(fù)合地基可以滿足要求時(shí)，很少被采用。

3 應(yīng)用

PHC管樁的樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用：將京滬高速鐵路中徐滬段某工點(diǎn)的路基工程作為試驗(yàn)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(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。樁體型號(hào)為PHC500-100A，設(shè)計(jì)樁體長(zhǎng)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?shù)脑O(shè)置為30 厘米厚級(jí)配的碎石墊層，其夾鋪兩層的設(shè)計(jì)抗拉度要大于120 kN/m土工格柵。該區(qū)段的地形平坦，地勢(shì)較開(kāi)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(jié)語(yǔ)

高速鐵路對(duì)線路的平穩(wěn)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(duì)于工程建設(shè)會(huì)有很大的作用。

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