高速鐵路軟土路基工后沉降控制措施

楊燕

(中鐵二十二局集團第四工程有限公司,河北保定 074000)

高速鐵路軟土路基工后沉降控制措施

楊燕

(中鐵二十二局集團第四工程有限公司,河北保定 074000)

基于高速鐵路軟土路基工后沉降控制的重要性,討論了高速鐵路軟土路基工后沉降的影響因素、主要控制措施及主要軟基處理方法。

高速鐵路 軟土路基 工后沉降

1 工后沉降產生的原因

1.1 地基土的壓密沉降

地基的壓密沉降，因路堤填筑高度和地基條件的不同，沉降差異較大。這部分變形一般經歷的時間比較長，是路基沉降變形監測和計算的重點。

1.2 路堤填料在自重作用下的壓實沉降

路堤填料由散體材料構成，由于自重產生一定的壓密下沉是正常的，其大小取決于填料和施工質量。如果下沉量較大，說明填料的壓實度不足，強度低，容易造成不均勻變形。此種變形發生在兩個階段：一是施工階段的下沉，不計入工后沉降;二是施工完成后對后期運營有影響的工后沉降。另外，沉降隨路堤填料的性質、填筑高度的不同雖大小不一，但一般都在路基填筑高度的0.10%～0.55%范圍，路基填筑施工后1～2年基本完成。

1.3 路基面在列車荷載作用下發生的累積變形

這是由列車通過道床傳遞道路基面的動荷載引起的，這類下沉是一個累積的過程。為使列車安全運行和保持乘車的舒適性，使軌道結構處于良好的幾何行位和動力狀態，需經常進行軌道的維修作業。根據資料，這種變形雖然在列車運營期間始終存在，但通過提高路基面材料的質量、提高壓實標準等控制措施，該部分變形大多在5 mm以內。

2 工后沉降的控制措施

2.1 基底處理

在地基加固前對地表進行整平處理，做好排水設施，目前常用的軟基處理方法有兩類：一是復合地基處理方法，包括粉噴樁、碎石樁和旋噴樁、CFG樁等;二是排水固結處理方法，包括堆載預壓和真空聯合堆載預壓等。其中真空聯合堆載預壓是一種有著良好應用前景的辦法。

2.2 填筑過程控制

為保證填土具有足夠強度和控制路基的工后沉降，路基的填料和壓實必須有嚴格的標準.制定施工工藝標準，做好邊坡加固防護措施，完善路基綜合排水系統等，是控制填筑過程的主要手段。

2.3 路基沉降變形監測

在路堤填筑過程中對沉降進行觀測，特別是橋涵、路塹的過渡段，記錄沉降量數值，分析沉降速率，以便及時采取補救措施。

2.4 預留沉降量

計算路面結構層從施工開始到竣工驗收這一段時間內路基沉降量的大小，將這部分沉降量在路基施工中預先填筑在路基上，以便在路面結構層施工過程中，沉降一部分，在路面完工試運營期間沉降另一部分，從而減少工后沉降。

3 高速鐵路軟基處理的主要方法

3.1 復合地基處理方法

(1)碎石樁。碎石樁加固軟基以置換作用為主，它是通過專門的樁機振沖成孔，成孔后填碎石由振沖器上下振動使土體和填料被擠密成樁，從而使地基得到加固。

碎石樁的施工一般可分為振沖成孔、清孔、灌料、振動上拔、繼續填料上拔、成樁等過程，東南沿海地區的軟土(淤泥)層，一般含水量高、土體的抗剪強度和塑液限低，不是很適合采用這種軟基處理方法。

(2)粉噴樁。粉噴樁處理軟基是利用粉噴樁成樁機械將粉體固化劑(水泥、石灰等)噴出后在地基深處就地與軟土強制攪拌，利用固化劑和軟土之間產生的一系列物理化學反應，在原地基中形成強度、剛度較大的樁體，樁與樁間土體形成復合地基共同承擔外荷載。在施工中一般用于橋頭、涵洞結構物等地段的地基加固，其目的是解決橋頭、涵洞等結構物與路堤連接處的不均勻沉降問題，在施工工期緊張的路段有時也采用粉噴樁處理，以提高路堤填筑速度。

粉噴樁的有效加固長度一般只有10～15m左右，致使軟土層普遍較厚的沿海地區使用該種處理方法受到一定的限制[4]。

(3)CFG樁。CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結強度樁，與樁間土、褥墊層一起形成復合地基。其成樁工藝與碎石樁相近。

應用CFG樁處理客運專線鐵路地基，在地基中形成大量的混凝土樁體，有利于地基孔隙水排出及地基的固結，增強地基的抗液化能力;通過樁體置換，改善地基土結構，提高地基的強度、整體穩定性和承載力;通過CFG、樁間土及墊層組成整體共同起作用，當上部荷載小時，整體受力，當上部荷載大時，CFG樁承受大部分力，能均勻適用各種荷載作用，減小路基工后沉降[5]。是一種在高速鐵路工程建設中應用潛力很大的軟基處理方法。

3.2 排水固結法

(1)堆載預壓。堆載預壓方法是借助堆載使加固區形成超靜孔隙水壓力區，通過超靜孔隙水壓力的消散和有效應力的增長達到加固地基的目的。

堆載預壓施工可分為施工準備和軟基處理，施工準備包括清場、鋪設砂墊層、打設袋裝砂井或塑料排水板等。軟基處理需按地基強度增長規律填筑路堤。在高速鐵路施工中，一般需要進行超載預壓，并按卸載標準卸載等。但在工期、下臥層的固結沉降和路堤填筑過程中的穩定性等方面還有一些問期待未根本解決。

(2)真空聯合堆載預壓法。真空聯合堆載預壓加固軟基方法是從真空預壓和堆載預壓基礎上發展起來的新一代軟基處理方法，該方法利用抽真空使加固區內形成負壓區，不僅可以加快固結沉降速度，而且較好地解決了填筑路堤過程中的穩定性問題，縮短了填筑路堤的施工工期，是一種直得推廣的快速進行軟基處理的方法。

真空聯合堆載預壓方法的施工可分為常規堆載施工和抽真空系統安裝兩部分。其中抽真空系統主要包括真空管網、密封膜、密封溝、抽真空設備等幾部分。

根據有關現場路堤實際填筑試驗的結果表明，聯合預壓所產生的較大的豎向沉降量(或沉降速率)不是評價路基穩定和控制填筑速率的指標，但水平向外擠出位移(有正負值)仍具有實際控制意義。經驗表明，水平向外擠出位移不大于5mm／d(向外為正，向內為負)，仍可作為保證路堤填筑穩定性的控制指標。一般情況下，當膜下真空度維持在80～85kPa以上時，聯合預壓的時間為3個月，延長或縮短預壓時間應根據設計規定的卸載標準和現場的具體情況而定。

真空聯合堆載預壓方法在縮短施工工期、消除或減小工后沉降、減小土方工程量和提高施工質量等方面有諸多的優勢，已越來越多地受到關注。但該方法在理論分析與設計計算方面仍存在一些尚待解決的問題，在實際應用時也應注意考慮其適用的具體條件。

4 結語

(1)高速鐵路軟土地基在未經處理的情況下，總沉降量較大，給施工造成很大難度，須對軟土地基應用各種辦法進行處理，使工后沉降滿足設計標準。

(2)采用真空聯合堆載預壓法 由于真空產生負壓，使土體產生向內收縮變形，地基不會因填土速率快而出現穩定性問題。且真空可一次性施加，相當于超載80～90kPa。因此，與一段超載預壓法相比，真空聯合堆載預壓具有工期、加固效果上的明顯優勢。

(3)通過對軟基進行經濟有效的合理處理，確保路基作為軌道結構的基礎而必須具備強度高、剛性大、穩定性好和耐久性好，在運營條件下將線路軌道的設計參數保持在要求的標準范圍內。

[1]王炳龍,周順華,楊龍才.高速鐵路軟土路基工后沉降試驗研究[J].同濟大學學報,2003,31(10)：1163-1167.

[2]龔寅,李斌,何世秀,王飆.高速鐵路路基工后沉降預估與控制[J].湖北工業大學學報,2008,23(4)：78-80.

[3]張遠榮.京滬高速鐵路軟土路基允許工后沉降的研究[J].鐵道建筑,2000,9：24-26.

[4]萬為勝,章國輝.高速鐵路軟土地基處理及沉降控制研究[J].鐵道建設,2004,4：1-5.

[5]丁銘績.高速鐵路CFG樁樁板復合地基工后沉降數值模擬[J].中國鐵道科學,2008,29(3)：1-6.

[6]臧延偉,王炳龍.真空聯合堆載預壓加固高速鐵路軟基試驗分析[J].路基工程,2005,6：29-32.