高速鐵路工程浸水路基、地基施工技術研究

申清波

摘要：傳統的浸水路基、地基施工技術主要是運用在水塘分布較多的區域，但高速鐵路修建跨度區域大，容易受工程資金與居民生活環境限制，為此提出一種新型高速鐵路工程施工浸水路基、地基施工技術。合理選擇路基、地基填料，并施工過程中確保地基的內部穩定性，再填筑浸水路基、地基。設置路基、地基路面與地下水位之間的高度，確保其比干燥狀態下的臨界高度更大，從而完成高鐵工程的浸水路基、地基的施工。實例分析結果表明，使用本文設計的高速鐵路工程施工浸水路基、地基施工技術進行施工后，每個測點的路基路面高度均小于高鐵施工規定最大路基路面高度，由此證明設計的施工技術較好，能夠符合此次工程的施工需求。

關鍵詞：高速鐵路；基地；浸水路；施工

0? ?引言

采取科學合理的施工工藝，有利于提升路基、地基的施工質量。在施工過程中，施工單位要加強對施工現場的監控工作，并嚴格遵守相關的施工規范，從而對浸水路基基礎的施工質量進行全方位的提升，為列車的運行安全提供可靠的保證。

傳統的浸水路基、地基施工技術主要是運用在水塘分布較多的區域，但高速鐵路修建跨度區域大，容易受工程資金與居民生活環境限制。因此，本文對浸水路基結構穩定性進行分析，在不增加施工成本和施工難度的情況下，對浸水路基的地基進行優化，以提高施工質量和施工效率。

1? ?高鐵工程浸水路基、地基施工技術要點

1.1? ?選擇路基、地基的填料

1.1.1? 填料滲透穩定性分析

與其他路基、地基相比，浸水路基、地基除了要承擔其他地基所承擔的自重和物體荷載外，還會受到由水產生的浮力和滲透動水壓力的影響。在池塘和洼地路基礎上，由于水的浸潤而產生的水浮力較大，由于水位變化和水流速度等因素而產生的滲透動水壓力較小。對河灘和水庫路基而言，除受浮力作用外，還受滲透動水壓力作用，尤其是河灘和水庫路基作用更為明顯。

浸水路基、地基中的飽和滲透過程可劃分為兩類：一類是穩態滲流，即任一結點處的水頭不隨著時間而改變；另一類是結點處的水頭隨時間而改變的瞬態滲流。通常用達西滲流法與連續方程相結合的方法，求出路基內的含水量分布場。

為保證路基、地基填料的滲透穩定性，避免由于細粒損失引起的管涌災害，確保高鐵路基的長期使用，必須在工程施工過程中保證地基的內部穩定性。高速鐵路工程的填料滲透穩定性計算公式如下：

（1）

式中：K表示填料滲透系數，ρw為水的密度，n代表土體孔隙度，δ為水動力粘滯系數，g代表重力加速度。

1.1.2? ?路基結構的抗浮穩定性分析

填料內部穩定性較好，有利于防止滲流出口的局部水力坡降過大而造成流土破壞。如果填料水力坡降過大，則應采取相關施工措施，例如在滲流出口的上方安置一個排水覆蓋層，以使填料容許坡度比壩體外部水頭作用所產生的真實坡度更大。

地基換填施工由全斷面挖方取代，然后經過破碎處理的材料由挖掘機裝車，并通過自卸車進行運輸。按路基礎區段配齊施工機械，盡早完成凍結土層的挖掘作業。在此基礎上，采用4臺挖掘機，分別從路基兩端同時進行作業，一次挖出所有的飽和凍土。

在開挖過程中，要求施工人員強化對設計地質的核對。當出現地質不一致的情況時，要及時通知監理、設計和建設單位，對施工方案進行修改。基底碾壓結束后，應對其進行工程檢測，通過檢測后，應向監理工程師報告，并在現場進行驗收。驗收合格后，再進行下一步驟的施工。

若高鐵工程的路基、地基中的土質為砂、軟土，可以在路基的底部與擋水壩的下部放置一個全斷面的鋼筋混凝土的筏板。假設在壩體外部的水頭高度影響下，地基中沒有滲透物，而鋼筋混凝土筏基的底面只受靜水壓，頂面受路堤的自重。整個路基結構的抗浮穩定性的計算公式如下：

（2）

式中：Gk表示筏板的基礎上部的軌道結構與路基的自重，Nw，k代表筏板所受的浮力數值，Kw代表抗浮的安全穩定系數。

浸水路基為高速鐵路中重要的組成部分，其基底的穩定性的安全性決定了高速鐵路的正常運行。隨著計算機網絡技術的飛速進步，越來越多的有限元分析方法可用來進行浸水路基、地基的穩定性分析。

1.2? ?填筑浸水路基、地基路面

1.2.1? ?浸水路基、地基的水位變化分析

水位的變化能夠對浸水路基產生影響，雙側浸水路基的水位變化如圖1所示。單側浸水路基、地基的水位變化如圖2所示。

從圖1、圖2可以看到，對于浸水路基來說，水位的突然下降是最具有危害性的。在雙側浸水的情況下，隨著水位的升高，在土體剪切強度下降的同時，還會在兩邊形成一個向路基內部的水壓力，這對路基的穩定性有利。在水位下降過程中，土體兩側的滲流動水壓力會將土體中的細顆粒物質從土體中沖出，從而導致土體的破壞。

在單側浸水的情況下，當水位升高時，會產生一種有利于穩定的滲流動水壓力，同時滲流也會很大。當水位下降時，其與雙側浸水路基、地基的穩定性相似。

1.2.2? ?地下水位線的水力坡降

在對浸水路基、地基的路面進行施工時，可選擇放坡方式進行填筑，這樣既能將降到地基表面的雨水直接排放，又能防止地基長期積水，有效地防止地基的干濕狀況受到地下水的影響。

針對攔河壩外高水頭條件下的“浸水路基、地基”，在沉陷地基兩邊增設一條暗溝，可以使沉陷地基內的地下水得到很好控制。在此基礎上，以地下暗溝底部為基準，假定滲透水在水平方向上向地下暗溝流動，則地基土濕剖面即為一個垂直于滲透水方向的垂直面。

在路基中線位置，地下水位下降的影響最小。對等式兩邊分別積分，則單側暗水溝中的路基、地基的地下水水位線的降落高度的計算公式如下：

（3）

式中：W代表地下水的初始高度，y0表示暗水溝內的水位高度，r1代表了暗溝內側的邊界到垂直中心線的距離，r0為路基、地基中線位置到暗溝內垂直中線的距離。

路基、地基的基床干濕狀況與其力學性質有很大的關系。為了確保對車輛動載荷有明顯影響的基床表層處于干燥狀態，路基、地基路面與地下水位之間的高度應該比干燥狀態下的臨界高度更大。

2? ?實例分析

2.1? ?工程概況

新建鐵伊鐵路先行工程浸水路基分布在DK89+914.41-

DK93+600段內，一共分為7段，浸水路基施工范圍內表層為淤泥質土，而且易積水。

變更后設計情況如下：將地基挖至設計要求的地層后填筑0.6m厚片石（碎石填縫），片石與碎石的比例為7：3，片石頂部碎石厚度不宜小于0.05m，待片石填筑合格后，按照設計要求填筑凍脹不敏感A、B組填料（碎石類土），填至地面以上0.5m，其他按照正常路基施工方案施工。

線路經過低山丘陵邊緣及丘間沖積平原區，地勢起伏較小，相對高差10～30m，自然坡度10～30°。植被較發育，以喬木、灌木和雜草為主，多為林地。鐵路工程氣候分區為嚴寒地區。年平均氣溫在2.4℃，1月最冷，6～7月最熱。

2.2? ?施工要求

填筑期間，應嚴格控制填料的細顆粒含量及含水量（冬季施工應提前備料，避免填料含冰），保證填料的壓實質量以及防凍脹效果。路基基床以下路堤填筑，按照試驗段工藝參數及規范要求的壓實度標準分層填筑。鑒于路基屬于浸水路基，需在兩側坡腳設防凍脹保溫護道，護道寬3.0m，高3.0m，路基填筑時，保溫護道與路基本體同時施工。

此次工程施工地點的地質條件如表1所示。此次工程采用邊開挖、邊回填的形式，基坑開挖長度不宜過大。待碾壓片石形成工作面后，按照設計要求填筑凍脹不敏感料至設計標高。施工期間及時將路基基坑內的水，采用集中引排的方式排出基坑。

2.3? ?施工結果與討論

根據上述施工工程的概況以及準備，利用本文設計的高速鐵路工程施工浸水路基、地基施工技術，進行新建鐵伊鐵路先行工程浸水路段的施工。軟土地基橫斷面如圖3所示。

由圖3可知，路基的橫斷面的地基填筑較好，覆蓋完整，具有較好的抗壓能力，證明了本文設計的施工技術的性能較好。

為進一步獲取施工數據，使用檢測儀器對路基路面的高度進行測量，得到水平線上不同位置的施工效果如表2所示。

由表2的施工數據可知，使用本文設計的浸水路基、地基施工技術后，每個測點的路基路面高度均小于高鐵施工規定最大路基路面高度。由此可以證明本文設計的施工技術較好，能夠符合此次工程的施工需求，有一定的應用價值。

3? ?結束語

綜上所述，為解決浸水路基、地基面臨的諸多不利的工程技術問題，需弄清其內部含水量的周期變化規律，并結合土體的物理和力學特性指標的退化規律，開展浸水路基、地基穩定性分析，明確浸水路基的最壞失穩狀態。對于不良的工作狀態，可以采取一定的排水及加固措施，來確保路基的安全工作，以為其上路面結構提供有效的支撐。通過對浸水路基、地基含水量的周期變化特征的分析，判斷基底破壞的最不利條件，并提出相應的支護和排水對策，對解決工程施工的難點具有重要意義。

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