高铁建设对软土路基的加固处理分析

高博

【摘要】从全国范围来看，经济发达的城市主要分布在我国东南沿海、长江三角洲以及平原地区，这些地区大部分分布着含水量高、压缩性大、强度低、透水性差、覆盖层厚、埋深浅的弱土层。在路堤荷载作用下，软土路基很容易发生承载力不足、沉降量大、不均匀沉降大和固结完成时间长等问题。因此，在软土路基上修建铁路，需要解决的关键问题就是满足路基的稳定性和沉降控制。因此，软土地基的处理势在必行。本文分析了软土路基加固处理的必要性，介绍了几种常见的软基处理技术，并以实际工程为例分析了PCC在高铁软基处理中的应用。

【关键词】高铁；软土路基；加固处理；PCC

一、软土路基加固处理的必要性

从我国现有高铁施工情况来看，软土地基处理运用较多，不管是京津高铁还是武广高铁以及沿海高铁都应用了软土处理技术。目前的高铁施工地区多为经济发达地区，对高铁的需求非常突出。软土在我国分布广泛，具有含水量高、压缩性高、孔隙比大、承载力低、抗剪强度小等特点，且易受荷载、排水、时间等条件影響。软土自身的复杂性及高速铁路工后沉降控制标准的严格性，都要求我们必须做好软基处理工作。

二、高铁建设软土路基的加固处理方法

（一）管桩法

管桩法有碎石桩、水泥搅拌桩、高压旋喷桩、柔性桩（半刚性）复合地基，以及CFG桩、素混凝土桩、高强度预应力管桩等。不同的方法应用范围与加固深度不同，搅拌桩处理深度一般控制在15m以内；高压旋喷桩控制在30m以内；CFG桩控制在30m以内；沿海铁路预应力管桩最大处理深度达到了48m。 这里重点介绍一下砂石桩法与PCC桩法。

1、砂石桩法

碎石桩和砂桩总称为砂石桩，又称颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的砂石所构成的桩体。

砂石桩的加固机理：在松散砂土与粘性土中有所不同的，在松散砂土中主要是发挥砂石对软土的挤密作用、排水减压作用、和砂基预振效应，而在粘性土中主要是对软土（特别是饱合软粘土）的置换作用。砂石桩法加固期短，可以采用快速连续加载方法施工路堤，设备简单，工作面可以加大，对缩短工期十分有利。

2、PCC

PCC又称作振动沉模现浇混凝土管桩技术，它吸收了预应力管桩和振动沉管桩等技术的优点。该管桩桩身强度高，直径大，有效加固深度可达30m以上，施工工艺简单，可操性强，便于质量控制、监督，单桩承载力高而造价又相对较低。振动沉模大直径现浇管桩复合地基新技术具有承载力提高幅度可调范围大、变形模量高、桩体质量及耐久性有保障等特点，且有效地降低了基础处理成本。

（二）置换法

利用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土体，形成双层地基或复合地基，达到提高地基承载力、减少沉降的目的，包括挖除换填法、抛石挤淤法、强夯置换法等，是铁路路基浅埋型软土处理的常用方法。一般处理深度不大于2m，最大处理深度不大于3m。强夯置换法主要用于石料来源丰富的山间谷地相软土处理，处理深度一般控制在8m以内。

（三）排水固结法

塑料排水板是一种复合土工材料，由芯板和滤膜组成，其加固软土地基的机理是在软土地层中按一定的间距和布置形式打设塑料排水板，在软土中形成竖向排水通道，加速排水，特点是单孔水断面大，排水畅通、质量轻、强度高，耐久性好。当软土层较厚，路堤较高时，常用塑料排水板法加速固结沉降。

（四）加筋土法

通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等达到提高地基承载力，减小沉降，或维持建筑物稳定的地基处理方法称为加筋法。加筋在地基土中埋设强度较大的土工合成材料、钢片等加筋材料、使地基土能够承受抗拉力，防止断裂，保持整体性，提高刚度，改变地基土体的应力场和应变场，从而提高地基的承载力，改善地基的变形特性。该方法适用于软弱土地基，填土及高填土、砂土等。

（五）注浆法

就是用压送设备将具有充填和胶结性能的浆液材料注入土层中土颗粒的间隙里，图层的界面或岩层的裂隙内，使其扩散，胶凝或固化，以增强土层强度，降低地层渗透性，防止底层变形和进行托换技术的地基处理，处理深度较浅。

三、PCC在高铁软土路基处理中的应用

（一）工程概况

我国东北某地区高速铁路某合同段（K406+000-K424十000），全段长18km，其中K406+000～K408+200中2 .2km，地层结构为素填土和耕植土。地表及地下水质对混凝土均无腐蚀性，地下水位在地表下3m处。同时该段地下永丰富，水位较高，低洼处地表积水，地基承载力只有60-lOOkPa.属不良地质地段。本段采用PCC桩进行软土加固。本工程中PCC桩设计桩径（外径）1.Om，管壁厚度0.12m，设计桩长为10、12、14m 3种类型，桩身混凝土设计强度等级为C15，设计桩间距3.0m，呈正三角形布置，桩顶设置50cm厚碎石褥垫层。PCC桩设计单桩承载力>480kN，复合地基承载力≥160kPa。

（二）PCC桩加固数值模拟分析

1、材料本构和计算参数的选取

桩和土工栅格均采用线弹性模型.横型中填土、垫层、地基均采用邓肯一张非线性弹性模型。桩身混凝土强度为C25，弹性模量为28GPa，泊松比为0.17，垫层中间插入的土工栅格刚度Ek×t=1000kN/m，泊松比为0.45，t为土工栅格的厚度。桩土摩擦系数取0.3。边界条件：底边为两个方向约束，左边为对称边界，右边路基土控制水平方向约束。

2、计算结果

经分析，在软土路基没有有经过PCC桩处理时，路基位移沉降分布凰主要集中在加载路堤的下面，且呈“盆”状。土体在竖向的位移变化由于土体自身固结变化比较大，最大值达到0.21m；经过PCC桩处理的整体位移分布更为均匀，且最大值为0.048m。以此可以看出，由于PCC桩的参与，打破了原有土体的应力分布，使和桩身接触的大部分土体得到加固，降低了位移沉降，很好的对软土路基进行了加固，大大提高软土路基的整体稳定性，同时也满足高速铁路安全行驶的需要。

（三）施工要点

1、桩位放样

根据设计文件和技术交底所确定的坐标控制点和水准点进行桩位放样，采用经纬仪定出桩位。用消石灰作出桩位的圆形标记，圆心位置用小木桩标记，并注意保护所作标记。

2、桩机就位

桩机就位时，要对桩机的水平度和导向架的垂直度进行调整，桩机的垂直度以桩塔的铅垂线进行控制，使桩管在自由状态下对准桩位，垂直度偏差应≤1%；水平度用水平尺进行控制，水平度误差应<1%。

3、活瓣固定

固定活瓣应在桩机就位后，用铁丝固定活瓣，固定活瓣用铁丝为标准12号。其松紧程度宜以活瓣不外张为宜，不宜过紧。固定活瓣的铁丝应在活瓣桩尖进入土中lOom时予以解除。

3、沉管至桩底

利用沉管自重或钢丝绳加压将沉管压入土中一定深度，然后开动振动锤起振沉管至设计桩深。

4、灌注混凝土至管顶

在灌注桩身混凝±之前，应根据工程施工经验。结合地质报告预估充盈系数，计算投料体积，制定分批投料计划。灌注混凝土至桩顶标商，如桩顶离自然地面较近，需拔管超注时，应注意不宜拔的过高，应以控制在桩需注入的混凝土方量为限。

5、振动拔管

沉管灌满混凝土之后，先振动再拔管，在拔管过程中。应分段添加混凝土.保持管内混凝土面始终不低于地面或高于地下水位l-1.5m以上。

移机重复复上述步骤.进行下一桩的施工。

参考文献

[1]黎爱清.CFG桩加固某软土路基的病害分析[J].铁道标准设计，2012年6期.

[2]程勋.高压旋喷桩加固高速铁路软土地基[J].黑龙江交通科技，2011年10期.