堆载预压施工工法在高速铁路施工中的应用

吕霄华

（黑龙江中铁建设监理有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150006）

目前客运专线基础设施设计速度目标值一般为350km/h，并且采用无碴轨道结构，为了满足列车高速运行对轨道高稳定性、高平顺性和安全性的要求，路基工程要求以控制工后沉降和解决列车高速运行所带来的空气动力学效应的影响。在部分路基地段为了加快地基土沉降变形，减少路基运营后的工后沉降，采用堆载预压的方法对路基进行处理。

1 工法特点

1.1 堆载预压法是目前高速铁路工程中行之有效、广为使用的方法。预压荷载可根据工程的类型、材料来源、施工场地及经费开支等条件，选择预压材料。

1.2 对于路堤等工程，可以利用填筑体本身作为预压材料。

1.3 在进行堆载预压工程中对路基进行沉降观测，路基沉降速率必须控制在设计范围内。

2 适用范围

该法适用在持续荷载下，对于土体体积会发生很大的压缩、抗剪强度也会逐渐增长而且又有足够时间进行固结压缩的软土地基以及适用于处理淤泥质土、淤泥和充填土等饱和黏性土地基。

3 施工工艺

3.1 基本原理

预压法即是在建（构）筑物建造之前，在建（构）筑物场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成和提高地基土强度的方法。在施加荷载时，由于软土中的土颗粒骨架和孔隙水应力共同承担来自上部所附加的由静载产生的垂直应力。随着应力的增加孔隙水沿三个方向移动，一个是沿着垂直向上的排水通道（如塑料排水板或砂井）排出，另外两个方向是排向加载区的两侧。孔隙水应力随着时间的推移逐渐减少，而土颗粒骨架承担的应力越来越大，随着应力的增大，土颗粒间隙也被压紧，间隙缩小即产生沉降，直至间隙完全消失，土粒完全密实，从而软基得到了加固，在持续荷载下，对于土体体积会发生很大的压缩、抗剪强度也会逐渐增长承载能力也就得到了大幅度提高。其原理如图1所示。

图1 堆载预压原理图

3.2 施工工艺

堆载预压施工工艺流程见图2。

3.3 施工要点

图2 堆载预压施工工艺流程图

某工程路段设计堆载预压高度为2.0m。路堤填完成后堆载预压设计时间以9个月。路基填筑施工至基床表层底面后，铺设土工布，按设计堆土高度，分级堆载预压土方，每级堆载完成经监测达到沉降稳定，继续加下一级堆载，预压期限达到设计规定期限且工后沉降经分析评估满足控制指标要求后，经批准清除预压土及土工布，将基床底层表面整理干净，并采用重型机械追密碾压后再填筑基床表层。

备土：根据设计堆载预压地段长度和堆载高度，确定堆载取土场。

铺土工布：基床底层顶面清扫干净，铺土工布。

分级堆载：堆载高度按照30cm一层进行施工，分级加荷的堆载高度偏差不应大于本级荷载折算堆载高度的±5%，且最终堆载高度不应小于设计总荷载的折算高度。

分级沉降观测：每级加载后，观测沉降，控制沉降速率。每级沉降稳定后，加下一级荷载。直至预压期满足设计期限，且沉降趋于稳定。

沉降分析评估：将观测资料汇总，进行分析评估，确认工后沉降满足设计要求。

卸载：沉降观测和沉降分析评估资料满足设计要求后，由建设单位组织设计、监理、施工单位共同研究确定卸载时间。

4 堆载预压主控项目

4.1 堆载预压填筑过程中同步进行地基沉降与土的侧向位移观测。堆载预压土的填筑速率符合设计要求，保证路堤安全、稳定。

检验数量：施工单位全工点检验。监理单位按施工单位抽样的20%见证检验。

检测方法：观察、测量

4.2 堆载预压的加压量和加压时间满足设计要求。

检验数量：施工单位按设计要求进行检验。监理单位全部见证检验。

抽检方法：水平仪、经纬仪测量，尺量，实测预压土的密度并计算各抽检段的预压荷载。

5 总结

5.1 质量控制

路基的宽度控制。由于路基在堆载静压下，排水固结后，路基沉降数值较大，因此路基的填筑宽度应能保证在路基沉降后的断面尺寸达到设计要求。其填筑宽度B应按照下述公式计算：

B=x+h.a+0.5

其中：B-填筑宽度，m；x-路基设计宽度，m；h-沉降值，m；a-边坡坡率。

路基预压宽度示意图见图3。

图3 路基预压宽度示意图

5.2 堆载预压的速率控制

上载时应掌握分步进行的原则，不能盲目进行，否则将可能导致破坏，填土上载过快能使路段整体滑动。一般情况下，每天加载压实厚度不超过30cm，并对路基沉降及侧向位移进行观测，必须保证路基中心位置沉降不大于10mm，侧向位移不大于5mm。如果沉降量或位移有一项数值超出，应立即停止加载，待路基稳定后才能继续施工。特别是当加载到临界荷载时，填土应应特别小心，密切注视沉降量和侧向位移的变化值。

5.3 堆载预压结束时地基固结度的计算及处理方法

S=SE+SC+USCB

式中

SC-在工作荷载作用下原天然地基固结沉降量，可采用分层总和法计算；SE-预压荷载卸荷时地基回弹量，数量较小；SCB-在预压荷载作用下原天然地基固结沉降量，可采用分层总和法计算；U-预压荷载卸荷时地基达到的平均固结度。

若工后沉降不能满足要求，可通过延长堆载时间以增加平均固结度或增大预压荷载，均可达到减小工后沉降的目的。

5.4 沉降观测的控制

5.4.1 测点的布设：根据软基处理长度及地质情况，布设一定数量的沉降观测点，测点应能代表一段路基整个地质及沉降情况。在地质情况变化的地段要加设观测点。当路基基底或下卧压缩层为平坡时，路堤主监测点设置在线路中心；当地表横坡或下卧土层横坡大于20%时，在填方较高侧或压缩层较厚侧增加监测点。路基底沉降与路堤本体沉降的监测点，一般布置于路基基底和基床底层顶面。软土及松软土路基填筑时，沿线路纵向每隔30～50m在距坡脚外2m处设置位移边桩，以控制填土速率

5.4.2 沉降观测：在观测过程中应严格保护好沉降杆，防止撞坏或其他干扰；观测应由专人负责，观测外业结果要长期保存，并认真记录，如实反映，最后汇总，为分析总结之用。

5.5 安全控制措施

建立健全安全生产规章制度，严格按照安全操作规程进行施工，施工时安排专人统一指挥，统一调度。对于汽车司机、压路机、挖掘机等司机进行岗前培训，树立他们的安全意识，加强安全教育。堆载预压填土加载施工过程中，应密切注意路基的沉降和侧向位移的变化量，以防止路基滑动，确保路基施工安全。

6 结束语

堆载预压施工工法近几年在高速铁路的施工中应用越来越广泛，在施工过程中必须严格按照设计和既定的方案组织，严格遵守相关规范要求进行施工。实践证明，它能有效减小工后沉降，确保高质、安全的完成高速铁路的施工。

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