重载铁路软土路基加固处理技术的应用

摘要：本文简要介绍重载铁路工程软基处理技术的应用，包括碎石桩施工处理技术、水泥搅拌桩施工处理技术、多向搅拌桩施工处理技术、土工合成材料加筋垫层、塑料排水板施工处理技术等。展望了软土路基加固处理技术在我国重载铁路工程不良地质中的应用及今后发展方向。

关 键 词：重载铁路 路基加固处理 技术应用

一前言

近年来随着我国高速铁路建设进入飞速发展的时代，以及我国自然资源分布不均的特点，特别是煤炭运输等资源，通过铁路运输是相对较经济合理的，为此国家开工建设了我国首条重载铁路以及拟建设的蒙西至华中北煤南运大通道，这些铁路建设大部分建于我国经济发展较快的东部地区，并辐射至内蒙及山西等黄土高坡、冲击平原及丘陵地带，以上地区的工程地质，有很多为淤泥粉土、淤泥粉质粘土和淤泥砂类土，属于饱和压实的软粘土。沿线裂隙水量较丰富，水位埋深较大；沿线部分地段断裂构造较发育，且规模大，延伸远，断裂构造带水文地质条件复杂，补给源远、水量大等特点，在这种地形、地貌及地质和水文等自然特征条件上修建重载铁路，必须对路基进行加固处理。

目前我国软土地基处理技术逐渐成熟，较长使用的地基处理方法有高压旋喷桩、碎石桩、灰土挤密桩、浆体喷射搅拌桩、碎石垫层、土工合成材料加筋垫层等。从发展趋势及理论研究来看，地基处理在应用上从解决一般工程地基加固向解决各类较软、深厚、重载等大型工程地基加固方向发展；从提高地基承载力与稳定性为目的向以解决基础过大沉降和不均匀沉降为目的方向发展；在加固技术发面，各类施工方法不断以现代新技术、新材料充实和改进施工工艺，向实用有效、随土质和加固要求而定，做到可控、可靠、保证质量、效益有效方向发展；在设计理论和施工方法方面，在大量工程实践基础上，修正了地基处理的设计规范和地基处理的验收标准，推动了地基处理技术的应用。根据工程的施工技术要求，已不限于单一方法处理，如液化土路基采用的抗液化措施加固处理技术（碎石桩与碎石垫层夹土工格栅综合运用）等。为便于推广应用，本文着重对重载铁路工程中软土地基加固技术做简单介绍。

二液化土路基地基抗液化加固处理技术

液化土路基地基抗液化加固处理技术是近年来我国自主开发的新技术、新设备和新工艺。此项地基处理技术吸收碎石桩、碎石垫层、土工合成材料加筋垫层等加固技术的优点。该项加固技术，桩直径0.5m,强度高，有效加固最深达14m，施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制、监管，单桩承载力达156KN,造价相对较低。该方法采用振冲置换间断填料法施工，间断填料法即成孔后将冲振器提出孔口，直接往孔内倒入碎石填料，然后再下降振冲器使填料振密，每次都这样反复进行。具体方法是制桩采用“间隔跳打”的施工顺序以减少对地基土的扰动，并做好每根桩的详细记录，包括时间、高程、填料量、密实电流值和留振时间，特别是需要做好填料量、密实电流值和留振时间三个指标的控制。填料量、密实电流和留振时间三者是相互联系和相互制约的。只有在一定的填料量情况下，才可能保证达到一定的密实电流，而这时也必须要有一定的留振时间，才能使填料挤紧振密。进而使得单桩复合承载力达到设计要求。为保证桩与原状土共同承担荷载，在桩顶铺设碎石垫层夹土工格栅，使桩与桩间土和碎石桩联合处理以满足重载铁路设计复合地基承载力。

抗液化加固处理技术在重载铁路、客运专线、高铁等铁路工程软基加固中的使用，将有助于解决铁路工程中遇到的不良地质，相对节约工程成本，提高工程质量，提供更好的前景。这里仅介绍碎石桩、碎石垫层、土工合成材料加筋垫层在软基工程加固中的综合运用施工技术特点。

1）施工适用性。此抗液化加固处理技术适用于粉质黏土、粉土且原状土的承载力小于120kpa,处理深度可达4～15m左右，桩身强度较大，现场工艺成桩试验并确定参数后，可进行大面积施工。相对于粉喷桩等其他加固技术的施工质量来说，碎石桩质量高，且固结性好，满足重载铁路复合地基承载力。

2）施工质量控制。此项技术施工工艺较简单，现场进行成桩试验确定参数后，即可大面积展开施工。过程清晰，便于质量监督管理，随时根据施工过程中原地面下沉或隆起情况核减碎石填筑数量。可操作性强，随时检查成桩记录及碎石垫层的厚度，现场质量得到有效控制。

3）桩基检测。对粉土、沙土等工程地质，一般间隔7天后，即可进行地基加固效果检验和施工质量检验。加固效果检验采取单桩复合地基承载力检验，检验方法为平板荷载试验。施工质量检验，采取单桩载荷试验，对桩身密度检验采取圆锥动力触探方法检测（N63.5）；对桩间土的检验，采取标准贯入静力触探检验。此类检测方法为普通铁路软基处理时较常用的检测方法。对重载铁路来讲，只是相对应的检测技术标准有了提高。可操作性强，容易掌握，达到工点设计要求的承载力。

4）加固效果。采用过梅花等边三角形布置方式，系群桩基础，沉降、位移得到有效控制，大大提高了路基的承载力。同时土工格栅垫层具有一定的抵抗水平拉力能力，并提供较大的抵抗滑动之拉力，从而抗滑稳定性。有效地限制和减小地基的侧向位移，也使得竖向沉降随之减小。

5）经济比较。以中南铁路通道15标作为选择参考对象，本标段沿线所处地貌单元为黄河冲积平原，工程地质主要为第四系冲洪积层，主要为粉土、粉质粘土和砂类土，局部地段下伏为第三系泥质砂岩、页岩等，水文地质沿线部分地段断裂构造较发育，且规模大，延伸远，断裂构造带水文地质条件复杂，补给源远、水量大。鉴于以上工程地质特点，若采取大面积挖除换填或以桥代路的施工方法，造价会很大，也不符合设计理念及投资要求。因此对部分地段采用碎石桩、土工格栅垫层等综合地基处理技术，无论从安全性、经济性、效益性进行对比，更符合设计要求，也符合投资要求，且更利于施工过程中的质量控制。

三水泥搅拌桩与土工格栅碎石垫层综合运用施工技术

深层水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基将软土或沙等和固化剂强制拌和，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高软土地基的复合承载力。施工方法简单，可不需降地下水措施，对地基土无较大的振动，机械噪音较小。该方法在普通铁路软基处理加固方面有比较成熟的经验，在我国重载铁路的软基加固处理中也必将会更加成熟且效果会更显著。其加固软基作用有：适用性和成熟性，桩体整体性，挤密固化性。其工程技术特征有:

1）适用性和成熟性。适用于加固深度小于15m的软土地基。试桩工艺性在普通铁路（设计时速）中已比较成熟，试桩合格后可大规模施工，在重载铁路中可操作性强，监管有力，质量有效可控。

2）桩体整体性。桩体呈梅花等边三角形形布置，水泥搅拌桩与桩间土形成整体大大提高了单桩承载力，达到设计的单桩荷载。与土工格栅碎石垫层综合处理更有效提高了复合承载力。更能发挥桩的侧阻力，有效减小侧向位移并增加抗滑稳定性。进而减小工后沉降。

3）挤密固化性。深层水泥搅拌桩是通过深层搅拌机械配置自动计量装置均匀、连续搅拌用水泥作为固化剂，使桩间土得到挤密固化，且水稳定快，经固化后原状土的含水量、空隙比、压缩系数均有所减小，与土工格栅垫层共同使重载铁路软土路基的复合地基承载力和单桩承载力有所提高，并满足每个工点设计要求承载力。

四塑料排水板与土工格栅砂垫层综合运用施工技术

塑料排水板与土工格栅砂垫层是软土地基处理的综合施工技术，是通过IJB-16型插板机或打桩机改装的简便插板机，在软土地基中插打塑料排水板形成竖向排水通道，并通过土工格栅砂垫层形成水平排水通道。通过路基荷载作用，使软土地基中的孔隙水，通过排水板及土工格栅砂垫层排出，致使地基固结，地基沉降，进而增加地基承载力的地基处理技术。在重载铁路地基处理中再进一步得到应用，施工技术标准将会再提高。这里仅介绍其主要特性及技术要求：

1）土工格栅砂垫层有效地限制和减少了因路基荷载对地基的侧向位移，其水平约束力增强了地基的抗滑稳定性。

2）地基承受到不均匀压力或地基产生不均匀沉降时，对所承受的压力进行调整。

3）具有隔离作用，使软土、砂垫层及路堤隔离，保证垫层的连续性，施工工艺简单，质量可控，监管有力，插打时对原状土破坏性小。

4）塑料排水板插打入土深度以穿透淤泥层为准，实际打入深度不得小于设计深度。其顶部插入砂垫层为0.3m，并严格控制填土速率，做好水平位移的观测。

5）通过路基荷载作用，大大减少了重载铁路运营后的工后沉降，提高了地基复合承载力及工后稳定性。

结束语

当前地基处理发展正处于新的水平，关键反映在机械、材料、设计计算理论、施工工艺、施工现场监测技术人员的整体水平和多种地基处理方法的综合应用。如碎石桩与土工格栅碎石垫层的综合处理技术，既加速了地下水的排出及软弱底层的固结，也极大提高了地基复合承载力；深层水泥搅拌桩与土工格栅碎石垫层的综合处理技术，通过水泥的固结作用加速了软弱地层的固结，同时大大提高了地基复合承载力；塑料排水板与土工格栅砂垫层既加速了地下孔隙水的排出，又极大提高了地基复合承载力。以上几种综合地基处理技术大大减小了重载铁路的工后沉降问题。实际上任何一种地基处理施工方法都有其适用范围和局限性，只有根据所加固工程的特性、地质条件、环境情况和施工条件等因素，因地制宜选择一种或综合运用几种地基处理方法，才可能取得较好的技术经济效益。

参考文献：

铁道部《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB10414-2003）

《铁路路基工程施工安全技术规程》（TB10302-2009）

《客货共线铁路路基工程施工技术指南》（TZ202-2008）

《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）

《铁路工程基桩无损检测规程》（TB10218-99）

《铁路路基土工合成材料应用技术规范》（TB10118-99）

作者姓名：张乐华所在单位：中铁十局中南铁路通道ZNTJ-15标项目经理部

出生年月：1973年7月籍贯：济南性 别： 男现技术职称：工程师。

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