铁路工程中软土地基加固措施与边坡防护

王冰殷勇田永强

中图分类号：TU447

摘要：对软土地基的加固和对边坡的防护是铁路工程施工中的重要课题。本文对铁路软土地基的加固措施进行了研究，首先分析了对铁路工程软土地基的处理方法，接着论述了铁路工程边坡防护的方法。

关键词：铁路工程 软土地基 加固措施 边坡防护

0.绪论

近年来我国铁路建设开始进入高速发展时代。在过去的一年间，先后有多条新建铁路密集开工，遇到的不良地质条件迅速增多，特别是软土地基。高速铁路对工后沉降的要求极其严格，软土地基若不进行加固改良处理往往达不到规范规定的工后沉降限值要求。同时，我国客运专线控制路基的工后沉降及变形的技术已经比较成熟，而对边坡防护往往重视不够，虽然客运专线路基工程以低矮路基为主，一般情况下的病害并不会对路基的稳定性产生影响，但频繁的维护会耗费大量的人力物力，同时产生破坏的边坡也难与周围的环境相协调，不符合环境保护的要求。现今针对软土地基处理的方法较多，不同处理方法的适用范围、处理费用、处理效果、工期是不同的。目前对于软土地基这一处理问题上，一般来说主要有以下几种方法，如强夯、置换、加筋、压密注浆和复合地基等。如何经济合理地进行高速铁路软土地基处理，是高速铁路建设中面临的重大课题。

本文首先分析了铁路地基的处理方法，然后介绍了软土地基的加固技术，最后介绍了铁路边坡防护技术。

1.软土地基的处理

所谓软土，从广义上讲，就是指强度低，压缩性高的软弱土层。根据软土的空隙比及有机物质含量，并结合其他指标，可将其划分为软黏性土，淤泥质土，淤泥，泥炭质土及泥炭五类型（软土的物理力学特性如表2.1所示）。

表2.1软土类型及物理力学特性

软土通常指淤泥和淤泥质土，冲填土，杂填土，湿陷性黄土，膨胀土，土洞等。各类土的性质不同，各类地基处理方法的机理也不相同。因此必须了解软土的特性，掌握各种处理方法的加固机理，才能把地基处理得恰到好处，以最经济的手段达到预期的加固效果。我国地域辽阔，自然地理环境不同，土质各异，其强度，压缩性和透水性等性质有很大的差别。其中，有不少是软土或不良土，例如淤泥和淤泥质土，冲填土，杂填土，泥炭土，膨胀土，湿陷性黄土，季节性冻土，土洞等。在工程地质条件不良的场地上建造建筑物，或当遇有旧房改造，夹层，工厂扩建引起荷载增大，或深基础开挖和修建地下工程时，为防止出现主体失稳破坏，地面变形和地下水渗流等现象，也都要求对地基进行处理。

近年来国内外地基处理的技术迅速发展，处理的方法越来越多，但是，我们必须针对地基土的特性以及上部结构对地基的要求，有的方矢，因地制宜地选择处理方法。发展地基处理的技术，提高地基处理的水平，节约基本建设的投资。

土木工程建设中，不可避免地会遇到工程地质条件不良的软弱土地基，不能满足建筑物要求，需要先经过人工处理加固，再建造基础。处理后的地基称为人工地基。

地基处理的目的，是针对软土地基上建造建筑物可能产生的问题，采取人工的方法改善地基土的工程性质，达到满足上部结构对地基稳定和变形的要求。这些方法主要包括：提高地基土的抗剪强度，增大地基承载力，防止剪切破坏或减轻土压力；改善地基土压缩特性，减少沉降和不均匀沉降；改善其渗透性，加速固结沉降过程；改善土的动力特性，防止液化，减轻振动；消除或减少特殊土发不良工程特性。

近几十年来，大量的土木工程实践推动了软弱土地基处理技术的迅速发展，地基处理的新技术、新理论不断涌现并日趋完善，地基处理已成为基础工程领域中一个较有生命力的分枝根据地基处理的基本原理，基本上可以分为如表2.2所示的几类。

表2.2 地基处理方法的分类

物理处理 化学处理 热学处理

置换 排水 挤密 加筋 搅拌 灌浆 热加固 冻结

但必须指出，很多地基处理方法具有多重加固处理功能。

2.铁路软土地基的具体加固措施

对软土地基1米深范围内根据其特点可以采取以下加固措施：

1.换土垫层法：该工程软土上部没有硬壳，软土本身又比较薄，便于排水情况下，可以采用人工或机械开挖等方法全部挖除表层淤泥质粉质粘土（1m），填以强度比较高的渗水土，渗水土取自专门设置的取土场，处理方法不留后患，效果最好。同时，软土较厚处在路堤两侧可以设置木桩.板桩.钢筋混凝土桩或片石齿等，以限制地基的侧向变形。

2. 排水砂井法：排水砂井（如下图3.1所示）也是一种很好的提高软土地基强度的方法。它是利用各种打桩机具击入钢管，或用高压射水.爆破等方法在地基中获得按一定规律排列的孔眼，并灌入中.粗砂而成。由于这种砂井在饱和软黏土中起排水通道的作用，故称为排水砂井。砂井顶面应铺设砂垫层或砂沟，以构成完整的地基排水系统。软土地基设砂井后，改善了地基的排水条件，缩短了排水途径，因此地基承受附加荷载后，排水固结过程大大加快，进而使地基强度得以提高。用砂井加固软土地基，对于提高地基承载力是有效的。

3.化学加固（注浆）法：指在利用化学浆液，水泥浆液，粘土浆液，采用灌注压力，高压喷射或深层搅拌等手段，使浆液与土粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。注浆法是指利用一般的液压，气压或电化学法通过注浆液注入地层中，浆液以填充，渗透和挤密等方式，进入土颗粒间的孔隙中或岩石裂隙中，经过一定时间后，将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个强大，防慎性能高和化学稳定性良好的固结体。

注浆材料可以分为粒状悬浮浆液和液态化学浆液两类。

粒状悬浮浆液包括水泥浆，水泥粘土浆，水泥砂浆，水泥粉煤灰浆等。这些材料容易取得，价格低廉，无毒性，对环境无污染。但由于颗粒较粗，可灌性受到限制，对粗砂以下的土不易取得良好效果。液态化学浆液的种类很多，可以分为有机和无机两大类。这些材料易注性好，但一般价格较贵，都有毒性，易造成对环境的污染，其中水玻璃是无毒的，因此是常用的加固材料。注浆法可以减小地基土的透水性，防止流沙，钢板桩渗水以及改善地下工程的开挖条件，还可以提高地基承载力，减少地基的沉降量和不均匀沉降。

3.铁路工程中的边坡防护

3.1概述

路基在水、风、冰冻等因素下，经常发生变形和破坏，例如，边坡的表土剥落，形成冲沟以及滑蹋等。为了保证边坡的稳定性，处做好排水工程外，还必须采取有效的措施，对粘土、粉土、细沙、及容易风化的岩石路基边坡，进行必要的防护与加固。防护与加固的重点是路堑边坡，尤其是地质不良与水文地质不良地段的路堑、容易受水冲刷的边坡、不稳定的山坡更应该重视。防护与加固工程不仅可以稳定路基，而且可以美化路容，提高公路的使用品质，例如植物防护可以消灭施工痕迹，使景观协调，形成良好的视觉效果。路基防护与加固的方法，一般可分为坡面防护和冲刷防护两类。

3.2防护的一般要求

1.路基防护应按设计、施工与养护相结合的原则，深入调查研究，根据当地气候环境、工程地质和材料等情况，因地制宜，就地取材，选用适当的工程类型或采取综合措施，以保证路基的稳定。不要轻易取消或减少必要的防护工程措施，而给养护管理遗留繁重的工作量。

2.对于水流、风力、降水以及其他因素可能引起的路基破坏的，均应设置防护工程。在冲刷防护设计中，要综合考虑，使防护工程收到更好的效果。

3.在不良的气候和水文条件下，对沙土、细沙与易于风化的岩石边坡，以及黄土和黄土类边坡，均宜在石方施工完成后及时防护。对路堑边坡根据边坡岩层组成及坡面弱点分布情况考虑全面防护和局部防护。

4.对于冲刷防护，一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱的地段，可在沿河路基边坡设砌石护坡，以抵制水流的冲刷作用和淘刷。需要改变水流或提高坡脚处粗糙率，以降低流速、减缓冲刷作用，可修筑坝类构造物。

5.坡面防护一般不考虑边坡地层的侧压力，故要求防护的边坡有足够的稳定性，但护面墙可用于极限稳定边坡。

6.对高而陡的防护构造物，设计时要考虑设置便于维修检查的安全设施。

3.3铁路工程边坡防护的方法

1）种草

种草防护适用于边坡稳定，坡面冲刷轻微，且宜于草类生长的土质路堤或路堑边坡，用以防止表面水土流失，固结表土，增强路基的稳定性。经常浸水或长期浸水的路堤边坡，种草不宜生长，不宜采用此种方法。边坡上已经扎根的种草防护，可容许缓慢流水

（0.4～0.6m/s）短时冲刷。

2）铺草皮

路基坡面上铺草皮防护，其作用与种草防护相同，前者使用时要求当地有足供挖去使用的草皮地段，但在边坡较高陡和坡面冲刷较严重的地方，铺草皮比种草防护收效快。

我国大部分铁路位于冲积平原上，地形平缓，地表有机质含量较高，有草皮覆盖，并且路基全部是填筑的路堤形式，边坡坡度为1：1.5左右。适合采用平铺草皮的方法进行路堤坡面防护。填筑路基前先铲除地表草皮，对草皮人工养殖，待路堤填筑压实满足要求后，将草皮切成整体块状，移铺到坡面上，应自上而下铺设，并用竹木小桩将草皮钉在坡面上，使之稳固这种方法可以减缓地面水流速度，防止坡面冲刷，调节边坡土的温湿状况，美化路容，协调环境，是一种经济环保的坡面防护方法。

3）植树

在路基边坡上合理地植树，对于加固路基有良好的效果。也可和种草。铺草皮配合使用，使坡面形成良好的防护层。植树适用于土质边坡及严重风化的岩石边坡和裂隙粘土边坡。但对盐泽土，经常浸水及经常干旱的边坡及粉质土边坡不宜采用。植树的作用有：

(1)植树可以加强路基的稳定性。

(2)降低流速，防止和减少水流对路基的冲刷。

(3)植树能防风、防沙、防雪。

(4)植树可以美化路基、调节气候、并可获得部分木材，增加收入。

4）抹面与捶面

易于风化的岩石，如页岩、泥岩、泥灰岩等软质岩层的路堑边坡防护，可以用混合材料抹面。对于受冲刷的边坡和易风化岩石坡防护可用混合材料捶面。抹面或捶面的边坡坡度不受限制，但不能承受土压力，故要求边坡必须是稳定的，坡面应该平整干燥。常用的抹面材料有石灰炉渣混和灰浆、石灰炉渣三合、四合土及水泥石灰砂浆，常用的捶面混合材料有水泥炉渣混合土、石灰炉渣三合、四合土。

5）砌石护坡

对缓于1：1的各种土质、土夹石及岩质边坡，坡面受地表水流冲蚀产生冲沟、泥流、小型表层溜塌，均可采用砌石护坡防护。为了节省片石及水泥，最常见的是浆砌片石骨架护坡或混凝土骨架护坡，其内铺草皮或三合土，四合土捶面代替浆砌片石或混凝土。如草皮和捶面护坡一脱落，也可用方格形或拱形的浆砌片石骨架进行加强。

4.结论

随着我国铁路体系的发展，铁路工程中复杂地质环境施工越来越多，其中软土地就是一种。本文主要研究了铁路工程中軟土地基的加固措施以及软土质路堤边坡的加固防护形式。研究软土地的铁路施工对提升铁路整体工程质量、减少维护费用具有重要的意义，希望本文能够对这方面的研究起到一定作用。

参考文献

[l]周宏业，何邦横.京沪高速铁路技术方案可行性研究[J].中国铁路，1993，(l0):56一60.

[2]刘世奇.植被护坡技术及综合防护体系研究.中国科学院武汉岩土力学研究所硕士论文，2004.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。