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浅谈铁路软土路基处理技术

2013-02-26易勇

价值工程 2013年3期
关键词:建设施工土质软土地基

易勇

摘要: 软土地质严重影响我国铁路运输的安全,为了提高铁路运输的质量,确保运输货物和人员的安全,笔者结合多年的铁路施工经验,并引用相应的专业理论常识,提出了缓解软土对铁路危害的基本措施和方法,以供同行参考借鉴。

Abstract: Soft soil affects the safety of China's railway transport seriously, in order to improve the quality of rail transport, ensure the safety of the transport of goods and people, the author combined years of experience in railway construction, and refered to the appropriate professional theoretical knowledge, proposed the basic measures and methods of remiting the hazard of soft soil on railway, for reference.

关键词: 软土地基;建设施工;水分;土质;技术

Key words: soft ground;building construction;moisture;soil;technology

中图分类号:U21 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)03-0034-02

0 引言

软土是针对正常土质而言的一种极容易变形的特殊土质,沿海地区为软土的广泛分布区域,而内陆地区由于湖泊和河流的分布比较广泛,因此软土的分布面积也相对广泛。由于软土容易变形,而且其对于重力的承受能力相对有限,所以给铁路的施工建设带来了一定的难度。随着铁路施工设备的不断改良,以及铁路施工技术的进步,目前已经形成了相应的软土路基处理技术,下面对其进行简单介绍。

1 软土地基在铁路工程中造成的危害

以往的铁路施工建设经验表明,软土的铁路工程危害主要是主观导致,一方面,设计人员没有进行细致全面的实地考察,对存在软土的路段没有进行标注,甚至是忽略不计;另一方面,受到设计人员专业知识以及工作态度的限制,设计人员没有对软土路段进行科学的处理,因此,软土地基铁路建设施工不仅埋下了铁路安全隐患,同时也给周边的建筑带来了危害。

按照软土成因以及土壤的成分可以进行两种分类,首先,按照成因的差异可以分成滨海沉积、河滩沉积、湖泊沉积、沼泽沉积和谷底沉积五类;按土质分为有机质土、腐殖土、粘性土、粉性土及泥炭五种;此外,按塑性指数不同又分为粉土、粘土和粉质粘土。性质、分布不同的软土其属性也存在差异,对于重力的承受系数和透水系数等都存在较大的差异。所以,只有施工建设人员对软土路段进行科学的勘查,在获得资料基础上进行相应的处理,才能保证软土路基的基本质量。

软土地基常见工程问题主要如下述:

①地基承载力问题:由于软土的透水性强,且土质疏松,因此其重力承受能力就相对较弱,在路基建成投入使用之后,铁路运输将会对路基造成一个强大的压力,达到软土承受极限时,路基的局部就会出现轻微塌陷或者下降,若不进行及时地处理,塌陷程度会加深,影响铁路的正常使用。

②沉降、水平位移问题:出现铁路路基沉降之后,路基的其他设施也会出现相应的位置移动,而铁路的建设施工过程中路基是严格按照火车的匹配数据建设的,位置移动导致现有的路基数据值出现变动,给火车的正常运行带来了障碍。

③不均匀沉降问题:受到地形和路段等因素的影响,不同路段的路基承受重力系数不一,即使同一路段,由于位置的差异,重力承受系数也可能存在较大的差异,因此在相同软土地质条件下,承受要求能力高的路段或区间它的沉降度也就高于承受重力系数小的路段或区间。不均匀沉降的直接危害就是火车发生颠簸,不均匀现象严重时将导致火车运行中出现侧翻。

综合变形方面工程特性,又可概括为下述三方面:

①变形量大:相对于正常土质而言,软土中有机成份含量高,而且多临近湖泊,海洋,河流等,受到空气流通和地下水流通两个层面的影响,其内部含水量远远超出正常土壤的水分含量,大量的水分存在使得土壤颗粒间的缝隙加大,因此极易压缩。②压缩稳定所需的时间长:软土颗粒组成以粘粒为主,单个孔隙很细,因此渗透性很低。在路基投入使用之后,虽然受到重力的挤压,但是软土内部的水分排出还是缓慢而且困难的,在长时间的水分排出过程中始终伴随着不同程度的路基沉降和位移,这个过程是缓慢的,周期长,具体的时间又与软土的含水量,路段的单位时间内火车通行数量和性质等相关联。因而,压缩稳定的周期长,少则几年,多则几十年不等。在漫长的压缩稳定时期,为了确保火车的通行安全,铁路维护人员需要进行定期的检查和维修,这将带来大量的人力、物力以及设备费用的消耗。③侧向变形较大:由于土壤的内部结构不紧密,而且存在大量的水分,因此,软土的路基最容易发生侧向的变形,另外即使在同一路段,软土路基的侧向变形程度也远远高于竖向变形程度。侧向变形之后的路基与铁轨的初始数据不能匹配,因此极容易在火车运行过程中出现脱轨现象,安全隐患大。

2 常用软土地基处理技术

科研人员在大量的实际勘探数据基础上,进行了多年的技术研究和分析,引进国外的先进设备和施工技术,并结合我国特殊的铁路建设运输国情,总结出相应的主要软土地基处理技术,用于全面提高软土地基的基本质量。目前主要的处理技术主要包括:置换、挤密、夯实、胶结、排水、加筋等。地基的的建设施工使用材料和建设施工方法的不同,导致路基的实际情况存在差异,因此,虽然上述办法都是经过研究和实践表明的科学处理办法,但是在具体的选择过程中有必要结合实际,选择经济价值和社会价值都相对较高的办法。需要提出的是,同一软土路基可以选择多种处理办法。由于我国的幅员辽阔,部分火车途经的路段土壤条件极其特殊,因此,在国内,主要的软土路基处理技术可以概括为:强夯法、换填法、排水固结法、灌浆法、复合地基法等。另外,近年来,借鉴楼层建设的施工经验,铁路路基建设又引进了钢筋混凝土桩网结构,下面将对这几种技术进行系统的介绍。

2.1 强夯法 强夯法又名动力压实法或动力固结法。该种方法操作原理简单,主要是通过加大重力来缩短软土的稳定周期,减少后期的路基变形系数。具体的操作方法是,在软土路基建设过程中,运用升降机,重复升降重力锤,反复敲打软土路基,通过重力的突然加大,加快软土路基的水分排出速度,加强路基的稳定性。由于这种办法操作简单,经济耗费低,所以是目前软土路基建设工程中普遍采用的一种方法。但是,该种办法具有一定的使用局限,通常来说强夯法适用于低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土等地基。虽然在高饱和的软土地基路段也存在施工建设成功的案例,但是通过数据调查,表明失败的数量远高于成功的数量,为此,笔者建议在高饱和的建设施工环境下,不选用强夯法。当然通过高饱和与低饱和的转换,仍可采用该种办法,饱和度转换的主要途径是在饱和软黏土中设置排水通道后,再进行强夯。

2.2 换填法 众所周知,软土的施工难度高,处理技术复杂,安全隐患严重,因此,在软土层相对较薄的路段,施工建设单位可以考虑将整体的软土层进行移除,施工人员也可以根据软土层的实际厚度,移除掉一定厚度的软土层,确保整体的稳定性,当然在土层移除之后需要进行相应的回填作业,我们将这种软土路基的处理办法概括为换填法。换填法施工需要注意两个问题,其一是确定软土土层的移除厚度,明确是整体移除还是局部移除,其二是,合理选择回填的材料。由于铁路施工的工程量大,因此选择回填材料时既要考虑材料的性能确保路基稳定,同时还要参考材料的价格,减少费用支出。现行比较常见的回填材料基本是强度较高的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣或其它性能稳定,强度好的材料。施工人员也可以进行技术改良,即运用不同的回填材料进行分层回填,经过回填施工的路基其稳定性大大提高,该种办法对于提高路基的稳定性,缩短排水周期比较有效,但是施工的工程量相对较高。

2.3 排水固结法 为了减少路基建成后后期的长时间缓慢沉降,施工建设单位可以在建设的过程中进行一定的沉降,一旦沉降达到既定的数值,后期投入使用的沉降现象就会明显的减少。通常来说,排水固结法就是在施工过程中通过给路基施加超负荷的重力,促进软土土壤缝隙中水分的及时排出,减少软土中水分的含量,最大限度的减少后期的沉降现象。通常来说排水固结方法主要由两个方面构成,一方面是排水的设备和技术,另一方面是加压的设备和技术。排水系统分为竖向排水体和水平排水体;加压系统一般有堆载法、真空法、降低地下水位法和电渗法。通过一系列的排水和加压处理,软土内部的水分基本排除,土壤的内部缝隙减小,土壤的重力承受能力加强,后期投入使用的沉降幅度小,基本保障了铁路运输的路基安全。

2.4 灌浆法 灌浆法的主要原理是通过灌浆设备向软土土层灌注浆液,浆液的混入能够在特定的空间范围内,对水分形成一定的挤压,减少了水分的占有空间,从而加速水分的排除,降低由于水分长期外排产生的路基变形和移位。此外,灌入的浆液具有一定的粘合性质,能够加强软土土壤的粘合度,使之成为一个强有力的整体,这也一定程度上减轻了路基的变形和移位。施工建设人员在采用灌浆法时应该科学合理的选择化学性质相对较稳定的浆液,并根据软土的土质情况合理确定浆液的具体灌入量。

2.5 复合地基法 复合地基是指在现有地基的基础之上,通过混入一定的材料,改善原有天然路基的缺陷,这种经过人工改造过的路基就称为复合地基法。复合地基是在原有基础上进行一定程度的调整,因此,施工的难度系数低,使用成本相对较低。按照填充材料的不同,复合地基能够分为不同的种类,下面对两种最为常见的方法进行介绍。

2.5.1 碎石桩 碎石桩顾名思义就是通过利用碎石的填充,改善软土土质作为路基土壤的缺陷,从而加强软土路基的重力承受能力,降低铁路运输的风险。碎石桩是目前为止施工建设单为相对利用较为广泛的一种方法,适应范围广,经济节约,操作简单。

2.5.2 水泥粉煤灰碎石桩 水泥粉煤灰碎石桩即CFG桩,是在粉煤灰、碎石、砂石和石屑中掺适量的水泥加水拌和,用成桩机械在地基中制成强度等级为C5~C25的桩。该处理方法通过在碎石桩体中添加水泥和石屑,使桩体获得胶结强度,添加粉煤灰以增加混合料的和易性,使之从散体材料桩转化成为具有柔性桩特点的高粘结强度桩。

2.6 钢筋混凝土桩板结构 桩板结构路基由下部钢筋混凝土桩基、路基本体与上部钢筋混凝土承载板组成,承载板直接与轨道结构连接。该种软土路基处理技术具有一定的优势,其一,路基坚固,不易变形,使用周期长;其二,路基的后期维护周期长,维护经费少;其三,具有耐用性的利用优势。

3 结语

综上所述,近年来,受到经济发展的带动,铁路建设事业发展速度逐渐加快,在建设过程中,对于软土路基的铺设施工不可避免,为此,广大铁路建设施工技术人员在技术与实践的支撑下,逐渐总结出一整套适合我国铁路建设实际情况的软土路基处理技术,通过该系列技术的利用,我国的铁路建设质量有了大幅度的提高,这对于保障人民群众的基本生命财产安全,促进社会的和谐发展都具有一定的积极意义,未来技术人员需要在现有基础上研究更加有效经济的处理办法,逐渐缩小与国外发达国家之间的差距。

参考文献:

[1]阎明礼.张东刚编著.CFG桩复合地基技术及工程实践.中国水利水电出版社,2001.

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[3]冯仲仁,朱瑞赓.我国铁路软基处理研究的现状与展望.武汉工业大学学报,2002(1).

[4]赵维炳,唐彤芝等.CFG桩复合地基加固铁路深厚软基技术研究.南京水利科学研究院,2005.

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