高速铁路软土路基工后沉降控制措施

2014-09-02杨燕

中国科技纵横 2014年15期

关键词：工后路堤软土

杨燕

(中铁二十二局集团第四工程有限公司,河北保定 074000)

高速铁路软土路基工后沉降控制措施

杨燕

(中铁二十二局集团第四工程有限公司,河北保定 074000)

基于高速铁路软土路基工后沉降控制的重要性,讨论了高速铁路软土路基工后沉降的影响因素、主要控制措施及主要软基处理方法。

高速铁路软土路基工后沉降

1 工后沉降产生的原因

1.1 地基土的压密沉降

地基的压密沉降，因路堤填筑高度和地基条件的不同，沉降差异较大。这部分变形一般经历的时间比较长，是路基沉降变形监测和计算的重点。

1.2 路堤填料在自重作用下的压实沉降

路堤填料由散体材料构成，由于自重产生一定的压密下沉是正常的，其大小取决于填料和施工质量。如果下沉量较大，说明填料的压实度不足，强度低，容易造成不均匀变形。此种变形发生在两个阶段：一是施工阶段的下沉，不计入工后沉降;二是施工完成后对后期运营有影响的工后沉降。另外，沉降随路堤填料的性质、填筑高度的不同虽大小不一，但一般都在路基填筑高度的0.10%～0.55%范围，路基填筑施工后1～2年基本完成。

1.3 路基面在列车荷载作用下发生的累积变形

这是由列车通过道床传递道路基面的动荷载引起的，这类下沉是一个累积的过程。为使列车安全运行和保持乘车的舒适性，使轨道结构处于良好的几何行位和动力状态，需经常进行轨道的维修作业。根据资料，这种变形虽然在列车运营期间始终存在，但通过提高路基面材料的质量、提高压实标准等控制措施，该部分变形大多在5 mm以内。

2 工后沉降的控制措施

2.1 基底处理

在地基加固前对地表进行整平处理，做好排水设施，目前常用的软基处理方法有两类：一是复合地基处理方法，包括粉喷桩、碎石桩和旋喷桩、CFG桩等;二是排水固结处理方法，包括堆载预压和真空联合堆载预压等。其中真空联合堆载预压是一种有着良好应用前景的办法。

2.2 填筑过程控制

为保证填土具有足够强度和控制路基的工后沉降，路基的填料和压实必须有严格的标准.制定施工工艺标准，做好边坡加固防护措施，完善路基综合排水系统等，是控制填筑过程的主要手段。

2.3 路基沉降变形监测

在路堤填筑过程中对沉降进行观测，特别是桥涵、路堑的过渡段，记录沉降量数值，分析沉降速率，以便及时采取补救措施。

2.4 预留沉降量

计算路面结构层从施工开始到竣工验收这一段时间内路基沉降量的大小，将这部分沉降量在路基施工中预先填筑在路基上，以便在路面结构层施工过程中，沉降一部分，在路面完工试运营期间沉降另一部分，从而减少工后沉降。

3 高速铁路软基处理的主要方法

3.1 复合地基处理方法

(1)碎石桩。碎石桩加固软基以置换作用为主，它是通过专门的桩机振冲成孔，成孔后填碎石由振冲器上下振动使土体和填料被挤密成桩，从而使地基得到加固。

碎石桩的施工一般可分为振冲成孔、清孔、灌料、振动上拔、继续填料上拔、成桩等过程，东南沿海地区的软土(淤泥)层，一般含水量高、土体的抗剪强度和塑液限低，不是很适合采用这种软基处理方法。

(2)粉喷桩。粉喷桩处理软基是利用粉喷桩成桩机械将粉体固化剂(水泥、石灰等)喷出后在地基深处就地与软土强制搅拌，利用固化剂和软土之间产生的一系列物理化学反应，在原地基中形成强度、刚度较大的桩体，桩与桩间土体形成复合地基共同承担外荷载。在施工中一般用于桥头、涵洞结构物等地段的地基加固，其目的是解决桥头、涵洞等结构物与路堤连接处的不均匀沉降问题，在施工工期紧张的路段有时也采用粉喷桩处理，以提高路堤填筑速度。

粉喷桩的有效加固长度一般只有10～15m左右，致使软土层普遍较厚的沿海地区使用该种处理方法受到一定的限制[4]。

(3)CFG桩。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，与桩间土、褥垫层一起形成复合地基。其成桩工艺与碎石桩相近。

应用CFG桩处理客运专线铁路地基，在地基中形成大量的混凝土桩体，有利于地基孔隙水排出及地基的固结，增强地基的抗液化能力;通过桩体置换，改善地基土结构，提高地基的强度、整体稳定性和承载力;通过CFG、桩间土及垫层组成整体共同起作用，当上部荷载小时，整体受力，当上部荷载大时，CFG桩承受大部分力，能均匀适用各种荷载作用，减小路基工后沉降[5]。是一种在高速铁路工程建设中应用潜力很大的软基处理方法。

3.2 排水固结法

(1)堆载预压。堆载预压方法是借助堆载使加固区形成超静孔隙水压力区，通过超静孔隙水压力的消散和有效应力的增长达到加固地基的目的。

堆载预压施工可分为施工准备和软基处理，施工准备包括清场、铺设砂垫层、打设袋装砂井或塑料排水板等。软基处理需按地基强度增长规律填筑路堤。在高速铁路施工中，一般需要进行超载预压，并按卸载标准卸载等。但在工期、下卧层的固结沉降和路堤填筑过程中的稳定性等方面还有一些问期待未根本解决。

(2)真空联合堆载预压法。真空联合堆载预压加固软基方法是从真空预压和堆载预压基础上发展起来的新一代软基处理方法，该方法利用抽真空使加固区内形成负压区，不仅可以加快固结沉降速度，而且较好地解决了填筑路堤过程中的稳定性问题，缩短了填筑路堤的施工工期，是一种直得推广的快速进行软基处理的方法。

真空联合堆载预压方法的施工可分为常规堆载施工和抽真空系统安装两部分。其中抽真空系统主要包括真空管网、密封膜、密封沟、抽真空设备等几部分。

根据有关现场路堤实际填筑试验的结果表明，联合预压所产生的较大的竖向沉降量(或沉降速率)不是评价路基稳定和控制填筑速率的指标，但水平向外挤出位移(有正负值)仍具有实际控制意义。经验表明，水平向外挤出位移不大于5mm／d(向外为正，向内为负)，仍可作为保证路堤填筑稳定性的控制指标。一般情况下，当膜下真空度维持在80～85kPa以上时，联合预压的时间为3个月，延长或缩短预压时间应根据设计规定的卸载标准和现场的具体情况而定。

真空联合堆载预压方法在缩短施工工期、消除或减小工后沉降、减小土方工程量和提高施工质量等方面有诸多的优势，已越来越多地受到关注。但该方法在理论分析与设计计算方面仍存在一些尚待解决的问题，在实际应用时也应注意考虑其适用的具体条件。