无砟轨道铁路路基工后沉降控制技术浅析

杨涛

(中铁隧道集团三处，广东深圳518000)

1 控制路基沉降措施

无砟轨道客运专线对路基工后沉降具有严格的要求，根据《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621－2009)，路基工后沉降量、任意路基地段20 m长度范围的不均匀沉降量、沉降差异造成的错台和路桥、路隧过渡段或任意两段路基沉降造成的折角应符合表1的规定［1］～［3］。

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当计算路基工后沉降不满足设计要求，需要对地基进行加固处理。无砟轨道客运专线地基加固处理措施很多，以下就地基处理中常用的方法加以分析总结介绍［4］。

1.1 换填法

开挖换填是指全部或部分挖除表层软土，换填以A、B组填料或强度较高的合格填料。对于土层厚度小于3 m的情况，一般可采取全部挖除换填的方法。全部挖除换填从根本上改善了地基情况，不留后患，是处理表层一般土层、松软土及软土最为彻底的措施，其特点是施工方便、施工质量好控制、沉降控制好。

1.2 堆载预压

堆载预压法是以填方荷载来增加作用于地基的总应力，加速地基固结沉降，同时提高地基强度的方法。在压缩性大，渗透系数小的地基段，单独采用堆载预压法需要相当长的固结时间，故对于施工期长的工程比较适用。无砟轨道客运专线实际应用中堆载预压常常结合复合地基处理措施，目前大量无砟轨道客运专线路基实测结果表明，堆载预压可有效加速路基沉降，减小工后沉降量。其特点是施工方便，加速路基沉降效果较好。

1.3 强夯法

强夯是使用吊升设备，将具有较大质量和一定结构规格的夯锤吊至较大高度后，使其下落，强大的冲击能量使地基产生强烈的震动和很高的动应力，从而在一定范围内使土体的强度提高，压缩性降低。强夯适用于处理碎石土、砂土、粉土、非饱和黏性土、湿陷性黄土和人工填土，其特点是较经济，处理深度一般8 m以内，但对周围建筑影响大。

1.4 CFG桩复合地基

CFG桩是在碎石桩体中掺加适量石屑，粉煤灰和水泥加水拌和，制成一种粘结强度较高的桩体。CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成CFG桩复合地基。CFG桩与素混凝土桩不同之处就在于桩体配比更追求经济效益，桩体利用工业废料粉煤灰和石屑作为掺和料，大大降低了工程造价。其特点是控制路基沉降效果明显，施工机具、方法普及化，但对交通不便山区局部路基施工，施工机械搬运费用高。

1.5 桩－网结构

桩－网结构路基由桩基础与桩顶以上的加筋垫层共同组成。其中桩基础为钢筋混凝土刚性桩(或桩群)，垫层由一定厚度的碎石夹土工格栅构成。

桩－网结构路基作为一种刚性桩基，具有竖向沉降变形小、变形稳定时间短的突出优点，且施工质量易控，可用于无砟轨道铁路深厚软弱地基加固、已建土质路堤的加固、无砟轨道道岔区等。

即使在2008年全球金融危机期间，当其他行业组织收缩时，工程木协会(APA)的成员数量也在增长。Elias先生将该协会的成功归功于其成员导向的积极而非被动的方法。工程木协会(APA)是一个非营利性组织，完全由其在美国和加拿大的成员资助，并由成员组成的董事会和咨询委员会指导。工程木协会(APA)有3项核心服务——质量、技术和营销。

1.6 桩－板结构

桩板结构路基是无砟轨道的一种新的路基结构形式，它由下部钢筋混凝土桩基和路基本体与上部钢筋混凝土承载板组成，桩－板结构与土路基共同组成一个承载结构，承载板直接与轨道结构连接，充分利用桩－板－土三者的共同作用来满足无砟轨道的稳定与变形要求。桩－板结构与土路基的共同作用是桩－板结构设计合理经济的关键技术问题。

2 地基处理方法的选择原则

2.1 选择处理方法的步骤

选择地基处理方法时，首先必须充分研究进行处理的理由和目的，然后考虑地基条件、施工条件、施工组织、周围环境等因素，最后选择技术可行，而且经济适用的方法，其具体步骤如图1所示。

图1 选择地基处理方法的步骤

2.2 选择地基处理方法应考虑的条件

2.2.1 地基条件

软土层浅而薄时，固结沉降量小，而且沉降会在相对短时间内完成，滑动破坏的危险性也较小，一般可选用较为简单的浅层处理法。软土层较厚时，则可采用复合地基法或复合地基法与堆载预压法结合。

2.2.2 地下水

当地下水位较深或软土层埋深较大，固结排水路径过长时，应优先选用复合地基处理。

当地下水较高，基底存在砂层时，地下水位的突然变化会引起砂层的厚度变化，从而引起地基发生较大沉降。故在此类地段，应采取深层地基处理或地下水阻断措施，减小地下水位变化带来的影响。

2.2.3 施工条件

非软土地段，如果施工工期较长，填筑路堤完毕到铺轨之间有足够的时间，则可不采用深层复合地基处理方法，而采用如强夯法等浅层处理加固地基，等填筑完路堤后，通过长时间放置，增加堆载预压时间来减小工后沉降量来满足要求。即使工期不能长到只用浅层处理结合预压就能满足沉降要求，较长的放置结合堆载预压也可适当增大复合地基的桩间距及减小桩长。客运专线对路基工后沉降要求非常严格，合理安排工期，可使地基处理更经济。

在软土地基上施工，不管采取何种施工方法，都必须确保施工机械具备良好的作业条件，设计的处理深度须与施工机械的能力相匹配。在保证良好的质量条件及处理效果的前提下，CFG桩在采取长螺旋工法时，有效处理深度最深一般不应大于25m，超过处理深度，应该考虑其他处理方法，如桩网或桩板结构处理，或进行桥路比较。

3 无砟轨道控制路基沉降施工注意事项

《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621－2009)规定一般地段无碴轨道土质路基工后沉降量小于15 mm，并对路基差异沉降提出了控制标准。控制路基工后沉降的关键在于控制支承路基地基的沉降，而地基的沉降控制主要在于地基条件及地基处理质量。我国现行的设计规范、验收标准及施工指南均强调了路基施工前的地质核查工作，但在实际施工时，这项工作并未引起足够的重视。

3.1 地质核查方法及内容

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结合笔者在多条铁路上路基施工经验，为便于现场操作掌握，建议不同地基土的核查方法可参照表2选用。

3.2 地基条件

对于无砟轨道路基在“施工技术指南”条文说明中对处于基床范围内的地基土换填前提条件其实是有定义的，即地基应满足Ps≥1.8MPa或σ0≥0.2 MPa;《无碴轨道铁路工程验收标准》中对过渡段的地基条件也提出了要求，其中路堤高度H≤3.0m的路堤，原地面处理后的质量有明确的标准，H＞3.0 m时，过渡段基底原地面平整后，用振动碾压机碾压密实，地基系数K30≥60 MPa/m，二次变形模量EV2≥45 MPa。鉴于以上现状，建议在设计对地基条件未作明确要求的情况下，对于低矮路堤及路堑地段在进行基地换填前地基条件可参照表3进行检验控制。

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地基深层加固处理在质量控制环节容易忽视的问题主要有两方面:(1)桩间土的检测标准;(2)复合地基褥垫层的压实标准。根据笔者的理解，建议对上述部位的检测验收，可以比照路基填土相应部位的压实标准进行质量控制，并且满足桩间回填土压实标准K≥0.9。

4 结论

无砟轨道客运专线路基工程是一个较复杂的系统工程，影响路基平顺性及长期稳定性的因素主要在于各个环节施工质量的控制。无砟轨道路基沉降控制是关键，路基的平顺性主要与地基处理、压实质量、过渡段质量密切相关;路基的长期稳定性还取决于填料的质量、防排水施工质量等。对于无碴轨道路基工程而言，路基一旦出现病害，将给后续运营维修带来极大的困难，因此高速客运专线路基工程，在建设过程之中就必须从根源上对影响路基工程质量的各个方面严格控制。

［1］TB10621－2009，J971－2009高速铁路设计规范(试行)

［2］铁建设函［2005］140号．新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定［S］

［3］铁建设［2007］47号．新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定［S］

［4］JGJ79－2002，J220－2002建筑地基处理技术规范［S］