中马铁路湿陷性黄土地基处理分析探讨

赵振荣 李 明 赵振兴

(1.中铁西安勘察设计研究院有限责任公司，陕西 西安 710054； 2.兵团交通建设有限公司，新疆 石河子 832000)



中马铁路湿陷性黄土地基处理分析探讨

赵振荣1李 明1赵振兴2

(1.中铁西安勘察设计研究院有限责任公司，陕西 西安 710054； 2.兵团交通建设有限公司，新疆 石河子 832000)

对新建中马铁路的全线地基处理进行了研究，并对湿陷性黄土处理的治理机理进行了分析，根据湿陷性黄土的湿陷等级和厚度，合理使用了强夯法、灰土挤密桩法、冲击碾压法、碎石桩法等多种地基处理方法，取得了良好的效果，对兰州地区湿陷性黄土的地基处理具有借鉴意义。

湿陷性黄土，剩余湿陷量，强夯法，灰土挤密桩

1 工程背景

新建铁路兰州新区北至马家坪线位于兰州新区及永登县境内，线路东起新区物流园区，向西经过黄土梁峁区，上跨连霍高速公路后接入兰新线马家坪站，全线长度31.66 km。

兰州新区北至马家坪铁路是国家级新区——兰州新区建设的重要配套工程，主要解决货物外运，是兰州至张掖城际铁路的组成部分，同时也是兰州枢纽总图的重要组成。

兰州新区北至马家坪铁路第Ⅰ标段(DK73+765.6～DK87+680)经过倾斜冲、洪积平原区(DK73+765.6～DK79+220)和黄土梁峁区(DK79+220～DK87+680)(见图1,图2)，全线普遍分布有砂质黄土层，且均具有不同程度的湿陷性，因此湿陷性黄土的地基处理对该线的顺利完工和稳定性起着至关重要的作用。

2 研究现状

兰州地区原状黄土湿陷性的大小主要由含水率来决定，一般含水率愈大，湿陷系数愈小。含水率小于10%的黄土其湿陷性评价已达到中等或强烈湿陷性。兰州地区有温差大、降水量少的气候特点。该区地层的含水量补给主要靠地表径流和降水，所以该区域的黄土具有湿陷性。目前国内工程界对湿陷性黄土的地基处理主要集中在“隔”“避”和“消”三种方法上：

1)隔：把地表水和湿陷性黄土进行隔离，阻止大孔隙黄土湿陷的诱因。黄土的渗透性直接影响地基湿陷变形的大小和速度，阻止水在黄土中的渗透可以减小甚至消除黄土湿陷性。目前主要的方法是通过灰土、油毡以及各种PVC和PE膜等材料建立基础的隔离层，保证地基的稳定性。该方法主要适用于对基础承载力要求不高的设施，如水管、构造房屋、渠道等。2)避：通过设置竖向结构物穿过湿陷性黄土地层，寻找更好的持力层，避开因黄土湿陷导致的变形和沉降。目前主要有通过设置混凝土桩、碎石桩和沉井等将基础的力传至更好的持力层上，可以对黄土湿陷性不进行处理。但该方案一般处理的湿陷性黄土深度不大，而且造价较高。3)消：通过各种手段破坏湿陷性黄土的大孔隙结构达到消除湿陷性目的的方法。目前主要的方法有强夯法、灰土挤密桩法、冲击碾压法、预浸水处理等，根据机理特性具有不同的处理深度，但都在不同的项目领域内取得了良好的效果。

3 研究内容

根据新区北至马家坪铁路第一标段的地质情况，按照砂质黄土层的厚度及湿陷等级，对全段的地基处理进行了分段：

兰州新区北站(DK73+765.6～DK76+000)，该段主要地层有：人工填土；第四系全新统冲、洪积砂质黄土、中砂、砾砂、细圆砾土；其中DK74+000～DK74+440，DK75+040～DK76+000段砂质黄土具Ⅰ级(轻微)非自重湿陷性，湿陷土层厚度1 m～3 m；DK74+440～DK75+040段砂质黄土具Ⅱ级(中等)自重湿陷性，湿陷土层厚度6 m～8 m。

由于该段属于车站范围，将分布有重要的站房等结构物，且湿陷等级为轻微～中等，厚度跨度在1 m～8 m，综合对比考虑后选择“消”的处理方式(中强夯法)对其进行处理。

强夯地基处理见图3，图4，强夯法单击夯击能与有效加固深度对比见表1。

DK76+000～DK79+220段铁路路基：本段主要地层有：第四系全新统人工填土；第四系全新统冲、洪积砂质黄土、粉土、细砂、砾砂、细圆砾土；第三系泥岩。其中砂质黄土具有Ⅰ级非自重湿陷性，湿陷土层厚度约1 m～4 m。

表1 强夯法单击夯击能与有效加固深度对照表

该段路基呈条带分布、长度较长，而且湿陷性黄土的厚度较小和湿陷等级轻微，为保证工期和处理综合考虑后选取冲击碾压方式进行处理。冲击碾压地基处理代表断面图见图5。

DK79+220～DK87+680段黄土梁峁区，该工点砂质黄土具有Ⅳ级自重湿陷性，湿陷性土层厚度达4 m～22 m。受东干渠及其支渠渗漏、农田灌溉等因素影响，表层砂质黄土下伏厚1 m～5 m饱和软黄土，承载力极低，压缩性高，呈现软土的力学特征。该段的黄土湿陷性等级很严重，且厚度较大，在梁峁区出现很多因湿陷造成的沟壑及裂缝(见图1,图2)，要完全消除湿陷性很难，且造价很高。由于该段多以深路堑形式通过，在考虑目前施工工艺(灰土挤密桩最大有效桩长为12.0 m)和地表水能够穿透整个砂质黄土层的最不利工况下，分别选取了多个断面对8 m桩长和12 m桩长地基处理后的剩余湿陷量进行验算，验算结果均不满足规范TB 10001—2005铁路路基设计规范的要求。

采用剩余湿陷量计算公式计算：ΔS=∑βδsihi。

从计算结果分析，灰土挤密桩无论采用8m还是12m均无法满足规范对沉降的要求，查阅资料据原建工部建筑科学研究院和西安市自来水公司等单位曾在西安韩森寨一带进行的管道漏水影响范围的试验，连续漏水23d～153d，漏水量600t～1 400t，试验结果，最大浸湿范围为5.0m～7.3m。根据《黄土边坡降水入渗规律及其稳定性研究》结论：强降水条件下水分入渗的深度有限，黄土的渗透性直接影响地基湿陷变形的大小和速度，是黄土的重要工程性质。渗透系数随入渗时间和入渗水量的增加而变化，湿陷发生后的黄土，由于天然结构已经破坏，渗透系数变小。当表层黄土湿陷后，渗透系数会变小，从而大大阻碍了地表水的进一步渗透，所以在地表水的下渗是有一定限度的。所以本次选取8.0m长灰土挤密桩进行湿陷性处理，并做好了地表水沟及基底的封水措施，实际处理效果良好。灰土挤密桩地基处理代表断面图见图6。

1)对于DK86+707～DK86+825段饱和软黄土地段,为了提高承载力减少不均匀沉降，采用φ0.4m，间距1.1m，桩长15.0m的碎石桩进行处理。2)全段湿陷性黄土地段对路堤坡脚外3.0m范围，侧沟、排水沟范围地基均采取了“隔”的治理策略，布设0.3m后三七灰土进行隔离，阻止薄弱节点的湿陷破坏。

4 研究成果

兰州新区北至马家坪铁路已于2013年12月28日顺利通车，全段地基处理效果良好。通过本工程的实施，取得的主要结论有：1)湿陷性黄土在西北地区分布较广，积累的工程经验也比较丰富，主要基于“隔”“避”“消”三种治理机理，主要有强夯法、冲积碾压法、灰土挤密桩法、碎石桩法及灰土隔离法，适用于不同厚度湿陷性黄土和不同湿陷等级的各种工程。本条铁路主要采取了这几种方法，灵活运用了三种治理机理且取得了良好的效果。2)对于饱和软黄土采取碎石桩穿透的方法提高地基承载力，一方面起到置换作用，另一方面起到类似于“结构柱”的传力作用，取得了良好效果。3)对于大厚度湿陷性黄土是否一定要消除其湿陷性值得探讨。在西北地区，因为该地区湿陷土层较厚，完全消除这些土层的湿陷性或彻底穿透湿陷土层往往要花很大代价，笔者认为应该综合考虑湿陷性黄土的有效渗透半径(深度)，合理选取处理深度，达到治理和效益的契合。

[1]王军平.对深厚湿陷性黄土地基处理的探讨.西北水电,2004(2)：41-43.

[2]肖 碧，王逢睿.黄土基坑边坡滑坡病害成因分析及防治对策.四川建材,2010,4(36)：78-81.

[3]文 君，张江丽，程景民，等.大厚度湿陷性黄土地基处理方法探讨.城市勘测，2006(3)：74-76.

On exploration of analysis of collapsible loess foundation treatment along Zhong-Ma Railway

Zhao Zhenrong1Li Ming1Zhao Zhenxing2

(1.ChinaRailwayXi’anSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Xi’an710054,China;2.CorpsCommunicationConstructionCo.,Ltd,Shihezi832000,China)

Studied in the foundation treatment of new built railway line of Zhong-Ma, analyzed on the governance mechanism of collapsible loess processing, and according to collapsible loess collapsibility of grade and thickness of the rational, used of the dynamic compaction method, method of lime-soil compaction pile, impact roller compacted method, gravel pile method and other methods, has obtained the good effect, having the reference and guiding significance for the collapsible loess foundation treatment in Lanzhou.

collapsible loess, quantity of collapsibility, dynamic consolidation, lime-soil compaction pile

1009-6825(2015)01-0142-02

2014-10-31

赵振荣(1984- )，男，工程师； 李 明(1980- )，男，工程师； 赵振兴(1983- )，男，助理工程师

TU475.3

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