铁路路基工程中软土地基的危害性及施工技术研究

刘显军（中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610213）

铁路路基工程中软土地基的危害性及施工技术研究

刘显军
（中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610213）

工程上将淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土、冲填土、杂填土和饱和含水黏性土统称为软土。在软土地基上修建道路时，若对地基处理不当，有可能因地基沉降或差异沉降过大而影响道路的正常使用。本文从软土路基危害分析入手，进而说明了软土路基的一些施工技术，希望能够帮助解决一些软土路基所带来的问题。

铁路路基 软土地基 施工技术

软土具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物 理力学性质相差较大等特点。铁路对地基变形量要求很高，必须采取加固措施使大部分沉降量在施工期内完成，尽量降低使用期内残余的沉降量。

1 软土地基对铁路工程的危害分析

1.1 路基沉降不稳定

地基的渗透和压缩等指标关系到路基沉降的程度，土质的基本指标直接关系到地基的固结和变形时间。例如2009年建成通车的石态高速客运专线由于连日普降暴雨，造成了路基下沉事故。最大下沉达到64.2CM，造成这件事故的主要原因就是由于路基是软土地基。长期浸泡导致承载力严重不足，路基沉降不稳定。

1.2 路基固结效率低

软土地基中大多为粘土和粉土粒，且含水较多、厚度大、透水性不好；一般来说，软土质的渗透系数为1×10-6～1×10-8cm/s左右，在荷载条件下固结时间较长，一旦软土地基中有机物比例增高，内部就会出现气泡堵塞水的渗流通道，将会影响软土地基的稳固效率，低级的稳固性增长速度也会受到影响。稳固状态不足的软土质在全土层中广泛存在，加之承受一定荷载，会使地基有很明显的沉降。

1.3 路基抗变形能力弱

铁路路基中有较多软土质时，会导致其抗剪强度降低，路堤发生侧向位移，使得路基外侧凸起。如果施工前的地质调查工作没有做好，对深层土质的分布、厚度没有较为全面的掌握，将会使得软土质铁路路基荷载强度不足，容易发生剪切破坏、稳定性降低、抗变形能力不够等问题。

2 软土地基下的铁路路基施工建议

2.1 软土地基勘察

（1）地标调查测绘，就是要对软土地层区域的地表地貌、软土分布、土质成因、土层性质、排水能力、沙夹层和埋深厚度、地下水、土层强度等因素进行初步分析；一般地表调查会使用槽探、人坑、深坑、钻探等方式进行初步勘察，分析软土层的成因和分布情况，作为选择勘察方法的判断依据。比如对软土地基范围内的建筑为附加荷载的勘察，就可以得出附加荷载对地基强度和形变的影响，并采取合适的处理手段。（2）钻探、取样可以得到软土地基的厚度、含水、地下水标高、排水等指标。钻探、取样的流程必须以施工方案的技术标准为准，丈量过程要控制其误差小于5cm，才能得到软土地基的钻探取样率。钻探方法一般采用干钻法，并且要按照施工图的要求确定钻孔量、深度、质量等，主要是为了减少对粘土的扰动和对底层的破坏；为保证取样和土质的一致性，取样可用静压法。对极破碎地层要保证采芯率，对底层划分准确、正确分析底层分布，就要使用金刚石钻头、泥浆-植物胶护臂、三层岩心管等方法，否则难以得到理想结果。（3）使用传递系数法计算软土承载能力，一方面要通过室内试验，测试软土取样的含水、密度、透水、固结、压缩等方面的性能；另一方面还要确定软土地基的抗剪指标。实验设计要符合现场施工环境、施工时间等条件，同时要对软土层范围内的地下水进行水质检测，分析地下水对路基的腐蚀程度。

2.2 软土地基的加固方法

2.2.1 强夯法

对含有大量杂填土、沙土、粉土和碎石的软土地基有明显效果，在进行全面的地质调查之后，如果认定软土地基含有上述成分，即可采用强夯技术加固铁路地基。

2.2.2 换填法

换填法是软土路基处理较为简单的处理方法，常用于杂填土、淤泥、固结回填土等类型土质的浅层地基。这种方法主要是为了消除软土地基的膨胀、湿陷性、冻土地基的胀力等；施工主要流程是开挖表层软土后回填具有高强度、抗腐蚀和较稳定的沙石、渣土、卵石等，最后通过机械夯压土层，将填充土层压密。处理时应注意：（1）经过计算确定换填厚度；（2）根据地形及开挖面大小确定压实设备，根据压实设备确定压实层厚度，一般大型机械压实层厚度控制在20cm，小型机具控制压实层厚度为10cm。

2.2.3 置换法

即将软土层中的软土置换为合适的其他类型土质，主要用于粘贴性质的土层，粘贴性土层一般比较薄，置换成本不高。但是在实施置换时，要控制填土密实度。置换方式分为开挖法和强制法，置换方式的选择需结合具体工程的特点，开挖法的置换比较简单，只要使用人工或者机械挖出软土后置换为良性土即可；强制法则需要打桩和爆破等手段，将良性土压入软土层中，挤出路基范围的软土。

2.2.4 水泥搅拌桩法

广泛的应用于铁路路基软土地基工程施工中，分为喷粉法和喷浆法。水泥搅拌桩法对含水量较多的软土型地基有明显改善，加固的地基强度很高。

处理时应注意：（1）施工时，地基底面以上预留50cm厚的土，搅拌桩施工到距桩顶1.0m～1.5m范围内，再增加一次输浆搅拌；（2）施工前采用代表性地段工艺性试验确定施工各项参数；（3）钻进过程中，控制钻进速度与喷浆速度的搭配；（4）桩位偏差不大于5cm，垂直度偏差不大于1%；（5）在成桩28d后进行桩身完整性、均匀性检查；（6）对有特殊的桩进行单桩或复合地基承载力检测。

2.2.5 CFG桩法

CFG桩即水泥、粉煤灰、碎石桩。CFG桩施工可采用长螺旋钻管内泵送混合料灌注或振动沉管灌入成桩两种施工方法。长螺旋钻机施工适用于粘性土、粉土、砂土等，具有成孔效率高、质量好、无振动、无冲击及机械化高等优点。施工工艺流程如下：现场平整→测量放样→钻机就位→成孔→混合料拌合→混合料灌注→整机移位→试验检测。

2.2.6 表层排水法

填筑路基前，要视路基区域的地形地质条件开挖地表水沟，保证水沟排水通畅，能够排出地表水，降低地表地基的含水率；排水后要回填透水性能好的沙石，若埋管则需使用过滤性较好材料予以保护。

2.2.7 补强技术

此种方法能够减少低级的变形和压缩，常用土钉、板砖等加固软土，将软土地基变为复合模式。具体方法是：（1）排除软土地基孔隙中的水，含水率降低到一定程度后，地质密度将会加大，抗剪强度也会变高；（2）使用射水振动法，挤实沙土层，迫使沙石排列密实，但是这种方法只能作为补充；（3）固结技术，在土体空隙中注入固化剂，搅拌使固化剂和软土结合，固结软土。

3 实例

3.1 工程概况

某客运专线软土路基地段位于东北沿海地区地层为素填土、黏土、粉质黏土、粉土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土和粉砂。其中，淤泥，褐灰色，流塑，呈透镜状分布，层厚0.50 m；淤 泥质粉质黏土，褐灰色，流塑，呈透镜状分布，层厚0.7～3.10m。淤泥和淤泥质粉质黏土为软土。本段路基填高6m，基底宽度32m，路堤基床表层填筑级配碎石厚0.4m；基床底层及以下填筑A、B组土。路堤两侧采用拱形骨架护坡结合种紫穗槐防护。基底采用桩基加固。基床底层施工完成后，实施堆载预压。

3.2 路基加固沉降检算分析

按《客运专线无砟轨道铁路设计指南》的相关规定，路基工后沉降一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm；沉降比较均匀、长度大于20m的路基，允许的最大工后沉降量为30mm，并且调整轨面高程后的竖曲线半径应能满足下列要求：

RSh≥0.4V2

式中RSh——轨面圆顺的竖曲线半径，m；V——设计最高速度，km/h。

对不同桩型复合地基分别采用理正软件、复合地基沉降计算模板进行计算。检算结果显示搅拌桩、砂浆桩、旋喷桩复合地基均不能满足变形要求，考虑工前已完成总沉降的50%～70%，采用CFG桩复合地基的沉降控制即可达到设计要求。路基沉降在横断面方向一般表现为“锅底”状，其中心区域沉降明显大于两侧坡脚。根据京津城际铁路的监测结果在桩顶设置刚性筏板可以大大平缓这种不均匀沉降，同时使工后 沉降也有所减少。因此，在客运专线软土路基设计中可优先考虑桩板形式。

3.3 桩型及路基结构形式选择

经计算和技术经济比较，本段路堤基底最终采用CFG桩加固，桩径0.4 m，纵向间距1.5 m，横向间距1.20 ～1.50 m，桩长25～27 m，桩顶设置0.15 m厚的碎石垫层，碎石垫层顶设置厚0.5 m的C30混凝土板，基床底层施工完成后，实施堆载预压。通过沉降观测变形来看，地基加固处理达到了设计的预期效果。

4 推广意义

水泥土桩、CFG桩、低强度素混凝土桩复合地基在内陆盆地及东北部沿海地区的软土处 理有很强的适应性，在京津城际和京沪高速铁路的路基设计中，采用桩刚性筏板和桩帽在地基加固及变形控制方面取得了良好效果。当采用预制管桩或钢筋混凝土灌注桩等刚性桩时可使路基变形得到更充分的控制。在软土地基加固处理设计中不仅要遵循一般规律，而且要重点考察当地的特点和工程的具体要求，使各项参数的选取符合当地的实际。有必要进行经济条下的方案比较，使设计指 标在经济技术条件下都达到最优。

5 结语

软土地基是铁路路基施工中不可避免的问题，如果不能妥善处理，路基将会随软土层滑移，破坏路基的整体性。要解决软土路基抗剪能力和抗压能力不足的问题，一方面要加强前期地质勘测，选择正确施工方案；另一方面要结合实际，采取适当的加固方法，减少因土质强度引起的地基下沉，确保铁路路基施工的顺利进行和良好质量。

［1］付贵海，魏丽敏，郭志广.高速铁路软土路基沉降预测［J］.湖南城市学院学报（自然科学版），2011（2）:1-4.

［2］徐前卫，苏培森，唐卓华，张骏，杨新安.软土路基沉降病害治理的注浆加固技术及其试验研究［J］.土木工程学报，2015（S2）:268-273.

［3］龚晓南.复合地基理论及工程应用［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［4］GB 50007-2002.建筑地基基础设计规范［S］.