铁路软基处理与水泥搅拌桩技术分析

摘要：随着社会经济水平的提高，社会诸多领域都取得了较大进步，各种运输业在经济力量的推动下逐步发展起来，作为城市建设的重要组成部分，我国的铁路运输事业也在一定时期、一定范围内得到了迅猛发展。铁路网建设与自然环境和社会环境是分不开的，软弱地基作为铁路建设施工的难点，成为影响铁路地基建设的重要因素。在科技水平大幅度提升的社会背景下，由于水泥搅拌桩具有经济性、适用性、无污染性以及加固效果好等特点，成为处理软土地基的重要手段和方法，常被广泛应用于铁路地基的基础处理。本文将对铁路地基处理以及水泥搅拌桩处理技术从施工准备、设备进场、施工参数确定和施工工艺等方面进行重点阐述，并采用钻孔取芯法、轻型动力触探和荷载试验对工程质量进行检验。

关键词：铁路地基；软弱路基；水泥搅拌桩；荷载试验

1引言

经济是社会发展的决定性力量，是一切事物赖以生存和前进的根基，对社会各行各业的进步与发展都起到了一定程度的推动作用，受经济全球化的影响，我国的社会经济和科学技术在短暂时期内取得了突破性的进展。铁路运输事业作为运输业的重中之重，在社会发展中占有很大的比重。铁路路基是铁路轨道的基础，是整个铁路构造和建设的重要组成部分，它承受着本身的岩土自重以及路基上部轨道的结构重力，对保证铁路轨道安全和列车正常运行具有关键性的作用。在铁路路基处理方面，必须高度重视，以认真严谨的态度，采取水泥搅拌桩技术对铁路路基进行正确处理。

2铁路路基处理

社会经济的发展在很大程度上促进了社会各行各业的进步，铁路运输事业作为社会经济建设的重要组成部分，与人们的生活联系密切，对社会整体的前进和发展有着至关重要的作用。作为铁路轨道建设的基础，铁路路基处理非常重要，对铁路网建设和社会发展都有着非常重要的影响。

路基是一种带状土工结构物，按照路线位置和一定的技术要求用土或石料进行修筑，是铁路和公路的路面基础，与地形地貌和气候环境之间有着较为密切的关系，受地质灾害影响较深。因此，在路基处理方面必须重视其坚固性和稳定性。

路基主要分为一般型和特殊型，一般路基以良好的地质、水文和气候条件为基础，结合当地的地形地貌特征进行修筑；特殊路基指的是位于不良地质地段或特殊土（岩）地段的路基，受气候条件等自然因素影响较深，主要包括边坡滑坡地段路基、岩溶地区路基、采空区路基、软土地区路基、季节性冻土地区路基等。路基是支承轨道和传递列车荷载的建筑物，修筑铁路基本本体、路基防护、加固建筑物、路基支挡建筑物以及路基排水设施的工程，就是铁路路基工程。

铁路路基处理是铁路建设的重要基础，作为铁路路基建设的重点和难点，软弱路基又称作软土路基，主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、空隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成，由于软土具有渗透性差、压缩性大、强度低、变形延续时间长等特点，修建公路时容易出现沉降过大或者路堤失稳的问题。

2.2边坡滑坡的防治

在铁路路基工程建设中，路基本体按照横断面的形式可以分为路基和路堑，路基本体有一定的路基面宽度和路基边坡坡度，其中，边坡坡度的大小与路基本体的稳定性有着非常直接的关系。边坡滑坡是非常的严重的地质灾害，是影响铁路路基建设的重要因素。近些年来，边坡滑坡所带来的损失仅次于地震和洪水，严重危害到了人们的日常生活。

边坡指的是为保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的坡面，其在形成过程中，内部的应力状态发生变化，引起应力集中和应力重分布等效应，为了适应这种变化，边坡就会发生一定程度的变形和破。造成边坡内部结构和外形发生变化的内外因素都有，内部因素主要是边坡形态、岩土体的构造以及地下水等，来自外界影响的因素则主要是人类的工程活动、振动作用、气候条件、自然环境等。

边坡滑坡是一种严重的地质灾害，给人们的正常生活和工作带来巨大的危害，也对社会发展产生了极为不利的影响，针对路基建设中产生的边坡滑坡问题，必须采取相关有效措施进行防治。改变边坡自身形态能够减少边坡可能发生滑动破坏的下滑力，因此，可以通过改变边坡自身形态的方法来预防边坡滑坡灾害的发生，主要有两种方法，即削头减裁和削坡减裁，削头减裁是将边坡上部一定范围内的盖层或者岩体削掉，从整体上降低边坡的高度，而削坡减裁则是在一定程度上放缓边坡的坡度。

排水工程往往是滑坡整治的首要选择，如果排水沟发生堵塞现象，将会造成严重后果，因此，在排水方面，必须考虑到安全性和可靠性。地表排水要设置外围截水沟，拦截滑体以外的地表水，阻止其流入滑体，地下排水能够大大地增加有效应力，降低孔隙水的压力，提高抗滑力。

支挡工程也是边坡滑坡防治措施的一种，主要用于改变边坡形态和排水不能保证斜坡稳定的地方，主要包括抗滑挡墙、抗滑桩加固、锚索抗滑桩加固等。另外，压迫措施也是一种非常有效的方式，它能够增加抗滑部分的土重，使滑坡处于稳定平衡状态。

2.3水泥搅拌桩技术的应用

铁路路基建设是社会经济建设的重要组成部分，对社会发展有着不可忽视的作用，作为铁路路基建设的难点，在20世纪80年代之前，铁路软弱路基的处理主要采用砂井等方式，随着科学技术的进步，软土路基设计逐渐转变为沉降控制，经过实践证明，水泥搅拌桩是铁路軟弱地基的重要手段和方法，在铁路地基基础处理中得到广泛应用。

水泥搅拌桩主要通过搅拌机将软土和水泥浆强制拌和来达到软土硬化的目的，来提高铁路地基的承载力，增大变形模量。从施工工艺上来说，水泥搅拌桩可以分为湿法和干法两种，湿法又称浆喷搅拌法，将一定配比的水泥注入到土中搅拌成桩，干法又被称作粉喷搅拌法，以水泥干粉为主，提高桩间的强度；从操作机械的深浅来说，可以将水泥搅拌桩分为深层搅拌（大于4m）和浅层搅拌（在1～3m之间）两种。

水泥搅拌桩基于水泥加固土的物理化学原理，在搅拌过程中，水泥和土搅拌越充分，土块就会粉碎得越小，水泥分布越均匀，水泥土离散性就会越小，从而使铁路路基的强度越高。水泥搅拌通常比较适用于淤泥、软粘土以及粉土地层等，在我国一些沿海、沿湖地区应用也十分广泛。

3工程概况

某在建高速铁路工程项目，设计时速为250km/h，全长106.5km。铁路沿线黄土分布广泛，有大面积的水田、鱼塘和菜地，且大部分为软弱地基。为了提高地基承载力，防止铁路路基出现不均匀沉降，采用水泥搅拌桩对软弱地基进行处理。

处理桩号范围为DK6+546.8～DK9+619.7，全长3.0729km，共计524根桩。施工中结合当地地形与软基特点，按照设计要求进行施工，施工中重点对工艺参数进行质量控制，并采用钻孔取芯法、轻型动力触探法和荷载试验对工程质量进行检验。

3.1水泥搅拌桩强度影响因素

3.11水泥掺入比

水泥搅拌桩的强度随着水泥掺入比的增加而增强，为了节约材料，减少施工成本，水泥搅拌桩施工中将水泥掺入比控制在10%～15%，即可满足施工要求。

3.12水泥土的龄期

水泥搅拌桩强度的增长主要依靠水泥前期水化作用，后期的离子交换作用、化学激发作用等产生的胶凝产物。因此，随着龄期的增长，其强度也不断增长。

3.13水泥标号

水泥搅拌桩强度随水泥标号提高而提高，水泥标号每提高1个等级，强度提高30%～50%。

3.14土样含水率

随着土样含水率的降低，水泥搅拌桩的抗压强度不断增加。实践证明，当土样含水率每降低10%，水泥搅拌桩的抗压强度可提高10%～50%。

3.15有机质含量

试验表明，有机质含量低的土样强度明显高于有机质含量高的土样。另外，有机质会使土壤呈酸性，对水泥水化反應有一定的抑制作用。

3.16外加剂掺量

在水泥搅拌桩中加入一定比例的外加剂，可提高其

抗压强度。试验表明，采用硅粉效果最好、天然浮石粉次之，而石膏对泥土的强度提高效果明显。

3.17掺加粉煤灰

掺加一定比例的粉煤灰，可以使水泥搅拌桩强度提高10%左右。

3.18土质

不同土质中水泥搅拌桩的强度相差较大，一般黏性土中较软弱土层中强度高。通过对相同龄期的水泥搅拌桩进行强度试验，其强度相差接近1倍。

4水泥搅拌桩软基处理施工技术要点

4.1施工准备

（1）布置施工便道

根据施工需要，在施工场地内修建1条主便道，与施工场地外其他道路相连通，连通场内外交通，以保证施工车辆、施工材料、施工机具能够进入施工现场。

（2）施工用电准备

本项目在DK7+560右侧红线外设置变电站1座，配置1台500KVA变压器，并准备多台发电机备用。

（3）施工场地准备

对施工现场进行清表、碾压，并做好临时排水，对鱼塘、水田等进行清淤。对局部不利于搅拌机行走或移动的位置铺填粗粒碎石或架设轨道，为施工设备提供便利。并根据施工图纸进行施工放样，标出路线中心、里程，对每根桩进行编号，并标出桩长。

（4）人员和技术准备

开工前组织施工技术人员对施工图纸进行审核，复核工程量，并编制施工组织设计方案与相应的施工技术方案。自上而下进行施工技术交底和安全技术交底，并组织特种作业人员进行技术培训。

（5）机械设备准备

根据施工需要选择机械设备的型号和数量，施工设备应能够自动记录桩长。

4.2确定工艺参数

水泥搅拌桩施工前应进行试桩施工，并通过试桩确定施工工艺参数。

（1）将搅拌机的钻进速度控制在2.0m/min左右，速度提升应控制在1.0m/min左右。

（2）水泥浆的水灰比宜控制在0.45，水泥必须为新日期，在施工中水泥浆必须用砂浆搅拌机搅拌。

（3）制备好的水泥浆应及时使用，存放时间一般不得超过2h。

（4）试桩不少于5根，并采用动力触探法进行检验。

4.3成孔作业流程

（1）钻机定位。根据放样桩孔位置，操作搅拌机进行定位，保持垂直，并对钻机进行调平。

（2）制备水泥浆，并开始进行搅拌钻进。在水泥浆制备完成后方可进行钻进，并送气协助钻孔。

（3）在钻进深度接近设计深度时，应降低速度，达到钻进深度时保持钻头钻动1～2min，然后提升钻杆并喷浆，并进行二次搅拌。

（4）当钻头提升到距离地表50cm时，送浆器即可停止喷浆，成桩结束。

（5）洗管。

（6）重复上述步骤，制作下一根桩。

5水泥搅拌桩施工质量检验

5.1钻孔取芯法

钻孔取芯法是在整个桩长范围内进行取芯，并制作试件进行无侧限抗压强度试验以获得桩身强度的代表值。本项目共选取了6个区的24根水泥搅拌桩，并得出以下检测结果。

（1）6个区所取的桩完整性均较好，水泥固结效果好，并达到了设计强度。对所取芯样制作试件并检测抗压强度，强度代表值均分布在1.06～1.11MPa，高于设计强度1.00MPa，符合设计要求。

（2） 所检测桩孔的桩长均符合要求，部分桩长超设计长度0.25～0.45m，少数桩长较设计长度短0.15～0.25m。

5.2轻型动力触探法

根据试验数据与实践经验，水泥搅拌桩产生的最大轴力位置为桩顶以下3～4m，或3倍桩径范围内。但检验中发现，这一深度的土层压力不足，填土层不均匀，对水泥搅拌桩的施工质量影响较大。

因此，在设计与施工中常采用轻型动力触探法对桩身土层进行检测。轻型动力触探检测应在成桩后7d内，检测桩数不少于总数的1%，且大于3根，桩身承载力特征值不小于500kPa为合格。

5.3荷载试验

在水泥土搅拌桩成桩养护28d后，对复合地基6个分区抽取检测点进行荷载试验。分别对每个测试点进行分级加载，最终加载至320kPa，为设计地基承载力的2倍。本文选取其中一个检测点进行说明，其单桩复合地基静载试验结果汇总见表1。

通过对试验统计结果进行分析，实测单桩复合地基承载力特征值大于160kPa，满足设计与规范要求。得出以下结论：

（1）设计与施工中应结合水泥搅拌桩强度影响因素，

在整个施工过程中进行严格的质量控制；

（2）通过钻孔取芯法和轻型动力触探法对水泥搅拌桩进行质量检测，其强度与桩长符合设计要求；

（3）通过荷载试验数据进行分析，说明通过水泥搅拌桩对铁路软基进行处理，可有效提高地基承载力，达到了设计要求。

6结语

近年来，在世界经济格局以及社会环境的影响下，我国的社会经济取得了巨大发展，铁路运输事业作为城市建设和社会主义市场经济建设的重要组成部分，与人们的日常生活息息相关，对社会发展具有不可忽视的重要作用。铁路路基是铁路轨道建设的基础，是列车正常运行的根本保障，是铁路事业发展必须做好的重要前提，水泥搅拌桩技术经济适用、无振动无污染，并且加固效果较好，其在铁路路基基础处理中的应用，对铁路轨道建设起到了积极有利的作用，给铁路运输事业的发展提供了强有力的保障。

参考文献：

[1]徐海涛.水泥搅拌桩处理铁路软弱地基简述[J].四川建材，2012，38（6）：96-97.

[2]洪辉泽.水泥搅拌桩处理铁路软弱地基施工技术[J].黑龙江科技信息，2012（11）：286-286.

[3]刘继文. 浅谈高速公路机电设施维护精细化管理思路探讨[J]. 工业b， 2016（11）： 49.

[4]李鹏，许伟强，王永春. 高速公路机电设备维护维修费用的精细化管理思路探讨[J]. 科技资讯， 2015（17）：130.

（作者单位：国家能源集团准能集团公司基建工程管理中心）

作者介绍：安玉海（1975.7.8—）；男；内蒙古自治区准格尔旗人；蒙古族；本科学历；工程师；职务：线路专业工程师；研究方向：铁道工程。