广清城际轨道交通地基处理方法探讨

王趁江

0 引言

广(州)清(远)城际轨道交通是指从广州北站及机场北站分别引出后，经狮岭、银盏、龙塘至清远市飞来湖，包含机场北至清远飞来湖段和广州北至汽车学院两段线路。正线全长68.338 km，其中路基总长10.191 km，占正线的14.9%。沿线区域位于广东省中南部、珠江下游，包括珠三角(广州、惠州、东莞、深圳、珠海、佛山、中山、江门、肇庆)和清远市，总面积6.07×104km2，占广东省的33%。

1 工程概况［1］

线路经过地势总体自北向南倾斜，地貌类型为冲积平原及剥蚀丘陵。冲积平原区主要位于花都—狮岭、龙塘—清远地段，分别由珠江水系及北江水系冲积而成;丘陵区主要位于银盏附近，零星出露，植被发育。

沿线主要出露的地层有第四系(Q)、下第三系(E)、侏罗系下统(J1)、石炭系下统(C1)、泥盆系上统(D3)、泥盆系中统(D2)及岩浆岩地层。区内主要发育有北东向、北北东向及东西向构造形迹，其他方向的构造形迹甚次。地质构造经历了四个主要的构造发展阶段，即加里东构造旋回、印支构造旋回、燕山构造旋回和喜马拉雅构造旋回。

沿线路基通过区的特殊岩土主要为人工填土、岩溶洞穴、软土及松软土，软土居多。

2 软土地基的工程特征及其危害

2.1 软土的工程特征

软土一般是指主要由细粒土组成的孔隙比大(e＞1.0)、天然含水率高(w≥wL)、压缩性高(α1－2＞0.5 MPa－1)、强度低(Ps＜800 kPa)和具有灵敏结构性的土层。包括淤泥、淤泥质黏性土、淤泥质粉土等［2］。其中天然孔隙比e大于1.0而小于1.5时称为淤泥质土;当天然孔隙比e大于1.5时称为淤泥［3］。

天然软土具有下列特征:

1)含水率高w。

淤泥和淤泥质土的含水率多为50%～70%，液限一般为40%～60%，天然含水率随液限的增大而增加。

2)孔隙比大e。

天然软土的孔隙往往要比同一垂直压力下的重塑土的孔隙比高出0.20 ～0.40。

3)渗透性小。

其渗透系数k值一般在1×10－4cm/s～1×10－8cm/s之间。对于大部分淤泥和淤泥质土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉砂、细砂、粉土等，故在垂直方向的渗透性比水平方向要小。

4)压缩性高。

淤泥和淤泥质土的压缩系数 α1－2一般为 0.7 MPa－1～1.5 MPa－1，最大达4.5 MPa－1，且随着土的液限增大，压缩性增大。

2.2 软土的工程危害

软土地基具有强度低，压缩性大，渗透性小等特征，其危害主要表现在:

1)强度和稳定性问题。当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。

2)不均匀沉降问题。当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构物的正常使用。

3)地基的渗漏量超过容许值时，会发生水量损失导致事故的发生。

3 软土地基处理方法

软土地基处理的目的是提高地基承载力，降低其压缩性，确保基础稳定，减少基础的不均匀沉降。为了达到上述目的，通常有两类方法:一类是对天然地基土体进行土质改良;另一类是在天然地基中插入(也包括置换)材性较好的材料，如砂石、土工合成材料、混凝土、钢管等［4］。

目前工程中常用的地基处理方法有如下分类:换填法、抛石挤淤法、反压护道法、石灰桩法、排水固结法、化学加固法、挤密法、动力固结法等［5］。

3.1 换填法

换填法是全部或部分挖除软土或泥炭类土用物理力学性质较好的岩土材料换填的软基处理方法，形成双层地基或复合地基，以达到提高地基承载力、减少沉降的目的。换填法属浅层处理法，适用于软弱土层位于地基表面且最大深度一般在3 m，最大不超过5 m的情况。

3.2 抛石挤淤法

该法是在路基底部抛投一定数量的片石，将淤泥挤出基底范围，以提高地基强度的软基处理方法。这种方法的特点是施工简单、迅速、方便。

3.3 反压护道法

反压护道是在路堤两侧填筑一定宽度和高度的护道，使路堤下的淤泥或泥炭向两侧隆起的趋势得到平衡，从而保证路堤稳定性的一种处理方法。

3.4 石灰桩法

石灰桩法是利用石灰在软土地基内形成桩柱，通过石灰消解和水化物的生成，以降低土中含水率，提高地基强度，减小沉降量的软基处理方法。石灰桩的优点是不需要上置荷载，能在短时间内发挥作用。除单独使用生石灰外，也可采用石灰与砂井并用的石灰砂桩。该法主要适用于含砂量低、没有滞水砂层的软土地基。

3.5 排水固结法

排水固结法是对天然地基或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物(路堤)本身的重量逐渐分级加载，或在建造建筑物之前对场地进行加载预压，使土体中的空隙水排除，逐渐固结，地基发生沉降，同时地基强度逐渐提高的地基加固处治方法。通过排水法对地基进行处理，使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使路基在使用期间不至于产生不利的沉降和沉降差;同时可以加速地基的强度增长，提高地基的承载力和稳定性，减小工后沉降。常用的排水固结法有砂井排水固结法、袋装砂井排水法、塑料排水板法、路堤荷载压重法、降低水位压重法和真空压重法等。

3.6 灌浆法

灌浆法亦称注浆法，它是利用液压、气压或电化学原理，向地基中灌入或搅拌入水泥、石灰、粉煤灰或其他化学固化材料，把原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的复合土体，以达到地基处理的目的。

3.7 土工织物法

土工织物作为补强材料加固路堤基底的软基顶部铺设砂垫层，然后再铺设土工织物的软基处理方法。土工织物可以根据需要铺设单层或多层，靠近路基边缘部分的土工布端部要折铺一段加固。铺设两层以上土工织物时，中间要夹0.1 m～0.2 m厚的砂层。该法由于在地基土中埋设强度较大的土工合成材料、钢片等加筋材料，使地基土能够承受抗拉力，防止断裂，保持整体性，提高刚度，改变地基土体的应力场和应变场，从而提高地基的承载力，改善地基的变形特性。

该方法适用于软弱土地基、填土及高填土、砂土等。

3.8 动力固结法

动力固结法又称为强夯法，它是通过一重锤(8 t～30 t，最重可达200 t)自由落下(落距8 m～20 m，最高可达40 m)，对地基土施加强大的冲击能(一般能量为500 kN·m～8 000 kN·m)，在地基中产生冲击波和动应力，从而提高地基土强度，改善土的物理力学性能的地基加固方法。强夯产生的冲击能可以提高土层的均匀性，减小将来可能出现的不均匀沉降。

4 广清城际轨道交通地基处理方法

地基处理的目的就是为了提高地基承载力、减小地基沉降(或工后沉降)。当天然地基不能满足构筑物稳定或变形要求时，就要对天然地基进行处理。

广清城际轨道交通全线采用无碴轨道，正线路基为双线，跨区间无缝线路，系统速度目标值200 km/h(站站停列车140 km/h)，区间直线地段线间距为4.2 m。按照《客运专线无碴轨道铁路设计指南》(铁建设函［2005］754号)(简称《指南》)，无碴轨道路基工后沉降为轨道铺设完成后基础设施的沉降量，一般不应超过15 mm;路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5 mm，沉降造成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于1/1 000。由于沿线路基无法满足工后沉降的要求，因此必须进行地基处理。

4.1 软土及松软土地基

软弱土层仅存于地表3.0 m范围内时，进行换填或固化改良处理。

遇更深厚软弱土层时，根据具体情况可分别采用塑料排水板、真空预压加减沉桩处理和水泥搅拌桩、CFG桩复合地基等方法加固处理。

4.2 人工杂填土地基

对建筑弃土、场地人工填土等，厚度小于3 m时应予挖除换填，厚度较大且地下水位低时采用水泥土挤密桩或强夯密实加固，厚度较大且地下水位又较高时采用水泥搅拌桩或CFG桩加固;对生活垃圾及侵蚀性工业废料等应全部挖除换填。

4.3 岩溶洞穴地段路基

1)对于裸露的岩溶洞穴，挖除洞内松散充填物，底部填入片石，中部用碎石，顶部用混凝土填塞。

2)浅埋的岩溶洞穴(埋深3 m)采取挖开、爆破揭顶，挖除洞内松散充填物，填入片石、注水泥浆液。

3)深埋的岩溶洞穴(埋深≥3 m)，采取钻孔灌砂注水泥浆(水灰比1∶1)。位于路基安全距离以内的溶洞，对溶洞及溶蚀发育带进行灌砂注浆处理，钻孔间距按5.0 m，三角形布置。原则上封闭土石界面，形成隔水帷幕，注浆厚不小于8 m，进入基岩顶面以下不小于5 m。

4)对危害路基的岩溶水根据实际情况采用疏导和截围的方式排除。

5)路基通过溶蚀洼地时，开挖排水沟或设置泄水洞排除地表水;长期积水浸泡的路堤，浸水部分采用渗水料填筑。

5 结语

1)不同道路经过的地区不同其工程地质条件亦不同，则地基处理方法也不同。首先应充分研究地基的性状，道路的标准、施工条件和周围环境等具体情况，而后选择软基处理安全可靠、经济合理的处理措施。

2)在实际工程中由于有很多影响因素和约束条件无法对其定量分析，还具有模糊性和不确定性因素，因此在选择时应结合具体情况，选择合适的组合处理的方式，使得软土地基在最经济的前提下，其工程指标与性能达到设计要求。

3)建议对处理后的地基应加强质量检验。软土是一种特殊土质，其物理力学性质指标在地基处理前后有较大变化，由于其成因复杂，钻探取样困难，运输和室内制样扰动大，常使其物理力学性质指标失真。本文特别建议对处理后的地基应以现场原位试验(十字板试验、动力触探、静力触探、载荷试验等)来确定其物理力学性质，及时将试验数据反馈给设计和施工单位，使地基处理方案实现信息化、动态化设计，尽可能使设计参数达到“增值一分则太长、减之一分则太短;施朱则太赤，着粉则太白”之效果。

［1］ 广东珠三角城际轨道交通规划概况［Z］.

［2］ 王炳龙.高速铁路路基工程［M］.北京:中国铁道出版社，2007.

［3］ 杨锡武.特殊路基工程［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［4］ 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，2005.

［5］ 叶观宝.地基加固新技术［M］.第2版.北京:机械工业出版社，2002.