高速铁路软土地基处理技术探究

马辉

摘要：高速铁路运输作为当前技术条件下规模性、便捷性表现最为突出的交通运输方式，对于地基处理的要求较高, 必须根据具体情况选择更经济有效的软土处理的施工方法，针对高速铁路软土地基建设过程中可能遇到的各种问题展开详细分析与研究，确保高速铁路软土地基施工安全顺畅的完成。

关键词：高速铁路 软土地基 处理技术

中图分类号： F530 文献标识码： A

1 高速铁路软土地基结构特征

从理论上来说，软土是淤泥以及淤泥质土的统称。从软土形成角度上来会说，它主要是由压缩性高、承载性能低以及天然含水量大特性表现显著地淤泥沉积物以及腐殖质所构成的土体形式。从结构特性角度上来说，软土最显著的特性在于天然含水量高、抗剪强度低、压缩性高、天然孔隙比大以及固结时间长。按照结构特征划分来说，高速铁路软土地基有着如下几个方面的特性。

1.1 软土基本参数

1.1.1高含水量和高孔隙性

软土的天然含水量一般为50%～70%，最大甚至超过200%。液限一般为40%～60%，天然含水量随液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1～2之间，最大达3～4。其饱和度一般大于95%，因而天然含水量与其天然孔隙比呈直线变化关系。软土的如此高含水量和高孔隙性特征是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素。

1.1.2渗透性弱

软土的渗透系数一般在i×10-4～i×10-8cm/s之间，而大部分滨海相和三角洲相软土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉、细砂、粉土等，故在水平方向的渗透性较垂直方向要大得多。

由于该类土渗透系数小、含水量大且饱和状态，这不但延缓其土体的固结过程，而且在加荷初期，常易出现较高的孔隙水压力，对地基强度有显著影响。

1.1.3压缩性高

软土均属高压缩性土，其压缩系数a0.1～0.2一般为0.7～1.5MPa-1,最大达4.5MPa，它随着土的液限和天然含水量的增大而增高。由于土质本身的因素而言，该类土的建筑荷载作用下的变形有如下特征：

(1)变形大而不均匀

(2)变形稳定历时长

1.1.4抗剪强度低

软土的抗剪强度小且与加荷速度及排水固结条件密切相关，不排水三轴快剪所得抗剪强度值很小，且与其侧压力大小无关。排水条件下的抗剪强度随固结程度的增加而增大。

1.1.5较显著的触变性和蠕变形。

1.2 软土结构形式

软土的结构性强弱程度能够以视超压密比参数的形式加以表现。相关实践研究结果表明：软土结构性的形成与发展会在土体矿物成分构成、周边沉积环境、沉积年代差异以及孔隙水成分因素的影响之下产生一定的差异性。

1.3 软土的地表形式

受到风化及淋洗作用的影响，大部分软土分布地区地表均会存在一定的硬壳层结构。值得注意的是：硬壳土层所表现出的高强度特性与低压缩特性使得在此种土层形式上所进行的高速铁路工程施工有着极高的施工难度。作为高速铁路软土地基施工作业人员的我们应当充分认识：如何在高速铁路工程上针对此种土层进行合理利用，对于整个软土地基状态下建筑构件的沉降控制有着极为关键的意义。

1.4 路基的填料和压实要求

为保证填土具有足够的强度和控制路基的工后沉降，我国高速铁路对路基的填料和压实标准作了严格的规定。

2 软土地基的处理措施

为了保证软土及松软土地基的稳定性，并且能够有效的控制路基工后沉降，一般都需要对软土地基进行有效的加固处理。软土地基处理措施种类大致可以分为以下几类：

2.1 均质地基：经过处理后，地基使用范围内的土质得到了全面改善，土的物理力学性质基本相同，如注浆等；

2.2 多层地基：常见的是双层地基，指加固层较薄，并且同下覆的天然土层共同承受加载压力作用，两层均在压缩层范围内的情况，如各种开挖置换垫层；

2.3 复合地基：当天然软土地基在其地基加固处理的过程中，通过增强、置换部分土体，或者在天然软土地基中设置加筋材料，天然软土地基土体和加固体两部分共同组成了加固区，共同承受上部荷载的作用；常见的有水泥搅拌桩复合地基、CFG 桩复合地基、旋喷桩等；

2.4 新型地基处理措施：高强度桩（帽）网结构（如混凝土管桩、预应力混凝土管桩等）、桩板结构等。要选择符合要求并且经济实用的软土地基处理措施，必须深入研究地基处理的依据和目的，并考虑地基性状、路基标准、对环境的影响等因素。在实际的工程中，应该根据具体的工程地质条件和荷载条件，因地制宜地采用合理的软土地基处理措施，这样可以取得良好的工程质量，达到良好的工程经济效果，同时也可以缩短工程工期。高速铁路常用的软土地基加固措施主要有：挖除换填垫层法、堆载预压法、强夯法、砂石桩法、水泥搅拌法、高压旋喷法、现浇混凝土薄壁管桩法、预应力混凝土管桩法、CFG 桩法等等。

3 实例分析

沪昆客运专线湖南段娄底地区为中丘地形，地面起伏较大，DK102+441-DK102+610段设计为水泥搅拌桩加固，加固深度为5.3-13.0m，搅拌桩的直径为0.5m，桩柱的间距是1.2 m。地质的主要构成为淤泥质粘土、粘土和粉质粘土。

4 水泥搅拌桩施工工艺过程分析

4.1 施工设备

目前常用于搅拌桩施工的设备是PH—5B和PH—5D 两种设备，其加固深度可以达到18m，其中PH—5D的最大扭矩达到了55kN·m。

4.2 试桩阶段

在进行正式施工前，试桩对于掌握必要的数据有着重要的意义。根据施工现场的复搅深度和加固深度，决定选择PH－5D 型深层搅拌机来进行试桩。对PH－5D型深层搅拌机的复搅深度、实际钻进等参数进行详细考察之后，认为试桩阶段水灰比选择为0.5。在相关的复搅工艺和不复搅工艺的标准规定下进行了严格了试桩，最终得到不采用复搅工艺在工程稳定上存在很大的问题，因此应当使用复搅工艺成桩。

4.3 现场地基处理

地基的处理考虑到PH—5B 机型有限的复搅能力，决定不予采用，因此使用了在国内工程项目中应用广泛并且能够用于全程复搅的PH－5D 型搅拌机。施工现场的处理使用的是韶峰PO42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5%。深层搅拌桩的质量检测方法是通过室内无侧抗压或者钻探取芯的方法来进行的，为了保证检验的准确性，决定使用钻探取芯的流行方法，并且增加了取样的数量，将其改为常规检验取样数量的3倍。

4.4 搅拌速度的控制

水泥的均匀性很大程度上是取决于搅拌速度，速度过大或者过慢都会导致水泥的不均匀。控制好搅拌速度也就成为了影响搅拌桩施工工艺的重要部分。为了准确研究各种搅拌速度对桩体强度的影响。因此以正常搅拌速度为标准，设置了两个对比项，一个增加一级搅拌速度，另一个降低一级搅拌速度。在这样的对比试验后，发现降低速度的实验组在喷桩上存在很大的困难，只有部分勉强成桩;增加速度的则难以成桩，可以利用目前使用的施工机械对搅拌桩速度进行改变所取得的效果不佳。

4.5 复搅拌次数的作用

复搅次数很大程度上会影响到成桩的强度，对于淤泥质粘土的桩体影响甚大，因此研究复搅拌次数对桩体强度的影响对施工工艺的成效有明显的意义。因此在桩体中挑选了3 根桩体，对原有搅拌次数进行了增加，然后连续七天对实验组桩体的静力触探值进行了测定。得到结果: 如果增加一次搅拌，在桩体8m 以下的部分比贯入阻力有些许降低，而在8m 以上的灌入阻力则增加了许多，并且桩体的均匀性有所降低，因此在实际的施工过程中还是用一次复搅来提供施工工艺的效果。

参考文献：

[1] 赵博,张胜.干振复合桩在山间洼地软基处理中的应用[J]. 土工基础. 2007(02)

[2] 练达仁,曹大正.低位真空预压软土加固技术研究[J]. 海河水利. 2000(04)