排水固结法在高速铁路无砟轨道路基软土地基处理中的应用效果分析

答治华

（中国铁路总公司，北京　100844）



排水固结法在高速铁路无砟轨道路基软土地基处理中的应用效果分析

答治华

（中国铁路总公司，北京100844）

摘要以一设计时速350 km高速铁路路基软土地基排水固结法处理试验工点为例，通过对地基土条件、地基处理措施及沉降观测数据的分析，系统总结了塑料排水板+真空+等载预压、塑料排水板+超载预压、砂桩+超载预压处理的软土地基在经历路基填筑（含预压土填筑）—静置—再堆载预压—再静置过程中的沉降变形特征，验证了处理措施的沉降控制效果，可为高速铁路无砟轨道路基软土地基处理提供借鉴。

关键词高速铁路；无砟轨道；路基；软土地基；排水固结

1　工程概况

路基工后沉降控制是高速铁路路基修筑的关键技术问题。一设计时速350 km的高速铁路，在2003年项目建设时选择代表性软土地基地段，按照当时的工后沉降不大于10 cm控制标准修筑了一段长度约800 m的试验路基。其中238 m长地段开展了搅拌桩加固软土地基试验，其余地段开展了塑料排水板+真空+等载预压（预压土高度等于路基设计高度）、塑料排水板+超载预压（预压土高度大于路基设计高度）、砂桩+超载预压加固软土地基的试验研究。项目开工后，为满足铺设无砟轨道的技术要求，于2008年对该试验路基补充实施了二次堆载预压。项目开通运营后，工后沉降的监测结果验证了相应地基加固措施的沉降控制效果。

1. 1工程地质条件

试验段地层为第四系全新统冲湖积层，岩性自上而下分别为：

①黏土，灰黄色，软～硬塑，夹少量铁锰结核，层厚0. 76～3. 60 m，属中等压缩性土。

②淤泥质粉质黏土，深灰色，流塑，厚3. 2～16. 5 m，局部夹有薄层粉砂，具高压缩性、低强度的特点，大多数灵敏度超过16，具高触变性。

③黏土，粉质黏土，粉土，局部夹薄层粉砂，呈交错断续沉积，可分为：③-1绿灰色粉质黏土夹薄层粉砂，层厚0～4. 1 m；③-2灰色黏土，层厚0～8. 1 m；③-3灰绿色、黑灰色黏土，层厚0～7. 4 m；③-4灰黄色粉质黏土局部夹薄层粉砂，层厚0～5. 4 m；③-5浅灰色粉质黏土，层厚0～9. 8 m。

④粉砂，上部夹有薄层黏土。

地基土体的主要物理力学指标见表1。

表1　地基土体物理力学指标

试验段地层含水率及孔隙比较高，特别是②层淤泥质粉质黏土层，平均值分别达到了44. 4％和1. 23，属典型软土，为该段路基地基沉降的控制地层。

1. 2地基处理措施设计

试验段路基设计高度4. 7～5. 6 m，按地基处理措施分为5个段落。第1阶段按有砟轨道路基沉降控制标准实施，第2阶段按无砟轨道路基沉降控制标准进行了二次堆载预压。排水固结法软土地基处理措施见表2。

表2　排水固结法软土地基处理措施

2　施工阶段沉降变形

2. 1第1阶段地基处理与沉降

软土地基处理始于2003年3—4月。路基填筑始于2003年6—7月，结束于2003年10—11月，其后进入静置期。其中，塑料排水板+超载预压和砂桩+超载预压地段，2003年10月完成预压土填筑，2004年11月底完成预压土卸载。

外面一片死寂。农夫在窖子里憋得慌，小心翼翼地移开树枝，透口气儿。天慢慢黑了，寒星升了起来，隐隐的，他听到有人在哭，是孩子在哭，断断续续的。

路基填筑、堆载预压和卸载后静置过程中，对地基的沉降变形进行了观测。至2015年底，地基处理后不同时期内沉降量统计见表3。为便于理解不同处理措施与沉降的关系，表中列出了各观测断面的加固深度、加固地层和软土层厚度。

表3　地基处理后不同时期内沉降量统计

典型断面的沉降曲线见图1。

图1　典型断面D18的沉降曲线

地基中第②层淤泥质粉质黏土层（软土）加固处理前后的物理力学指标变化情况见表4。

表4　地基处理前后软土物理力学指标变化

从表4中数据看，塑料排水板+超载预压、砂桩+超载预压处理后的软土的压缩模量比较接近，且优于塑料排水板+真空+等载预压措施。加固后的地基条件仍属于“松软地基”范畴，再加载后的变形特征还将表现为排水固结过程。

2. 2二次预压与沉降

为满足铺设无砟轨道要求，项目正式开工建设时，对工后沉降、纵向差异沉降进行了适应性分析，并对地基再次实施堆载预压处理。其中的507 m长度地基堆载土柱高2. 0 m，45. 0 m长路桥过渡段堆载土柱高3. 0 m。预压土填筑时间在2008年10月1—17日，卸载完成于2009年7月底，之后路基进入卸载后的静置期。表5为二次堆载预压期间（9个月）和预压+卸载后静置期间（16个月）的沉降量。二次堆载预压期间典型断面沉降曲线见图2。

表5　二次堆载预压后的沉降量　mm

图2　二次堆载预压期间典型断面沉降曲线

2. 3沉降变形特征分析

施工阶段试验段路基的沉降变形具有如下特点：

2）塑料排水板+真空+等载预压处理地段，软土层较厚，为12～16 m。D11断面的总沉降量最大达2 000 mm。抽真空初期地基沉降变形显著，如D11断面抽真空至路基填筑前的总沉降量达到850 mm。塑料排水板底部以下真空预压产生的附加应力较小，土体主固结变化速率呈渐变收敛趋势；真空+堆载预压（填土高度2. 0 m以内）期间，沿路基横断面沉降表现为整体下沉，随着填土高度增加，路基中心与坡脚的差异沉降越来越明显。

3）塑料排水板+超载预压处理地段，软土层相对较薄，为4～7 m。因塑料排水板间距不同和超载预压土柱高度的差异，总沉降量在500～1 000 mm。沉降沿路基横断面的差异比真空+等载预压更明显，坡脚的沉降量仅占路基中心的20％～25％。

4）砂桩+超载预压处理地段，软土层厚3～4 m，软土层下部为中等压缩性黏土和粉质黏土，总沉降量在410～470 mm。填筑初期，砂桩是以排水固结作用为主，随着时间和荷载的增加，排水固结作用逐渐减弱，复合地基作用逐渐增强。

5）堆载预压对于加快软土地基排水固结，减少路基工后沉降的作用显著。

无论是塑料排水板+真空+等载预压、塑料排水板+超载预压处理，还是砂桩+超载预压处理段落，无论是2 m高堆载土柱段落，还是3 m高堆载土柱段落，实施二次堆载预压后，二次沉降量都在50～95 mm。尤其是2号段落，二次堆载预压土柱高度2. 0 m，与第1阶段地基处理时的堆载预压土柱高度1. 8 m相差不大，但二次沉降量在50～70 mm。二次预压在预压土填筑过程中产生的沉降量占预压期内总沉降量的50％以上。其中，塑料排水板+真空+等载预压段落的占比平均为61％；塑料排水板+超载预压段落的占比平均为69％；砂桩+超载预压段落的占比平均为72％；二次预压土柱高度为3 m的段落占比更高。

3　运营阶段沉降变形

3. 1沉降变形

2012—2015年观测的沉降量见表6。

表6　运营期间沉降量

由表6可知：①试验段地基在路基本体、无砟轨道以及列车荷载长期作用下，仍然存在一定的固结沉降，但沉降量逐年递减。②不同地基处理段落的沉降量大小与施工期间地基处理过程中的沉降特征基本一致。施工期间沉降量大的段落，运营期间的沉降量也相对较大，反之亦然。最大累计沉降量为12. 8 mm，出现在D34监测断面。③除塑料排水板+真空+等载预压处理段落的沉降量较明显外，采取其他措施段落的沉降都已基本稳定。

3. 2线路平顺性状态

轨道线形检测结果表明，区段内的右线高程偏差合格率（88％）较左线稍好。轨距、轨距变化率、扭曲、水平（超高）合格率以及轨道平顺性指标轨向及高低的短波合格率均为100％。

试验段路基的最大沉降段落竖曲线半径满足Rsh为设计速度）的要求，列车运行的舒适度没有受到影响。

4　结论

1）试验路基的地基处理设计是基于当初的工后沉降控制标准。观测数据表明，排水固结法处理后的软土地基，在填筑完成静置12个月后，工后沉降量可以满足当初的设计标准要求。

2）实施二次堆载预压后，对促进地基土的进一步排水固结和工后沉降控制效果显著，满足了铺设无砟轨道技术要求，为高速铁路无砟轨道路基软土地基处理提供了有益探索和成功案例。

3）排水固结法处理软土地基的措施较其他复合地基措施具有显著的技术经济优势，但处理效果依赖于堆载预压和静置时间上的有效保障。

4）对于无砟轨道路基，软土层较厚时要谨慎采用排水固结法。软土层位较浅、厚度较薄且工期允许的前提下，排水固结法是可供比选的地基处理措施之一。

5）采用排水固结法处理的软土地基，在运营期间加强长期荷载作用下沉降变形监测的同时，要高度重视对线路周边人为活动和地下水位变化的监控。这也是保障路基软土地基稳定的必要条件。

参考文献

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（责任审编葛全红）

Analysis on Application Effect of Drained Consolidation Method in Soft Soil Foundation Treatment for High Speed Railway Ballastless Track Subgrade

DA Zhihua
（China Railway Corporation，Beijing 100844，China）

AbstractThis paper took a soft soil roadbed treatment test site using drainage consolidation method of a 350 km /h high speed railway as an example. T hrough the analysis of soil conditions，foundation treatment measures and measured settlement data，the roadbed settlement characteristics were systematically summarized during the process of filling（including drift preloading）-standing-re-drift preloading-re-standing while the soft soil treatment methods were used including plastic drainage plate with vacuum and equal-load preloading，plastic drainage plate with surcharge preloading，sand pile with surcharge preloading. T he settlement control effect of treatment measures was verified and the results provide a useful reference for the soft soil roadbed treatment for high speed railway ballastless track subgrade.

Key wordsHigh speed railway；Ballastless track；Roadbed；Soft soil foundation；Drainage consolidation

中图分类号U213. 1+4；TU471+.8

文献标识码A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 29

文章编号：1003-1995（2016）05-0131-04

收稿日期：2016-01-22；修回日期：2016-03-09

作者简介：答治华（1967—），男，高级工程师。