高速铁路工程浸水路基、地基施工技术研究

2024-04-24申清波

工程机械与维修 2024年1期

申清波

摘要：传统的浸水路基、地基施工技术主要是运用在水塘分布较多的区域，但高速铁路修建跨度区域大，容易受工程资金与居民生活环境限制，为此提出一种新型高速铁路工程施工浸水路基、地基施工技术。合理选择路基、地基填料，并施工过程中确保地基的内部稳定性，再填筑浸水路基、地基。设置路基、地基路面与地下水位之间的高度，确保其比干燥状态下的临界高度更大，从而完成高铁工程的浸水路基、地基的施工。实例分析结果表明，使用本文设计的高速铁路工程施工浸水路基、地基施工技术进行施工后，每个测点的路基路面高度均小于高铁施工规定最大路基路面高度，由此证明设计的施工技术较好，能够符合此次工程的施工需求。

关键词：高速铁路；基地；浸水路；施工

0 引言

采取科学合理的施工工艺，有利于提升路基、地基的施工质量。在施工过程中，施工单位要加强对施工现场的监控工作，并严格遵守相关的施工规范，从而对浸水路基基础的施工质量进行全方位的提升，为列车的运行安全提供可靠的保证。

传统的浸水路基、地基施工技术主要是运用在水塘分布较多的区域，但高速铁路修建跨度区域大，容易受工程资金与居民生活环境限制。因此，本文对浸水路基结构稳定性进行分析，在不增加施工成本和施工难度的情况下，对浸水路基的地基进行优化，以提高施工质量和施工效率。

1 高铁工程浸水路基、地基施工技术要点

1.1 选择路基、地基的填料

1.1.1 填料渗透稳定性分析

与其他路基、地基相比，浸水路基、地基除了要承担其他地基所承担的自重和物体荷载外，还会受到由水产生的浮力和渗透动水压力的影响。在池塘和洼地路基础上，由于水的浸润而产生的水浮力较大，由于水位变化和水流速度等因素而产生的渗透动水压力较小。对河滩和水库路基而言，除受浮力作用外，还受渗透动水压力作用，尤其是河滩和水库路基作用更为明显。

浸水路基、地基中的饱和渗透过程可划分为两类：一类是稳态渗流，即任一结点处的水头不随着时间而改变；另一类是结点处的水头随时间而改变的瞬态渗流。通常用达西渗流法与连续方程相结合的方法，求出路基内的含水量分布场。

为保证路基、地基填料的渗透稳定性，避免由于细粒损失引起的管涌灾害，确保高铁路基的长期使用，必须在工程施工过程中保证地基的内部稳定性。高速铁路工程的填料渗透稳定性计算公式如下：

（1）

式中：K表示填料渗透系数，ρw为水的密度，n代表土体孔隙度，δ为水动力粘滞系数，g代表重力加速度。

1.1.2 路基结构的抗浮稳定性分析

填料内部稳定性较好，有利于防止渗流出口的局部水力坡降过大而造成流土破坏。如果填料水力坡降过大，则应采取相关施工措施，例如在渗流出口的上方安置一个排水覆盖层，以使填料容许坡度比坝体外部水头作用所产生的真实坡度更大。

地基换填施工由全断面挖方取代，然后经过破碎处理的材料由挖掘机装车，并通过自卸车进行运输。按路基础区段配齐施工机械，尽早完成冻结土层的挖掘作业。在此基础上，采用4台挖掘机，分别从路基两端同时进行作业，一次挖出所有的饱和冻土。

在开挖过程中，要求施工人员强化对设计地质的核对。当出现地质不一致的情况时，要及时通知监理、设计和建设单位，对施工方案进行修改。基底碾压结束后，应对其进行工程检测，通过检测后，应向监理工程师报告，并在现场进行验收。验收合格后，再进行下一步骤的施工。

若高铁工程的路基、地基中的土质为砂、软土，可以在路基的底部与挡水坝的下部放置一个全断面的钢筋混凝土的筏板。假设在坝体外部的水头高度影响下，地基中没有渗透物，而钢筋混凝土筏基的底面只受静水压，顶面受路堤的自重。整个路基结构的抗浮稳定性的计算公式如下：

（2）

式中：Gk表示筏板的基础上部的轨道结构与路基的自重，Nw，k代表筏板所受的浮力数值，Kw代表抗浮的安全稳定系数。

浸水路基为高速铁路中重要的组成部分，其基底的稳定性的安全性决定了高速铁路的正常运行。随着计算机网络技术的飞速进步，越来越多的有限元分析方法可用来进行浸水路基、地基的稳定性分析。

1.2 填筑浸水路基、地基路面

1.2.1 浸水路基、地基的水位变化分析

水位的变化能够对浸水路基产生影响，双侧浸水路基的水位变化如图1所示。单侧浸水路基、地基的水位变化如图2所示。

从图1、图2可以看到，对于浸水路基来说，水位的突然下降是最具有危害性的。在双侧浸水的情况下，随着水位的升高，在土体剪切强度下降的同时，还会在两边形成一个向路基内部的水压力，这对路基的稳定性有利。在水位下降过程中，土体两侧的渗流动水压力会将土体中的细颗粒物质从土体中冲出，从而导致土体的破坏。

在单侧浸水的情况下，当水位升高时，会产生一种有利于稳定的渗流动水压力，同时渗流也会很大。当水位下降時，其与双侧浸水路基、地基的稳定性相似。

1.2.2 地下水位线的水力坡降

在对浸水路基、地基的路面进行施工时，可选择放坡方式进行填筑，这样既能将降到地基表面的雨水直接排放，又能防止地基长期积水，有效地防止地基的干湿状况受到地下水的影响。

针对拦河坝外高水头条件下的“浸水路基、地基”，在沉陷地基两边增设一条暗沟，可以使沉陷地基内的地下水得到很好控制。在此基础上，以地下暗沟底部为基准，假定渗透水在水平方向上向地下暗沟流动，则地基土湿剖面即为一个垂直于渗透水方向的垂直面。

在路基中线位置，地下水位下降的影响最小。对等式两边分别积分，则单侧暗水沟中的路基、地基的地下水水位线的降落高度的计算公式如下：

（3）

式中：W代表地下水的初始高度，y0表示暗水沟内的水位高度，r1代表了暗沟内侧的边界到垂直中心线的距离，r0为路基、地基中线位置到暗沟内垂直中线的距离。

路基、地基的基床干湿状况与其力学性质有很大的关系。为了确保对车辆动载荷有明显影响的基床表层处于干燥状态，路基、地基路面与地下水位之间的高度应该比干燥状态下的临界高度更大。

2 实例分析

2.1 工程概况

新建铁伊铁路先行工程浸水路基分布在DK89+914.41-

DK93+600段内，一共分为7段，浸水路基施工范围内表层为淤泥质土，而且易积水。

变更后设计情况如下：将地基挖至设计要求的地层后填筑0.6m厚片石（碎石填缝），片石与碎石的比例为7：3，片石顶部碎石厚度不宜小于0.05m，待片石填筑合格后，按照设计要求填筑冻胀不敏感A、B组填料（碎石类土），填至地面以上0.5m，其他按照正常路基施工方案施工。

线路经过低山丘陵边缘及丘间冲积平原区，地势起伏较小，相对高差10～30m，自然坡度10～30°。植被较发育，以乔木、灌木和杂草为主，多为林地。铁路工程气候分区为严寒地区。年平均气温在2.4℃，1月最冷，6～7月最热。

2.2 施工要求

填筑期间，应严格控制填料的细颗粒含量及含水量（冬季施工应提前备料，避免填料含冰），保证填料的压实质量以及防冻胀效果。路基基床以下路堤填筑，按照试验段工艺参数及规范要求的压实度标准分层填筑。鉴于路基属于浸水路基，需在两侧坡脚设防冻胀保温护道，护道宽3.0m，高3.0m，路基填筑时，保温护道与路基本体同时施工。

此次工程施工地点的地质条件如表1所示。此次工程采用边开挖、边回填的形式，基坑开挖长度不宜过大。待碾压片石形成工作面后，按照设计要求填筑冻胀不敏感料至设计标高。施工期间及时将路基基坑内的水，采用集中引排的方式排出基坑。

2.3 施工结果与讨论

根据上述施工工程的概况以及准备，利用本文设计的高速铁路工程施工浸水路基、地基施工技术，进行新建铁伊铁路先行工程浸水路段的施工。软土地基横断面如图3所示。

由图3可知，路基的横断面的地基填筑较好，覆盖完整，具有较好的抗压能力，证明了本文设计的施工技术的性能较好。

为进一步获取施工數据，使用检测仪器对路基路面的高度进行测量，得到水平线上不同位置的施工效果如表2所示。

由表2的施工数据可知，使用本文设计的浸水路基、地基施工技术后，每个测点的路基路面高度均小于高铁施工规定最大路基路面高度。由此可以证明本文设计的施工技术较好，能够符合此次工程的施工需求，有一定的应用价值。

3 结束语

综上所述，为解决浸水路基、地基面临的诸多不利的工程技术问题，需弄清其内部含水量的周期变化规律，并结合土体的物理和力学特性指标的退化规律，开展浸水路基、地基稳定性分析，明确浸水路基的最坏失稳状态。对于不良的工作状态，可以采取一定的排水及加固措施，来确保路基的安全工作，以为其上路面结构提供有效的支撑。通过对浸水路基、地基含水量的周期变化特征的分析，判断基底破坏的最不利条件，并提出相应的支护和排水对策，对解决工程施工的难点具有重要意义。

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