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某地区铁路工程软土地基处理方法探讨
一
万国祥，王健臣
中国矿业大学资源学院，江苏 徐州 221008

摘要：文章首先阐述了软土地基的特点，对目前常用的软土地基处理方法以及新技术进行了分析，从中比较、选择适合铁路软土地基处理的方法，经过在某地区软土地基处理的实际应用，得到了令人满意的结果。
关键词：铁路工程；地基处理；软土；软土地基

1软土的定义及特征
国内外对软土没有统一的分类判别标准，国内各部门之间的标准也不尽相同。
我国新颁布的《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)中的定义，凡天然孔隙比大于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。
虽然各地软土成因各不相同，但都具有近于相同的工程特性:
（1）天然含水量高，孔隙比大。
（2）渗透性小。
（3）压缩性大。
（4）抗剪强度低。
（5）具有触变性。
（6）流变性显著。
从广义上说，软土就是强度低、压缩性高的软弱土层。所以在软土地基上修筑路基，如果处理不当，往往会引发路基失稳或导致路基过量沉陷，继而导致路基病害的产生，严重影响列车的正常运行。
对于铁路工程来说，尤其是高铁工程，地基承载力和变形应满足工程设计要求。不满足要求的地基土层如软粘土、冲填土、有机质土、腐殖质土、液化土、湿陷性土、膨胀土、泥炭土、盐渍土、多年冻土及可能引起震陷的土等都可称为软弱土，这种地基可称为软弱地基。
2 软土地基处理的一般方法
为满足高速铁路路基的工后沉降标准，对软上地基应采取适当的处理措施。目前常规的软土地基处理方法主要有以下几类:
2.1 排水固结法
这是一种使用多年的方法，至今仍被普遍采用，其主要特点是理论成熟，施工设备简单，费用低。但由于排水固结法需要预压荷载，且预压时间长，对工期紧迫、缺乏压载条件的工程是难以采用的。此外，排水固结法只能加速固结沉降而不能减少固结沉降量，对于对沉降和不均匀沉降要求严格的工程必须慎重选择。大量的工程实测资料表明，排水固结法的有效处理深度约12-15m，超过这深度，孔隙水压力消散相当困难和缓慢，故设计时应加以考虑。
排水固结法主要有下列几种方式:
（1）加(超)载预压:在建造建筑物之前进行预压，以消除大部分沉降。当预压荷载超过建筑物永久压力时，可以消除部分次固结沉降为超载预压。
（2）真空预压:通过增设于地面砂垫层中的吸水管不断抽气造成负压而使软土层排水固结，砂垫层下如设砂井或塑料排水带，效果更佳。真空预压法利用大气加固上体，不需要大量的堆载预压材料，在真空吸力的作用下易使上中的封闭气泡排出，从而使土的渗透性提高、固结过程加快，有利于在有限的时间内最大程度消除工期沉降和工后沉降，同时有利于路基稳定性控制，是一种值得推广的软基处理方法。适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)稳定负压边界条件的软土地基。
（3）真空预压与堆载联合作用法:原理是当真空预压达到要求的预压荷载时，可与堆载预压联合使用，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。适用于软粘土、粉土、杂填土、冲填土、泥炭土地基等。
2.2振密法。主要指强夯法。
强夯法:利用高锤击功能使地基受冲击力和振动力使土体密实。强夯法施工设备简单，不需加固材料，费用低、周期短。但强夯法有严格的土质适用范围，主要适用于处理素填土、杂填土、砂土、低饱和度粘性土、粉土和黄土地基。软土的饱和度接近于1，是不宜使用强夯法的。
2.3置换拌入法。
主要有下列几种方式:
（1）开挖置换:挖除一定深度的软土层，回填工程性质好的砂砾石，石渣、粉煤灰等分层夯实，提高持力层承载力，减小下卧层附加应力。
（2）高压喷射注浆:将注浆通过钻孔置入预定深度，然后高压喷射浆液(常用水泥浆)冲切土体，同时旋转提升注浆管，生成水泥一土桩。适用于淤泥、淤泥质土、人工填土等地基。对既有建筑物可进行托换加固。
（3）水泥土搅拌法:用水泥或石灰通过深层搅拌机与土搅拌成桩、柱可布置成连续墙或格栅构造，可分为喷浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。水泥搅拌桩复合地基是一种处理软土、粉土和含水量较高且地基承载力较低的粘性土等地基的处理方法。水泥搅拌桩是通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将水泥浆和软粘土强制搅拌，在一定的时间内，通过土与水泥浆间的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的地基。水泥搅拌法不仅可以较大地提高地基土的承载力，而且在加固深度内可以减少原地基沉降量的三分之一至三分之二，沉降较快趋于稳定，在方案选择时，具有明显优势。但与其他处理方法相比，水泥搅拌法一般造价较高，水泥用量大。
（4）石灰桩:机械成孔，填入生石灰碎块或在石灰中再渗入水硬性材料压实成桩，利用石灰的吸水膨胀及与土间的离子交换作用改善桩周土的性质，桩一土组成复合地基。利用生石灰加固土体在我国具有悠久历史，在盛产石灰的地区，当是一种首选方法，但石灰桩法在国内仍未推广使用，其原因是施工机具和施工工艺不能满足要求。适用于软弱粘性土地基。
（7）粉体喷射搅拌桩:粉体喷射搅拌桩处理软基是利用粉体喷射搅拌桩成桩机械将粉体固化剂(水泥、石灰等)喷出后在地基深处就地与软基强制搅拌，利用固化剂和软土之间产生的一系列物理化学反应，在原地基中形成强度、刚度较大的桩体，桩与桩间土体形成复合地基共同承担外荷载。在施工中一般用于桥头、涵洞结构物等地段的地基加固，其目的是解决桥头、涵洞等结构物与路堤连接处的不均匀沉降问题，在施工工期紧张的路段有时也采用粉体喷射搅拌桩处理，以提高路堤填筑速度。
（8）CFG桩:CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，与桩间土、褥垫层一起形成复合地基。该类桩型在工民建、市政、高速公路等工程中已有广泛应用。在高速公路工程的应用与研究结果显示，CFG桩比较适合用于桥头和涵洞结构物等地段的地基加固，主要解决不均匀沉降问题。CFG桩是一种在铁路客运专线工程建设中应用潜力很大的软基处理方法。
2.4注浆法。
适用于处理岩基、砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般人工填土，也可加固暗滨和在托换工程中使用。主要有下列几种方式:
（1）电化学注浆:加固用的化学溶液在电渗作用下渗入土中或胶体在电泳作用下渗入土孔隙中。
（2）劈裂注浆:浆液在高压作用下，使原有的孔隙或裂隙扩张，使低透水性土的可灌性和浆液扩散距离增大。
（3）树根桩:在地基中沿不同方向，设置直径为75-250mm的细桩，可以是竖直桩，也可以是斜桩，形成如树根状的群桩，以支撑结构物，或用以挡土，稳定边坡。适用于软弱粘性土和杂填土地基。
3 该铁路工程软土地基处理方案比较与选择
(1)强夯+塑料排水板法。该工法是利用强夯加速饱和软粘土的固结,而塑料排水板则是其排水通道,从而加速饱和软粘土的排水固结。强夯+塑料排水板法加固地基具有效果显著、设备简单、施工方便、使用经济等优点；缺点为对淤泥层的加固效果不明显,当填土层下淤泥层厚度较大时,不宜采用；强夯振动影响有一定的范围当离建筑物较近时不宜采用。
(2)袋装砂井+加载预压。该工法增加地基的竖向排水通道,通过加载或超载预压将地基土的孔隙水大量排出,减小孔隙体积,加速地基固结,提高地基土的有效应力,可以大大提高地基土的强度,减小工后沉降,提高地基的稳定性。
(3)袋装砂井+真空预压与堆载联合作用法。对于软土层深厚区段,单独采用袋装砂井的缺点在于相对来说工期较长,因此综合工期因素考虑,对于某些软土特厚的区段局部采用真空预压与堆载联合作用法方案。该法特点是土体固结加快、强度相应提高,可加快填土速度,缩短工期,同时减小施工过程中由于加载速度过快而造成路堤失稳的可能性；缺点是工程技术难度相对较大且造价较高。可用于本工程的选择方案。
(4)粉喷桩+土工格栅加筋法。该法的主要优点是无弃土、无噪音、无污染,施工周期短等且桩顶设土工格栅加筋可提高地基的整体稳定但是由于受施工设备的限制使得该法施工质量不易保证,其加固深度一般约10m。另一方面,其造价较高,但仍可用于本工程的选择方案。
(5)CFG桩+砂桩法。该工法通过填入一定比例的碎石、粉煤灰、水泥和水形成的半刚性桩体,与原地基形成复合地基,从而提高地基承载力。同时CFG桩与砂桩间隔布置,又增加其排水通道,加速排水固结,减少工后及不均匀沉降的目的。该工法适用于淤泥、淤泥质土、杂填土饱和及非饱和的粘性土、粉土路基,能使天然地基承载力提高70%以上。可用于本工程的比较方案。
(6)袋装砂井+土工格栅。利用袋装砂井和砂垫层改善软土固结排水条件,利用土工格栅可提高软土承载力和抗剪强度,调整填土荷载分布状况,最终达到控制总体沉降量并减少差异沉降量。
(7)石灰桩法。该工法通过对土体的挤密作用和新鲜的生石灰成桩时对桩周土体的脱水挤密作用使周围土体固结,同原地基土形成复合地基,从而提高地基的承载力。该工法适用于含水量大、排水性差、没有滞水砂层的软土路基。其优点为见效快,可缩短工期；不必在地表面预先堆载,靠生石灰桩在水平方向的挤实作用,代替地面堆载的作用。缺点是施工工艺较复杂,造价偏高,受地下水影响较大。
高速铁路软基路段处理应根据软土性质、工期及造价的三重约束综合确定处理措施,对于控制工期的路段应增加投入,加大处理力度,力求获得造价与工期双赢的结果。
4小结与建议
铁路工程地基处理技术方法多种多样，应因地制宜，做出正确的选择，以便在保证工程质量的同时尽可能降低工程造价。因此本文针对铁路软土地基的自身特点，在现有的软土地基处理方法中，经过比较选择了适合铁路软土地基处理的方法，并经在某地区铁路工程的实际应用，得到了令人满意的结果。
参考文献：
[1] 陆全发.铁路客运专线路基工程施工工艺研究[硕士学位论文].西南交通大学,2006
[2] 李文军.谈谈地基的处理.广东建材，2007，（8）：153-155
[3] 熊学斌.软土地基的问题及处理技术.安徽建筑，2006，（6）：102-103