高铁施工软土地基处理试验研究

摘要：随着高铁建设的发展，软土地基处理是重要环节，在软土地基上建造建筑物或是进行路基施工，都要求对软土地基进行处理。本文主要从软土的特性出发，对高铁施工软土地基处理和黄土地基处理进行对比试验研究分析。

关键词：高铁施工；软土地基；处理；试验

中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：

引言

从我国现有高铁施工情况来看，软土地基处理运用较多，不管是京津高铁还是武广高铁以及沿海高铁广泛分布着软土，目前的高铁施工地区相对是经济发达地区，对高铁的需求非常突出。软土在我国分布广泛，具有含水量高、压缩性高、孔隙比大、承载力低、抗剪强度小等特点，且易受荷载、排水、时间等条件影响。由于我国华东、华南地区软土地基广泛分布，且软土自身的复杂性及高速铁路工后沉降控制标准的严格性，因此软基处理的方案选择成为关注的重点。

软土的特性

渗透性差

软土的可渗透性较差。由于软土的渗透性弱、含水量大且容易呈饱和态，土体的固结过程较为漫长。另外，软土在受荷初期容易出现高空隙水压，将会对地基的强度造成影响。

压缩性高和抗剪强度低

软土属于高压缩性土，压缩性随液限和含水量增加而增大。因此，在施工荷载下，软土变形大、不稳定且不均匀。由不排水三轴试验得到的软土抗剪强度较低，土体固结程度较低。另外，软土还具有较为明显的蠕变性和触变性。

高含水率和高空隙率

软土的一般含水率为50 %～70%，液限为40%～60%，天然孔隙比1～2，饱和度大于95%。其中，含水率随液限的增大而增加，随天然孔隙比增加而增加，决定了软土具有较高的可压缩性和较弱的抗剪强度。另外，含水量是影响土壤压实的重要因素之一。

二、软土地基概述

软土地基定义中指出：软土地基不能简单地只按地基条件确定，因填方形状及施工状况而异，有必要在充分研究填方及构造物的形式、种类、规模、地基特性的基础上，判断是否应按软土地基处理。

软土地基在高铁工程中造成的危害

软土地基给高铁施工造成的危害是全面的，那么造成这种情况主要是勘察设计不准确或不详细，导致对应该作软基处理的地段未作处理设计；还有已知是软土地基，但是未做好软土地基处理，造成路堤失稳或危及线外建筑物，高铁施工中一定要对所有软土地基进行处理，不能有半点马虎。在作了软土地基处理，还是要注意施工不当，施工不力造成路堤失稳；比如地质资料不准确，所造成填土速度过快，后加的反压护道又阻塞了砂垫层的排水通道。还有就是堆料不当，这主要还是出现在不按规定处理，碾压不当或填土过快，造成路堤失稳。软土地基上往往有一层强度比软土高的土层，这一地层通常被称为“硬壳层”。在高铁施工中对于“硬壳层”的研究还是比较多，因为这一层土地可以起到承重和扩散应力作用，利用好“硬壳层”对于减少工程投资是有意义的。但若对“硬壳层”的勘察、利用工作做得不好，则达不到预想的效果。

软土地基处理与黄土地基处理对比试验

软土地基处理试验

为了应对软土地基处理情况的发生，我们以沿海软土路基为试验条件设计总长度100米(K0+000~K0+0100)，本文主要是针对KO十000~KO十030范围的软土地基处理;路堤路基面宽12m，考虑软土地基工后沉降后的变化，那么在每侧面各加宽0. 2m，形成梯面，而边坡坡率为1;1.6，在边坡坡面上，从最高处到底部全部采用三维立体网对坡面进行固土后，再进行喷播植草防护处理。路堤填筑过程中，注意一定要在边坡上方加铺一层土工格栅。路基填高4. 5m。试验段两端坡率为1: 2，实际占地长度110米，宽度30米边桩除外。根据试验现场填筑研究的要求形成该工点地形条件和工程地质条件，主要是选择了塑料排水板+真空一填土联合预压排水固结法地基处理方案。如下表1。基床表层采用级配碎石，设计四种结构形式。

表1地基加固及基床底层填料类型

工程地质条件试验地点属于长江三角洲冲积平原。地面标高3. 5m~4. 5m，地形平坦开阔，东高西低，河沟纵横。工点地层属第四系全新统冲海积地层，地下水较丰富，属孔隙水，水位埋深。.5m~2. 0m，地下水对混凝土无侵蚀性。

黄土地基处理试验

工程地质条件

该场地属山前冲洪积扇中部,地层主要由第四系冲洪积成因的黄土组成,下伏奥陶系石灰岩,自然地面标高为957.0 m左右,地下水位埋深70.0 m,地基土分层积特征见表1。

场地黄土湿陷性评价

根据前期室内试验和现场大型黄土浸水试验结果,判定该场地为Ⅱ级非自重湿陷性黄土场地,湿陷土层(以600 kPa压力下的δs值计算)为25.0 m~30.0 m,其湿陷量一般为ΔS=40 cm~60 cm,湿陷起始压力(Psh)由上到下逐渐递增。若厂区主要建筑物基底埋深标高为944.0 m,开挖后的地基可按Ⅰ级非自重湿陷性黄土场地考虑。

试验方案

根据场地工程地质条件,试坑开挖至标高944.0 m,试桩进行人工挖孔扩底灌注桩(简称“灌注桩“)和预制混凝土方桩(简称“预制桩”)两种桩型,又分别在土层处于天然或浸水状态下做了载荷试验,见表2。

桩基测试结果

半浸状态(“半浸”指桩周土在天然状态,分级压桩至一定荷载,恒载浸水至土层饱和,并且桩顶附加沉降稳定后再继续压至破坏,即模拟工作桩实际机理的试验方法),两根单桩同步进行浸水试验,单桩竖向抗压载荷试验结果见表2。

表2 试桩主要结果

五、软土地基塑料排水板加固设计

KO十000~KO十030段地基设计采用塑料排水板+真空一填土联合预压处理，总长30m。塑料排水板长:26. 5~27. 5m，间距1. 2m，正三角形布置。塑料排水板顶面铺设0. 6m厚砂垫层，垫层内铺设一层单向土工格栅，以保护排水板的作用，一般设计抗拉强度大于80KN/m。所以真空预压试抽气达到要求后，要求满足真空压力大于80kpa这个阶段为一周，一周以后可以转入正常抽真空阶段，在这一个阶段可以进行上部路堤填筑，上部填土作为路基本体其压实度应满足设计要求。初期填筑过程中，必须进行分级加载压力:40kpa, 80kpa，分级加载抽气时间间隔为15天。这必不可少而时间要求:在填土高于2. 5m，真空压力不小于80kpa情况下抽气时间不少于4个月。施工过程中，对真空压力、沉降量、孔隙水压等各项测试参数进行分析研究，满足设计要求后方可停止抽气。填筑速率控制在小于lm/月。

六、软土地基试验结果

在试验过程中真空预压阶段，主要是通过过滤管、砂垫层以及塑料排水板这几个作用点逐渐向土层内部传递，从而导致土体中的缝隙水受到挤压不断向外排出，最终的目的要满足发生排水固结。真空一堆载联合预压阶段在真空预压的基础上， 要进行再路堤填土进行堆载预压，这主要是满足二点：一由于堆载的作用，土体中的孔隙水压力升高；二是由于真空预压的作用，砂垫层及塑料排水板通道的孔压力处于负压状态，这样地基中的孔隙水与排水体的压差就更加大，加速了土体中水的排出，固结速度加快，加固效果更加明显。加固深度主要取决于引起孔隙水压力变化的深度。在真空一堆载联合预压加固软基方法中，真空度是引起孔隙水压力变化的主要因素之一，它沿深度的传递与竖向排水体的井阻有关。

结束语

软土地基处理在高铁施工中较为多见，本文以试验的形式说明软土地基的处理过程和方法，对于路基施工方法的选取首先要充分考虑地质水文条件、施工方法、当地材料来源、及使用功能等因素，遵循经济合理、技术可行、就地取材、因地制宜、便于施工养护的原则，尽量做到系列化、标准化，以保证工程质量，降低工程造价，加快建设速度。

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