国内铁路软基处理方法及应用现状研究

内容摘要：当天然地基地质比较软弱时，它的变形力与承载力难以满足工程设计的要求，或者在地震灾害等影响下容易产生震陷、液化、失稳等问题。因此，对软弱地基经过人工加固处理，能有效提高我国铁路工程的施工质量与使用安全。

关键词：铁路； 软基处理； 方法； 应用

软土地基的处理需要根据不同土质，采取不同施工方法，达到加固的施工目的。本文将对国内铁路软基处理的必要性及重要作用、施工手段、评估要素等问题进行分析与阐述，以对今后的铁路软基处理提供可靠理论支持。

1、铁路软基处理概述

1.1铁路软基处理的必要性

软基处理一般所指的主要对象是充填土、软粘土、液化土、泥炭土、膨胀土、多年冻土、湿陷性土、腐殖质土等。铁路软基处理主要是通过一定手段改善地基条件，改变地基的压缩性、剪切型、动力性、透水性及特殊土的不良特性等。由于不同地区软土的性质有所区别，因此需因地制宜选择处理方法。软土地基的处理方式按照最终处理目标可分为稳定性处理与沉降处理两种类型。稳定性处理是通过对剪切变形的控制，避免强度降低，加快增长速度，提高抗滑能力。

1.2软土地基处理的有效作用

由于软土土质的特性，在铁路工程应用中必须加强处理，否则其不利因素会对铁路的使用寿命、安全性能等产生影响。一是一般天然地基的浅基础承载力值是50―80kPa，如果超过此荷载力，就会对地基的局部产生破坏，甚至发生整体滑动现象，在挖掘较深基坑时，有可能造成基坑隆起或者坑壁失稳。二是由于软土具有压缩特性，因此会产生基础较大的沉降或不均匀沉降问题，如果荷载力过大，可能会造成沉降超过2m；如果铁路对软土产生的荷载差异较大或者其体形复杂原因就会出现不均匀下降。沉降与不均匀沉降的幅度过大，就会对铁路原本的基础标高产生影响，对其造成开裂、倾斜等不同程度的破坏。三是由于软土的渗透性不高，固结速度慢，会延长沉降的延续时间。四是软土强度的增长时间缓慢，长期处于软弱的状态下，对加固地基的效果不利；五是软土的灵敏度相对较高，如果在铁路施工过程中产生挤压、震动、搅拌等力作用，就会对软土的结构产生破坏，降低其强度。

2、国内铁路软基处理的方法

2.1表层压实法

如果铁路施工地区的地表软土层是透水性好的亚粘土或者砂土，可采用表面压实处理方法来加固，这种方法的最终效果取决于土质、分层厚度、含水量、施工机械、压实的次数等，一般将压实土的含水量控制在最优值上下，如果含水率偏高，则选择拌入石灰吸水或者直接晾晒等预处理方法。另外，分层压实的厚度与施工选用的机械类型、振动力大小密切相关。在选择时，应以现场实验为准（一般规定为3m左右），同时对地下水位的影响因素充分重视，将地下水位控制在低于压实土层以下1m左右，否则地下水位过高就会影响压实的效果。如果下卧层选择含水率较大的粉土或者砂土，可能产生液化现象，下卧层如果是饱和粘土，在铁路施工中发生的振动，会对其结构产生破坏，或者超静孔压不断上升，造成土层软化。可见，如果地下水位持续偏高，必须先通过降水井等方式降低地下水位，然后再进行表层压实处理。在对铁路布局进行设计时，需要根据土层的含水率、土质、地下水位等因素，合理确定压实的要求值，如果要求过高，施工单位可能无法达到，要求过低则会对软基处理的效果产生影响。

2.2排水加固法

排水加固法是铁路软基处理的有效方法之一，一般适用于淤泥质粘土、冲填土、粘性土地基等，其加固原理为：在荷载力的作用下，软土地基的孔隙水会逐渐排出，其孔隙也随之变小，发生固结变形作用。在这个变化的过程中，软土中超孔隙水的压力逐步扩散，提高了土层的有效应力，可提前完成沉降或者加快沉降速度。一般情况下，排水加固法是由排水系统与加压系统两方面组成，二者相辅相成，在铁路软土地基的处理过程中，对于高填的路段，应利用路堤填土的荷载力作用，满足加压要求。

2.3加载预压法

加载预压法主要适用于冲填土、杂填土、粉土、软粘土、泥炭土等地基中，在铁路施工前，对天然地基采取预压荷载力作用进行固结、压密处理，地基发生变形的同时提高了地基土的强度，再将预压荷载力除去，开展铁路施工。通过这种方式，能有效提高地基的承载力，施工完成后的沉降也较小。加载预压法有时候也可以直接利用上方施工物体的自重进行。如果天然地基土的渗透性较小，为了能缩短土体间排水固结的距离、加快土体固结速度，可在地基中竖向设计排水通道，一般选择袋装砂井、普通砂井、塑料排水板等。在进行加载预压处理时，可选择石方土或者其他填料作为堆载材料，垫层材料则选择中粗砂，在堆载材料时，可选用人工运输、锤击陈管机械、静压沉管机械、动力螺旋钻机或者袋装砂井专用打设机等，合理选择施工材料与施工方式，能有效提高效率与质量。

2.4水泥土搅拌法

水泥土搅拌法是铁路加固饱和软粘土地基的一种新形式。主要应用石灰、水泥等材料进行固化，再使用深导搅拌机械钻进软土中进行喷射浆液或者雾状粉体等，在地基的较深处就将软土及浆液（或粉体）进行强制搅拌，促使固化剂与软土之间产生一系列化学、物理作用，最终形成比天然土更高的抗压强度，再选择水稳性高、整体性强的水泥对土体进行加固。根据选择不同的施工方法，水泥土搅拌可分为粉体喷射搅拌法、泥浆搅拌法，其最终形成的柱体则为粉喷桩和搅拌桩。水泥土搅拌法由于具有成本低、成桩效率高、施工污染小、占地面积小等特点，应用广泛且有效，这种方法在施工过程中没有噪音污染、不会产生振动，最适合应用于加固饱和软粘土，尤其对于在20米深度范围内没有形成理想持力层的软土地基中。当前，我国主要在淤泥、淤泥质土、粉性土、地基承载力标准小于120kPa的粘性土地基中采用此种方法，既省时又有效。

3、软基处理效果的应用要素

对于铁路工程的软基处理效果，应根据一定指标给予评估，才能保障施工质量。在一定的地基条件、沉降控制标准、地基稳定条件等前提下，再根据一定的评估指标，提出软基处理的相对优化方案与设计参数。而软土地基处理效果，及后期应用性能的估测指标，是一个较复杂的问题，需要对多方面情况进行综合分析，主要包括以下几方面因素：

3.1技术的可靠性影响

在我国当前的地质施工条件下，塑料排水板或者砂井的施工长度最大为20m，粉喷桩的施工长度最大为15m，如果根据填土的荷载力、地基条件、施工效果沉降控制指标等进行计算，砂井或者粉喷桩的长度则应大于施工的最大长度值，只有这样才能在技术方案上可行，则需要与其他地基处理方法的联合应用。

3.2造价影响

造价估算主要包括对地基的处理施工费用（设备费、人工费等）、材料运输费、处理材料费、土方运输费、试验观测费、环境保护费等，所需费用根据国家定额及地方相关规定相结合的原则进行计算。

3.3竣工时间影响

竣工的最终日期应该与处理方式相对应，但是即使采用同一种方法，也可能会随着天气变化、地层突变等突发性外部因素，或者施工组织设计变化等内部因素的影响而有所不同，总体来说，首先应确保施工质量，然后尽量缩短工期，才能保障工程项目效益，对工期形成重要评判要素。

3.4环境影响

随着社会的进步与发展，人们环保意识逐渐提高，在地基处理过程中，需加强对周边环境影响因素的考虑，与施工处理方式、地质条件等相关。为了提高对不同地区、不同工程的应用效果评价，环境影响因素也是必不可少的内容之一。