铁路路基施工中软土地基处理方法

摘要：主要介绍铁路路基施工中常常遇到的软土地基时的处理方法及软土的性质和特点

关键词：铁路路基、软土地基、处理方法

Abstract: focuses on construction of railway roadbed often encountered during soft soil ground processing method and the nature and characteristics of soft soil key words: railway roadbed and soft soil Foundation and treatment methods

Keywords: railway embankment, soft ground, approach

随着国民经济的飞速发展，铁路交通运输量不断扩大，国家和地方铁路工程建设投资不断增加，铁路工程建设速度也不断地加快。我国铁路已慢慢地遍布全国各地。在铁路工程勘测设计和施工中不免要遇到各种不良地质情况。如果在施工时没有得到及时处理或处理不当，必然给今后的铁路运输留下隐患，甚至酿成重大交通事故，危及国家财产和人民生命安全，因此，必须把这些隐患消除在施工过程中。铁路路基下的软土地基就是其中的常见不良地质状况之一。下面对软土路基特点及处理方法分别介绍如下：

一、 软土地基的性质、特点：

（一）软土概念：软土是指以近代水下沉积的淤泥或饱和的软粘土为主的地层，比泥沼形成的年代老。

（二）软土分布：软土多数分布在宽阔的平原或丘陵边缘较平坦的谷地。

（三）软土分类：一般将软土划分为海洋沿岸沉积、内陆湖盆地沉积和河滩沉积三大类。

（四）物理力学性质：天然含水量接近或大于液限，孔隙比一般大于1，不排水剪切的粘聚力

（五）软土地基特点：表面常有可塑硬壳，下部有流动性的淤泥，呈软塑或流塑状，沉积厚度较深，具有压缩性高而透水性差和强度低的特点。

二、 软土地基危害

根据上述软土路基的特点，不难看出软土地段给铁路工程造成以下几种危害：

（一） 在填土路堤地段，由于在路堤自重及列车运行活荷载的作用下，软土随时间推移慢慢沉降，当路堤基底土壤均匀沉降时，会使整段路基下沉，需要不断地添补道碴，使道床超厚，给铁路养护工作带来较多困难，当路基基底为不均匀沉降时，使路基横向倾斜，易造成翻车事故。

（二）当路堤经过强度过低的软土路段时，在荷载的作用下，会引起路基坡脚土向外隆起，路基本体下陷开裂，严重时会使路基坍塌，危及行车安全。

（三）当桥梁的明挖基础或涵洞基础位于软土地段时（一般硬壳下为软粘土），同样会造成桥墩（台）下沉或歪斜，或涵洞墙体开裂、局部凹陷，破坏桥涵主体结构。影响行车安全。

三、铁路路基下软土地基的处理方法

（一）路基经过水塘、水库地段的软土地基段的处理方法：

1、 当路堤经过农业蓄水塘时（因农业生产需要而不能将水放掉或面积较大不易抽干的水库，且塘底表面无硬壳），应采用抛石挤淤方法，即强迫将淤泥挤走，路基底部换用强度较高、不易风化的片石。要求片石强度≥30Mpa，直径小于30cm。

施工要点：当路基从池塘（水库）中间穿过时，采取从路基断面中间向两侧抛石，标高比塘埂（最低处）略高（一般高出30cm）。抛填宽度比普通路基加宽1～2m，抛填出水面后需用15～18t重型压路机 (震动碾更好)反复辗压至抛石顶面无明显的下降为止，然后顶面铺设碎石反滤层10～20cm，其上填筑普通土即可。（图1）

2、 当路基从池塘边通过，路堤断面一侧基本靠近岸上时，应采取由岸边向塘中抛填，以便将淤泥挤走，其他工序同上。（图2）

（二）当路基经过已干涸的软土盆地时，其加固处理的方法较多。分别简要作如下介绍：

1、 换填土法：当路基下的软土地基厚度较薄，一般小于3m时，采用挖除软土，用强度较高的粘性土、砂砾土或碎石、卵石土换填，分层碾压密实即可。在有渗水土（如砂类碎石或卵石）的条件下，应优先考虑。其特点是方法简单，直观，后期沉降小，但需要有弃土场，弃土方量较大。（图3）

2、 爆破排淤法：而当软土厚度小于5m时，工期紧张，路基又处在废弃荒地时，可用爆破排淤，将软土扬弃，但此种方法不常用。

3、反压护道法：反压护道在路堤两侧填筑一定高度和宽度的护道，使路基在路堤和列车荷载作用下不致将地基软土挤出和隆起，保证路堤的稳定。其宽度和高度要根据该段软土力学性质及厚度决定，两侧护道尺寸可以相同，亦可不同，其优点是不需要控制填土速率，施工简便（只需与路基一道填土、碾压即可），缺点是土方量较大，其高度为一般路堤高度的1/3～1/2，宽度>2.0m，后期路堤沉降较大，需经常抬道补碴，给道路养护遗留较大困难，此法为常用处理软土的方法。护道有单级护道与多级护道之分，以单级护道最为普及。（图4）

4、砂垫层法：即在路堤底部的原地面上铺设一层较厚的砂垫层（一般厚0.5～0.8m，砂质为中粗砂。含泥量不大于5%，除尽植物杂质。并在堤筑时适当加水，分层压实，使软土在路堤填筑逐渐增加荷重的作用下加速排水固结，从而达到提高地基应力的目的。优点是施工简易（只要由翻斗车将砂送至软土段是，推土机先推平，压路机碾压几遍，即可在上面填土），占地面积小，缺点是要求施工工期不甚紧张，施工过程中要控制填土速率，附近有丰富的砂源，软土强度相对较高且表面无渗透性能差的硬壳。两侧平坦排水状况较好。此种方法亦常用，现在因有高强度塑料土工产品。一般与土工布或土工格栅结合使用（如新长线十七标段亦用此方法处理软土地基段）。（图5）

5、砂井及袋装砂井及石灰桩法：砂井是在软土地段地面以下做成按一定规格排列的圆形砂柱，砂柱直径一般为20～30cm，深度≤8m，井距按8～10径井径尺寸梅花桩布置。袋装砂井是将砂事先灌入以聚丙稀编织布缝成的直径为7cm左右，长度5～10m的袋中，然后埋入软土中，以保持砂井的连续性。其目的是使地基在填土荷定的作用下，加速软土的排水固结，提高强度，同时因砂井（或袋装砂井）对路基有一定的支承作用，从而也提高了地基的承载力。其优点是少占农田，减小填土工程量，由于砂井深入地基深处，加速了排水固结速度，因而后期沉降量减小。适用于软土层较厚、路堤填土高的路段，或软土底部有透水层时宜用此法。缺点是要求填料为粗砂，并需要控制施速率，适用工期不紧的工程。施工机械设备较多。（图6）

施工方法：采用砂井时，视设计砂井的长度定，当砂井设计较短时，可以由人工打入钢管，成孔后立即灌入粗砂，并边填边捣实，直至地面，当砂井设计较长时，可用履带吊机或带滚动的支架上加压重（或用穿心锤）和提拔设备插打钢管成孔。钢管底部带有活瓣桩尖，当钢管插打到标高后，边拔管边从管内灌入粗砂，直到地面。有水源的条件下亦可采用高压射水成孔方法施工。而当采用袋装砂井时，则需要用履带吊机或能走行的自制吊架配上小型震动锤将钢套管打入地层中（带桩头）装砂袋从套管中放入地基、拨出套管，则砂袋便留在软土中，砂袋上端留有30cm左右的余长以便埋入地基表面铺设的砂垫层中，利于排水，砂垫层厚度一般为0.5～0.8m，在软土地基沉降的过程中能使砂垫层始终露出原地面，保证地下水通过砂井及砂垫层顺利排出，加快软土排水固结，提高地基应力。

石灰桩施工方法同砂井，只是打好孔后立即在孔内混入粗砂与生石灰块的混合物，达到吸干水分，加快固结，提高土层承载力，稳定地层的目的。

6、塑料排水板法：将带状的塑料板由专用插板机插入地基中，然后路基填土加荷时，使地下孔隙水经塑料板芯从沟槽排出，从而加速固结，提高地基承载力，实质上是以塑料排水取代砂井。其结构由塑料芯板（聚乙烯或聚氯乙烯）和外包滤膜（涤纶或合成纤维无纺布）组成，这种方法施工速度快、质量稳定、经济省力，施工时对地基的扰动小，透水性较好。已渐渐大范围推广使用。

7、 土工合成材料加固法：随着我国的化纤及塑料工业的迅速发展，高强度的土工合成材料也逐渐用于铁路路堤的软土地基加固处理。它是横向铺设在路堤底部（地基表面）的砂垫层中，能承受较大的拉力，使地基在外荷载作用下不致向两旁隆起，达到稳定路基的目的。加固地基的土工合成材料主要有土工布和土工格栅。土工布分为编织土工布和无纺土工布，编织土工布一般以聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯为原料的编丝布。具有重量轻、强度高、延伸率少、价格低、渗透性强、整体性好等特点。而无纺布则是以绦纶、丙纶聚酯为原料的纤维采用粘合剂高压粘合而成的，具备耐久性好、渗透性强、强度高、整体性好等特点。土工格栅是以高强度聚乙烯、聚丙烯塑料聚合物经热加工并拉伸成网格状土工材料，有单向和双向两种格栅，同样具备了强度高、施工简便等特点。一般以单向格栅加固较多，特殊地方采用双向格栅（因双向格栅价格较高）。其功能就是通过土工布或土工格栅自身的抗拉力产生稳定力矩，使地基整体受力均匀，从而达到加固地基的目的。（图7）

施工方法：清除原地面的杂草等腐植物，铺设一层15～20cm砂垫层，找平地面，履带推土机初步碾压，根据路基设计宽度铺设土工布或土工格栅，注意将其人工拉紧崩直，然后用竹钉（20cm长）由中间向两侧将其固定在地面上，再依次铺设第二层砂垫层（厚度约25cm）后继续第二层土工布或土工格栅的铺设施工。第一层与第二层土工布（或土工格栅)应错开覆盖搭接0.5米以上。

8、其他方法：对于软土地层较浅、填土路堤较低的地段亦可采用以下方法：

（1) 侧向约束法：

a、桩加拉杆法：在路堤两侧的原地基面上打入木桩、板桩或钢筋砼桩，桩需穿过软土层后一定深度，桩间用拉杆互相约束，防止路堤填筑时，软土路基向侧面挤出，保持地基整体稳定性。（图8）

b、片石齿墙法：在路堤坡脚设置浆砌片石齿槽，齿槽底部应设在穿过软土层一定深度的较好土层上。其目的也是防止软土侧向挤出。（图9）

侧向约束法适用于弃土困难，软土底部土层较坚硬，施工工期紧迫的情况下，但成本较高，多用于既有铁路软土路基加固。

（2）电化学加固法：即在软土地基插入二个金属电极，阳极为铁或铝质金属棒，阴极为一个带有孔眼的金属管子，通直流电，土中的水便由阳极向阴极流动，通过在阴极不断抽水，使软土得到固结。此法多用于港口工程和房屋基坑，由于此法不够成熟，使用范围小。铁路工程中很少应用。

9、综合加固措施：为了使软土路基能够得到更好的处理，使其达到固结较快效果较佳。铁路上常常将上述几种方法结合起来使用，如砂井（或袋装砂井或塑料排水板）与反压护道并用；砂井（或袋装砂井或塑料排水板）与土工合成材料并用；砂垫层与反压护道并用；反压护道与齿墙相结合，甚至将砂井（或袋装砂井或塑料排水板）与土工合成材料压护道三者同时使用进行地基加固，确保铁路路堤的稳定性。（图10），

总之，在铁路施工过程中遇到各种不同特点、不同深度、不同强度的软土时要根据实际情况进行分析，或通过简单的仪器（如轻型动力触探仪或K30地基应力检测仪等）进行检测，同时应报告设计单位请专业工程师进行现场踏勘确定加固方法，以免造成工程的后期隐患，尽可能将其消除在施工过程的阶段，为今后的铁路发展奠定良好的基础。