高铁桥后路基软基处理方案探析

高铁桥后路基软基处理方案探析

余文

深圳市交运工程集团有限公司广东深圳518003

【摘要】路基是承受轨道结构重量和列车载荷的基础，也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节。台后路基作为桥梁和路基的过渡段，沉降控制显得尤为重要。无论在公路还是铁路，桥台跳车是一项难以治本的质量通病，尤其是在软土地基，显得尤为严重，当今随着高速铁路的蓬勃发展，对台后处理的技术要求越来越高。本文以高铁桥台后路基为例讨了路基软基处理的方式。

【关键词】高铁桥后；路基；软基处理

1、工程概况

XX项目全长约149.8Km，设计时速300Km。其中本客运专线DK146+272.72～DK147+100段路基全长828m，无砟轨道铺设设计里程为DK146+272.72～DK146+350，DK146+350～DK146+380为无砟轨道与有砟轨道过渡段。工点前接特大桥端桥台、后接车站。DK146+350～DK147+100及上行线改线铺设有砟轨道。

地形地貌主要为冲海积平原，地层岩性如下：（0）种植土，Ⅰ；（1）1：黏土，褐灰色～灰黄色，软塑，局部硬塑，Ⅱ；（1）2：淤泥质粉质黏土，灰色，流塑，Ⅱ；（1）3：粉质黏土，灰色～褐灰色，软塑，Ⅱ；（2）1：粉质黏土，褐黄间灰色，硬塑，Ⅱ；（2）2：粉质黏土，灰色，软塑，Ⅱ；（2）2-1：粉砂，粉土，局部为细砂，褐灰色～灰绿色，中密，潮湿～饱和，Ⅰ；（3）1-1：砾砂，灰色，灰白色，中密～密实，饱和，Ⅰ；（3）2：粉质黏土，灰色～灰黄色，硬塑，Ⅱ。

2、常规方案及存在的弊病

2.1、真空预压法

真空预压法,是将被加固软基深宽范围内完全密封,并在抽成真空的特定条件下,利用自然大气压力作为堆载的一种预压排水固结法。在真空预压过程中,加固体内外大气压差、孔隙水的渗透方向、渗透力引起的附加应力等均指向被加固土体,所引起的侧向变形,亦指向被加固土体,因此被加固软基不会产生与堆载预压那样的剪切破坏。一次可以施加相当于80kPa以上的预压荷载。

对于真空预压法存在的主要设计问题是计算理论不完善,一般仍然套用堆载预压法的设计理论,造成计算出的固结时间要大于实际需要的固结时间。另外没有这方面的设计经验,对真空排水预压法的施工工艺理解不深,排水系统、抽真空系统和密封系统的设计过于简单,达不到施工图设计的深度。很多技术参数的选取需要施工单位自己确定,这样对控制工程造价很不利。

2.2、堆载预压方案

该法即为通常所讲的排水固结法,就是在拟处理的地基中设置砂井、塑料排水板等竖向排水通道,然后分级逐渐加载,对场地进行加载预压,使土体中的孔隙水排出,逐渐固结,地基发生沉降,同时地基强度逐步提高的地基处理方法。该法主要解决两个方面的问题:①沉降问题。②稳定强度问题。排水固结法的设计要点主要是控制竖向排水体的间距和插设深度,严格控制和调整加载速率,防止地基发生整体剪切破坏或产生过大的塑性变形,又加快了进度。

目前在堆载预压法的设计中存在的一个主要问题是竖向排水体的间距设计问题。一般设计竖向排水体的间距不小于1.0m,常规为1.2～1.5m,但是有些方案将竖向排水体的间距设计为小于1m甚至到只有0.6m,以为只要无限制调整竖向排水体的间距就可以达到淤泥土固结的要求。其实插设每根砂井或塑料排水板时对土体的扰动半径一般都有0.3～0.4m,如果竖向排水体的间距小于0.5m,则整个加固区的淤泥土将全部成为重塑土,由于淤泥土的灵敏度较高,竖向排水体插设时将严重削弱淤泥土的强度,容易在堆载时发生土体滑动。另外重塑土的渗透系数和固结系数将严重下降,造成固结时间延长,很难保证固结效果和工期。

2.3、碎石桩复合地基

碎石桩复合地基是利用振冲器在软弱粘性土地基中成孔,再在孔内填入碎石等坚硬材料制成一根根桩体,桩体和原来的粘性土构成复合地基。该法主要适用于粘性土、粉土、人工填土的处理。对于厚度不大,对工后沉降要求不高的淤泥或淤泥质土也适用。

碎石桩采用起重机起吊桩机,机动灵活,用装载机填料速度快,振冲造孔及成桩速度也比较快,有利于多台机组会战,确保施工工期。从工期上来讲具有其它处理方法所没有的优势。由于近些年来工程招标制度的实施,已经大大降低了碎石桩的造价。

碎石桩复合地基在设计方面存在的问题主要是淤泥土中的复合地基强度增长速度问题。由于碎石桩采用振冲器成孔,南沙地区的淤泥的灵敏度很高,虽然碎石桩具有置换和固结排水作用,但是淤泥强度的恢复一般需要1个月以上。淤泥的灵敏度越大,加固的淤泥层厚度越大,恢复的时间越长。如在淤泥强度没有恢复之前施工路堤和路面结构,就有可能形成深层滑动,造成路面开裂。

3、软基处理方案

综合以上考虑，该专线正线DK146+272.72～DK146+380路基地基采用钻孔灌注桩+C30钢筋混凝土筏板加固。DK146+272.72～DK146+350采用桩长50m、桩径0.6m，桩间距3.0m的钻孔灌注桩；DK146+350～DK146+380采用桩长40m、桩径0.6m，桩间距3.0m的钻孔灌注桩；正方形布置。筏板采用C30钢筋混凝土浇筑，厚0.5m，筏板底设置0.1m厚C15素混凝土垫层，筏板纵向长14.98m，横向宽21.0m，板与板、板与周围构建物间设置0.02m宽的伸缩缝，内填塞沥青麻筋。DK146+272.72～DK146+325范围内填料采用掺加5%水泥的级配碎石，DK146+325～DK146+380范围内采用A、B组填料。DK146+272～DK147+380采用吨袋垂直预压，预压土柱高2.5m，预压时间不少于6个月。

该专线正线DK146+380～DK146+420路基地基采用桩长28～31m，桩间距1.8m，桩径0.6m的高压旋喷桩加固，按正方形布置。铺设厚0.6m的碎石垫层，夹铺一层土工格栅。

该专线正线DK146+420～DK146+795路基地基采用桩长15～26m，桩间距1.6m，桩径0.5m的高压旋喷桩加固，按正方形布置。铺设厚0.6m的碎石垫层，夹铺一层土工格栅。

该专线正线DK146+795～DK146+820路基地基采用桩长10～15m，桩间距0.8m，桩径0.5m的高压旋喷桩加固，按正方形布置。铺设厚0.6m的碎石垫层，夹铺一层土工格栅。

该专线正线DK146+820～DK147+100路基地基采用桩长10m，桩间距0.8m，桩径0.5m的高压旋喷桩加固，按正方形布置。铺设厚0.6m掺加5%水泥的细颗粒改良土，内铺设一层双向土工格栅。

DK146+272～DK147+380段路基完成堆载后，共布设5个沉降观测断面，每个沉降观测断面在路基基底的左、中、右处各设置1个沉降板观测标。堆载预压后又在路基面左、中、右处各设置1个沉降观测桩。各沉降观测断面间最大距离为35m，最小距离为10m。日常施工过程中严格按照路基沉降观测频率进行观测。（见表1）

4、实际取得的效果

根据实际观测的沉降变化特征，依据客运专线建设相关规范及该路专线有限责任公司沉降评估的相关文件与执行标准规定，结合现场地质条件、地基处理类型等实际工程特点，发现本段路基累计沉降量变化较小，沉降表现趋于稳定的变化趋势。（见下表）

由上表可以看出：DK146+350～DK146+380无砟有砟过渡段工后沉降最大值为0.50mm，纵向折角为0.02‰，满足路基与桥台交界处的差异沉降不大于5mm，过渡段沉降造成的路基与桥台的折角不大于1‰的客运专线铁路变形控制要求。