答治華

（中國(guó)鐵路總公司，北京　100844）

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排水固結(jié)法在高速鐵路無(wú)砟軌道路基軟土地基處理中的應(yīng)用效果分析

答治華

（中國(guó)鐵路總公司，北京100844）

摘要以一設(shè)計(jì)時(shí)速350 km高速鐵路路基軟土地基排水固結(jié)法處理試驗(yàn)工點(diǎn)為例，通過(guò)對(duì)地基土條件、地基處理措施及沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，系統(tǒng)總結(jié)了塑料排水板+真空+等載預(yù)壓、塑料排水板+超載預(yù)壓、砂樁+超載預(yù)壓處理的軟土地基在經(jīng)歷路基填筑（含預(yù)壓土填筑）—靜置—再堆載預(yù)壓—再靜置過(guò)程中的沉降變形特征，驗(yàn)證了處理措施的沉降控制效果，可為高速鐵路無(wú)砟軌道路基軟土地基處理提供借鑒。

關(guān)鍵詞高速鐵路；無(wú)砟軌道；路基；軟土地基；排水固結(jié)

1　工程概況

路基工后沉降控制是高速鐵路路基修筑的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。一設(shè)計(jì)時(shí)速350 km的高速鐵路，在2003年項(xiàng)目建設(shè)時(shí)選擇代表性軟土地基地段，按照當(dāng)時(shí)的工后沉降不大于10 cm控制標(biāo)準(zhǔn)修筑了一段長(zhǎng)度約800 m的試驗(yàn)路基。其中238 m長(zhǎng)地段開展了攪拌樁加固軟土地基試驗(yàn)，其余地段開展了塑料排水板+真空+等載預(yù)壓（預(yù)壓土高度等于路基設(shè)計(jì)高度）、塑料排水板+超載預(yù)壓（預(yù)壓土高度大于路基設(shè)計(jì)高度）、砂樁+超載預(yù)壓加固軟土地基的試驗(yàn)研究。項(xiàng)目開工后，為滿足鋪設(shè)無(wú)砟軌道的技術(shù)要求，于2008年對(duì)該試驗(yàn)路基補(bǔ)充實(shí)施了二次堆載預(yù)壓。項(xiàng)目開通運(yùn)營(yíng)后，工后沉降的監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了相應(yīng)地基加固措施的沉降控制效果。

1. 1工程地質(zhì)條件

試驗(yàn)段地層為第四系全新統(tǒng)沖湖積層，巖性自上而下分別為：

①黏土，灰黃色，軟～硬塑，夾少量鐵錳結(jié)核，層厚0. 76～3. 60 m，屬中等壓縮性土。

②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，深灰色，流塑，厚3. 2～16. 5 m，局部夾有薄層粉砂，具高壓縮性、低強(qiáng)度的特點(diǎn)，大多數(shù)靈敏度超過(guò)16，具高觸變性。

③黏土，粉質(zhì)黏土，粉土，局部夾薄層粉砂，呈交錯(cuò)斷續(xù)沉積，可分為：③-1綠灰色粉質(zhì)黏土夾薄層粉砂，層厚0～4. 1 m；③-2灰色黏土，層厚0～8. 1 m；③-3灰綠色、黑灰色黏土，層厚0～7. 4 m；③-4灰黃色粉質(zhì)黏土局部夾薄層粉砂，層厚0～5. 4 m；③-5淺灰色粉質(zhì)黏土，層厚0～9. 8 m。

④粉砂，上部夾有薄層黏土。

地基土體的主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1　地基土體物理力學(xué)指標(biāo)

試驗(yàn)段地層含水率及孔隙比較高，特別是②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，平均值分別達(dá)到了44. 4％和1. 23，屬典型軟土，為該段路基地基沉降的控制地層。

1. 2地基處理措施設(shè)計(jì)

試驗(yàn)段路基設(shè)計(jì)高度4. 7～5. 6 m，按地基處理措施分為5個(gè)段落。第1階段按有砟軌道路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，第2階段按無(wú)砟軌道路基沉降控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了二次堆載預(yù)壓。排水固結(jié)法軟土地基處理措施見表2。

表2　排水固結(jié)法軟土地基處理措施

2　施工階段沉降變形

2. 1第1階段地基處理與沉降

軟土地基處理始于2003年3—4月。路基填筑始于2003年6—7月，結(jié)束于2003年10—11月，其后進(jìn)入靜置期。其中，塑料排水板+超載預(yù)壓和砂樁+超載預(yù)壓地段，2003年10月完成預(yù)壓土填筑，2004年11月底完成預(yù)壓土卸載。

外面一片死寂。農(nóng)夫在窖子里憋得慌，小心翼翼地移開樹枝，透口氣兒。天慢慢黑了，寒星升了起來(lái)，隱隱的，他聽到有人在哭，是孩子在哭，斷斷續(xù)續(xù)的。

路基填筑、堆載預(yù)壓和卸載后靜置過(guò)程中，對(duì)地基的沉降變形進(jìn)行了觀測(cè)。至2015年底，地基處理后不同時(shí)期內(nèi)沉降量統(tǒng)計(jì)見表3。為便于理解不同處理措施與沉降的關(guān)系，表中列出了各觀測(cè)斷面的加固深度、加固地層和軟土層厚度。

表3　地基處理后不同時(shí)期內(nèi)沉降量統(tǒng)計(jì)

典型斷面的沉降曲線見圖1。

圖1　典型斷面D18的沉降曲線

地基中第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層（軟土）加固處理前后的物理力學(xué)指標(biāo)變化情況見表4。

表4　地基處理前后軟土物理力學(xué)指標(biāo)變化

從表4中數(shù)據(jù)看，塑料排水板+超載預(yù)壓、砂樁+超載預(yù)壓處理后的軟土的壓縮模量比較接近，且優(yōu)于塑料排水板+真空+等載預(yù)壓措施。加固后的地基條件仍屬于“松軟地基”范疇，再加載后的變形特征還將表現(xiàn)為排水固結(jié)過(guò)程。

2. 2二次預(yù)壓與沉降

為滿足鋪設(shè)無(wú)砟軌道要求，項(xiàng)目正式開工建設(shè)時(shí)，對(duì)工后沉降、縱向差異沉降進(jìn)行了適應(yīng)性分析，并對(duì)地基再次實(shí)施堆載預(yù)壓處理。其中的507 m長(zhǎng)度地基堆載土柱高2. 0 m，45. 0 m長(zhǎng)路橋過(guò)渡段堆載土柱高3. 0 m。預(yù)壓土填筑時(shí)間在2008年10月1—17日，卸載完成于2009年7月底，之后路基進(jìn)入卸載后的靜置期。表5為二次堆載預(yù)壓期間（9個(gè)月）和預(yù)壓+卸載后靜置期間（16個(gè)月）的沉降量。二次堆載預(yù)壓期間典型斷面沉降曲線見圖2。

表5　二次堆載預(yù)壓后的沉降量　mm

圖2　二次堆載預(yù)壓期間典型斷面沉降曲線

2. 3沉降變形特征分析

施工階段試驗(yàn)段路基的沉降變形具有如下特點(diǎn)：

2）塑料排水板+真空+等載預(yù)壓處理地段，軟土層較厚，為12～16 m。D11斷面的總沉降量最大達(dá)2 000 mm。抽真空初期地基沉降變形顯著，如D11斷面抽真空至路基填筑前的總沉降量達(dá)到850 mm。塑料排水板底部以下真空預(yù)壓產(chǎn)生的附加應(yīng)力較小，土體主固結(jié)變化速率呈漸變收斂趨勢(shì)；真空+堆載預(yù)壓（填土高度2. 0 m以內(nèi)）期間，沿路基橫斷面沉降表現(xiàn)為整體下沉，隨著填土高度增加，路基中心與坡腳的差異沉降越來(lái)越明顯。

3）塑料排水板+超載預(yù)壓處理地段，軟土層相對(duì)較薄，為4～7 m。因塑料排水板間距不同和超載預(yù)壓土柱高度的差異，總沉降量在500～1 000 mm。沉降沿路基橫斷面的差異比真空+等載預(yù)壓更明顯，坡腳的沉降量?jī)H占路基中心的20％～25％。

4）砂樁+超載預(yù)壓處理地段，軟土層厚3～4 m，軟土層下部為中等壓縮性黏土和粉質(zhì)黏土，總沉降量在410～470 mm。填筑初期，砂樁是以排水固結(jié)作用為主，隨著時(shí)間和荷載的增加，排水固結(jié)作用逐漸減弱，復(fù)合地基作用逐漸增強(qiáng)。

5）堆載預(yù)壓對(duì)于加快軟土地基排水固結(jié)，減少路基工后沉降的作用顯著。

無(wú)論是塑料排水板+真空+等載預(yù)壓、塑料排水板+超載預(yù)壓處理，還是砂樁+超載預(yù)壓處理段落，無(wú)論是2 m高堆載土柱段落，還是3 m高堆載土柱段落，實(shí)施二次堆載預(yù)壓后，二次沉降量都在50～95 mm。尤其是2號(hào)段落，二次堆載預(yù)壓土柱高度2. 0 m，與第1階段地基處理時(shí)的堆載預(yù)壓土柱高度1. 8 m相差不大，但二次沉降量在50～70 mm。二次預(yù)壓在預(yù)壓土填筑過(guò)程中產(chǎn)生的沉降量占預(yù)壓期內(nèi)總沉降量的50％以上。其中，塑料排水板+真空+等載預(yù)壓段落的占比平均為61％；塑料排水板+超載預(yù)壓段落的占比平均為69％；砂樁+超載預(yù)壓段落的占比平均為72％；二次預(yù)壓土柱高度為3 m的段落占比更高。

3　運(yùn)營(yíng)階段沉降變形

3. 1沉降變形

2012—2015年觀測(cè)的沉降量見表6。

表6　運(yùn)營(yíng)期間沉降量

由表6可知：①試驗(yàn)段地基在路基本體、無(wú)砟軌道以及列車荷載長(zhǎng)期作用下，仍然存在一定的固結(jié)沉降，但沉降量逐年遞減。②不同地基處理段落的沉降量大小與施工期間地基處理過(guò)程中的沉降特征基本一致。施工期間沉降量大的段落，運(yùn)營(yíng)期間的沉降量也相對(duì)較大，反之亦然。最大累計(jì)沉降量為12. 8 mm，出現(xiàn)在D34監(jiān)測(cè)斷面。③除塑料排水板+真空+等載預(yù)壓處理段落的沉降量較明顯外，采取其他措施段落的沉降都已基本穩(wěn)定。

3. 2線路平順性狀態(tài)

軌道線形檢測(cè)結(jié)果表明，區(qū)段內(nèi)的右線高程偏差合格率（88％）較左線稍好。軌距、軌距變化率、扭曲、水平（超高）合格率以及軌道平順性指標(biāo)軌向及高低的短波合格率均為100％。

試驗(yàn)段路基的最大沉降段落豎曲線半徑滿足Rsh為設(shè)計(jì)速度）的要求，列車運(yùn)行的舒適度沒(méi)有受到影響。

4　結(jié)論

1）試驗(yàn)路基的地基處理設(shè)計(jì)是基于當(dāng)初的工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，排水固結(jié)法處理后的軟土地基，在填筑完成靜置12個(gè)月后，工后沉降量可以滿足當(dāng)初的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）實(shí)施二次堆載預(yù)壓后，對(duì)促進(jìn)地基土的進(jìn)一步排水固結(jié)和工后沉降控制效果顯著，滿足了鋪設(shè)無(wú)砟軌道技術(shù)要求，為高速鐵路無(wú)砟軌道路基軟土地基處理提供了有益探索和成功案例。

3）排水固結(jié)法處理軟土地基的措施較其他復(fù)合地基措施具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，但處理效果依賴于堆載預(yù)壓和靜置時(shí)間上的有效保障。

4）對(duì)于無(wú)砟軌道路基，軟土層較厚時(shí)要謹(jǐn)慎采用排水固結(jié)法。軟土層位較淺、厚度較薄且工期允許的前提下，排水固結(jié)法是可供比選的地基處理措施之一。

5）采用排水固結(jié)法處理的軟土地基，在運(yùn)營(yíng)期間加強(qiáng)長(zhǎng)期荷載作用下沉降變形監(jiān)測(cè)的同時(shí)，要高度重視對(duì)線路周邊人為活動(dòng)和地下水位變化的監(jiān)控。這也是保障路基軟土地基穩(wěn)定的必要條件。

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（責(zé)任審編葛全紅）

Analysis on Application Effect of Drained Consolidation Method in Soft Soil Foundation Treatment for High Speed Railway Ballastless Track Subgrade

DA Zhihua
（China Railway Corporation，Beijing 100844，China）

AbstractThis paper took a soft soil roadbed treatment test site using drainage consolidation method of a 350 km /h high speed railway as an example. T hrough the analysis of soil conditions，foundation treatment measures and measured settlement data，the roadbed settlement characteristics were systematically summarized during the process of filling（including drift preloading）-standing-re-drift preloading-re-standing while the soft soil treatment methods were used including plastic drainage plate with vacuum and equal-load preloading，plastic drainage plate with surcharge preloading，sand pile with surcharge preloading. T he settlement control effect of treatment measures was verified and the results provide a useful reference for the soft soil roadbed treatment for high speed railway ballastless track subgrade.

Key wordsHigh speed railway；Ballastless track；Roadbed；Soft soil foundation；Drainage consolidation

中圖分類號(hào)U213. 1+4；TU471+.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

DOI：10. 3969 /j. issn. 1003-1995. 2016. 05. 29

文章編號(hào)：1003-1995（2016）05-0131-04

收稿日期：2016-01-22；修回日期：2016-03-09

作者簡(jiǎn)介：答治華（1967—），男，高級(jí)工程師。