宋鵬華

摘 要：路基沉降的影響因素較多，包括路基本身變形、地基變形、地基濕陷變形以及高鐵運(yùn)行中的變形等，本文通過對(duì)濕陷性地基處理、填筑過程控制、兩種失陷性黃土的處理手段效果分析，比較了其沉降控制效果和適用性，闡述了沉降觀測與動(dòng)態(tài)評(píng)估理念要求。

關(guān)鍵詞：失陷性黃土;路基沉降

濕陷性黃土除了具備黃土的一般特征外，粒度成份以粉土顆粒為主，約占50%以上。垂直大孔性、松散多孔結(jié)構(gòu)和遇水即降低或消失的土顆粒間的加固凝聚力是它發(fā)生濕陷的內(nèi)部因素，而壓力及水是外部條件。而正在修建銀西鐵路主要位于陜西咸陽市、甘肅省慶陽市，路基均為濕陷性黃土路基，究其原因無非是因?yàn)槁坊谔幚磉^程中沒有達(dá)到有效的處理效果，進(jìn)而導(dǎo)致路基在施工和使用的過程中發(fā)生了不良的沉降現(xiàn)象，給高鐵的運(yùn)行安全造成了一定的影響，同時(shí)增加了后期的維護(hù)成本，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

一、影響路基沉降的因素

濕陷性黃土是一種非飽和的欠壓密土，具有大孔和垂直節(jié)理，在天然濕度下，其壓縮性較低，強(qiáng)度較高，但遇水浸濕時(shí)，土的強(qiáng)度顯著降低，在附加壓力與土的自重壓力下引起的濕陷變形，是一種下沉量大、下沉速度快的失穩(wěn)性變形，對(duì)建筑物的危害性大。

（一）路基本體壓縮變形

路基本體的變形是受其自身重力以及其上部軌道、車體的影響下，造成路基本身受到體積壓縮后的變形，這部分的變形原因一般源于路基填筑過程中未嚴(yán)格控制碾壓質(zhì)量所造成。

（二）路基地基變形

路基地基變形是受地基本身和下臥層的影響，與路基的變形相似，地基本身的變形也是受自重及上部荷載的作用力影響而發(fā)生的不良變形。而在路基地基處理過程中對(duì)下臥層處理措施不當(dāng)，導(dǎo)致濕陷性不能有效消除，加之地表水的滲入，也是導(dǎo)致路基地基變形因素之一。

（三）地基濕陷變形

對(duì)于高鐵鐵路施工來說，失陷性黃土的一大重要弊端性能就是其在遇水后體積會(huì)有所減少，承載力驟然下降。對(duì)于失陷性的黃土路段處理，要重點(diǎn)做好防水處理，如果失陷性黃土路基區(qū)域影響范圍內(nèi)不能做到有效的地下水防治，那么對(duì)于路基的危害會(huì)非常大。

（四）運(yùn)營階段的荷載作用變形

運(yùn)行階段的荷載作用主要是行駛列車的重力作用，隨著鐵路的運(yùn)營時(shí)間的增加，在運(yùn)營行駛的過程中，失陷性黃土路段的高鐵路基沉降會(huì)越來越明顯，這樣變形狀況由最早的彈性變形逐漸演變?yōu)樗苄宰冃?，塑性變形在變形發(fā)生之后不能很好的恢復(fù)，造成高鐵運(yùn)行過程中產(chǎn)生較大的顛簸甚至是安全隱患。

二、濕陷性黃土路基沉降控制措施

（一）路基本體壓縮控制措施

受當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境影響，本地空氣干燥、濕度小，拌和好的改良土水分損失嚴(yán)重，在以后填筑過程中做好以下5點(diǎn)控制措施：在拌和過程中根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁丨h(huán)境及運(yùn)輸距離適當(dāng)加大拌和含水率;運(yùn)輸過程中對(duì)拌和好的改良土進(jìn)行覆蓋，減少水分損失;本層改良土攤鋪前對(duì)碾壓完的上層路基進(jìn)行灑水，確保攤鋪前上層路基表面濕潤，填土后上下兩層有個(gè)更好的連接;攤鋪后碾壓過程由于環(huán)境氣溫較高，表面容易失水，針對(duì)此現(xiàn)象在碾壓過程中及時(shí)均勻?yàn)⑺?，確保在碾壓前路基表面濕潤。灑水量以改良土不粘結(jié)壓路機(jī)鋼輪及不出現(xiàn)橡皮土為宜，攤鋪碾壓完成后，及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)。

（二）路基地基變形控制措施

為了驗(yàn)證路基沉降控制措施和這些措施的實(shí)際效果，根據(jù)我標(biāo)段施工范圍內(nèi)的地質(zhì)特點(diǎn)，施工范圍內(nèi)的場地均為濕陷性黃土場地，濕陷土層厚度為3.2m-17m。根據(jù)濕陷性土層厚度，為消除地基濕陷性，選擇了水泥土擠密樁、柱錘沖擴(kuò)樁強(qiáng)夯等不同處理措施，每種處理措施選擇一段比較有代表性的路基進(jìn)行試驗(yàn)。

1、水泥土擠密樁參數(shù)選取

現(xiàn)場施工采用履帶式柴油打樁機(jī)成孔，夾桿式自動(dòng)上料夯實(shí)機(jī)夯填;夯實(shí)機(jī)夯擊重量200KG，錘徑φ=0.28m，錘長0.45m，夯錘落距不小于0.5m;根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域7根樁進(jìn)行試樁試驗(yàn)。每個(gè)區(qū)域選擇不同填料厚度、不同錘擊次數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，確定滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的試樁綜合必選，選取的施工參數(shù)，在3處試樁區(qū)域按照制樁樁號(hào)表進(jìn)行成樁施工，以檢測樁間土擠密系數(shù)（≥0.90）、濕陷系數(shù)δs小于0.015、單樁或復(fù)合地基承載力。

2、柱錘沖擴(kuò)樁參數(shù)選取

試樁共16根，劃分為4個(gè)單元，每個(gè)單元4根樁。各單元采用不同的施工參數(shù)進(jìn)行施工，以驗(yàn)證有關(guān)施工工藝和施工參數(shù)。填料采用固定容積的水桶人工裝填，每層裝填0.1m³水泥改良土。

2.1單元1采用柱錘重3 t，空夯6次，樁底至樁底以上3m的水泥土填料每層夯實(shí)遍數(shù)為8次，提升不小于3m， 樁底以上3m至樁頂以下3m每層夯實(shí)遍數(shù)為8次，提升不小于3m， 樁頂以下3m至樁頂為10次， 提升不小于2m。

2.2單元2采用柱錘重3 t，空夯8次，樁底至樁底以上3m的水泥土填料每層夯實(shí)遍數(shù)為10次，提升不小于4m， 樁底以上3m至樁頂以下3m每層夯實(shí)遍數(shù)為12次，提升不小于3m， 樁頂以下3m至樁頂為12次， 提升不小于2m。

2.3單元3采用柱錘重3 t，空夯8次，樁底至樁底以上3m的水泥土填料每層夯實(shí)遍數(shù)為10次，提升不小于4m， 樁底以上3m至樁頂以下3m每層夯實(shí)遍數(shù)為13次，提升不小于4m， 樁頂以下3m至樁頂為15次， 提升不小于2m

2.4單元4采用柱錘重3t，空夯8次，樁底至樁底以上3m的水泥土填料每層夯實(shí)遍數(shù)為10次，提升不小于5m， 樁底以上3m至樁頂以下3m每層夯實(shí)遍數(shù)為15次，提升不小于4m， 樁頂以下3m至樁頂為18次， 提升不小于2m。

從理想模型角度考慮將每車虛料倒入孔內(nèi)中，視為直徑為40cm的圓柱體，壓縮成直徑為60cm的圓柱體：從原始記錄表分析：每層填料0.1m³，理論填高為0.8m，實(shí)際填高為0.9m-0.95m之間（U形錘頭），夯實(shí)后第1單元樁平均每層厚度為0.33m，填土3.8 m³，第2單元樁夯實(shí)后平均每層厚度為0.31m，填土4.1 m³，第3單元樁夯實(shí)后平均每層厚度為0.30m，填土4.2 m³，第4單元樁夯實(shí)后平均每層厚度為0.29m，填土4.3 m³。現(xiàn)場試驗(yàn)（灌砂法）第1單元樁樁體壓實(shí)度小于0.97，2、3、4單元樁樁體壓實(shí)度均符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)樁頭直徑丈量得知第1單元樁平均樁徑為0.55m， 第2單元樁平均樁徑為0.60m， 第3單元樁平均樁徑為0.61m， 第4單元樁平均樁徑為0.63m。分析得知：從第2單元樁開始，樁徑及樁體壓實(shí)度符合設(shè)計(jì)要求。按照試樁方案要求的錘擊次數(shù)試驗(yàn)：根據(jù)樁狀體剖切查看樁徑情況，判斷每車虛料錘擊后的形狀，所以實(shí)際量取的錘后孔深只是錘尖痕跡到孔口的距離。樁徑擴(kuò)張的過程中，首先是U形錘頭夯擊痕跡周邊填料本身的壓縮，壓縮到密實(shí)度很高的時(shí)候才會(huì)向外擠壓樁間土使得樁徑擴(kuò)張。

（三）地基濕陷變形控制措施

路基地基處理完成之后清除50cm厚虛樁頭，換填80cm厚（清表30cm、清理樁頭50cm）6%水泥改良土墊層并加鋪2層單向土工格柵，在墊層底以上20cm和墊層頂以下20cm處，中間40cm改良土，分四次碾壓成型。由于水泥改良土有不透水性，能有效防止地表水進(jìn)入路基地基，防止地基濕陷性變形。

（四）運(yùn)營階段的荷載作用變形控制措施

路基基床底層填筑完成后，根據(jù)底層分布情況、路基填高、施工工期等確定是否堆載預(yù)壓。堆載時(shí)間不小于6個(gè)月，預(yù)壓土柱高度為3m，并經(jīng)過一個(gè)雨季，待路基沉降穩(wěn)定評(píng)估通過后卸載預(yù)壓土，鋪設(shè)基床表層。可有效控制工后沉降，確保運(yùn)營階段的路基不均勻變形，消除行車安全。

三、濕陷性黃土路基沉降控制效果

通過對(duì)路基地基處理三種措施由中間的過渡地帶分割開，施加同等條件的預(yù)壓土，對(duì)基床底層壓縮沉降、基床以下路堤壓縮沉降、路堤本體總沉降的沉降量進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)監(jiān)測，監(jiān)測方式采用科學(xué)化的土體分層沉降測試法，這種方法是利用預(yù)先埋入土體中的管道測量，管道的外圈套有可以隨土體沉降移動(dòng)的磁環(huán)，通過在管內(nèi)下沉瓷環(huán)深度監(jiān)測儀器，能夠正確的記錄瓷環(huán)的沉降動(dòng)態(tài)變化，從而能夠有效的獲知路基沉降量的變化。在實(shí)驗(yàn)區(qū)設(shè)置了7個(gè)沉降監(jiān)控測量點(diǎn)，對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行預(yù)壓土體施加荷載后，經(jīng)過一個(gè)月的荷載作用后，其各個(gè)沉降點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)如下表所示：

通過三個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)與過渡區(qū)的沉降數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，過渡區(qū)的沉降值均大于三個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)的沉降數(shù)值，說明了三種常用的濕陷性黃土沉降控制措施，能夠有效的控制其沉降發(fā)展，對(duì)比三種沉降控制手段發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)夯區(qū)的基床下路堤壓縮沉降控制效果不佳，說明了對(duì)于濕陷性深度較大的路基地基，采用強(qiáng)夯法不能有效的深入到土層深處。

四、路基沉降觀測與動(dòng)態(tài)評(píng)估

在路基沉降監(jiān)控的基礎(chǔ)上，通過對(duì)已有監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效整理和分析，運(yùn)用科學(xué)的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型或者沉降發(fā)展預(yù)測軟件，能夠很好的對(duì)路基沉降的未來發(fā)展趨勢和沉降的嚴(yán)重程度進(jìn)行有效的把握，實(shí)現(xiàn)客觀沉降數(shù)據(jù)監(jiān)測分析與動(dòng)態(tài)評(píng)估相結(jié)合的科學(xué)路基沉降問題分析機(jī)制。

（一）沉降變形觀測。對(duì)于沉降數(shù)據(jù)觀察獲取的設(shè)備較多，包括上述土體分層沉降儀在內(nèi)的各種沉降監(jiān)控設(shè)備都能很好的反應(yīng)出土體的沉降變化，但是在儀器的選擇上要注意該設(shè)備能夠有效的避免工程施工過程中的各種干擾，測量精度要符合要求。

（二）沉降變形評(píng)估滿足的要求。路基沉降預(yù)測應(yīng)采用曲線回歸法;根據(jù)路基填筑完成或堆載預(yù)壓后不少于 6個(gè)月的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)作多種曲線的回歸分析，確定沉降變形的趨勢，曲線回歸的相關(guān)系數(shù) R 不應(yīng)低于0.92;沉降預(yù)測可靠性應(yīng)經(jīng)過驗(yàn)證，間隔 3-6個(gè)月的兩次預(yù)測最終沉降的差值不應(yīng)大于 8mm;路基填筑完成或堆載預(yù)壓后，最終的沉降預(yù)測時(shí)間應(yīng)符合要求。

五、結(jié)語

濕陷性黃土區(qū)域的高鐵路基沉降控制的控制手段和研究方法很多，通過不斷完善研究方法，為高鐵路基的施工運(yùn)行安全做出重要的貢獻(xiàn)。

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