尤昌龍

(中國國家鐵路集團有限公司， 北京100844)

自2003年10月12日時速200 km的秦沈客運專線開通、2008年8月1日時速350 km的京津城際高速鐵路開通，我國高速鐵路已從當初 “零”的突破，發(fā)展為完善的“四縱四橫”、拓廣的“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)絡，超過 35 000 km的高速鐵路廣布于我國遼闊的大地上，織就了人暢其通、物流八方的快速交通網(wǎng)絡。至2019年12月30日，我國已開通運營的時速300 km及以上的高速鐵路正線路基長度約為 2 390 km，設計時速250 km、實際開通時速200 km及以上的高速鐵路正線路基長度約為 9 437 km，分別占正線比例為20.7%和28.6%。

路基是有生命力的結(jié)構(gòu)物[1]，他根植于廣袤的大地上，他像人的生命體一樣在建設中孕育、成長、壯大，在運營中擔當，他用巖土的軀體承擔起了承載列車安全、高速、舒適運營的重任，承受著一年四季風霜雨雪的襲擾、寒來暑往的考驗。地基是路基生命力的基礎，路基結(jié)構(gòu)體是軀干、是路基生命力的源泉，路基邊坡支擋防護及防排水是其防護各種自然環(huán)境變化侵蝕、提高路基生命力的鎧甲，他們相輔相成，構(gòu)成了承載列車安全高速運營的路基生命體。路基與橋梁、隧道工程組合構(gòu)成了我國鐵路高速運營的生命線工程，路基的生命力決定了鐵路運輸生命線的生命力。

正如任何具有生命力的結(jié)構(gòu)物一樣，路基生命力的長久取決于路基基礎和路基結(jié)構(gòu)構(gòu)成本身及其路基防護鎧甲，基于上述理念，筆者在《路基是有生命力的結(jié)構(gòu)物——我國高速鐵路路基建設取得的成就和需要繼續(xù)解決的問題》[1]、《提高高速鐵路路基生命力的技術措施探討》[2]等文章中先后論述了我國高速鐵路路基建設取得的成就、需要繼續(xù)解決的問題以及提高路基生命力的技術措施等，本文基于上述對路基生命力的認知，著重從地基處理的角度，論述提高路基生命力的技術措施。

1 地基是路基生命力的基礎

路基根植于大地上，地基基礎是路基生命力的根基，是路基長期安全運營的基礎。其承載路基的基礎取決于自身的礦物顆粒組成、組構(gòu)等內(nèi)在因素，其承載能力的發(fā)揮受周圍環(huán)境外部因素的影響，如地下水、地表水造成的地基土含水量增減、周圍增建建筑物荷載對地基土的影響等。

1.1 影響路基基礎的內(nèi)因

眾所周知，土是由土顆粒、水、空氣組成的三相體，顆粒之間相互連接、相互依存，構(gòu)成了承載上部荷載的地基基礎。不同團粒凝聚構(gòu)成了土體骨架，土顆粒之間的連接構(gòu)造了土體的筋脈，土顆粒及水分等構(gòu)成了地基基礎的血脈，他們有機組合構(gòu)成了承載路基荷載的基礎。不同血脈的土體顆粒構(gòu)成造就了不同特點的地基，因此，地基基礎也就有了軟土、松軟土、軟土與松軟土互層、濕陷性黃土、膨脹巖、膨脹土等不同的類型，其承載特性、抵抗周邊環(huán)境的能力也不盡相同。

1.2 影響路基基礎的外因

地基基礎的內(nèi)在構(gòu)成造就了不同的巖土類型，造就了具有不同物理力學特性的土體，各種土體因處于不同的區(qū)域、環(huán)境而表現(xiàn)出不同的力學特性，且因區(qū)域環(huán)境的不同而呈現(xiàn)出千姿百態(tài)的特點，如“晴天一把刀、雨天一團糟”的膨脹土，平時崖壁直立、雨季時自然沉陷的濕陷性黃土等。

1.3 地基處理的目的

高速鐵路路基建造過程始終圍繞剛度和變形滿足設計、規(guī)范要求進行，地基處理的目的就是要確保地基承載力和路基工后沉降變形量滿足設計要求，滿足路基生命力持續(xù)穩(wěn)定的基本要求。

(1)地基處理的過程是強化其骨架、筋脈、血脈的過程，只有強化后的地基基礎骨架與其血脈、筋脈融合在一起的時候，才能強化或重塑基礎結(jié)構(gòu)，增強其承載力能力，才能提高地基土的生命力。

(2)采用CFG樁、管樁等剛性樁處理地基的過程就是強化其基礎結(jié)構(gòu)的過程；采用高壓旋噴樁、水泥攪拌樁等半剛性樁處理地基的過程就是強化其結(jié)構(gòu)和筋脈的過程；采用化學處理方法(如固化劑等)處理地基的過程就是重塑土體結(jié)構(gòu)、血脈，強化地基基礎的過程。但何種方案能更有效地提升路基骨架、筋脈、血脈的強度，形成更加具有生命力的地基強化結(jié)構(gòu)，消除土體中影響路基生命力的頑疾，是路基建造過程中需不斷繼續(xù)探討的問題。

(3)“強基固本、強基達標”歷來要求鐵路基礎設施必須滿足列車安全運營的要求。對于路基工程而言，無論何種地基處理方式，地基處理的目的就是要求地基承載力和地基基礎的變形量滿足列車安全運營的需要，這是宗旨，是提高路基生命力的基礎需要。

2 地基處理的技術進步和重點關注問題

軟土、松軟土、軟土與松軟土互層地基處理，巖溶、濕陷性黃土、膨脹土、膨脹巖、非飽和土地基以及斜坡軟土、松軟土、泥巖、膨脹巖土地基處理，凍脹土地基處理等一直是高速鐵路建造過程中重點關注的問題，是影響路基生命力的重點所在。

2.1 軟土、松軟土地基處理

常用的樁基類地基處理方式有CFG樁、管樁、水泥攪拌樁等，其與60 cm碎石墊層+高強土工格柵構(gòu)成柔性樁網(wǎng)復合地基，與10 cm碎石+筏板構(gòu)成半剛性樁筏板結(jié)構(gòu)地基，與筏板固結(jié)在一起構(gòu)成剛性樁板結(jié)構(gòu)地基。從原理和運營實踐來看，采用上述地基處理方式均布了路基荷載，強化了地基基礎，使路基穩(wěn)定性和工后沉降變形均勻性均得到了提高。

2.1.1 CFG樁處理地基

歷經(jīng)15年的高速鐵路實踐考驗，該技術日臻成熟，其技術進步主要體現(xiàn)在將傳統(tǒng)的“挖樁頭、截樁頭、樁身質(zhì)量檢驗、施做樁帽、回填樁間土并密實”施工工藝優(yōu)化為“清理場地、碾壓密實、控制成樁樁頭高程、樁頭以下2 m深度范圍內(nèi)采用加密振搗(消除樁頭下60 cm混凝土不密實帶來的隱患)、隨機清理成樁土、樁身質(zhì)量檢驗，機械開挖樁帽土模、澆筑樁帽混凝土”，該工藝已納入《鐵路工程建設指導性工藝工法手冊》(站前工程)[3]。施工完成后的樁身、樁帽與周圍土體貼合一起，形成了更為有效的復合地基。這一技術進步減少了以往挖樁頭、截樁頭、回填樁間土等繁瑣工序，減少了混凝土材料浪費，消除了截挖樁頭施工引起的擠樁破壞，有效地發(fā)揮了其復合地基功效。在濰萊、貴南等高速鐵路的CFG樁處理地基中，通過路基首件工程總結(jié)，進一步推廣應用了該工法，其技術經(jīng)濟效益得到較大提升。

2.1.2 預制管樁處理地基

在滿足持力要求的前提下，管樁接頭處理是技術關鍵。目前傳統(tǒng)的管樁接頭處理方案以樁頭焊接處理、檢驗后涂抹瀝青防銹處理為主，存在功效低、易斷裂等問題。針對接頭處理存在問題可能帶來的隱患，管樁生產(chǎn)企業(yè)結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)的需要，聯(lián)合中國鐵道科學研究院、相關施工單位等研制開發(fā)了新的管樁接頭處理方式，如插銷式、抱箍式等，提高了施工工效和接頭連接的可靠性。

2.1.3 多向水泥攪拌樁處理地基

多向水泥攪拌樁是在單向水泥攪拌樁的基礎上發(fā)展而來的。施工時，下鉆將設計用量的水泥一次性均勻噴完，且在下鉆噴灰的過程中進行正、反兩個方向的攪拌，在提升過程中再進行正、反兩個方向的攪拌，“一上”、“一下”一次攪拌完成。徐鹽高速鐵路路基首件工程和其它工點采用多向水泥攪拌樁處理地基的實踐表明，多數(shù)采用單噴單攪不能滿足設計要求的地基處理，采用多向水泥攪拌樁施工后，攪拌樁強度和復合地基強度均得到提升，滿足了設計要求，有效處理深度由單噴單攪的14～15 m提升到了22 m，且其有效處理深度還將隨相關施工機械的進步而提升。

2.1.4 思考與建議

從高速鐵路建設15年來取得的沉降變形觀測數(shù)據(jù)和科研成果來看，樁網(wǎng)復合地基、樁筏板結(jié)構(gòu)地基、樁板結(jié)構(gòu)地基極大地改善了路基基底受力狀態(tài)，充分發(fā)揮了路基結(jié)構(gòu)物的作用，使路基的沉降變形更加均勻，路基的安全穩(wěn)定性得到了提高。對于軟土厚度較小且處理至基底持力層的軟土地基，地基處理后均能形成較為堅實的地基基礎，滿足高速鐵路建設的需求。但對于軟土較厚且無明顯持力層的軟土地基、斜坡向軟土地基等，采用上述方案或管樁處理部分，存在沉降變形不易滿足設計要求的問題。

(1)樁徑、樁間距、樁基處理深度等參數(shù)的選擇與地基土類型、上覆路基荷載大小、下臥層等密切相關，直接影響復合地基承載水平、應力擴散水平和路基的安全穩(wěn)定性，且處理方案關乎路基承受周圍環(huán)境變化影響的能力。用于較厚軟土、斜坡軟土及炭質(zhì)泥巖類地基的處理方案應充分考慮周邊基坑開挖、抽降水等可能引發(fā)的地基承載力不足、地基沉降變形增加等問題對路基生命力的影響。

(2)加強地基處理過程中的地質(zhì)核查、核對工作，消除地基處理過程中地基下臥層中“軟弱夾層”誘發(fā)的沉降增量問題。山區(qū)、丘陵及溝谷相地區(qū)的地基處理過程中易出現(xiàn)類似問題，應重點關注。

(3)不同地基方案間的“處理斷面斷層”容易誘發(fā)處理斷面“沉降斷層”現(xiàn)象，不同地基處理方案實施過程中，應遵循地基處理均勻過渡的原則，尤其是對車站路基橫向區(qū)域的地基處理。

(4)消除“頭重腳輕、根底淺”現(xiàn)象?！邦^重”指路基填筑高度較高，荷載較大；“腳輕”指地基相對偏軟；“根底淺”指處理深度不足或強度不足。用于軟土、松軟土和軟土互層地區(qū)的地基處理方案，應根據(jù)安全穩(wěn)定系數(shù)和總沉降量計算綜合比選后確定。

2.2 巖溶地基處理

路基建設中遇到的覆蓋性巖溶地基通常采用注漿處理。受巖溶發(fā)育的不均勻性、分布的不連續(xù)性、地下水影響的隨機性等方面的影響，巖溶地基對路基造成的不利影響也具有隨機性和不均勻性。輕者造成路基不均勻沉降變形，影響行車速度和舒適性，重者會產(chǎn)生陷穴，影響列車運營安全，甚至動搖路基基礎，削弱路基的生命力。在總結(jié)多年巖溶問題處理成果和經(jīng)驗教訓的基礎上，我國規(guī)范提出了“先探后灌、探灌結(jié)合”的建造理念[4]，在此基礎上，路基建造工程師們充分利用巖溶注漿鉆孔施工類似于地質(zhì)勘探孔的優(yōu)勢，提出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注漿處理工藝。

2.2.1 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注漿處理工藝核心

(1)Ⅰ序孔間距7 m，正方形布孔，鉆孔施工類似地勘孔，可兼做施工地質(zhì)復核孔。地質(zhì)探孔結(jié)合Ⅰ序孔，相較單獨采用地質(zhì)探孔可更詳細地查明巖溶分布、發(fā)育情況和特征，有利于確定Ⅰ序孔的注漿深度、注漿范圍和相關工藝參數(shù)，使Ⅰ序孔注漿處理的施工更具針對性。

(2) 針對巖溶相對發(fā)育的區(qū)段，在Ⅰ序孔注漿處理施工完成后，利用Ⅱ序孔兼做巖溶注漿處理質(zhì)量檢查孔和地質(zhì)核查孔，判識Ⅰ序孔注漿處理的效果，并確定需要繼續(xù)處理的后續(xù)區(qū)段。當Ⅰ序孔注漿處理未達到效果時，啟用Ⅱ序孔注漿處理。

(3)對于巖溶發(fā)育且采用Ⅱ序孔注漿沒有達到處理效果的區(qū)段，實施Ⅲ序孔進行地質(zhì)核對、質(zhì)量核查，并進行注漿處理。

實踐證明，通過實施Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔施工，不僅可以逐步查清整治范圍內(nèi)隱伏巖溶的分布情況、發(fā)育特征和注漿處理效果，還可以清楚地判識Ⅰ序孔注漿處理后的后續(xù)施工安排，進而清晰地明示Ⅱ序孔的注漿范圍，及時調(diào)整或優(yōu)化整治范圍、整治措施和施工工藝，提高路基巖溶注漿加固的效果。該理念是“先探后灌、探灌結(jié)合”理念的延續(xù)和深化，是巖溶注漿處理技術進步的體現(xiàn)。

滬昆高速鐵路湖南段巖溶地基處理施工時，探索啟用了Ⅰ、Ⅱ序孔管理，取得了較好的效果；渝黔鐵路巖溶地基處理力推Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ孔施工管理技術，并以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔巖溶注漿處理之路基首件工程取得的成果對相關工序進一步驗證、優(yōu)化，初步形成了《巖溶注漿管理技術手冊》；中鐵二院在滬昆高速鐵路貴州段和安六客運專線中進一步總結(jié)并應用該技術于巖溶注漿處理設計中，取得了較好的效果。

2.2.2 思考與建議

(1)盡管創(chuàng)新發(fā)展了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注漿處理工藝并取得了較好的效果，但巖溶地基注漿處理效果的持續(xù)性、受地下水位和周邊環(huán)境影響的耐久性等依然是路基建設和運營中需要關注的重點。

(2)注漿處理巖溶地基對周邊地下水環(huán)境的影響是鐵路建設過程中需要重點關注的問題。

2.3 濕陷性黃土地基

2.3.1 黃土地基的二次沉降問題

鄭西高速鐵路建設初始，鐵道部組織實施了三個足尺試驗段，分別就強夯、孔內(nèi)夯擴擠密樁、振沖擠密樁處理濕陷性黃土地基進行了現(xiàn)場足尺浸水模擬試驗[5]。試驗結(jié)果表明，孔內(nèi)夯擴灰土擠密樁可有效消除黃土地基的濕陷性并能較好地滿足路基工后沉降變形量的要求。采用強夯或水泥土擠密樁處理后的地基，雖能消除其影響范圍內(nèi)地基的濕陷性，但浸水試驗后仍表現(xiàn)出明顯的二次沉降變形增量特征。

(1)水泥土擠密樁處理地基

水泥土擠密樁處理地基后的路基沉降時程曲線如圖1所示。該曲線表征了此類濕陷性黃土地基經(jīng)水泥土擠密樁(樁長15 m、樁徑0.5 m、樁間距1.0 m、正三角形布置)處理后進行路基填筑(填高4.6 m)，浸水前后的路基沉降變形的過程，其浸水期約3個月。從觀測數(shù)據(jù)分析，路基浸水前總沉降量約67 mm，浸水后約12個月內(nèi)沉降變形持續(xù)發(fā)展，總沉降變形增量約為150 mm，浸水期間的沉降增量約為26.2～51 mm，即二次沉降變形增量約為26～51 mm，且浸水后路基沉降變形持續(xù)發(fā)展。

圖1 浸水前后水泥土擠密樁處理后的路基沉降時程曲線圖

圖2 浸水前后孔內(nèi)夯擴灰土擠密樁處理后的路基沉降時程曲線圖

(2) 孔內(nèi)夯擴灰土擠密樁處理地基

同一場地采用孔內(nèi)夯擴灰土擠密樁(處理深度22 m，樁徑0.6 m、間距1.05 m，三角形布置)處理后進行路基填筑(路基填高4.6 m)，路基浸水前后的沉降時程曲線如圖2所示。從圖2可以看出，采用孔內(nèi)夯擴灰土擠密樁處理后，路基浸水后盡管也產(chǎn)生了二次沉降，但其二次沉降增量僅為11 mm，且浸水后沉降變形基本穩(wěn)定。

2.3.2 思考與建議

黃土地基的處理應立足于增強黃土地基的密實性、提高黃土地基土的結(jié)構(gòu)性、消除黃土地基的濕陷性、消除黃土地基的二次沉降變形來進行設計和施工。

(1)從沉降時程曲線來看，濕陷性黃土地基處理后，深厚黃土地基的沉降變形穩(wěn)定時間通常大于6個月，且至少要經(jīng)歷一個雨季。

(2)采用孔內(nèi)夯擴灰土擠密樁、孔內(nèi)夯擴灰土擠密短樁+CFG長樁、樁板結(jié)構(gòu)等處理方式，同時做好路基周邊的防排水工作，是目前處理濕陷性黃土地基的有效工法。應根據(jù)不同的濕陷性黃土類型選擇性使用灰土擠密樁，慎用強夯、重錘夯實類地基處理方案。

(3)建造過程中應逐孔控制孔內(nèi)夯擴灰土擠密樁、CFG樁等關鍵工序的施工質(zhì)量，并加強地基處理過程中的地質(zhì)核查和施工質(zhì)量核查，根據(jù)路基建造完成后的地貌實際特征，優(yōu)化路基防排水設計和施工方案。應重點關注穿越路基的人行通道、排水通道兩側(cè)的防排水處理和路基周邊黃土陷穴的處理。

2.4 膨脹土地基

2.4.1 膨脹土的問題特征

膨脹土地基存在兩個極端：① 含水量較低時具有較高的凝聚力和內(nèi)摩擦角，自身承載力容易達到高值，即“晴天一把刀”。②含水量增大時，地基土吸水膨脹變形，含水量增大到一定值時，凝聚力和內(nèi)摩擦角迅速耗散，此后穩(wěn)定在一個較小的范圍內(nèi)，且具有較高的粘滯性，即“雨天一團糟”。一般情況下，隨著含水量的增大，中～強膨脹土地基的凝聚力會嚴重衰減，內(nèi)摩擦角也會有不同程度的減小[6]，造成地基自身承載力、抗剪強度、變形模量、安全穩(wěn)定系數(shù)等衰減，嚴重時影響路基安全穩(wěn)定。

膨脹土地基的變形特性：① 地基吸水變形初期，路基產(chǎn)生較大的初期上拱變形，影響線路的平順性；

②地基吸水飽和后期，粘聚力和內(nèi)摩擦角衰減，地基承載力降低，導致地基產(chǎn)生剪切變形、路基產(chǎn)生過量的沉降變形或蠕變，嚴重時甚至導致路基破壞或使用功能喪失，影響路基的安全使用。

從中鐵二院等單位取得的科研成果和工程實踐經(jīng)驗來看，當路基填筑高度超過氣候影響帶深度或路基自身填筑產(chǎn)生的荷載超過地基土膨脹力時、當路塹換填處理深度超過氣候劇烈影響帶深度且具有良好的排水保濕功能時、當膨脹土層地形較低一側(cè)設置路堤坡腳約束且含水量保持相對穩(wěn)定時，路基基本上不會產(chǎn)生影響列車正常運營的膨脹變形[7-8]。

2.4.2 思考與建議

(1)針對膨脹土失水堅固、粘滯，遇水易發(fā)生剪切變形破壞和上拱、沉降、蠕滑變形等特點，路基建造過程中應強化地基處理、地質(zhì)核對和防排水工作，確保處理完成后的膨脹土地基含水量穩(wěn)定在不發(fā)生膨脹上拱、沉降變形的含水量范圍內(nèi)，這是保持膨脹土路基生命力穩(wěn)定的重難點。

(2)路堤路塹過渡帶應綜合考慮路基填筑高度、氣候影響帶深度、地下水、地表徑流等對地基膨脹變形的影響，若路基填筑高度小于膨脹土變形臨界高度或換填深度小于氣候影響帶深度、防排水不當或未設置橫向約束，則容易導致膨脹土地基吸水增濕后出現(xiàn)影響列車正常運營的不均勻上拱變形、水平位移，甚至剪切變形或失穩(wěn)。合理選定路基臨界填筑高度、換填深度和相應的防排水措施是膨脹土路基建造過程中需重點關注的內(nèi)容。

(3)路堤坡腳增設反壓護道或坡腳墻有利于消除坡腳處膨脹變形引發(fā)的路基水平向變形問題，消除坡腳膨脹土地基反復收縮、膨脹引起的剪切應力影響。

2.5 膨脹巖地基

膨脹巖地基按路基類型可分為路塹類和路堤類兩種，路堤路塹過渡段介于兩者之間。

(1)路塹類

路塹基底膨脹巖開挖后應力釋放，巖石節(jié)理張開，在降雨匯水和施工改變的地下水徑流的影響下，膨脹巖吸水膨脹變形，導致路基上拱變形。

(2)路堤類

路基建造完成后，周圍降雨徑流匯集于路堤兩側(cè)，造成原本處于干旱狀態(tài)下的路基基底膨脹巖兩側(cè)地下水匯集、水位上升，膨脹巖地基吸水后產(chǎn)生膨脹變形，上覆路基荷載小于膨脹巖產(chǎn)生的膨脹力時，路基上拱變形。

2.5.1 膨脹巖問題特征

(1)膨脹性礦物含量高、膨脹力較大。

(2)膨脹巖引起的上拱變形具有隱蔽性、滯后性等特點。

從現(xiàn)場上拱變形的特征看，膨脹巖分布往往具有隱蔽性，通常呈雞窩狀、條帶狀或其它形狀分布。多數(shù)因分布范圍較小，在勘測期間容易被忽視，而在路基建造或運營期間因水環(huán)境的改變，呈現(xiàn)出不均勻性、突發(fā)性的上拱變形。

2.5.2 思考與建議

膨脹巖地基造成的上拱變形問題在建造過程中應予以高度重視，并應用動態(tài)管理的理念進行建設管理。

(1)在勘探設計階段，應在區(qū)域性地質(zhì)調(diào)查的基礎上，詳細查明膨脹巖的分布情況。

(2)在建造過程中，應加強現(xiàn)場地質(zhì)核查、核對，路塹地段應充分利用開挖斷面的地質(zhì)核查和沉降變形觀測數(shù)據(jù)分析本區(qū)段膨脹巖土的分布情況，應用動態(tài)設計、施工理念，優(yōu)化、完善設計和施工方案，并加強變形觀測管理。路堤與路塹過渡段是最容易受水環(huán)境影響的區(qū)段，是路基建造過程中關注的重點，其地基處理和防排水，尤其是滲水盲溝的排水是工程關鍵。

(3)在運營階段，應針對出現(xiàn)上拱變形區(qū)段路基的現(xiàn)場情況，開展地質(zhì)核查、核對工作，必要時開展現(xiàn)場原位浸水試驗和分層變形觀測，結(jié)合路基上拱變形觀測曲線、分層變形觀測曲線，確定發(fā)生路基上拱變形的層位、原因，制定合理的處理方案。

“冰凍三尺非一日之寒”，針對無砟軌道路基對上拱變形敏感性的要求，各相關單位還應加強科研合作，依據(jù)當前膨脹巖地區(qū)的鐵路建設實踐，繼續(xù)深入探討其膨脹變形機理和特征，預估、評判膨脹巖地基處理、不處理時的上拱變形量及其對軌道工程的影響，提出合理的對策，在路基建造過程中消除其影響。

2.6 非飽和土地基

非飽和土地基產(chǎn)生的問題主要是受地基吸水增濕效應影響，產(chǎn)生的二次沉降或過量沉降問題，此類問題有的發(fā)生于建造過程中，有的發(fā)生于運營過程中；有的發(fā)生于一般粘性土、粉質(zhì)黏土地層中，有的發(fā)生于濕陷性黃土、膨脹土地層或易風化的頁巖、炭質(zhì)泥巖中，是當前鐵路建設重點關注的問題。

2.6.1 原因分析

在勘察設計初期的自然環(huán)境中，非飽和土地基承載力、變形模量均高于設計要求，設計時可不處理或作一般常規(guī)處理。路基建造完成后，伴隨著路基周圍地形地貌條件和地表、地下徑流的改變，原本滿足設計要求的地基因受地下水位升高或浸水增濕效應的影響，土體結(jié)構(gòu)弱化，土體變形模量降低，在上覆路基荷載的作用下，地基土產(chǎn)生壓縮變形，導致路基產(chǎn)生過量的二次沉降。如某粉質(zhì)黏土地基，自然狀態(tài)下的壓縮變形模量為6.1 MPa，地基浸濕飽和后，其壓縮變形模量衰減為2.1 MPa，這就易導致浸濕飽和后的地基在同等路基荷載作用下產(chǎn)生近3倍于自然狀態(tài)下的壓縮變形。

2.6.2 思考與建議

(1)對干旱、半干旱地區(qū)非飽和土地基的路基二次沉降問題應高度重視。設計階段應根據(jù)勘探場地的地質(zhì)工況，評估地基吸水增濕引發(fā)的二次壓縮變形問題，并決策是否采取地基處理措施。施工階段應加強地質(zhì)核查、核對工作，對處于干旱、半干旱狀態(tài)的粉質(zhì)粘土、黏土、濕陷性黃土以及開挖暴露后易風化的炭質(zhì)泥巖、泥巖、頁巖等地層，根據(jù)路基建造完成后地形地貌條件的改變，評估可能的地下水增量對地基浸濕變形的影響，決策是否采取相關的技術措施。

(2)針對非飽和土層厚度較小、路基施工過程中易產(chǎn)生壓縮變形且壓縮變形在建造過程中基本可完成的地基，可對地基采用“預增濕法”處理，處理后的地基在路基建造和預壓過程中，壓縮變形加速完成，可消除二次壓縮變形現(xiàn)象。目前，淺層地基土是否進行增濕處理的含水量界限尚沒有定值，需根據(jù)不同的地層特征和增濕后的變形特征進行分析。無增濕處理標準時，以地基土液性指數(shù)0.25對應的含水量為界判識是否進行增濕處理。

2.7 斜坡地基

山區(qū)、丘陵地區(qū)修建鐵路常遇到斜坡軟土、松軟土、膨脹土、炭質(zhì)泥巖等地基問題，其特征主要表現(xiàn)為地基受水環(huán)境變化影響的區(qū)段，不同程度地出現(xiàn)水平位移和局部縱橫向不均勻沉降。理論上而言，路基產(chǎn)生橫向位移時，必然會導致路基豎向沉降的產(chǎn)生；斜坡向路基產(chǎn)生豎向沉降變形時，也必然導致路基橫向位移的產(chǎn)生，兩者互為因果。

橫向位移產(chǎn)生的原因一是斜坡向路基填筑后，沿坡面或斜坡軟弱面產(chǎn)生的水平荷載和豎向荷載下坡端高于上坡端，路基橫斷面在豎向荷載和水平向荷載作用下產(chǎn)生橫向不均勻性沉降變形，甚至水平位移。二是受建造后水環(huán)境變化、雨季浸水增濕后應力水平下降等因素的影響，斜坡下方路基坡腳處的壓應力和剪切應力均高于上游側(cè)，造成下游側(cè)路基基底產(chǎn)生高于上坡面基底的壓縮變形和剪切變形，并誘發(fā)水平變形[9]。

2.7.1 斜坡向路基的變形特點

(1) 隨著斜坡地基坡比的增大，路基橫向不均勻沉降量增大，總沉降量增大，但最大變形不在路基中線處，一般位于下游側(cè)路肩線附近。

(2)下游側(cè)路基坡腳處的剪應力、位移隨地基坡比的增大而增大，且向深處傳遞，其較大值通常發(fā)生在路基坡腳下0～8 m范圍，而水平向地基的較大值一般發(fā)生在路基坡腳下5～8 m范圍[10]。

(3) 增加坡腳抗力可有效約束路基的橫向位移；對下游側(cè)路基追加密實，可增加路基填筑體的凝聚力，減少建造期間的路基橫向不均勻沉降[11]。

(4)干旱、半干旱地區(qū)地基浸水增濕引發(fā)的二次沉降變形問題，易造成路基的橫向不均勻沉降變形。

2.7.2 思考與建議

(1)在勘察設計初期，應在斜坡路基邊坡上、下游側(cè)增設勘探孔，查明地基土層的分布和巖層走向，計算分析路基填筑完成后可能產(chǎn)生的縱橫向沉降差異，并充分考慮地基浸水增濕的變形影響，加強地基處理和防排水設計。

(2)對于斜坡軟土、炭質(zhì)泥巖、膨脹土地基，還應根據(jù)路基橫向穩(wěn)定性和變形的需要，增設抗滑支擋等措施，防止路基出現(xiàn)橫向位移，保障路基的安全穩(wěn)定性。

(3)在建造過程中，應加強地質(zhì)核查、核對工作，嚴格下游側(cè)地基不均勻壓縮層的控制施工，對下游側(cè)的路基填筑可采用追加密實等措施，消除路基橫向水平位移和沉降問題。

(4)加強路基上游側(cè)的防排水建造管理，對可能穿越路基基底或在路基下游側(cè)易淤堵的防排水設施，應嚴格管控，確保建造質(zhì)量。

2.8 凍脹土地基

路基凍脹變形對行車的影響主要體現(xiàn)在：(1)冬季凍脹時，路基產(chǎn)生不均勻隆起變形，影響軌道的平順性，嚴重的會影響行車安全性。(2)春季凍融時，軌道板回落，在列車動荷載作用下，局部地段產(chǎn)生泵吸現(xiàn)象，引起翻漿冒泥。(3)反復的凍脹、凍融造成路基與軌道板間產(chǎn)生離縫，影響軌道板的安全使用壽命。

2.8.1 路塹地段的凍脹特點

無砟軌道路塹地段的凍脹主要發(fā)生于大氣凍脹影響深度范圍或凍脹環(huán)境影響范圍內(nèi)，其凍脹變形特點如下：

(1) 基巖較好，直接在其上施作底座板，受地下水的影響，局部凍脹發(fā)育，存在III級超限點。

(2) 換填深度小于當?shù)卦O計最大凍結(jié)深度的地段，局部凍脹發(fā)育。

(3) 換填深度大于當?shù)卦O計最大凍結(jié)深度的地段，凍脹變化相對緩和，一般不出現(xiàn)III級以上超限點。

(4)地基的不均勻凍脹變形主要發(fā)生于路塹地段和路塹與路堤的過渡段處。

(5)基底位于凍結(jié)線下的涵洞本身幾乎不發(fā)生凍脹，反之則易產(chǎn)生局部凍脹變形。

總起來看，深換填地段的凍脹峰值和Ⅲ、Ⅳ級超限點小于淺換填地段，線路平順性優(yōu)于淺換填地段。

2.8.2 凍脹變形的產(chǎn)生原因

從凍脹變形產(chǎn)生的機理分析，水是造成路基凍脹變形產(chǎn)生的內(nèi)因，環(huán)境溫度的降低是產(chǎn)生凍脹變形的外因。(1) 路基的凍脹變形源于地基中含有引發(fā)路基凍脹變形的多余水分，水結(jié)冰后體積增大9%，路基發(fā)生凍脹變形。(2)凍脹期間受水分遷移的影響，局部出現(xiàn)凍脹集中現(xiàn)象，導致凍脹變形量增大，影響軌道正常運營。 (3)路塹建造完成后，換填層以下地基積水會造成地下水位上升，促使路基凍脹變形的產(chǎn)生。在換填層底部增設碎石墊層有利于切斷毛細水的上升作用，增設隔水土工布有利于隔斷地下水及毛細水的上升作用。

2.8.3 思考與建議

消除路基凍脹變形的主要措施是保持地基適宜的含水量，從嚴寒地區(qū)路塹、路塹與路堤過渡段地段采用的換填處理、增設滲水盲溝排水等方案取得的效果來看，換填處理至路基凍脹深度以下，將滲水盲溝置于凍脹影響深度以下，采用保溫出口排除滲水盲溝匯水，設置保溫隔離墊層等可有效消除路基凍脹變形的影響。

(1)路基凍脹設計、施工應充分考慮路基施工完成后水環(huán)境變化的影響，尤其是深挖路塹施工完成后滲水徑流改變對地基的影響。滲水盲溝匯水、排水液面應位于當?shù)貧夂騼鼋Y(jié)深度以下，且和保溫出口緊密相連。

(2)檢查井設置應避開路堤與路塹過渡段，嚴禁在過渡段設置橫穿路基連接兩側(cè)滲水盲溝的排水通道。

(3)保溫材料選擇應充分考慮其使用壽命和可更換性。

(4)運營過程中應加強對滲水盲溝排水的檢查，及時排除盲溝內(nèi)積水、雍水，保持排水暢通。

2.9 車站地基

2.9.1 車站、區(qū)間路基的結(jié)構(gòu)差異性

車站路基一般由正線、到發(fā)線、站臺區(qū)路基組成，正線路基與區(qū)間路基結(jié)構(gòu)相同，到發(fā)線路基采用相應站場路基設計標準。站場路基與區(qū)間路基在路基結(jié)構(gòu)、地基處理、受力等方面存在差異，以時速350 km兩臺四線站場路基為例：

①區(qū)間路基路基面寬度13.6 m，站場路基(包括正線、到發(fā)線、站臺等)路基寬度一般為40.5 m，約為正線路基的3倍。

②區(qū)間路基附屬建筑物主要有電纜溝槽、接觸網(wǎng)支柱、聲屏障等；車站路基除上述外，還有站臺、站臺墻、站臺封裝層、雨棚柱、人行天橋等，其中站臺路基填筑高度較正線路基高出1.25 m。

2.9.2 附加應力的分布差異性

區(qū)間路基與站場路基的結(jié)構(gòu)差異導致路基基底附加應力、地基土中附加應力作用深度、壓縮層深度不同，自區(qū)間進入道岔區(qū)、站場路基區(qū)段，地基附加應力、壓縮層深度、總沉降變形量等呈現(xiàn)如下特征：

(1)天然地基條件下，路基不同斷面地基中的附加應力、壓縮層深度和沉降變形量隨路基頂面填筑寬度的增加而增加，站場路基中心處最大。

(2)采用預制樁或CFG樁處理的地基，自區(qū)間路基進入站場路基后，其樁端附加應力分布、壓縮層厚度及沉降壓縮曲線等均隨路基頂面寬度的增大呈而增大，并沿站場中線相對均勻分布，站場中線處的路基沉降變形量相對區(qū)間路基明顯增大。

綜上，同樣填土高度的站場路基，無論地基處理與否，作用于路基中心處的地基附加應力影響深度均高于區(qū)間路基。對于寬度更大的特大站場路基，考慮站臺區(qū)荷載、人行天橋、雨棚等的影響，其作用于路基中心處的地基附加應力影響深度更大，因此，站場路基沉降變形計算分析和處理深度明顯不同于區(qū)間路基。

2.9.3 思考與建議

(1)對于以軟土、軟土與松軟土互層為主的站場路基，設計時應充分考慮路基附加應力影響深度與區(qū)間路基的不同，建造過程中應充分考慮不同路基結(jié)構(gòu)等造成的路基橫斷面沉降量的不同。

(2)旅客通道、人行天橋、雨棚柱、站臺等區(qū)段的路基受力不同，產(chǎn)生的縱橫向沉降變形也不同，需引起注意。

(3)站場路基區(qū)段應充分考慮市政工程建造對路基工程的影響，臨近線路的深基坑開挖、抽降水等對站場路基基底壓應力分布的影響較其對區(qū)間路基的影響更高，導致的變形更劇烈。對于濕陷性黃土地基、軟土地基、炭質(zhì)泥巖地基、斜坡地基等，應充分考慮站場路基建造和使用過程中周圍受力環(huán)境及水環(huán)境對路基沉降變形的影響。

(4)道岔區(qū)對路基不均勻沉降變形具有敏感性，路基建造過程中應加強此區(qū)段的地基處理和路基結(jié)構(gòu)設計，并加強沉降變形觀測。

3 結(jié)束語

(1)在軟土、松軟土與軟土互層、斜坡軟土、炭質(zhì)泥巖、濕陷性黃土等地基上建造路基，如何提高其沉降變形穩(wěn)定性是當前和今后重點考慮的問題。

①利用CFG樁、管樁等處理軟土、松軟土與軟土互層地基相當于加固了路基結(jié)構(gòu)，當路基填筑高度較高、樁徑較小、樁間距較大、處理深度不足時，容易出現(xiàn)“頭重腳輕根底淺”的問題，這是當前路基建設需要重點關注和解決的問題。

②水泥攪拌樁類處理地基相當于部分重塑了地基結(jié)構(gòu)，重塑的路基結(jié)構(gòu)強化了地基土的筋脈、血脈.改進后的多向水泥攪拌樁密切了該關系，是當前路基處理中值得推廣應用的新技術。

③斜坡軟土、松軟土、炭質(zhì)泥巖、濕陷性黃土、膨脹土等地基處理依然是今后山區(qū)、丘陵地區(qū)高速鐵路建設中的重點關注問題。

(2)如何在建造過程中通過設計、施工預判解決地基土的二次沉降問題，需要發(fā)揮建造者們的集體智慧，浸濕后軟化的泥巖、頁巖等風化巖地基的二次沉降變形問題同樣需要重點關注。

(3)膨脹土、凍脹土均有含水量增大后導致路基上拱、下沉變形或發(fā)生水平位移的特點，但兩者的觸發(fā)條件不一樣，前者源于自身特性，后者源于外界環(huán)境。兩者發(fā)生變化的條件都與氣候影響帶深度、含水量大小及分布有關，其主要危害在路塹和路塹與路堤過渡段范圍。如何確保處理后的地基處于合理的氣候影響帶內(nèi)并保持合理的含水量范圍是今后需重點關注的問題。

(4)鑒于膨脹巖地基分布具有條帶狀、雞窩狀、受大氣環(huán)境影響敏感、膨脹變形滯后等特點，勘察設計、施工建造過程中應嚴格地質(zhì)核對、核查工作，采用動態(tài)設計的理念，及時優(yōu)化、完善設計和施工方案，并加強建造過程中的防排水工作，合理消除膨脹巖地基對路基上拱變形的影響。

(5) “以工藝保質(zhì)量、以機械保工藝”之路任重道遠，需要在路基建造工程中，繼續(xù)改革，不斷創(chuàng)新，促進新工藝、新工法的發(fā)展和應用。