郭岳

（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

一、高速鐵路路基工程濕陷性黃土段地基處理的重要意義

濕陷性黃土是指在上覆土層自重應(yīng)力作用下，或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下，因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土。其土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育。在未受水浸濕時(shí)，一般強(qiáng)度較高，壓縮性較小。當(dāng)在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)會(huì)迅速破壞，產(chǎn)生較大附加下沉，強(qiáng)度迅速降低。故在濕陷性黃土場(chǎng)地上進(jìn)行鐵路路基填筑，應(yīng)根據(jù)鐵路的等級(jí)、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對(duì)不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對(duì)路基產(chǎn)生不均勻沉降從而影響鐵路的正常運(yùn)營。

本鐵路路基工程范圍地表不連續(xù)分部第四系上更新統(tǒng)洪積砂質(zhì)黃土，黃褐色。土質(zhì)不均一，具有針狀孔隙發(fā)育，可見植物根系，砂感顯著，粘性差，巖芯呈散塊狀，硬塑，稍密為主，具I 級(jí)非自重濕陷性，濕陷厚度0.5～9m，采用不同地基處理方法消除濕陷性。

二、高速鐵路路基工程濕陷性黃土段地基處理方法及施工工藝控制

（一）挖除換填

挖除換填是指挖去地表淺層軟弱土層或不均勻土層，回填堅(jiān)硬、較粗粒徑的材料，并夯壓密實(shí)，形成墊層的地基處理方法。該法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，處理深度約為0～3m，常用的換填材料為粗砂、碎石、素土、灰土、礦渣及其他性能穩(wěn)定材料。

1.換填材料

本工程濕陷性黃土地段中，采用4%水泥改良土進(jìn)行換填。改良土混合料采用穩(wěn)定土拌和設(shè)備在拌和場(chǎng)集中進(jìn)行拌和。

原土料的有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)大于2%，硫酸鹽含量不應(yīng)大于0.25%，粒徑應(yīng)小于15mm。改良土外摻水泥采用普通硅酸鹽水泥。改良土填筑前按設(shè)計(jì)提供的配比進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，確定施工配合比。對(duì)初步確定使用的混合料，進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，計(jì)算最佳含水率和最大干密度，并進(jìn)行7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)，保證無側(cè)限抗壓強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求。

2.施工工藝控制

正式施工前應(yīng)進(jìn)行改良土填筑的工藝性試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定機(jī)械設(shè)備組合、最佳虛鋪厚度、虛鋪系數(shù)、改良土施工含水率控制范圍、壓路機(jī)碾壓方式及壓實(shí)遍數(shù)等施工工藝參數(shù)，保證大范圍路基施工時(shí)的施工質(zhì)量。

挖除施工中應(yīng)將換填深度范圍內(nèi)具有濕陷性的砂質(zhì)黃土層挖除干凈，露出下層基巖按設(shè)計(jì)要求整平后方可進(jìn)行改良土填筑施工。填筑施工中嚴(yán)格控制含水率以及改良土中水泥的延遲時(shí)間是換填水泥改良土的重點(diǎn)，在水泥初凝后進(jìn)行施工，將無法達(dá)到規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)，因此應(yīng)在水泥初凝前完成水泥改良土的攤鋪、整平、碾壓等一系列施工工序，并且完成壓實(shí)系數(shù)的檢驗(yàn)。

（二）強(qiáng)夯

強(qiáng)夯法是采用大噸位夯錘，反復(fù)起吊至高處使其自由下落，給地基以沖擊和振動(dòng)能量，將地基土夯實(shí)的地基處理方法。該法適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、素填土和雜填土等地基，處理地基的深度約為3～8m。尤其在濕陷性黃土地段，消除濕陷性效果良好。同時(shí)，強(qiáng)夯法以其處理地基施工簡便、速度快、效果好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，在全國濕陷性黃土地區(qū)得到廣泛應(yīng)用和推廣。

1.強(qiáng)夯施工方案設(shè)計(jì)

本工程夯擊遍數(shù)采用3 遍點(diǎn)夯、1 遍滿夯的夯擊方式。點(diǎn)夯夯擊能量為2000KN·m，夯點(diǎn)中心距為4m，正方形布置。滿夯夯擊能量采用點(diǎn)夯夯擊能的1/2，并保證1/4 夯錘直徑的搭接長度。夯擊次數(shù)按照現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定。強(qiáng)夯地基處理后，于夯實(shí)面上鋪設(shè)0.3m 厚6%水泥改良土墊層，墊層內(nèi)部鋪設(shè)一層雙向聚乙烯塑料土工格柵。

2.施工工藝控制

根據(jù)設(shè)計(jì)夯擊能，本工程選用鋼制圓形夯錘，重15 噸，直徑2.5m，點(diǎn)夯夯錘提升高度為13.5m，滿夯夯錘提升高度為6.8m。夯錘下落的水平平穩(wěn)是施工質(zhì)量的保證。夯實(shí)前應(yīng)檢驗(yàn)夯錘平衡狀態(tài)，不能滿足要求時(shí)，須采取錘邊焊鋼板或增減混凝土等辦法使其平衡，避免夯坑傾斜。夯擊時(shí)，落錘應(yīng)保持平穩(wěn)，夯位正確。如錯(cuò)位或坑底傾斜度過大，應(yīng)及時(shí)用砂土將坑整平，予以補(bǔ)夯后方可進(jìn)行下一道工序。夯擊深度（零高度和累計(jì)差位）應(yīng)用水準(zhǔn)儀測(cè)量記錄。施工中應(yīng)精確測(cè)量沉降量，每夯擊一遍后，應(yīng)測(cè)量場(chǎng)地平均下沉量，然后用土將夯坑填平，方可進(jìn)行下一遍夯實(shí)，施工平均下沉量必須符合設(shè)計(jì)要求。

3.質(zhì)量檢驗(yàn)

施工結(jié)束后應(yīng)間隔一定時(shí)間后方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，砂土地基要求在施工結(jié)束7～14 天后。其檢驗(yàn)項(xiàng)目主要有：

(1)有效加固深度檢驗(yàn)

有效加固深度應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為每3000m 抽樣檢查9 點(diǎn)，其中標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)6 點(diǎn)，靜力觸探3 點(diǎn)。

(2)地基的承載力檢驗(yàn)

采用平板荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為每3000 m2抽樣檢驗(yàn)3 處。

(3)濕陷性檢驗(yàn)

對(duì)濕陷性黃土還應(yīng)進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)，滿足濕陷系數(shù)δs 小于0.015。

（三）水泥土擠密樁

水泥土擠密樁是用水泥和土按一定比例拌合，并在孔內(nèi)夯實(shí)加密后形成的樁。在地基中用水泥土做成柱體，通過水泥的吸水繼而生成水化物和毛細(xì)管的吸水作用，降低黏性土中的含水量，從而提高地基強(qiáng)度，減小沉降量。適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，處理地基的深度為5～15m。

1.材料要求

本工程采用摻量為8%的水泥改良土。土料采用就地挖出的粘性土及塑性指數(shù)大于4 的粉土，且有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)嚴(yán)格控制不大于5%，其顆粒不應(yīng)大于15mm，不得含有雜土、凍土、膨脹土及磚、瓦、石塊。水泥采用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥。

2.水泥土擠密樁施工方案設(shè)計(jì)

本工程水泥土擠密樁采用正三角形布置。樁徑0.4m，樁長3～9m，樁間距0.9m。水泥土擠密樁施工后，于樁頂設(shè)0.8m 厚6%水泥改良土墊層，壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.95，墊層內(nèi)鋪設(shè)兩層雙向土工格柵。

3.施工工藝控制

施工前應(yīng)在工程施工現(xiàn)場(chǎng)選取有代表性的場(chǎng)地進(jìn)行成樁試驗(yàn)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)和施工效果，確定落錘速度、落距等施工參數(shù)，試樁數(shù)量不得少于2 個(gè)施工單元。成孔可采用沉管(振動(dòng)、錘擊)、沖擊等方法。

采用錘擊沉管樁尖開始入土?xí)r應(yīng)先低錘輕擊，待沉入土中1～2 米各方面正常后，再用預(yù)定的速度、落距、錘擊沉管至設(shè)計(jì)深度。當(dāng)樁的傾斜度超過1.5%，應(yīng)拔管填孔重打，若出現(xiàn)樁孔斜移，樁靴損壞等情況，應(yīng)及時(shí)回填擠密重打，每次成孔拔管后應(yīng)及時(shí)檢查樁尖。

4.質(zhì)量檢驗(yàn)

水泥土擠密樁施工結(jié)束7～14 天后，方可進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)。

（1）樁身質(zhì)量檢驗(yàn)

采用重型動(dòng)力觸探、鉆機(jī)取樣對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)數(shù)量不小于總樁數(shù)的2%，且不少于3 根，在全樁長范圍內(nèi)樁心附近采用鉆機(jī)取樣，每2m采用試樣測(cè)定干密度。

(2)樁間土側(cè)處理效果檢驗(yàn)

在樁間中心點(diǎn)、成孔擠密深度范圍內(nèi)采用鉆機(jī)取樣對(duì)樁間土側(cè)處理效果進(jìn)行檢驗(yàn)，沿線路縱向連續(xù)每5m 抽樣檢驗(yàn)不小于3 處，每2m 取樣測(cè)定干密度并進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，滿足擠密系數(shù)不小于0.9。

(3)承載力檢驗(yàn)

水泥土擠密樁承載力檢驗(yàn)宜在成樁28 天后進(jìn)行。應(yīng)采用單樁或復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的2‰，且不小于3 根。、(4)濕陷性檢驗(yàn)對(duì)濕陷性黃土還應(yīng)進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)，滿足濕陷系數(shù)δs 小于0.015。

（四）CFG 樁

CFG 樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和，采用各種成樁機(jī)械形成的高黏結(jié)強(qiáng)度樁體，并和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。其加固軟弱地基主要有三種作用：即樁體作用、擠密作用、褥墊層作用。就土性而言，CFG 樁適用于處理黏性土、粉土、砂土和正常固結(jié)的素填土等地基，處理地基的深度約為5～15m。

1.CFG 樁材料

（1）碎石：系粗骨料，碎石材料多為20～50mm，為使級(jí)配良好，摻入石屑填入碎石的空隙。

（2）粉煤灰：系細(xì)骨料，采用袋裝的Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)粉煤灰。

（3）水泥：一般用42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。

（4）褥墊層材料：選用8%水泥改良土。

2.施工工藝控制

CFG 樁施工中，樁身的垂直度是施工控制的重點(diǎn)，因此鉆機(jī)就位時(shí)，用塔機(jī)塔身前后左右的垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿，校正位置，使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心，確保垂直度偏差不大于1%。為避免鉆孔過程中產(chǎn)生的擠土效應(yīng)引起對(duì)周圍樁造成破壞，鉆孔時(shí)采取隔樁跳打措施，一般跳樁1～3 根。鉆孔至基巖頂面后，記錄鉆進(jìn)深度，判定是否滿足設(shè)計(jì)要求，滿足要求后停鉆，可通過兩種方式來確定CFG 樁的加固深度：一是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)樁長施工；二是通過鉆機(jī)上的電流表擺動(dòng)情況和鉆桿抖動(dòng)情況來判定CFG 樁鉆孔深度是否已到達(dá)設(shè)計(jì)基巖層頂面，施工中應(yīng)結(jié)合兩個(gè)指標(biāo)來判斷樁長是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3.質(zhì)量檢驗(yàn)

（1）樁完整性檢驗(yàn)

成樁7 天內(nèi)，采用低應(yīng)變檢查樁身完整性。檢查數(shù)量為施工總樁數(shù)的10%且不少于3 根。成樁28 天后，在樁體中心處、樁長范圍內(nèi)垂直鉆孔取芯，在樁身上、中、下不同深度的不少于3 個(gè)試件做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為施工總根數(shù)的2‰且不少于3 根。

(2)承載力檢驗(yàn)

在成樁28 天后進(jìn)行。應(yīng)采用單樁或復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的2‰，且不小于3 根。

（五）沖擊碾壓

沖擊碾壓采用機(jī)械為沖擊碾壓路機(jī)，也叫梅花碾，是一種非圓形特種壓路機(jī)壓實(shí)設(shè)備，利用沖擊碾壓技術(shù)來實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)原地面淺層加固的目的。沖擊碾壓路機(jī)非圓形沖擊碾壓輪在牽引機(jī)械的帶動(dòng)下，將行進(jìn)動(dòng)能及高位勢(shì)能轉(zhuǎn)化為沖擊能，對(duì)路基基底進(jìn)行沖擊從而對(duì)土體的深層產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊能量，土體深層隨著沖擊波的傳播獲取壓實(shí)效果，同時(shí)輔以沖擊滾壓、揉搓碾壓及靜碾壓實(shí)等綜合作用，使土石顆粒之間獲得位移、變形和剪切等綜合作用，提高土石基礎(chǔ)的深層壓實(shí)密度，提高施工效率及效果，進(jìn)而保障地基整體壓實(shí)效果。適用于粉土、黏土、粉黏、砂土等地基，處理地基的深度約為3～5m。

1.沖擊碾壓施工方案設(shè)計(jì)

本工程沖擊碾壓遍數(shù)不少于20 遍，沖擊勢(shì)能宜采用25～32KJ，實(shí)際碾壓遍數(shù)以工藝性試驗(yàn)檢測(cè)確定的碾壓遍數(shù)為準(zhǔn)。碾壓面上鋪設(shè)0.3m 厚6%水泥改良土墊層，墊層內(nèi)鋪設(shè)一層單向土工格柵。

2.沖擊碾壓施工工藝控制

沖擊碾壓施工應(yīng)自邊坡坡腳線一側(cè)外3m 開始，順時(shí)針行駛，以沖壓面中心線為軸轉(zhuǎn)圈，而后按縱向錯(cuò)輪沖壓，全路幅排壓后，再自行向內(nèi)沖壓，壓實(shí)機(jī)械走行速度宜控制在10km/h～12km/h，牽引功率不小于240 千瓦，振動(dòng)碾壓按靜壓、弱振、強(qiáng)振、弱振、靜壓順序進(jìn)行，碾壓10 遍左右后，平地機(jī)大致整平，在沖擊碾壓至設(shè)計(jì)碾壓遍數(shù)后，進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定是否繼續(xù)進(jìn)行碾壓。

3.質(zhì)量檢驗(yàn)

（1）壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)

壓實(shí)系數(shù)不低于0.92，檢驗(yàn)數(shù)量為每2000 m2不少于4 處且至少有一處在邊坡線上。

（2）地基承載力檢驗(yàn)

地基承載力不小于180kpa，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用平板載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量為每3000 m2抽樣檢驗(yàn)4 處。

三、結(jié)束語

綜上所述，在高速鐵路路基工程施工中，地基處理是施工質(zhì)量的重中之重。由于濕陷性黃土的廣泛分布性，在地基處理設(shè)計(jì)與施工中，著重研究如何消除濕陷性是重要命題。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件和工程施工需要，有針對(duì)性的采取不同的地基處理方法，嚴(yán)格進(jìn)行施工工藝的過程控制，既是確保高速鐵路路基工程良好運(yùn)營的必要條件，也是路基工程施工技術(shù)不斷發(fā)展的客觀需要。