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摘要:近年来,受到经济发展的带动,铁路建设事业发展速度逐渐加快,在建设过程中,对于软土路基的铺设施工不可避免,为此,广大铁路建设施工技术人员在技术与实践的支撑下,逐渐总结出一整套适合我国铁路建设实际情况的软土路基处理技术。本文主要对软基处理施工技术的应用进行了分析探讨。
关键词:软基处理;施工技术;造成危害;处理方法
中图分类号:TU74 文献标识码: A
引言
软土是针对正常土质而言的一种极容易变形的特殊土质,沿海地区为软土的广泛分布区域,而内陆地区由于湖泊和河流的分布比较广泛,因此软土的分布面积也相对广泛。由于软土容易变形,而且其对于重力的承受能力相对有限,所以给铁路的施工建设带来了一定的难度。随着铁路施工设备的不断改良,以及铁路施工技术的进步,目前已经形成了相应的软土路基处理技术,下面对其进行简单介绍。
一、软土地基在铁路工程中造成的危害
1、地基承载力问题
由于软土的透水性强,且土质疏松,因此其重力承受能力就相对较弱,在路基建成投入使用之后,铁路运输将会对路基造成一个强大的压力,达到软土承受极限时,路基的局部就会出现轻微塌陷或者下降,若不进行及时地处理,塌陷程度会加深,影响铁路的正常使用。
2、沉降、水平位移问题
出现铁路路基沉降之后,路基的其他设施也会出现相应的位置移动,而铁路的建设施工过程中路基是严格按照火车的匹配数据建设的,位置移动导致现有的路基数据值出现变动,给火车的正常运行带来了障碍。
3、不均匀沉降问题
受到地形和路段等因素的影响,不同路段的路基承受重力系数不一,即使同一路段,由于位置的差异,重力承受系数也可能存在较大的差异,因此在相同软土地质条件下,承受要求能力高的路段或区间它的沉降度也就高于承受重力系数小的路段或区间。不均匀沉降的直接危害就是火车发生颠簸,不均匀现象严重时将导致火车运行中出现侧翻。综合变形方面工程特性,又可概括为下述三方面:(1)变形量大:相对于正常土质而言,软土中有机成份含量高,而且多临近湖泊,海洋,河流等,受到空气流通和地下水流通两个层面的影响,其内部含水量远远超出正常土壤的水分含量,大量的水分存在使得土壤颗粒间的缝隙加大,因此极易压缩。(2)压缩稳定所需的时间长:软土颗粒组成以粘粒为主,单个孔隙很细,因此渗透性很低。在路基投入使用之后,虽然受到重力的挤压,但是软土内部的水分排出还是缓慢而且困难的,在长时间的水分排出过程中始终伴随着不同程度的路基沉降和位移,这个过程是缓慢的,周期长,具体的时间又与软土的含水量,路段的单位时间内火车通行数量和性质等相关联。因而,压缩稳定的周期长,少则几年,多则几十年不等。在漫长的压缩稳定时期,为了确保火车的通行安全,铁路维护人员需要进行定期的检查和维修,这将带来大量的人力、物力以及设备费用的消耗。(3)侧向变形较大:由于土壤的内部结构不紧密,而且存在大量的水分,因此,软土的路基最容易发生侧向的变形,另外即使在同一路段,软土路基的侧向变形程度也远远高于竖向变形程度。侧向变形之后的路基与铁轨的初始数据不能匹配,因此极容易在火车运行过程中出现脱轨现象,安全隐患大。
二、铁路软土路基的常见处理方法
1、排水固结法
排水固结法主要是排水。在软土地基中插入排水管道和在软土地基上加压,使软土中的水分排除,减小软土的空隙比,地基固结变形。水分减少,超静水压力减弱,软土的有效应力提高,地基土的强度也就增加了。这种方法通过由两个部分实现:一是排水系统,一是加压系统。加压系统是指在软土上进行加压处理。施工开始时,先在地基人为加载强压,使地基的路面下降,这样以来路基的承载力提高了,以后通车运行后,路面的载重增强了。给路面加压的方式可以使用通车后要荷载的重力,也可以在软土路基上放置超过路面荷载的重物,当路基属于泥潭层较厚的情况时荷载重物就不科学了,所以粘土层较薄的或者浅层土可以用单独堆载的方法。排水系统就是制作可以把软土中水分排出的砂井和者塑料排水板。砂井是通过打桩机向地基打入钢管或者利用高压射水的方法在在路基中做出有一定规律的孔,在孔中灌满粗砂形成砂柱,以砂柱为媒介,使水排出的方法。现在一般用织物装砂代替沙井,这样既降低成本又降低了施工难度,它不像砂井那样因为地基的变形而失去连续性,减弱排水效果。塑料排水板的使用是向软土层中插入塑料排水板以此为排水的通道。排水板可以加快排水速度。在使用砂井或者塑料排水板排水方法时,并在软土地基上铺上砂垫层,再在上面覆盖薄膜密封,使用抽气泵让排水通道保持真空,利用大气压将土中的水抽出。这样软土中的水更少了,路基的强度也加大了。
2、置换法
置换法是通过制作复合地基的方法使地基的强度加大,承载力增大,同时避免地基沉降的方法。常用的制作复合地基的方法是碎石柱法,高压水流产生水平震动的管状设备一边震动一边冲进软土,使软土中出现空隙,在空隙中填入碎石等材料形成地基,这样的复合地基承载力强大,而且不受地下水位的影响沉陷,因成本低廉,广泛应用。粉喷法是使用设备将水泥或者生石灰等粉体固化剂打入路基的深处,喷入的固化剂拌和软土层互相浸入后形成有水泥状桩体,柱与柱间的软土就形成了复合地基。粉喷法喷入的粉体固化剂能比水泥浆吸收更多的水来让土体固结,这种方法可以提高路基承载力1倍到1.5倍。制作复合地基的方法除了碎石桩,粉喷装以外,还有CFG桩,钢渣桩,石灰桩等都是类似的方法。
3、换填法
换填法是将地面部分软土挖去,再在空隙中分层填充强度较高,性质稳定的碎石,砂,灰土,矿渣等材料,然后分层夯实,压,震动,使其达到一定的密实度,形成硬垫层,利用硬垫层来分散路基的承载能力。这种置换制作复合路基的方法如果遇到软弱土层比较薄,路面荷载不大的情况,直接填入碎石等材料,对表面进行压,夯实,震动等处理后,同样提高地基的强度。
4、深层搅拌法
深层搅拌法是采用高压设备将有胶结性和充填的浆液注入软土层内,扩散后,凝固增加底层的强度,这样加固地基的方法同时降低了土壤的渗透力。深层搅拌法常用水泥浆作为固化剂,将水泥浆注入深层路基,使用搅拌机把软土和水泥浆搅匀,凝固后得到强度高的路基。还可以在高压喷注水泥浆后,用钻机帮助浆液被喷嘴注入深土层,之后再给浆液使压,使其贯彻土体,这样土体与浆液混合成一定的比例凝固后形成路基。这种方法当有涌水现象或者地下水流速度快的时候就不合适了,所以要具体情况具体判断。
5、排水砂垫层法与工织物法含水量大的情况
排水砂垫层法与工织物法用于软土层比较薄,含水量大的情况。通过在路基上铺0.5米到1.2米左右的砂垫层来让软土层固结,来提高地基的承载力。对于淤泥超软,含水量较多的地基也可以铺一层土工织物来让软土固结,土工织物的土工格栅和土工织物的韧性和强度使作用土体的力传递减弱,增加土体的抗拉程度和刚度,土工织物与土体形成凝成复杂的结构,不仅增加路基的稳定,也减少了填筑后地基不均匀沉降的发生,也提高了地基的承载力。。在砂井法和其他深层加固法前都可以先进行铺设工织物处理,来提高路基的承载力。
6、重锤夯实法
重锤夯实法用于软土土層较厚,范围较广且没有特别有效的软土处理方法的情况。重锤夯实法利用机械锤的自由落下,反复夯实地面,当软土受到重锤的夯实,上层土层向下位移,产生高度的压缩,实现提高地基强度的目的。重锤夯实法运行需要较多机械,对于施工场地小的地点不太适用。
结束语
铁路施工中软土路基的处理关系着铁路的质量和正常使用,施工企业必须根据施工地区的实际情况,选择恰当的处理方式,并加强对施工的管理和控制,确保公路施工的顺利进行。
参考文献
[1]冯仲仁,朱瑞赓.我国铁路软基处理研究的现状与展望.武汉工业大学学报,2002(1).
[2]赵维炳,唐彤芝等.CFG桩复合地基加固铁路深厚软基技术研究.南京水利科学研究院,2005.
[3]黄绍明,高大钊.软土地基与地下工程.中国建筑工业出版社,2005.
关键词:软基处理;施工技术;造成危害;处理方法
中图分类号:TU74 文献标识码: A
引言
软土是针对正常土质而言的一种极容易变形的特殊土质,沿海地区为软土的广泛分布区域,而内陆地区由于湖泊和河流的分布比较广泛,因此软土的分布面积也相对广泛。由于软土容易变形,而且其对于重力的承受能力相对有限,所以给铁路的施工建设带来了一定的难度。随着铁路施工设备的不断改良,以及铁路施工技术的进步,目前已经形成了相应的软土路基处理技术,下面对其进行简单介绍。
一、软土地基在铁路工程中造成的危害
1、地基承载力问题
由于软土的透水性强,且土质疏松,因此其重力承受能力就相对较弱,在路基建成投入使用之后,铁路运输将会对路基造成一个强大的压力,达到软土承受极限时,路基的局部就会出现轻微塌陷或者下降,若不进行及时地处理,塌陷程度会加深,影响铁路的正常使用。
2、沉降、水平位移问题
出现铁路路基沉降之后,路基的其他设施也会出现相应的位置移动,而铁路的建设施工过程中路基是严格按照火车的匹配数据建设的,位置移动导致现有的路基数据值出现变动,给火车的正常运行带来了障碍。
3、不均匀沉降问题
受到地形和路段等因素的影响,不同路段的路基承受重力系数不一,即使同一路段,由于位置的差异,重力承受系数也可能存在较大的差异,因此在相同软土地质条件下,承受要求能力高的路段或区间它的沉降度也就高于承受重力系数小的路段或区间。不均匀沉降的直接危害就是火车发生颠簸,不均匀现象严重时将导致火车运行中出现侧翻。综合变形方面工程特性,又可概括为下述三方面:(1)变形量大:相对于正常土质而言,软土中有机成份含量高,而且多临近湖泊,海洋,河流等,受到空气流通和地下水流通两个层面的影响,其内部含水量远远超出正常土壤的水分含量,大量的水分存在使得土壤颗粒间的缝隙加大,因此极易压缩。(2)压缩稳定所需的时间长:软土颗粒组成以粘粒为主,单个孔隙很细,因此渗透性很低。在路基投入使用之后,虽然受到重力的挤压,但是软土内部的水分排出还是缓慢而且困难的,在长时间的水分排出过程中始终伴随着不同程度的路基沉降和位移,这个过程是缓慢的,周期长,具体的时间又与软土的含水量,路段的单位时间内火车通行数量和性质等相关联。因而,压缩稳定的周期长,少则几年,多则几十年不等。在漫长的压缩稳定时期,为了确保火车的通行安全,铁路维护人员需要进行定期的检查和维修,这将带来大量的人力、物力以及设备费用的消耗。(3)侧向变形较大:由于土壤的内部结构不紧密,而且存在大量的水分,因此,软土的路基最容易发生侧向的变形,另外即使在同一路段,软土路基的侧向变形程度也远远高于竖向变形程度。侧向变形之后的路基与铁轨的初始数据不能匹配,因此极容易在火车运行过程中出现脱轨现象,安全隐患大。
二、铁路软土路基的常见处理方法
1、排水固结法
排水固结法主要是排水。在软土地基中插入排水管道和在软土地基上加压,使软土中的水分排除,减小软土的空隙比,地基固结变形。水分减少,超静水压力减弱,软土的有效应力提高,地基土的强度也就增加了。这种方法通过由两个部分实现:一是排水系统,一是加压系统。加压系统是指在软土上进行加压处理。施工开始时,先在地基人为加载强压,使地基的路面下降,这样以来路基的承载力提高了,以后通车运行后,路面的载重增强了。给路面加压的方式可以使用通车后要荷载的重力,也可以在软土路基上放置超过路面荷载的重物,当路基属于泥潭层较厚的情况时荷载重物就不科学了,所以粘土层较薄的或者浅层土可以用单独堆载的方法。排水系统就是制作可以把软土中水分排出的砂井和者塑料排水板。砂井是通过打桩机向地基打入钢管或者利用高压射水的方法在在路基中做出有一定规律的孔,在孔中灌满粗砂形成砂柱,以砂柱为媒介,使水排出的方法。现在一般用织物装砂代替沙井,这样既降低成本又降低了施工难度,它不像砂井那样因为地基的变形而失去连续性,减弱排水效果。塑料排水板的使用是向软土层中插入塑料排水板以此为排水的通道。排水板可以加快排水速度。在使用砂井或者塑料排水板排水方法时,并在软土地基上铺上砂垫层,再在上面覆盖薄膜密封,使用抽气泵让排水通道保持真空,利用大气压将土中的水抽出。这样软土中的水更少了,路基的强度也加大了。
2、置换法
置换法是通过制作复合地基的方法使地基的强度加大,承载力增大,同时避免地基沉降的方法。常用的制作复合地基的方法是碎石柱法,高压水流产生水平震动的管状设备一边震动一边冲进软土,使软土中出现空隙,在空隙中填入碎石等材料形成地基,这样的复合地基承载力强大,而且不受地下水位的影响沉陷,因成本低廉,广泛应用。粉喷法是使用设备将水泥或者生石灰等粉体固化剂打入路基的深处,喷入的固化剂拌和软土层互相浸入后形成有水泥状桩体,柱与柱间的软土就形成了复合地基。粉喷法喷入的粉体固化剂能比水泥浆吸收更多的水来让土体固结,这种方法可以提高路基承载力1倍到1.5倍。制作复合地基的方法除了碎石桩,粉喷装以外,还有CFG桩,钢渣桩,石灰桩等都是类似的方法。
3、换填法
换填法是将地面部分软土挖去,再在空隙中分层填充强度较高,性质稳定的碎石,砂,灰土,矿渣等材料,然后分层夯实,压,震动,使其达到一定的密实度,形成硬垫层,利用硬垫层来分散路基的承载能力。这种置换制作复合路基的方法如果遇到软弱土层比较薄,路面荷载不大的情况,直接填入碎石等材料,对表面进行压,夯实,震动等处理后,同样提高地基的强度。
4、深层搅拌法
深层搅拌法是采用高压设备将有胶结性和充填的浆液注入软土层内,扩散后,凝固增加底层的强度,这样加固地基的方法同时降低了土壤的渗透力。深层搅拌法常用水泥浆作为固化剂,将水泥浆注入深层路基,使用搅拌机把软土和水泥浆搅匀,凝固后得到强度高的路基。还可以在高压喷注水泥浆后,用钻机帮助浆液被喷嘴注入深土层,之后再给浆液使压,使其贯彻土体,这样土体与浆液混合成一定的比例凝固后形成路基。这种方法当有涌水现象或者地下水流速度快的时候就不合适了,所以要具体情况具体判断。
5、排水砂垫层法与工织物法含水量大的情况
排水砂垫层法与工织物法用于软土层比较薄,含水量大的情况。通过在路基上铺0.5米到1.2米左右的砂垫层来让软土层固结,来提高地基的承载力。对于淤泥超软,含水量较多的地基也可以铺一层土工织物来让软土固结,土工织物的土工格栅和土工织物的韧性和强度使作用土体的力传递减弱,增加土体的抗拉程度和刚度,土工织物与土体形成凝成复杂的结构,不仅增加路基的稳定,也减少了填筑后地基不均匀沉降的发生,也提高了地基的承载力。。在砂井法和其他深层加固法前都可以先进行铺设工织物处理,来提高路基的承载力。
6、重锤夯实法
重锤夯实法用于软土土層较厚,范围较广且没有特别有效的软土处理方法的情况。重锤夯实法利用机械锤的自由落下,反复夯实地面,当软土受到重锤的夯实,上层土层向下位移,产生高度的压缩,实现提高地基强度的目的。重锤夯实法运行需要较多机械,对于施工场地小的地点不太适用。
结束语
铁路施工中软土路基的处理关系着铁路的质量和正常使用,施工企业必须根据施工地区的实际情况,选择恰当的处理方式,并加强对施工的管理和控制,确保公路施工的顺利进行。
参考文献
[1]冯仲仁,朱瑞赓.我国铁路软基处理研究的现状与展望.武汉工业大学学报,2002(1).
[2]赵维炳,唐彤芝等.CFG桩复合地基加固铁路深厚软基技术研究.南京水利科学研究院,2005.
[3]黄绍明,高大钊.软土地基与地下工程.中国建筑工业出版社,2005.