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摘 要：软土路基因其具有的特殊工程性质往往会对铁路工程的安全性和稳定性产生极其不利的影响，是铁路施工中经常遇到且必须有效解决的问题之一。随着软土路基的处理受到各方普遍的关注，很多新材料、新技术也开始在工程中取得了明显的成效。本文结合笔者的实践经验，对软土路基的工程特点及其危害形式进行了分析，提出了软土路基施工中常用的几种处理方法，并重点对粉喷桩施工的技术要点，进行了详细的介绍。
关键词：铁路施工软土路基粉喷桩技术控制
中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：
1 软土路基的工程特点及其病害形式
作为一种特殊性岩土，软土通常可根据有机物含量、孔隙比等因素划分为泥炭、泥炭质土、软粘性土、淤泥、以及淤泥质土等几个类型。粘土因其具有的工程特性而普遍被认为不适合作为地基质土使用，主要表现在：过高的天然含水量（通常＞30%）、大孔隙比（天然孔隙比e＞1）、压缩性高（压缩系数α≥0.5MPa-1）、透水性低、抗剪强度弱、以及触变性、流变性强等。
软土的不良工程特性最常导致的路基病害主要表现在路基强度下降、失稳以及沉降变形等方面。首先，由于抗剪强度不足，在路堤及路面动、静荷载的长期作用下，多表现为临近路基隆起、桥台损坏、路堤失稳或塌方。其次，当路基在不足以承受上部及外部荷载而发生沉降变形时，道路结构的基础部分常由于应力过于集中而出现裂缝。路堤与结构物在衔接处存在沉降差异时，会引发桥头跳车现象。此外，沉降变形还可能导致路面横坡变缓和积水、沉降缝变宽并发生渗漏、通道或涵身的凹陷等问题，直接造成铁路行车功能丧失，大大缩短了其使用寿命。
有鉴于此，工程中必须针对软弱路基的特性进行有效处理，增强其承载能力，减少路基变形引发各种铁路病害的可能性。
2 软土路基的处理方法及其适用范围
2.1 换填垫层处理
考虑到软土厚度对取土及弃方要求的影响，为控制工程成本，换填垫层处理通常仅适用于深度≤3m且范围较小的工程中。该方法通过开挖软弱土至一定深度后，回填压缩性较小、抗剪能力更强的材料形成新路基以满足轨道结构对其的要求。根据回填材料的不同，换填垫层处理技术可主要分为砂垫层、碎石挤淤以及强夯等几种方法。
2.2 深层密实处理
对于厚度＞3m且分布较广的软土路基，可选用深层密实技术对其进行处理。该方法通过振动和挤压增加土基的密实度，并同时用高强度的桩体与原有软弱部分置换，从而形成复合路基，提高其抗剪强度和稳定性。深层密实处理技术主要包括粉喷桩、石灰桩、碎石桩、旋喷桩、以及水泥粉煤灰碎石桩等方法，其中最常应用于工程实践的是粉喷桩、碎石桩、以及水泥粉煤灰碎石桩。
2.3 排水固结处理
排水固结技术多用于对淤泥或淤泥质土等饱和粘性土路基的处理中。在附加荷载的作用下，软土路基开始将孔隙水排出，并通过孔隙比的减小逐渐引起固结变形，从而使路基强度提高，可压缩性降低。常见的砂井法、袋装砂井法、堆载预压法、真空预压法以及地下水位降低法等方法都属于排水固结处理。
2.4 其他处理技术
除上述几种处理技术外，工程中还可以视具体情况选用化学加固法、加筋土法、侧向约束法、沉井法等方法对软土路基进行处理。以加筋土法为例，该方法主要用于软弱土体的路堤、路堑施工中，采取埋入高强度、高韧度的拉筋或其他土工聚合物的方法，使路基抗剪性能得到提高，减小路基的沉降变形，主要包括加筋土、土钉墙以及土层锚杆等处理方法。
3 粉喷桩施工技术在软土路基处理中的应用
3.1 粉喷桩施工技术的优点
粉喷桩可使加固区域内的地基沉降量大幅降低，并减少该范围内的侧向位移。如与排水固结法相比，其总沉降量低25%~50%，侧向位移则减少了60%以上，且能够使路基在更短的时间内趋于稳定。采用粉喷桩法进行施工，具有较高的填土速率，并可在有效控制地表下沉的同时减少对附近构筑物的扰动，施工振动小、噪声低，且兼具设备简便、作业安全等特点。可见，与其他方法相比，用粉喷桩技术对软基进行处理，可取的更高的经济效益和社会效益。
3.2 具体工艺流程
粉喷桩施工利用喷粉搅拌钻機钻进软弱土层进行土体切割搅拌，通过压缩空气将粉体固化剂从钻头上的喷嘴向四周土体旋转喷射，钻头上的叶片切割四周土体使其与固化剂搅拌混合，胶结硬化后即形成桩体与桩间土构成的复合地基，共同承担外部荷载。其具体施工工艺如下：首先，对正桩位，调整钻机机身，保证钻杆的垂直度，启动钻机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，钻进土层。钻到设计孔深时，关闭送气阀门，喷送粉体固化剂。此时应根据试桩结果喷料停留一段时间，确认粉体固化剂已到桩底时，方可提升搅拌钻头。提升到设计桩顶标高时停止喷粉。然后，打开送气阀，关闭送料阀，空压机不停机，搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动2min，在保证桩头均匀密实，符合施工的技术要求后方可进行二次搅拌。搅拌后，将搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机，认真填写施工记录后，移动到下一个桩位继续作业。
3.3 施工中应注意控制的问题
应用粉喷桩技术施工的过程中，应注意：合理控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度；施工中严禁将没有粉体计量装置的喷粉机投入使用；应定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查，其直径磨耗量应≤2cm。当钻头提升至地面以下0.5m时，喷粉机应停止喷粉；若成桩过程中遇有故障而停止喷粉时，在第二次喷粉接桩时，其喷粉重叠长度应≥1m；泵送水泥必须连续，同化材料的用量以及泵送同化材料的时问应有专人记录，其用量误差应≤±1％；为保证搅拌机的垂直度，应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，确保其垂直度偏差≤1％。搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录，深度应达到设计要求，时间误差须≤5s，施工前应测量钻杆长度，并标上明显标志，以便掌握钻入深度，复搅深度。储灰罐容量不应小于一根桩的用灰量加50kg，储量不足时，不得对下一根桩开钻施工。粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施，操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间。
4 结语
软土路基的处理是一项直接决定铁路使用功能能否实现的重要工程，随着新技术的推广和不断成熟，我国软基处理的施工水平已经得到了大幅的提高，特别是近年来粉喷桩等技术的应用，在很多铁路工程中都获得了成功和宝贵的经验。实践说明，要达到预期的处理效果，就必须针对不同的工程条件进行具体分析，根据地质情况和工程要求采用相应的方法，有效改变土基强度、密度等工程特性，以延长路基的使用寿命，提高铁路行车的安全性与舒适度。
参考文献
[1] 张钦展. 高速铁路软土地基相关问题与解决途径[J]. 知识经济, 2012, (14).
[2] 中华人民共和国铁道部. TB 10035-2006, 铁路特殊路基设计规范[S]. 中国铁道出版社, 2007.
[3] 蒋兴锟. 铁路软土地基处理方法合理选择试验研究[J]. 铁道勘察, 2010, (02).
[4] 郭艳颖. 关于软土路基施工过程控制重点的分析[J]. 中国新技术新产品, 2011, (01).
[5] 黄伟东, 彭晋碧. 粉喷桩处理软土路基的设计及施工工艺[J]. 科技资讯, 2009, (14).
关键词：铁路施工软土路基粉喷桩技术控制
中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：
1 软土路基的工程特点及其病害形式
作为一种特殊性岩土，软土通常可根据有机物含量、孔隙比等因素划分为泥炭、泥炭质土、软粘性土、淤泥、以及淤泥质土等几个类型。粘土因其具有的工程特性而普遍被认为不适合作为地基质土使用，主要表现在：过高的天然含水量（通常＞30%）、大孔隙比（天然孔隙比e＞1）、压缩性高（压缩系数α≥0.5MPa-1）、透水性低、抗剪强度弱、以及触变性、流变性强等。
软土的不良工程特性最常导致的路基病害主要表现在路基强度下降、失稳以及沉降变形等方面。首先，由于抗剪强度不足，在路堤及路面动、静荷载的长期作用下，多表现为临近路基隆起、桥台损坏、路堤失稳或塌方。其次，当路基在不足以承受上部及外部荷载而发生沉降变形时，道路结构的基础部分常由于应力过于集中而出现裂缝。路堤与结构物在衔接处存在沉降差异时，会引发桥头跳车现象。此外，沉降变形还可能导致路面横坡变缓和积水、沉降缝变宽并发生渗漏、通道或涵身的凹陷等问题，直接造成铁路行车功能丧失，大大缩短了其使用寿命。
有鉴于此，工程中必须针对软弱路基的特性进行有效处理，增强其承载能力，减少路基变形引发各种铁路病害的可能性。
2 软土路基的处理方法及其适用范围
2.1 换填垫层处理
考虑到软土厚度对取土及弃方要求的影响，为控制工程成本，换填垫层处理通常仅适用于深度≤3m且范围较小的工程中。该方法通过开挖软弱土至一定深度后，回填压缩性较小、抗剪能力更强的材料形成新路基以满足轨道结构对其的要求。根据回填材料的不同，换填垫层处理技术可主要分为砂垫层、碎石挤淤以及强夯等几种方法。
2.2 深层密实处理
对于厚度＞3m且分布较广的软土路基，可选用深层密实技术对其进行处理。该方法通过振动和挤压增加土基的密实度，并同时用高强度的桩体与原有软弱部分置换，从而形成复合路基，提高其抗剪强度和稳定性。深层密实处理技术主要包括粉喷桩、石灰桩、碎石桩、旋喷桩、以及水泥粉煤灰碎石桩等方法，其中最常应用于工程实践的是粉喷桩、碎石桩、以及水泥粉煤灰碎石桩。
2.3 排水固结处理
排水固结技术多用于对淤泥或淤泥质土等饱和粘性土路基的处理中。在附加荷载的作用下，软土路基开始将孔隙水排出，并通过孔隙比的减小逐渐引起固结变形，从而使路基强度提高，可压缩性降低。常见的砂井法、袋装砂井法、堆载预压法、真空预压法以及地下水位降低法等方法都属于排水固结处理。
2.4 其他处理技术
除上述几种处理技术外，工程中还可以视具体情况选用化学加固法、加筋土法、侧向约束法、沉井法等方法对软土路基进行处理。以加筋土法为例，该方法主要用于软弱土体的路堤、路堑施工中，采取埋入高强度、高韧度的拉筋或其他土工聚合物的方法，使路基抗剪性能得到提高，减小路基的沉降变形，主要包括加筋土、土钉墙以及土层锚杆等处理方法。
3 粉喷桩施工技术在软土路基处理中的应用
3.1 粉喷桩施工技术的优点
粉喷桩可使加固区域内的地基沉降量大幅降低，并减少该范围内的侧向位移。如与排水固结法相比，其总沉降量低25%~50%，侧向位移则减少了60%以上，且能够使路基在更短的时间内趋于稳定。采用粉喷桩法进行施工，具有较高的填土速率，并可在有效控制地表下沉的同时减少对附近构筑物的扰动，施工振动小、噪声低，且兼具设备简便、作业安全等特点。可见，与其他方法相比，用粉喷桩技术对软基进行处理，可取的更高的经济效益和社会效益。
3.2 具体工艺流程
粉喷桩施工利用喷粉搅拌钻機钻进软弱土层进行土体切割搅拌，通过压缩空气将粉体固化剂从钻头上的喷嘴向四周土体旋转喷射，钻头上的叶片切割四周土体使其与固化剂搅拌混合，胶结硬化后即形成桩体与桩间土构成的复合地基，共同承担外部荷载。其具体施工工艺如下：首先，对正桩位，调整钻机机身，保证钻杆的垂直度，启动钻机下钻，待搅拌钻头接近地面时，启动空压机送气，钻进土层。钻到设计孔深时，关闭送气阀门，喷送粉体固化剂。此时应根据试桩结果喷料停留一段时间，确认粉体固化剂已到桩底时，方可提升搅拌钻头。提升到设计桩顶标高时停止喷粉。然后，打开送气阀，关闭送料阀，空压机不停机，搅拌钻头提升到桩顶时停止提升，在原位转动2min，在保证桩头均匀密实，符合施工的技术要求后方可进行二次搅拌。搅拌后，将搅拌钻头提出地面，停止主电机、空压机，认真填写施工记录后，移动到下一个桩位继续作业。
3.3 施工中应注意控制的问题
应用粉喷桩技术施工的过程中，应注意：合理控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰面，确保粉喷桩长度；施工中严禁将没有粉体计量装置的喷粉机投入使用；应定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查，其直径磨耗量应≤2cm。当钻头提升至地面以下0.5m时，喷粉机应停止喷粉；若成桩过程中遇有故障而停止喷粉时，在第二次喷粉接桩时，其喷粉重叠长度应≥1m；泵送水泥必须连续，同化材料的用量以及泵送同化材料的时问应有专人记录，其用量误差应≤±1％；为保证搅拌机的垂直度，应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度，确保其垂直度偏差≤1％。搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合工艺要求，搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录，深度应达到设计要求，时间误差须≤5s，施工前应测量钻杆长度，并标上明显标志，以便掌握钻入深度，复搅深度。储灰罐容量不应小于一根桩的用灰量加50kg，储量不足时，不得对下一根桩开钻施工。粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施，操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时间。
4 结语
软土路基的处理是一项直接决定铁路使用功能能否实现的重要工程，随着新技术的推广和不断成熟，我国软基处理的施工水平已经得到了大幅的提高，特别是近年来粉喷桩等技术的应用，在很多铁路工程中都获得了成功和宝贵的经验。实践说明，要达到预期的处理效果，就必须针对不同的工程条件进行具体分析，根据地质情况和工程要求采用相应的方法，有效改变土基强度、密度等工程特性，以延长路基的使用寿命，提高铁路行车的安全性与舒适度。
参考文献
[1] 张钦展. 高速铁路软土地基相关问题与解决途径[J]. 知识经济, 2012, (14).
[2] 中华人民共和国铁道部. TB 10035-2006, 铁路特殊路基设计规范[S]. 中国铁道出版社, 2007.
[3] 蒋兴锟. 铁路软土地基处理方法合理选择试验研究[J]. 铁道勘察, 2010, (02).
[4] 郭艳颖. 关于软土路基施工过程控制重点的分析[J]. 中国新技术新产品, 2011, (01).
[5] 黄伟东, 彭晋碧. 粉喷桩处理软土路基的设计及施工工艺[J]. 科技资讯, 2009, (14).