【高速铁路软基的处理方法及其应用】高速铁路应用的新技术

时间：2019-05-06 03:23:02　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘要：由于我国的国土面积大，地形复杂，要建立系统性的、安全的高速铁路网，对于地基的要求甚高，因此如何选择处理地基的方法，使得技术上可行、施工上方便，投资节省，更主要的是具有绝对的安全性，是当前工程技术人员所关心的核心问题。本文通过对目前高速铁路中常用的几种方法分析总结，提出了几种较为常见的处理方法，并结合相关的应用进行分析。
　　中图分类号：U213文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）04（a）-0000-00
　　
　　随着国民经济的增长和人们生活水平的提高，当前的交通工具已不能满足大众的需求，建造高速铁路已成为必需。然而，由于我国国土面积甚大，地形复杂，对建立高速铁路网有很大的影响。比如南方广泛分布的深厚软土；沿湖、河、海等地带均属于是软土、松软土的广泛分布的情况；而对经济发达的地区来说，如：珠三角地区、长三角地区、环渤海地区，也都大多有湖泊、海相等的分布。这些给我国正在建设的高速铁路带来了一个大难题，同样，面对这些重重困难，研究、施工人员对其有着高度的重视。
　　
　　1 常见的软基处理方法
　　当前,我国铁路的路基工程中主要使用的软基处理方式有：复合地基法、强夯法、换填法、排水固结法等等。随着新的施工技术不断发展，PHC管桩桩网结构、钢筋混凝土桩网(板)结构在高速铁路的建设工程中也得到了应用。
　　1.1 强夯法
　　也被称作动力固结或者压实法，即反复进行重锤（通常为10至40吨）提升，并使它自由下落(落距通常为10至40 米)，同时利用夯锤的自由下落所产生的冲击波，达到压实地基的效果，从而提升地基强度且能有效降低其压缩性。
　　1.2 复合地基法
　　复合的地基就是指在天然的地基基础上再设置一定的增强体,并由原土与增强体来共同负担基础传输来的建筑物负荷。按照成桩以后的桩刚度来说,复合地基可以划分为：散体桩、柔性桩、半刚性桩、刚性桩复合地基。
　　1.3 排水固结法
　　其原理是软土地基在处于附加负荷的作用之下，逐步将孔隙水排出，孔隙比减小，进而产生固结变形的现象。在此过程之中，由于水压力的逐渐扩散，土中有效应力也随之增加，能提前完成沉降或是提升沉降的速度。一般情况下，排水固结的方法是由排水与加压两部分系统组成，缺一不可。
　　1.4 换填法
　　就是在基础的底面以下、要求范围以内将软弱土层挖除，随后将质地硬、强度高、具有稳定性能、抗侵蚀性能的砂石、卵石、碎石、灰土、素土、矿渣、煤炭渣等各类材料进行分层的充填，同时利用人工或者机械的方法对其进行分层的压紧、夯实，使其的密实度能够达到要求，从而成为效果优良的人工地基。
　　1.5 PHC管桩的桩网结构
　　对这种结构的路基组成进行分析，能把其整个结构的体系自上而下划分为加筋土、复合褥垫层与桩土的加固区域三个部分，各个部分作用的机理如下：
　　（1）加筋土：也称为水平方向增强体的复合地基，在其工作的过程中主要承担着拉力的同时，把上部的荷载传送到下部桩土的复合地基。因为它的刚度不大，通常是与级配砂石的垫层以共同组成复合型的褥垫，从而将应力显著扩散、减小了应力集中现象、提升整个结构体系承载力，有效减少沉降与差异性沉降。其的被破坏模式往往是整体破坏。
　　（2）褥垫层：其位于加筋土的下方、桩头的上方，是级配砂石和桩网一同经均匀压密而组成柔性的过渡层。它的主要作用是保证桩与土共同承担荷载、对桩与土竖向与水平方向的荷载分担比进行调整以及有效缓解在基础底面出现应力集中现象。
　　（3）桩土加固区域：设置在地基土里的PHC型管桩和土共同组成桩土复合的地基。它的主要作用是将桩与土作为一个整体以一同负担上部的荷载并将荷载进行向下的扩散。桩土加固区域被破坏一般是因为桩刺入、鼓胀、整体的剪切或滑动等原因所引起的。
　　
　　2 适用性分析
　　2.1 排水固结法
　　排水固结法在地基的处理中满足工程的要求与否，主要是由地基土层固结的特性、土层的厚度、预压的荷载与预压的时间等因素来决定的。如软土层较薄或者固结的系数较大，则不需较长时间就可以得到良好的预压效果。如情况相反，则预压的时间就会相应增加，从而使排水固结方法的应用受到一定的限制。
　　高速铁路对于路基的沉降、变形有着其严格控制的标准，对于部分抗剪性强度太低或是含有机质数量丰富的饱和性软黏土层而言，即便采用了砂井堆载预压方法来进行对地基的处理后，其施工后的沉降量与固结的时间仍然不能满足路基设计的要求。经工程实践结果显示，使用袋装的砂井与塑料的排水板来进行地基处理，其施工后的沉降不足以满足高速铁路的地基相关要求，所以，在使用排水加固方法对高速铁路软基进行处理时必须谨慎。
　　2.2 复合地基法
　　搅拌桩、旋喷桩、粉喷桩在秦沈线铁路工程中被普遍应用，主要是用在处理对淤泥质的软黏土路段与过渡段的处理上。近些年以来CFG桩在高速铁路的软基处理中被广泛地应用，CFG桩型处理的深度可达到20 米。相关研究显示，其与水泥搅拌桩的复合地基相比较，CFG桩的复合地基桩土应力比更大，通常来说CFG的桩身质量也会比水泥搅拌桩的质量更容易得到保证。但是，水泥搅拌桩与CFG桩作为悬浮桩的时候，其下卧层加固的沉降仍然比较大，在对其进行应用中，通常情况下要谨慎使用悬浮桩施工方法。
　　2.3 钢筋混凝土的桩网、板结构
　　钢筋混凝土的桩网、板结构之中的桩体一般是钢筋混凝土进行现场灌注，桩身长度通常不受到限制，所以当软土层的厚度大于20 米，且使用其他的复合地基结构不能满足其要求时，常常就会使用钢筋混凝土的桩网、板结构。在日本某铁路的改良工程中，有72. 7%是使用桩网的复合地基。该方法是于软弱的地基上进行打桩，桩底部支承于承力层之上，桩顶部使用网眼状的钢筋互相连结，然后在桩网上敷设土工布，使其支承填土的荷载。经实践表明，该工法有效控制了沉降。钢筋混凝土的桩网、板结构缺点是成本高，如果在其他的复合地基可以满足要求时，很少被采用。
　　
　　3 应用
　　PHC管桩的桩网结构应用：将京沪高速铁路中徐沪段某工点的路基工程作为试验段，其路堤填高3.4至4.8米，边坡的坡率为1:1.5，其软基的处理使用PHC管桩的桩网结构进行加固。桩体型号为PHC500-100A，设计桩体长度25至35米，桩体直径为0.5米，桩体间距为2.5米，呈正方形布置；桩帽直径为1米，厚度为40厘米；桩帽顶的设置为30 厘米厚级配的碎石垫层，其夹铺两层的设计抗拉度要大于120 kN/m土工格栅。该区段的地形平坦，地势较开阔，纵横河渠多，密布着水塘，地基的土层都是第四系的覆盖层。
　　
　　4 结语
　　高速铁路对线路的平稳性要求极高，因此在不同的软基地形下，选择正确的处理方法，对于工程建设会有很大的作用。
　　
　　参考文献
　　[1]刘艳芬.浅谈桩－网复合地基[J].山西煤炭管理干部学院学报，2008(3):215-216.
　　[2]贾志刚，刘凌云，王鸿飞.PHC管桩承载力试验分析[J].煤炭工程，2008(8):96-98.
　　
　　

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