高铁施工中软土地基的处理技术探讨

高铁施工中软土地基的处理技术探讨

魏海东

中铁六局集团呼和浩特铁路建设有限公司

摘要：随着我国社会经济水平的不断发展，高铁建设迎来了良好的发展机遇。作为现代出行的重要工具，高铁在发展的同时也面临着一定的施工问题，其中软土地及处理，在高铁施工中式最为常见的问题之一，为了推动我国高铁事业的发展，处理好软土地基尤为重要。基于此，在本文章的研究和论述中，笔者就对高铁施工中存在的软土地基问题及处理技术进行分析。结合目前国内外先进软土地基处理理念和实践经验，从软土地基特点及危害着手，围绕着我国软土地基处理方法进行论述，以期通过本文章的研究和论述，能够为高铁施工中软土地基处理提供有价值的理论参考依据。

关键词：高铁施工；软土地基；处理技术

1软土地基特点及危害

1.1软土概念

软土指的是滨海、湖沼、河滩趁机的天然含水率比较高，孔隙比大且抗剪强度低的细粒土。软土地基具有压缩性高、抗剪强度低、固结时间长、扰动性大、透水性差、土层层状分布等特点。

1.2软土地基危害

（1）影响勘察设计的准度。软土地基会导致高铁施工勘察设计的准确性较低。

（2）在高铁施工过程中，若对软土地基未做良好的处理，会影响到道路两侧的建筑物。

（3）软土地基处理不当，会导致施工路堤的稳定性降低，导致道路填土过程中发生填土损害问题。

（4）软土地基的堆料工作若未按照规定进行施工，就会导致路堤的稳定性失衡，并导致整体沉降表现明显，导致施工路段发生破坏。

2高铁铁路路基工程特点

在我国高铁铁路工程施工过程中，通过不断的实践摸索，笔者对高铁铁路路基工程特点进行了简单的总结，下面笔者就对高铁铁路路基工程特点进行分析：

首先，高铁铁路的路基具有多层结构系统特点。众所周知，与传统轨道-道床-路基这种模式相比，高铁铁路线路结构显然打破了传统将铁路路基建设推动了多层化角度。对于高铁铁路路基而言，其既有碴轨道也有无碴轨道。

其次，路基设计对控制变形的要求比较高。高铁中路基设计中最高的就是对路基的变形控制。不论在何种路基结构下，其最基本的要求就要保障高铁铁路能够稳定和平摊。我们以有碴轨道为例，因道床与路基由散体材料组成，因此稳定性比较弱，其多次的重负荷载的作用下，会导致路基与道床出现沉降问题，导致轨道的平稳性受到影响。对于高铁路基设计中的材料刚度而言，其对轨道的弹性变形的关键性也有着十分关键的作用。对于高铁铁路的轨道变形而言，要想确保其高铁设计的控制因素能够得到保障，就是要对路基进行变形控制。

第三，高铁铁路对列车与线路整体系统的匹配性要求比较高。高铁在建设完成之后，还需要投入大量的资源来进行线路的维护和加强，变形问题就是高铁轨道系统设计及维护加强中的难点。跪下系统中，垂向变形多集中于轨面部分，其是在车轮、钢轨、道床等各部分的相互作用下产生的结果。对于路基而言，其刚度等参数是对结果的分析和控制。目前在施工过程中，路基的参数设计主要是对弹性系统、阻尼、变形模量。

3国内软土地基常见的处理技术

目前我国对于软土地基的处理技术主要有以下几种：换填法；强夯法；复合地基法；排水固结法。

3.1换填法

在对软土地基采用换填法进行处理的时候，主要操作理念是通过将软土进行清除，并以稳定性较好的土石进行换填，以此来进行软土地基路段的处理。在我国的施工过程中，换填法通过以“三分层”施工操作为主，即分层填筑、分层夯实、分层压实度检查等。通过换填法能够有效的提高软土地基的稳定性，并且能够确保地基的抗变形满足高铁施工需求。不过就换填法而言，其因施工过程中比较大，施工周期较长，因此仅适用于一些浅层软土地基的处理。

3.2强夯法

强夯法的施工原理就是通过采用强夯操作来将软土地基的密实度进行增强。常见的施工操作为，采用重锤自由下落强夯的方式来实现土层夯实的目的。对于强夯法而言，其常用于杂填土、非饱和粘性土及砂性软土地基。通常强夯法会采用间歇强夯、连续强夯这两种操作手段，具体的操作需求针对施工现场试验来最终确定。

3.3复合地基法

复合地基法，指的是以软土地基作为基础，通过在软土地基上层进行增强体架设，以提高地基整体的荷载能力。通过复合地基法能够显著对目标施工地的地基承载力进行提高，并且能够有效的降低地基沉降表现。以桩-网复合地基法为例：

桩网复合地基的特点是桩网共同作用。桩网复合地基具有以下优点：桩网复合地基具有桩体，热层，排水，压实，加固，保护等综合效益；在无预压期的情况下容易实现在天然软土地基上快速填筑稳定的堤坝或堤坝，施工方便；施工期安置较快，施工后安置容易控制，可缩短上期，加快上段进度；采用桩后沉降控制理论设计疏桩，可大大降低施工成本。

桩网复合地基由于其突出的优点，近年来得到了广泛的应用，适用于高铁铁路，公路，城市道路，长堤，大面积填方的天然软土地基。但由于机理的复杂性，理论研究还不是很成熟，工程设计的成功往往取决于设计师的理论水平和经验，而且许多设计趋于保守，不能充分发挥基础承载力作用。

3.4排水固结法

排水固结法顾名思义就是通过在软土地基中设置砂井为代表的排水体，借助建筑物自重来进行预压，以此来将土体中的水分进行排除，以保障软土地基的强度提高。排水固结法的优势在于，其既能够对地基沉降问题进行解决，还能够有效的提高地基的稳定性。此外，排水固结法还具有施工量低，施工周期短等特点。

4DK147+200～DK148+500路段工程软土地基处理技术案例分析

4.1案例概述

4.1.1案例简介

该工程段位于山间谷底地区，软土区域较大，地形相对平坦周边有农业生产用地。土层主要为软土，具有天然孔隙大、含水量高、抗剪强度低、渗透系数小等特点，下面对该工程土层特点进行具体分析：

粉质黏土，具有软塑性强及铁锰含量高等特点；

淤泥质黏土：流塑性表现明显，有机质含量较高；

细圆砾土：饱和度较高，土质中密；

凝灰岩：风化程度包括：全风化三级；强风化四级。

表1土层主要物理力学指标

施工地区水文情况，改工程段地下水为第四系孔隙潜水，水位在0.5m-1m之间。

在该路段勘察时发现，高路段路基软土层厚度较小，因此在对软土地基进行处理的时候，通过打桩硬土层以对软土层厚度最大范围进行明确，并根据地质土质对土层厚度进行计算。计算结果如下：粉质黏土（4m）；淤泥质黏土（3.5m）；砾石层（3.1m）。

4.1.2案例所用软土地基处理技术概述

所谓的桩-网复合地基（桩-网复合地基）是指在地基处理过程中，土体由竖向加固-“桩”从而形成桩土复合地基的加固区域，并在该区域的上部铺设水平钢筋-该区域上部的“网”。并形成加筋土复合地基加固区，使网络桩土协同作用，承受人造地基的荷载。

上述“桩网复合地基”的定义是为了强调桩，网和土在荷载作用过程中的作用和贡献，即三者形成一个整体的协同作用。常用轴承；虽然它们在装载过程中可能扮演不同的角色和模式，但它们在机械机构，设计和施工方法等方面都不容忽视，这与前面只强调一部分如桩的部分类似，倾向于轻视网而忽视地球是不同的。

“桩网复合地基”系统由以下五部分组成：

（1）上（堤）填充；

（2）上网（一层或多层，铺设在桩头顶部；

（3）坐垫中可能存在的中间沙石垫和网；

（4）下部通常为非刚性桩（如松散材料桩或柔性桩，木桩等，当然可能是刚性的）桩和桩之间的土壤（通常是天然软土）；

（5）下部桩-土复合地基固结区下的天然软土层或承重层。

这个核心是桩和网。

图1桩—网复合地基组成

本工程段采用桩-网符合地基的原因为，该路段软土地基层钱，通过采用桩-网复合地基处理法能够有效的缩短工期并且能够降低工程建设成本。

4.2处理技术开展分析

4.2.1施工准备

1.管桩提升，运输，堆垛

1）根据施工桩长，运输条件和工程地质条件，桩长为10〜12m，第一段为12m，其他段按施工桩长度排列。

2）管桩的混凝土抗拉强度消除后可以水平吊装，但需要在蒸汽养护24小时后才能堆放。

3）装卸轻装时，严格禁止抛掷，碰撞，翻滚，吊装过程中保持平稳。

4）在运输过程中，支点必须满足两点法（支点与桩端之间的距离为0.207L）的位置，楔形木材用于防止滚动，层间距离层间垫木和桩端相等。运输车辆的底部配备有缓冲垫并保持同一平面。

5）堆垛时，堆垛下方有两垛，支点位置在两点的吊点处，堆放时各层设置垫木，堆垛数量层不超过三层。

2操作条件

1）施工场地达“三通一平”，根据设计要求，在堆场内铺设厚度为0.6〜1.0m，不大于30cm的碎石土工作垫。

2）做好现场清理和排水工作。

3技术准备

1）通过试桩验证静压桩或被动桩设备的技术性能，技术参数和技术措施的适用性，不得少于2桩应进行试验。

以米为单位的长度标记进行土质绘制，并观察桩被压入或打入桩时的深度进行测绘记录。

4.2.2管桩施工

1定位和放样

1）根据设计图纸绘制桩位数和测量位置图。

2）每个桩的中心位置有一个约30〜40cm长的小竹片桩。

3）桩机移位后，应进行第二次检查，确保工程桩位偏差小于10mm。

2喂桩

1）为保证进入承重层的管桩深度比桩径大1.5倍，为有效防止浮动桩，应将桩顶端焊接在第一段底板上在喂入桩之前根据设计要求管桩。

2）将管桩吊起，送入打桩机，然后对准打桩位置，将打桩桩放入土中约1.0〜1.5米，纠正打桩桩的垂直度，然后开始打桩。如果桩在刚刚进入地球的过程中遇到地下障碍物，且桩位偏差超过允许偏差，必须及时将其从桩中拔出重新插入；如果桩更深入地下并遇到地下障碍物，应及时通知相关单位，协商处理情况，通过设计更改或其他技术保障，以确保施工顺利进行。具体偏差值要求见下表2：

表2允许偏差值

3打桩

在打桩时，用两台经纬仪交叉检查桩体的垂直度。在桩的第一段有一定的深度，桩体稳定后，桩的下沉速度是正常的。在第一部分中，当桩端距离地面大约1.0米时，桩将停止，以便沉入桩底的桩在移动到桩底之前由监理工程师进行检查和鉴定施工。

4桩链接

1）当管桩需要较长时，接头的数量不应超过3个，并且桩尖尽可能不要落入厚粘土中。

2）如果采用堆焊桩，路基段的桩头应高于0.5m或1.0m，应吊装第二段桩，并加上定位板，然后将第二段桩吊放置在底部桩端板上，并且桩的上部和下部直接连接。上下段的中心线偏差不大于5mm，节点弯曲矢量的高度不应大于桩段的0.1mm。

3）在管桩对接前，用钢丝刷清理上下端板表面，使其暴露出金属光泽。对接后，如果上、下桩的接触面不密实，可以填充不超过5mm的钢板，点焊牢固。

4）三个焊工同时在120°角的方向上焊接。首先采用四点对称点焊在凹槽圆周上，然后拆除导向环，固定顶部和底部的桩后，分别进行焊接。各层厚度均匀，层数不少于三层，焊缝应连续充满。当采用普通交流氩弧焊机手工焊接时，必须使用电焊条的基础，以保证焊根完全焊接，第二层只能焊接4mm〜5mm的粗电极，自动和半自动保护焊机应按照相应的规则分层并连续完成。

5）焊接时，在焊接外层之前必须清理内部焊渣。焊槽必须满焊缝，电焊厚度应大于1mm，焊缝必须充分连续，每层应检查，不应有夹渣，气孔等缺陷。上焊接后，必须自然冷却不少于3分钟，并由工程师在打桩前检查。夏季施工温度高，风机可用于供风，禁止用于加速冷却或者采用水冷焊接，以确保焊接的稳定性和准确性。

6）当接头具有防腐要求时，冷却后的焊接接头经过防腐处理。

总结

在本文章的研究和论述中，笔者就高铁施工中软土地基处理技术进行研究和论述，并以DK147+200～DK148+500路段工程软土地基处理技术作为案例对桩网复合处理法进行探究和分析。

对在本文章案例进行分析的时候，笔者从施工准备、施工操作、验收三方面进行分析和研究，并对施工具体操作进行探索，以期能够通过本文章的分析和论述，为我国的高铁施工中软土地基处理技术发展提供理论研究参照。

参考文献：

[1]陈新全.浅析高铁施工中软土地基的施工工艺[J].门窗，2017（10）：104.

[2]杨春.解析高铁施工中软土地基的施工工艺[J].建材与装饰，2015（51）：271-272.

[3]李毅.浅析高铁施工中软土地基的施工工艺[J].黑龙江科技信息，2014（27）：215+126.

[4]谢文.CFG桩处理高速公路软土地基试验研究与效果分析[D].重庆交通大学，2013.

[5]徐涛.高铁施工中软土地基处理工艺分析[J].河南科技，2013（04）：92.

[6]周晓玲.论高铁施工中软土地基的处理[J].现代装饰（理论），2013（01）：51.

[7]潘瑞春，黄瑞章，周新年，周成军.道路工程软土地基处理方案选择研究进展[J].公路交通科技（应用技术版），2012，8（10）：23-26.

[8]于进江.大面积场坪下深厚软土桩—网复合地基承载性状研究[D].西南交通大学，2012.

[9]王秋利.高铁施工软土地基处理试验研究[J].中国外资，2011（08）：288.

[10]孙昊月.堆载预压法处理软土地基沉降量预测研究[D].吉林大学，2010.