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1、重载铁路湿陷性黄土地基处理措施摘要：介绍了湿陷性黄土的特征，阐述了30T轴重重载铁路湿陷性黄土地基的处理措施。 关键词：重载铁路 湿陷性黄土 基底处理措施山西中南部铁路通道为国内首条按30t轴重设计的国铁I级重载铁路，设计速度120km/h，目前设计及施工尚无成熟的规范可供执行。由于湿陷性黄土地基处置不当易引起路基下沉、沉陷或滑坡等病害，因此地基处理对重载铁路路基施工质量有着重要的影响。1 工程概况中南通道五标承建DK198+350DK259+000管段内的路基、桥涵及隧道施工，地处山西省吕梁市石楼县和临汾市隰县境内，沿线黄土分布广泛，新黄土和浅部老黄土具湿陷性，多属自重湿陷性黄土，湿陷性黄土
2、厚度为1020m，局部可达30m，地基湿陷等级一般为、级，局部为级，湿陷系数s=0.0150.126，湿陷性较敏感，具高压缩性、承载力低、均匀性差。同时，线路地处以黄土梁、峁和深切冲沟为主的黄土高原区，沿线固有的地形地貌及黄土的自然特性致使排水困难，对湿陷性黄土地段工程施工极为不利。2 湿陷性黄土特性黄土的湿陷性和它本身所具有的大孔隙结构及其所含的易溶盐等化学物质成分有关。大孔隙结构的四周由于有可溶盐浓缩所形成的胶结物质的存在，增强了土粒间抗滑移的能力，阻止了土体在上覆自重压力下的压密。另外，由于碳酸钙等物质的胶结作用，使颗粒间的联结强度增加，因而在天然含水量状态下，未受水浸湿的黄土具有较高的
3、强度，较小压缩性。但当黄土受水浸湿后，结合水膜增厚，结合水联结消失，颗粒四周的胶结盐类也溶于水中，因此颗粒间联结强度降低，在上部建筑物荷重作用下，大孔隙结构破坏，颗粒滑向大孔隙，孔隙体积减小，土体被压密，黄土则出现了湿陷变形，铁路路基则体现为沉陷或不均匀沉降。湿陷性黄土地基的变形包括压缩和湿陷性两种。压缩变形：当基底压力不超过地基土的容许承载力时，地基的压缩变形很小，大都在其上部结构的容许变形值范围以内，不会影响建筑物的安全和正常使用。通常压缩变形在荷载施加后立即产生，随着时间的增长而逐渐趋向稳定。对于大多数湿陷性黄土地基来说（不包括饱和黄土和新近堆积的黄土），压缩变形在施工期间就能完成一大部
4、分，竣工后三个月到半年即基本趋于稳定。湿陷变形：是由于基底被水浸湿引起的一种附加变形，往往是局部和突然发生，且不均匀，破坏性大，危害严重。其最大特点是：在土的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下，受水浸湿时将产生大量而急剧的附加下沉，变形量大，常常超过正常压缩变形的几倍甚至几十倍；发生快，一般在浸水1-3小时就开始湿陷。就一般的湿陷事故而言，往往在1-2天内就可能产生20-30cm的变形量，这种量大、速率快而又不均匀的变形往往使建筑物发生严重变形甚至破坏。而湿陷的出现完全取决于受水浸湿的机率，有的建筑物在施工期间即产生湿陷事故，而有的则在几年甚至几十年后才出现湿陷事故。因此对湿陷性黄土地
5、区的建筑物，尤其是重载铁路，不论地基承载力是否达到容许承载力，都应对地基进行处理，以消除黄土的湿陷性、提高承载力。3 湿陷性基底处理措施3.1 湿陷性黄土地基处理原则湿陷性黄土地基处理的根本原则是：破坏土的大孔结构，改善土的工程性质，消除或减少地基的湿陷变形，防止水浸入建筑物地基，提高建筑结构刚度。地基处理时应区别对待，并结合以下特点：湿陷性黄土差别，如湿陷性和湿陷敏感性的强弱、承载能力及压缩性的大小和不均匀程度等；建筑物的使用特点，如地基浸水的可能性；建筑物的重要性和其使用上对限制不均匀下沉的严格程度，结构对不均匀下沉的适应性；材料及施工条件，以及当地的施工经验。3.2 湿陷性黄土地基处理措
6、施湿陷性黄土的地基处理措施一般采用机械手段对基础的湿陷性黄土进行加固处理，或更换另一种材料改变其物理性质，达到消除湿陷性、减少压缩和提高承载能力的目的。根据中南通道不同类型工程所处地区湿陷性黄土的差异，基底处理分别采取不同措施。3.2.1 涵洞地基处理措施涵洞地基处理的方法主要有灰土挤密桩、水泥土挤密桩和三七灰土换填。灰土挤密桩适用于地下水位以上，饱和度Sr65%，湿陷性黄土厚度3m且12m的地基，桩身材料采用三七灰土。如DK216+755钢筋混凝土盖板涵，地层为新黄土，具湿陷性，为II级自重湿陷性场地，采用灰土挤密桩进行地基处理，桩径0.4m，桩距1m，桩长7m，正三角形布置。水泥土挤密桩适
7、用于地下水位以上，饱和度Sr65%，塑性指数12，湿陷性黄土厚度3m且12m的地基，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，掺量8%。如DK242+050钢筋混凝土框架涵，地层为新黄土，具湿陷性，湿陷系数0.0150.046，采用水泥土挤密桩进行地基处理，桩径0.4m，桩距1m，桩长8m，正三角形布置。三七灰土换填适用于地下水位以上，湿陷性黄土厚度13m。如DK241+533钢筋混凝土框架涵，地层为新黄土，具湿陷性，湿陷系数0.0150.026，采用三七灰土进行换填，换填深度2m。为保证涵洞地基处理的效果，还应注意以下事项：避免雨季施工，保证基坑不被浸泡，圬工养生水亦不得浸泡基坑；基坑采用不透水土或
8、灰土夯填，桩顶按设计要求铺设灰土垫层，控制分层厚度、机械碾压速度及压实遍数，保证压实质量；桩基施工完毕后，基坑周围设置防水板，防水板入土深度不小于1m；三七灰土的施工含水量控制在最优含水量2%之间，压实后3天内不得受水浸泡，否则应挖除补填；出入口铺砌铺设灰土垫层，并与两侧天然沟渠顺接，确保排水通畅。3.2.2 路基地基处理措施路基地基处理的方法主要有水泥土挤密桩、旋喷桩、冲击碾压、水泥搅拌桩、灰土换填等：对于位于地下水位以上，饱和度Sr65%，湿陷性黄土厚度1m且12m的地基，采用水泥土挤密桩全部消除黄土的湿陷性。如DK213+750DK214+080段路基位于石楼车站内，以填方、半填半挖形式
9、通过吕梁山西坡、黄土丘陵沟壑区、黄土峁梁前缘缓坡、王村水库泄洪道西岸坡，地层为新黄土，大孔隙，湿陷系数0.0150.114，为IV级自重湿陷性场地，其中DK214+000DK214+080段路基采用水泥土挤密桩进行地基处理，桩径0.4m，桩距1m，桩长6m，正方形布置；DK213+750DK214+000段采用高压旋喷桩加固地基，桩径0.6m，长15m，正方形布置，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.81.5，掺量40%，桩间距1m。DK216+750DK217+000段路基以填方通过黄土丘陵沟壑区、黄土峁梁前缘缓坡、宋家沟河岸西坡，地层为新黄土，大孔隙，具湿陷性，湿陷系数0.0150
10、.105，为II级自重湿陷性场地，厚015m。采用多向水泥搅拌桩进行地基处理，桩径0.5m，桩距1.4m，正方形布置，桩长打入老黄土深度1m或基岩顶面，桩顶铺设二八灰土垫层，中间夹铺一层高强聚酯双向土工格栅。除个别路基外，湿陷性黄土路堤和路堑段主要采用冲击碾压消除黄土湿陷性（36遍或24遍）。针对填方路基，处理范围两侧到排水沟（有排水沟时）或坡脚外2m（无排水沟时），挖方段主要为挖方全断面宽度（包括侧沟、侧沟平台及挡护工程基础），要求最后5遍的沉降量1cm，碾压面下1m深度范围内的土的压实系数0.9或地基系数K3080Mpa/m,同时湿陷性系数0.015。 为保证路基施工质量，填方段坡脚内2m
11、至排水沟或坡脚外2m采用0.3m三七灰土封闭；挖方段全宽范围换填0.5m三七灰土；基床表层内采用两布一膜土工膜进行封闭隔水处理。3.2.3 隧道进出口及明洞段地基处理措施隧道进出口及明洞段地基处理的方法主要有柱锤冲扩桩、灰土挤密桩、灰土换填。高家坡隧道全长370m，隧道表层新黄土均具湿陷性，湿陷系数0.0150.062，为II级自重湿陷性场地。DK205+170DK205+173段隧道采用柱锤冲扩桩进行加固处理，桩基0.6m、深入老黄土2m、正方形布置，间距1m；DK205+173DK205+190段采用灰土挤密桩，桩基0.4m、深入老黄土2m、梅花形布置，间距1m；桩径顶设0.5厚的灰土垫层
12、，压实系数不小于0.95。谭庄隧道全长447m，进口位于新黄土，具湿陷性，湿陷系数0.0150.097，为IV级自重湿陷性场地。DK220+903DK220+923段隧道采用灰土挤密桩进行加固处理，桩基0.4m、加固深度应深入非湿陷性黄土层2m、梅花形布置，间距1m。郭家村隧道全长2608m，进、出洞门口位于新黄土，表层新黄土具湿陷性，湿陷系数0.0150.062，为非自重湿陷性场地，等级为I级。DK206+147DK206+160、DK208+751DK208+763段隧道采用三七灰土换填加固地基，换填厚度0.5m。4 结语目前，我项目湿陷性黄土地基处理工作大部分已完成，经试验室和太原宏实、
13、兰州铁成等公司检测，处理后的地基承载力（复合地基承载力）均满足设计要求。湿陷性黄土地基处理过程中，尤其要重视以下几点：施工前进行取样复查，以分析、判别黄土湿陷性强弱程度、地基湿陷类型及湿陷性黄土厚度，对中、强湿陷性、高压缩性和有陷穴的地基应按设计要求严格进行处理，实际与设计不符的，要及时与设计单位沟通、选用适宜的处理方法；施工中坚持通过现场工艺试验，确定工艺控制参数并报监理和业主审批后实施；充分考虑湿陷性黄土的排水问题，天沟、排水沟和侧沟基底压实应达到路基基床以下部分压实标准，并采取封闭和隔水措施，注重形成完整的排水系统。参考文献：1何贤军，张宏斌，周诗广等.客货共线铁路路基工程施工技术指南TZ202-2008.2罗宇生，文君，田春显.湿陷性黄土地区建筑规范GB20025-2004.
