浅谈高速铁路路基工程湿陷性黄土段地基处理方法及施工工艺控制

郭岳

（辽宁铁道职业技术学院，辽宁 锦州 121000）

一、高速铁路路基工程湿陷性黄土段地基处理的重要意义

湿陷性黄土是指在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土。其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。故在湿陷性黄土场地上进行铁路路基填筑，应根据铁路的等级、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对路基产生不均匀沉降从而影响铁路的正常运营。

本铁路路基工程范围地表不连续分部第四系上更新统洪积砂质黄土，黄褐色。土质不均一，具有针状孔隙发育，可见植物根系，砂感显著，粘性差，岩芯呈散块状，硬塑，稍密为主，具I 级非自重湿陷性，湿陷厚度0.5～9m，采用不同地基处理方法消除湿陷性。

二、高速铁路路基工程湿陷性黄土段地基处理方法及施工工艺控制

（一）挖除换填

挖除换填是指挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。该法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理，处理深度约为0～3m，常用的换填材料为粗砂、碎石、素土、灰土、矿渣及其他性能稳定材料。

1.换填材料

本工程湿陷性黄土地段中，采用4%水泥改良土进行换填。改良土混合料采用稳定土拌和设备在拌和场集中进行拌和。

原土料的有机质含量不应大于2%，硫酸盐含量不应大于0.25%，粒径应小于15mm。改良土外掺水泥采用普通硅酸盐水泥。改良土填筑前按设计提供的配比进行室内试验，确定施工配合比。对初步确定使用的混合料，进行重型击实试验，计算最佳含水率和最大干密度，并进行7d 无侧限抗压强度的试验，保证无侧限抗压强度必须符合设计要求。

2.施工工艺控制

正式施工前应进行改良土填筑的工艺性试验，通过试验确定机械设备组合、最佳虚铺厚度、虚铺系数、改良土施工含水率控制范围、压路机碾压方式及压实遍数等施工工艺参数，保证大范围路基施工时的施工质量。

挖除施工中应将换填深度范围内具有湿陷性的砂质黄土层挖除干净，露出下层基岩按设计要求整平后方可进行改良土填筑施工。填筑施工中严格控制含水率以及改良土中水泥的延迟时间是换填水泥改良土的重点，在水泥初凝后进行施工，将无法达到规范要求的标准，因此应在水泥初凝前完成水泥改良土的摊铺、整平、碾压等一系列施工工序，并且完成压实系数的检验。

（二）强夯

强夯法是采用大吨位夯锤，反复起吊至高处使其自由下落，给地基以冲击和振动能量，将地基土夯实的地基处理方法。该法适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、素填土和杂填土等地基，处理地基的深度约为3～8m。尤其在湿陷性黄土地段，消除湿陷性效果良好。同时，强夯法以其处理地基施工简便、速度快、效果好、造价低等优点，在全国湿陷性黄土地区得到广泛应用和推广。

1.强夯施工方案设计

本工程夯击遍数采用3 遍点夯、1 遍满夯的夯击方式。点夯夯击能量为2000KN·m，夯点中心距为4m，正方形布置。满夯夯击能量采用点夯夯击能的1/2，并保证1/4 夯锤直径的搭接长度。夯击次数按照现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定。强夯地基处理后，于夯实面上铺设0.3m 厚6%水泥改良土垫层，垫层内部铺设一层双向聚乙烯塑料土工格栅。

2.施工工艺控制

根据设计夯击能，本工程选用钢制圆形夯锤，重15 吨，直径2.5m，点夯夯锤提升高度为13.5m，满夯夯锤提升高度为6.8m。夯锤下落的水平平稳是施工质量的保证。夯实前应检验夯锤平衡状态，不能满足要求时，须采取锤边焊钢板或增减混凝土等办法使其平衡，避免夯坑倾斜。夯击时，落锤应保持平稳，夯位正确。如错位或坑底倾斜度过大，应及时用砂土将坑整平，予以补夯后方可进行下一道工序。夯击深度（零高度和累计差位）应用水准仪测量记录。施工中应精确测量沉降量，每夯击一遍后，应测量场地平均下沉量，然后用土将夯坑填平，方可进行下一遍夯实，施工平均下沉量必须符合设计要求。

3.质量检验

施工结束后应间隔一定时间后方可进行质量检验，砂土地基要求在施工结束7～14 天后。其检验项目主要有：

(1)有效加固深度检验

有效加固深度应采用标准贯入试验、静力触探试验检验，检验数量为每3000m 抽样检查9 点，其中标准贯入试验6 点，静力触探3 点。

(2)地基的承载力检验

采用平板荷载试验，检验数量为每3000 m2抽样检验3 处。

(3)湿陷性检验

对湿陷性黄土还应进行湿陷性试验，满足湿陷系数δs 小于0.015。

（三）水泥土挤密桩

水泥土挤密桩是用水泥和土按一定比例拌合，并在孔内夯实加密后形成的桩。在地基中用水泥土做成柱体，通过水泥的吸水继而生成水化物和毛细管的吸水作用，降低黏性土中的含水量，从而提高地基强度，减小沉降量。适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，处理地基的深度为5～15m。

1.材料要求

本工程采用掺量为8%的水泥改良土。土料采用就地挖出的粘性土及塑性指数大于4 的粉土，且有机质含量应严格控制不大于5%，其颗粒不应大于15mm，不得含有杂土、冻土、膨胀土及砖、瓦、石块。水泥采用P·O42.5 普通硅酸盐水泥。

2.水泥土挤密桩施工方案设计

本工程水泥土挤密桩采用正三角形布置。桩径0.4m，桩长3～9m，桩间距0.9m。水泥土挤密桩施工后，于桩顶设0.8m 厚6%水泥改良土垫层，压实系数不应小于0.95，垫层内铺设两层双向土工格栅。

3.施工工艺控制

施工前应在工程施工现场选取有代表性的场地进行成桩试验，验证设计参数和施工效果，确定落锤速度、落距等施工参数，试桩数量不得少于2 个施工单元。成孔可采用沉管(振动、锤击)、冲击等方法。

采用锤击沉管桩尖开始入土时应先低锤轻击，待沉入土中1～2 米各方面正常后，再用预定的速度、落距、锤击沉管至设计深度。当桩的倾斜度超过1.5%，应拔管填孔重打，若出现桩孔斜移，桩靴损坏等情况，应及时回填挤密重打，每次成孔拔管后应及时检查桩尖。

4.质量检验

水泥土挤密桩施工结束7～14 天后，方可进行试验检验。

（1）桩身质量检验

采用重型动力触探、钻机取样对桩身质量进行检验。检验数量不小于总桩数的2%，且不少于3 根，在全桩长范围内桩心附近采用钻机取样，每2m采用试样测定干密度。

(2)桩间土侧处理效果检验

在桩间中心点、成孔挤密深度范围内采用钻机取样对桩间土侧处理效果进行检验，沿线路纵向连续每5m 抽样检验不小于3 处，每2m 取样测定干密度并进行压缩试验，满足挤密系数不小于0.9。

(3)承载力检验

水泥土挤密桩承载力检验宜在成桩28 天后进行。应采用单桩或复合地基载荷试验，检验数量为总桩数的2‰，且不小于3 根。、(4)湿陷性检验对湿陷性黄土还应进行湿陷性试验，满足湿陷系数δs 小于0.015。

（四）CFG 桩

CFG 桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和，采用各种成桩机械形成的高黏结强度桩体，并和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。其加固软弱地基主要有三种作用：即桩体作用、挤密作用、褥垫层作用。就土性而言，CFG 桩适用于处理黏性土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基，处理地基的深度约为5～15m。

1.CFG 桩材料

（1）碎石：系粗骨料，碎石材料多为20～50mm，为使级配良好，掺入石屑填入碎石的空隙。

（2）粉煤灰：系细骨料，采用袋装的Ⅱ级、Ⅲ级粉煤灰。

（3）水泥：一般用42.5 级普通硅酸盐水泥。

（4）褥垫层材料：选用8%水泥改良土。

2.施工工艺控制

CFG 桩施工中，桩身的垂直度是施工控制的重点，因此钻机就位时，用塔机塔身前后左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保垂直度偏差不大于1%。为避免钻孔过程中产生的挤土效应引起对周围桩造成破坏，钻孔时采取隔桩跳打措施，一般跳桩1～3 根。钻孔至基岩顶面后，记录钻进深度，判定是否满足设计要求，满足要求后停钻，可通过两种方式来确定CFG 桩的加固深度：一是严格按照设计桩长施工；二是通过钻机上的电流表摆动情况和钻杆抖动情况来判定CFG 桩钻孔深度是否已到达设计基岩层顶面，施工中应结合两个指标来判断桩长是否达到了设计要求。

3.质量检验

（1）桩完整性检验

成桩7 天内，采用低应变检查桩身完整性。检查数量为施工总桩数的10%且不少于3 根。成桩28 天后，在桩体中心处、桩长范围内垂直钻孔取芯，在桩身上、中、下不同深度的不少于3 个试件做抗压强度试验，检验数量为施工总根数的2‰且不少于3 根。

(2)承载力检验

在成桩28 天后进行。应采用单桩或复合地基载荷试验，检验数量为总桩数的2‰，且不小于3 根。

（五）冲击碾压

冲击碾压采用机械为冲击碾压路机，也叫梅花碾，是一种非圆形特种压路机压实设备，利用冲击碾压技术来实现基础原地面浅层加固的目的。冲击碾压路机非圆形冲击碾压轮在牵引机械的带动下，将行进动能及高位势能转化为冲击能，对路基基底进行冲击从而对土体的深层产生较强的冲击能量，土体深层随着冲击波的传播获取压实效果，同时辅以冲击滚压、揉搓碾压及静碾压实等综合作用，使土石颗粒之间获得位移、变形和剪切等综合作用，提高土石基础的深层压实密度，提高施工效率及效果，进而保障地基整体压实效果。适用于粉土、黏土、粉黏、砂土等地基，处理地基的深度约为3～5m。

1.冲击碾压施工方案设计

本工程冲击碾压遍数不少于20 遍，冲击势能宜采用25～32KJ，实际碾压遍数以工艺性试验检测确定的碾压遍数为准。碾压面上铺设0.3m 厚6%水泥改良土垫层，垫层内铺设一层单向土工格栅。

2.冲击碾压施工工艺控制

冲击碾压施工应自边坡坡脚线一侧外3m 开始，顺时针行驶，以冲压面中心线为轴转圈，而后按纵向错轮冲压，全路幅排压后，再自行向内冲压，压实机械走行速度宜控制在10km/h～12km/h，牵引功率不小于240 千瓦，振动碾压按静压、弱振、强振、弱振、静压顺序进行，碾压10 遍左右后，平地机大致整平，在冲击碾压至设计碾压遍数后，进行试验检测，根据检测结果确定是否继续进行碾压。

3.质量检验

（1）压实质量检验

压实系数不低于0.92，检验数量为每2000 m2不少于4 处且至少有一处在边坡线上。

（2）地基承载力检验

地基承载力不小于180kpa，承载力检验应采用平板载荷试验，检验数量为每3000 m2抽样检验4 处。

三、结束语

综上所述，在高速铁路路基工程施工中，地基处理是施工质量的重中之重。由于湿陷性黄土的广泛分布性，在地基处理设计与施工中，着重研究如何消除湿陷性是重要命题。根据实际地质条件和工程施工需要，有针对性的采取不同的地基处理方法，严格进行施工工艺的过程控制，既是确保高速铁路路基工程良好运营的必要条件，也是路基工程施工技术不断发展的客观需要。