高速铁路松软地基综合处理技术研究_开题报告

（一）研究背景和意义

随着经济的高速发展、生活节奏的加快以及世界人口的增长，人们对交通工具的质量要求，也在不断提高。为了满足人们对交通工具的需要，高速铁路应运而生。高速铁路凭借安全舒适、快速等优势，成为当代最主要的交通运输工具，高速铁路运作为当前技术条件下规模性、便捷性表现最为突出的交通运输方式，对于地基处理的要求较高，潘霄，李建国，消利（2010）认为由于我国软土分布广泛，在高速铁路修建过程中不可避免的要穿越一部分的软土地区，存在着一定的变形与稳定问题，影响着高速铁路的平稳性与安全性，需要对铁路地基进行适当的加固和处理。

对于在软土地基的范围领域里建设的高速铁路，对其进行勘察和设计以及在控制施工质量方面有着更高的要求。软土地基因有着一定的复杂性，并且没有足够的建设经验等因素，所以在建设大规模的高速铁路时，必须要选择具有代表性的软土地段进行试验，结合勘察和设计以及在控制施工质量等每个环节都需要进行深入的研究，这不仅可以为建设高速铁路软基处理提供有效的参考价值，还可以对其进一步的完善修改规范标准提供相关的有利依据。对此，本文详细研究分析了高速铁路修建过程中不同地域、不同速度等级的铁路在穿越软土地段，采用的各种软基处理方法与应用状况。

国内外研究进展

我国幅员辽阔，地质情况复杂多变，其中软土在我国分布广泛，给铁路工程建设带来了较大的影响和隐患，成为铁路工程的关键问题之一，现在铁路修筑经验表明，作为支撑路堤的地基不允许发生基底破坏，也不允许发生不能满足适合使用要求的过大工后沉降和和沉降速率。我国铁路路基主要病害现象的路基下沉，有不少是因为基底变形所致，对支撑高速铁路路基的地基来说。除了强度要求外，还有变形条件要求。日本东海道新干线建成后，由于软土地基沉降造成轨道状态不良，不能达到设计速度和运量的要求。吸收了经验教训之后日本对支撑高速铁路路基的地基提出了强度要求，对不符合强度要求的地基要采取加固和减少工后沉降的措施。其他许多国家也相应的提出了各种地基处理措施。吴价城，林佳栋（2008）在研究国内软土地基处理技术现状与发展趋势中，提出国内目前软土地基处理主要有以下四个方面：

1、软土地基处理的传统方法

目前，列入国家和地方规范的软土地基处理方法，其适用条件和特点，详见表1[6]。

表1 列入我国国家及地方规范的软土地基处量方法

序号

处理方法

适用条件

特点

1

换填法

浅层软弱地基及不均匀地基

不适用于软土厚度大于3m场地

2

排水固结法

真空预压法

厚层淤泥、淤泥质土、冲填饱和软粘土

承载力≦80kP,工期长

3

堆载预压法

同上

工期长，表层刚度低

4

真空-堆载联合预压法

同上

工期长，表层刚度低，造价高

5

动力排水固结法

淤泥百度小于10m，变形控制不严场地

处理深度浅

6

降水预压法

表层有大于4m厚砂层和淤泥质土厚度小于10m场地

处理深度浅，必须有厚度大于4m的砂类土表层

7

振冲置换法

不排水抗剪强度大于20kPa的粘性土场地

不适用于淤泥

8

振冲挤密法

粘粒含量小于10%的粉土或松散砂土地基

不适用于淤泥及淤泥质土

9

砂石桩法

不控制变形的场地

工后变形大

10

石灰桩法

浅层淤泥质土及浅层粘性土场地

不适用于厚度大的软土场地

11

水泥搅拌法

适用于厚度小于15m的非泥炭土的软土场地

成本高，不适用于厚度大于15m软土场地

12

高压喷射法

适用于软土的局部加固及防渗

成本高，不适用大面积加固

13

静压注浆法

适用于特殊工程及局部软土加固

成本高，不适用大面积加固

2、软土地基处理新方法

国内一些岩土工程施工、设计及科研单位，在表1所列方法的基础上开发出了一些适用不同地质条件的软基处理新工法，但大多为原有工法的组合，也有一些新的创意工法，目前正在应用的新工法见表2所示。

表2软土地基处理新工法

序号

方法名称

基本内容

适用条件

1

降水强夯法

井点降水强夯

井点（含管井、大井）降水+强夯

K>10-4cm.s-1的砂土场地

2

简易降水强夯

挖沟渠降水+强夯

K>10-3cm.s-1，外理深度<5m的砂土场地

3

覆水真空预压法

真空预压+围堰覆水超载预压

承载力要求为85-100kPa的淤泥质土场地

4

动静排水固结法

真空预压、堆载预压、联合预压、降水预压+强夯

下层为厚度大于5m的淤泥或淤泥质土，其上为大于2m的填砂类土或山皮土的场地，地基上承载力要求高，软土工后沉降小的工程

5

高真空击密法

真空管主动降水+强夯

K>10-5cm.s-1的粉砂土场地；外理深度<8m

6

复合力排水固动法

低位真空预压同步堆载超载预压+动力冲击排水固结+强夯排水固结

淤泥或淤泥质土厚度大于8m，原始地面低可回填2m以上填土，有可与低位真空预压同步形成的超载土料，工后沉降小，承载力高的项目

从表2中所列方法可见，近年来软土地基处理方法的最大进展在于动力排水固结法，即强夯法与各类排水固结法的组合应用上。大量的应用效果表明，采用适当方法的排水固结与低能量多遍数的强夯相结合，对高含水的细颗粒地层可取得较满意的处理结果。在国内的大范围软土地基处理过程中几乎都采用了综合降水加强夯的方法。

3、正在开发的软土地基处理工法

据调查，目前国内正在开发、研究新的软土地基处理工法可归纳为下述方向：

极软场地的表层预处理法，为了使极软的吹填土场地创造施工条件而进行的地基土表层预处理。其开发方向为固化剂表层加固、竹栅加土工布覆盖加固、表层机械搅拌加固化剂加固等，固化剂表层加固在道路及小面积上已有较多使用。但因造价较高而未大面积推广。竹栅或荆笆加土工布覆土已在试用，表层机械搅拌加固则在处于引进试验中。

处理原生大厚度、低渗透软土的各类组合工法，如真空预压与电渗降水组合、立体式低压真空复合预压、振动增压与真空固结组合、超载-低位真空-动力固结组合等。

同时处理吹填土和原生下卧软土的组合方法，如真空预压加强夯，堆-超载预压加强夯，真空预压-超载加强夯，分层自重、预压排水固结加强夯等。

不均-吹填场地的综合地基处理工法，该类场地均在精确分区的基础上进行，如综合降水加强夯、双面降水预压加强夯、塑料排水板加强夯等等，针对砂类土、粉类土、淤泥类土同一场地有采用不同的组合和不同的施工参数。

沉降高要求的地基处理组合工法，对于差异沉降要求高的建筑场地，正在开发桩与地基土加固的结合，如动力排水固结加打入桩，动力排水固结加搅拌桩等。

4、国内高铁采用的软基处理方法

根据收集整理国内已建成通车的7条高速铁路与5条客运专线软基处理资料，对比分析不同地域、不同速度等级采用软基处理方法占比情况，从表1可以看出，目前CFG桩在高速铁路软基处理中应用很广，另外，管桩与深层搅拌桩也占了一定比例。所收集的资料有限，但在一定程度上反映了我国高速铁路软基处理方法当前应用现状[14]。

表3 国内部分铁路工程软基处理方法所占百分比统计

工程项目

设计时速(km/h)

地基处理方法（%）

CFG桩

预制管桩

深层搅拌桩

旋喷桩

水泥土挤密桩

柱锤冲扩桩

振冲碎石桩

桩网结构

桩板结构

武广

350

>80

<3

≈10

<3

<3

京津城际

>80

10～15

<2

<2

京沪

≈80

<5

≈15

<2

<2

京石

≈90

<3

≈5

石郑

>90

<5

<5

哈大

>80

≈15

<2

<2

郑西

≈20

≈60

≈20

<2

达成

200

<10

>90

遂渝

200

≈65

≈35

厦深

250

≈25

<3

>70

海东

250

≈25

≈70

>5

胶济

250

<3

>90

<3

课题研究存在的问题分析

铁路工程施工的辐射范围广，通常要穿越软土区域，软土地基透水性能差、强度氏、压缩性强，多数为淤泥和泥炭等，软土地基对铁路路基的稳定性，以及项目投入使用后的行车舒适程度，具有很多的负面影响。张雪峰（2013）针对铁路路基工程中软土地基的危害性及施工技术研究，得出在软土区域上进行路基施工，要求保证路基的稳定性与抗变形能力，如果软土地基没有妥善处理，路基会随着软土地基滑移，从而引起铁路的整体性破坏。其具体的危害性表现为：

1、地基沉降不稳定

铁路路基的沉降量高低与地基的压缩性、渗透性等息息相关，这些土质的基本因素，直接影响路基的固结和变形时间，而软土地基的高压缩性特征明显，再加上含水量高，因此含有软土地基的铁路路基工程，都需要面临沉降不稳定的问题。本文对软土地基的组成成分和特性进行试验研究，发现软土地基的多数土层局部呈不规则状态，以及软土地基下方距离地下水位比较近时，如果地下水位下降，软土地基势必也随着下降。

路基固结速度慢

由于软土地基的含水量高，由粘土粒和粉土粒组成，而厚度过大和透水性差，通常情况下，软土的渗漏系数在1×10-6～1×10-8cm/s之间，在荷载的作用下，固结的速度慢，如果地基的有机质含量骤然加大，软土中就会出现气泡，使得水的渗流通道被堵塞，从而拖延软土层地基的稳定时间，地基土质强度的增长速度也会变得很慢。软土地基的最大压缩系数为4.5Mpa-1，欠固结状态的软土层分布范围广，在荷载作用下，沉降非常明显。

路基抗变形能力弱

存在软土地基的铁路路基，抗剪程度不高，无法抵抗路堤侧向滑动，容易造成路基外侧土体的隆起。在施工的时候，地质勘测工作不到位，对于深层的软土地基分布、厚度等情况，都掌握不足，以致铁路路基无法承受荷载压力，而发生剪切破坏，失去稳定性的基础，抗变形能力将大打折扣。另外在铁路路基的实际施工当中，处理软土地基的时候，由于堆料不当、填土过快、碾压不足等，未能提高路基抗变形的能力，这此问题都会对铁路路基承载力造成影响。

课题拟解决的实验方案

铁路路基工程中经常会遇到软土地基问题，处理的质量与选择的方法将直接影响到轨道结构的稳定性与安全使用，因此软土地基的处理技术对高速铁路建设十分重要。本文首先阐述了软土地基尤其是铁路软土地基的特点，对目前常用的软土地基处理方法以及新技术进行研究分析，然后找出适合不同地域、不同速度等级高速铁路软土地基处理的方法，并提出了高速铁路软土地基处理的新技术，以及对高速铁路软土地基常用的处理方法及其施工工艺进行详细研究与整理。

二、^范文提纲

1 绪论

2 软土地基的成因

2.1 软土的概念

2.2 软土沉积的地质环境

3 软土地基的特性

3.1 软土地基的特殊性质

3.2 软土的鉴别方法

3.3 常用处理软土地基的材料与要求

4.软土地基的勘察

4.1 软土地基工程勘察技术

4.2 勘察的方法与技术要求

5 软土地基的危害

5.1 软土地基的主要破坏形式

5.2 软土地基的主要加固技术

5.3 不同软土地基处理方案沉降分析

6 针对济南至青岛高速铁路软土地基的处理方法

6.1 济青高铁软基地段工程地质特征

6.2 软土地基浅层处理技术

6.2.1 换填法

6.2.2 土工合成材料补强法

6.3 软土地基深层处理技术

6.3.1 管桩法

6.3.2 螺杆桩法

6.3.3 CFG桩法

6.3.4 钻孔灌注桩法

6.3.5 多向水泥砂浆搅拌桩法

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

三、参考文献

[1] 陈仲颐，周景星，王洪瑾．土力学[M]．北京：清华大学出版社，2005

[2] 龚晓南．复合地基设计和施工指南[M]．北京：人民交通出版社，2003

[3] 池淑兰，孔书祥．路基工程[M]．北京：中国铁道出版社，2002

[4] 中华人民共和国铁道部．铁路路基设计规范TB 10001—2005[S]．2005

[5] 范云．地基加固技术[M]．石家庄：石家庄铁道学院，1999

[6]吴价城，林佳栋.国内软土地基处理技术现状与发展趋势[J].工程地质学报，2008，(S1)

[7]王占波，杨泽鳌.我国软土地基现状及软土地基处理方法[J].城市建设理论研究，2014，（08）

[8]黄永亮.浅析近年软土地基处理工艺现状及发展[J].科技资讯，2009，（22）

[9]吴胜德.浅谈淤泥与软土路基处理[J].水利水电快报，2000，21(20)

[10]胡昌文.土工织物加筋垫层法在公路软基处理中的应用[J].山西建筑2006，（6）

[11]刘建新.软土地基处量方法研究[J].现代商贸工业，2009，21（11）

[12]孙红林.高速铁路软土地基关键技术试验研究[J].铁道建筑，2009，（4）

[13]任庆昌.某高速客运专线松软地基加固处理[J].路基工程，2005，（1）

[14]潘霄，李建国，肖利.高速铁路软基处理方法及应用现状研究[J].水利水电快报，2010，31（1）