申清波

摘要：傳統(tǒng)的浸水路基、地基施工技術(shù)主要是運(yùn)用在水塘分布較多的區(qū)域，但高速鐵路修建跨度區(qū)域大，容易受工程資金與居民生活環(huán)境限制，為此提出一種新型高速鐵路工程施工浸水路基、地基施工技術(shù)。合理選擇路基、地基填料，并施工過程中確保地基的內(nèi)部穩(wěn)定性，再填筑浸水路基、地基。設(shè)置路基、地基路面與地下水位之間的高度，確保其比干燥狀態(tài)下的臨界高度更大，從而完成高鐵工程的浸水路基、地基的施工。實(shí)例分析結(jié)果表明，使用本文設(shè)計(jì)的高速鐵路工程施工浸水路基、地基施工技術(shù)進(jìn)行施工后，每個(gè)測點(diǎn)的路基路面高度均小于高鐵施工規(guī)定最大路基路面高度，由此證明設(shè)計(jì)的施工技術(shù)較好，能夠符合此次工程的施工需求。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；基地；浸水路；施工

0? ?引言

采取科學(xué)合理的施工工藝，有利于提升路基、地基的施工質(zhì)量。在施工過程中，施工單位要加強(qiáng)對施工現(xiàn)場的監(jiān)控工作，并嚴(yán)格遵守相關(guān)的施工規(guī)范，從而對浸水路基基礎(chǔ)的施工質(zhì)量進(jìn)行全方位的提升，為列車的運(yùn)行安全提供可靠的保證。

傳統(tǒng)的浸水路基、地基施工技術(shù)主要是運(yùn)用在水塘分布較多的區(qū)域，但高速鐵路修建跨度區(qū)域大，容易受工程資金與居民生活環(huán)境限制。因此，本文對浸水路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，在不增加施工成本和施工難度的情況下，對浸水路基的地基進(jìn)行優(yōu)化，以提高施工質(zhì)量和施工效率。

1? ?高鐵工程浸水路基、地基施工技術(shù)要點(diǎn)

1.1? ?選擇路基、地基的填料

1.1.1? 填料滲透穩(wěn)定性分析

與其他路基、地基相比，浸水路基、地基除了要承擔(dān)其他地基所承擔(dān)的自重和物體荷載外，還會受到由水產(chǎn)生的浮力和滲透動(dòng)水壓力的影響。在池塘和洼地路基礎(chǔ)上，由于水的浸潤而產(chǎn)生的水浮力較大，由于水位變化和水流速度等因素而產(chǎn)生的滲透動(dòng)水壓力較小。對河灘和水庫路基而言，除受浮力作用外，還受滲透動(dòng)水壓力作用，尤其是河灘和水庫路基作用更為明顯。

浸水路基、地基中的飽和滲透過程可劃分為兩類：一類是穩(wěn)態(tài)滲流，即任一結(jié)點(diǎn)處的水頭不隨著時(shí)間而改變；另一類是結(jié)點(diǎn)處的水頭隨時(shí)間而改變的瞬態(tài)滲流。通常用達(dá)西滲流法與連續(xù)方程相結(jié)合的方法，求出路基內(nèi)的含水量分布場。

為保證路基、地基填料的滲透穩(wěn)定性，避免由于細(xì)粒損失引起的管涌災(zāi)害，確保高鐵路基的長期使用，必須在工程施工過程中保證地基的內(nèi)部穩(wěn)定性。高速鐵路工程的填料滲透穩(wěn)定性計(jì)算公式如下：

（1）

式中：K表示填料滲透系數(shù)，ρw為水的密度，n代表土體孔隙度，δ為水動(dòng)力粘滯系數(shù)，g代表重力加速度。

1.1.2? ?路基結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定性分析

填料內(nèi)部穩(wěn)定性較好，有利于防止?jié)B流出口的局部水力坡降過大而造成流土破壞。如果填料水力坡降過大，則應(yīng)采取相關(guān)施工措施，例如在滲流出口的上方安置一個(gè)排水覆蓋層，以使填料容許坡度比壩體外部水頭作用所產(chǎn)生的真實(shí)坡度更大。

地基換填施工由全斷面挖方取代，然后經(jīng)過破碎處理的材料由挖掘機(jī)裝車，并通過自卸車進(jìn)行運(yùn)輸。按路基礎(chǔ)區(qū)段配齊施工機(jī)械，盡早完成凍結(jié)土層的挖掘作業(yè)。在此基礎(chǔ)上，采用4臺挖掘機(jī)，分別從路基兩端同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，一次挖出所有的飽和凍土。

在開挖過程中，要求施工人員強(qiáng)化對設(shè)計(jì)地質(zhì)的核對。當(dāng)出現(xiàn)地質(zhì)不一致的情況時(shí)，要及時(shí)通知監(jiān)理、設(shè)計(jì)和建設(shè)單位，對施工方案進(jìn)行修改。基底碾壓結(jié)束后，應(yīng)對其進(jìn)行工程檢測，通過檢測后，應(yīng)向監(jiān)理工程師報(bào)告，并在現(xiàn)場進(jìn)行驗(yàn)收。驗(yàn)收合格后，再進(jìn)行下一步驟的施工。

若高鐵工程的路基、地基中的土質(zhì)為砂、軟土，可以在路基的底部與擋水壩的下部放置一個(gè)全斷面的鋼筋混凝土的筏板。假設(shè)在壩體外部的水頭高度影響下，地基中沒有滲透物，而鋼筋混凝土筏基的底面只受靜水壓，頂面受路堤的自重。整個(gè)路基結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定性的計(jì)算公式如下：

（2）

式中：Gk表示筏板的基礎(chǔ)上部的軌道結(jié)構(gòu)與路基的自重，Nw，k代表筏板所受的浮力數(shù)值，Kw代表抗浮的安全穩(wěn)定系數(shù)。

浸水路基為高速鐵路中重要的組成部分，其基底的穩(wěn)定性的安全性決定了高速鐵路的正常運(yùn)行。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速進(jìn)步，越來越多的有限元分析方法可用來進(jìn)行浸水路基、地基的穩(wěn)定性分析。

1.2? ?填筑浸水路基、地基路面

1.2.1? ?浸水路基、地基的水位變化分析

水位的變化能夠?qū)坊a(chǎn)生影響，雙側(cè)浸水路基的水位變化如圖1所示。單側(cè)浸水路基、地基的水位變化如圖2所示。

從圖1、圖2可以看到，對于浸水路基來說，水位的突然下降是最具有危害性的。在雙側(cè)浸水的情況下，隨著水位的升高，在土體剪切強(qiáng)度下降的同時(shí)，還會在兩邊形成一個(gè)向路基內(nèi)部的水壓力，這對路基的穩(wěn)定性有利。在水位下降過程中，土體兩側(cè)的滲流動(dòng)水壓力會將土體中的細(xì)顆粒物質(zhì)從土體中沖出，從而導(dǎo)致土體的破壞。

在單側(cè)浸水的情況下，當(dāng)水位升高時(shí)，會產(chǎn)生一種有利于穩(wěn)定的滲流動(dòng)水壓力，同時(shí)滲流也會很大。當(dāng)水位下降時(shí)，其與雙側(cè)浸水路基、地基的穩(wěn)定性相似。

1.2.2? ?地下水位線的水力坡降

在對浸水路基、地基的路面進(jìn)行施工時(shí)，可選擇放坡方式進(jìn)行填筑，這樣既能將降到地基表面的雨水直接排放，又能防止地基長期積水，有效地防止地基的干濕狀況受到地下水的影響。

針對攔河壩外高水頭條件下的“浸水路基、地基”，在沉陷地基兩邊增設(shè)一條暗溝，可以使沉陷地基內(nèi)的地下水得到很好控制。在此基礎(chǔ)上，以地下暗溝底部為基準(zhǔn)，假定滲透水在水平方向上向地下暗溝流動(dòng)，則地基土濕剖面即為一個(gè)垂直于滲透水方向的垂直面。

在路基中線位置，地下水位下降的影響最小。對等式兩邊分別積分，則單側(cè)暗水溝中的路基、地基的地下水水位線的降落高度的計(jì)算公式如下：

（3）

式中：W代表地下水的初始高度，y0表示暗水溝內(nèi)的水位高度，r1代表了暗溝內(nèi)側(cè)的邊界到垂直中心線的距離，r0為路基、地基中線位置到暗溝內(nèi)垂直中線的距離。

路基、地基的基床干濕狀況與其力學(xué)性質(zhì)有很大的關(guān)系。為了確保對車輛動(dòng)載荷有明顯影響的基床表層處于干燥狀態(tài)，路基、地基路面與地下水位之間的高度應(yīng)該比干燥狀態(tài)下的臨界高度更大。

2? ?實(shí)例分析

2.1? ?工程概況

新建鐵伊鐵路先行工程浸水路基分布在DK89+914.41-

DK93+600段內(nèi)，一共分為7段，浸水路基施工范圍內(nèi)表層為淤泥質(zhì)土，而且易積水。

變更后設(shè)計(jì)情況如下：將地基挖至設(shè)計(jì)要求的地層后填筑0.6m厚片石（碎石填縫），片石與碎石的比例為7：3，片石頂部碎石厚度不宜小于0.05m，待片石填筑合格后，按照設(shè)計(jì)要求填筑凍脹不敏感A、B組填料（碎石類土），填至地面以上0.5m，其他按照正常路基施工方案施工。

線路經(jīng)過低山丘陵邊緣及丘間沖積平原區(qū)，地勢起伏較小，相對高差10～30m，自然坡度10～30°。植被較發(fā)育，以喬木、灌木和雜草為主，多為林地。鐵路工程氣候分區(qū)為嚴(yán)寒地區(qū)。年平均氣溫在2.4℃，1月最冷，6～7月最熱。

2.2? ?施工要求

填筑期間，應(yīng)嚴(yán)格控制填料的細(xì)顆粒含量及含水量（冬季施工應(yīng)提前備料，避免填料含冰），保證填料的壓實(shí)質(zhì)量以及防凍脹效果。路基基床以下路堤填筑，按照試驗(yàn)段工藝參數(shù)及規(guī)范要求的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)分層填筑。鑒于路基屬于浸水路基，需在兩側(cè)坡腳設(shè)防凍脹保溫護(hù)道，護(hù)道寬3.0m，高3.0m，路基填筑時(shí)，保溫護(hù)道與路基本體同時(shí)施工。

此次工程施工地點(diǎn)的地質(zhì)條件如表1所示。此次工程采用邊開挖、邊回填的形式，基坑開挖長度不宜過大。待碾壓片石形成工作面后，按照設(shè)計(jì)要求填筑凍脹不敏感料至設(shè)計(jì)標(biāo)高。施工期間及時(shí)將路基基坑內(nèi)的水，采用集中引排的方式排出基坑。

2.3? ?施工結(jié)果與討論

根據(jù)上述施工工程的概況以及準(zhǔn)備，利用本文設(shè)計(jì)的高速鐵路工程施工浸水路基、地基施工技術(shù)，進(jìn)行新建鐵伊鐵路先行工程浸水路段的施工。軟土地基橫斷面如圖3所示。

由圖3可知，路基的橫斷面的地基填筑較好，覆蓋完整，具有較好的抗壓能力，證明了本文設(shè)計(jì)的施工技術(shù)的性能較好。

為進(jìn)一步獲取施工數(shù)據(jù)，使用檢測儀器對路基路面的高度進(jìn)行測量，得到水平線上不同位置的施工效果如表2所示。

由表2的施工數(shù)據(jù)可知，使用本文設(shè)計(jì)的浸水路基、地基施工技術(shù)后，每個(gè)測點(diǎn)的路基路面高度均小于高鐵施工規(guī)定最大路基路面高度。由此可以證明本文設(shè)計(jì)的施工技術(shù)較好，能夠符合此次工程的施工需求，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3? ?結(jié)束語

綜上所述，為解決浸水路基、地基面臨的諸多不利的工程技術(shù)問題，需弄清其內(nèi)部含水量的周期變化規(guī)律，并結(jié)合土體的物理和力學(xué)特性指標(biāo)的退化規(guī)律，開展浸水路基、地基穩(wěn)定性分析，明確浸水路基的最壞失穩(wěn)狀態(tài)。對于不良的工作狀態(tài)，可以采取一定的排水及加固措施，來確保路基的安全工作，以為其上路面結(jié)構(gòu)提供有效的支撐。通過對浸水路基、地基含水量的周期變化特征的分析，判斷基底破壞的最不利條件，并提出相應(yīng)的支護(hù)和排水對策，對解決工程施工的難點(diǎn)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 邵宏，韋征，田偉權(quán)，等.高速公路與高速鐵路路基設(shè)計(jì)、

施工比對分析研究[J].公路，2020，65（4）：69-73.

[2] 郭建湖.水塘地區(qū)高速鐵路浸水路基結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].

鐵道工程學(xué)報(bào)，2020，37（12）：54-58+69.

[3] 林正根.路基邊坡穩(wěn)定性的影響因素分析[J].黑龍江交通科

技，2021，44（11）：15-16.

[4] 王仕紅，潘錫中，覃鴻.公路路基邊坡穩(wěn)定性的影響因素分

析[J].四川水泥，2020（8）：250+252.

[5] 趙國堂.中國高速鐵路通用建造技術(shù)研究及應(yīng)用[J].鐵道

學(xué)報(bào)，2019，41（1）：87-100.

[6] 薛彥瑾，王起才，馬麗娜，等.高速鐵路泥巖地基原位浸水

響應(yīng)特征試驗(yàn)研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2020，42（10）：144-150.

[7] 王瑞，胡志平，彭建兵，等.基于二維降階Hermite插值的

鐵路路基動(dòng)力響應(yīng)2.5D有限元模擬[J].巖土力學(xué)，2023，44

（3）：908-915.

[8] 張佳楠.淺談高速鐵路路基設(shè)計(jì)方法及技術(shù)措施[J].新型工

業(yè)化，2022，12（12）：105-108.