铁路软土路基主要处理技术设计总结

软土路基主要处理技术总结

1、概述

软土路基处理方案主要依据软土特性、厚度、沉降控制标准，环境条件，地基处理措施的适宜性，以及建设工期等比较分析后确定。总体上分为置换法、排水固结法、复合地基法以及特殊结构路基等。

1.1置换法

利用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中部分或全部软弱土体，形成双层地基或复合地基，达到提高地基承载力、减少沉降的目的，包括挖除换填法、抛石挤淤法、强夯置换法等，是铁路路基浅埋型软土处理的常用方法。一般处理深度不大于2m，最大处理深度不大于3 m。强夯置换法主要用于石料来源丰富的山间谷地相软土处理，处理深度一般控制在8m以内。

1.2排水固结法

排水固结法是从20世纪50年代就开始用于铁路软基加固的传统方法，主要用于时速200 km/h及以下新建铁路软土路基处理。它是利用一定外荷载（路基填土、超载预压、超载和真空联合预压等）及排水通道（砂垫层、砂井、塑料排水带等）使饱和软土排水固结，提高其强度、承载力，减小工后沉降。该方法对填土较低，后期使用荷载较大的大型场地地基处理具有明显的优势。

1.3复合地基法

复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料而形成的地基。铁路软土地基

处理采用了碎石桩、水泥搅拌桩、高压旋喷桩、柔性桩（半刚性）复合地基，以及CFG桩、素混凝土桩、高强度预应力管桩等刚性复合地基技术，铁路工程建设对这两类复合地基的工作性状、设计方法、加固深度、施工工法及质量控制和检验方法以及沉降控制效果等开展了大量试验研究。加固深度方面，搅拌桩处理深度一般控制在15m以内；高压旋喷桩控制在30m以内；CFG桩控制在30m以内；沿海铁路预应力管桩最大处理深度达到了48m。

为充分发挥刚性桩桩身强度优势，通常在桩顶设置桩帽（管桩）或扩大桩头（CFG桩），各类复合地基均在桩顶以上设置加筋碎石垫层，以起到调整应力分布，均化地基沉降的目的。

1.4特殊结构路基

特殊结构路基主要是指针对深厚软土地基，且沉降的控制标准极为严格，由铁道部组织相关单位针对高铁的地基处理技术而研发了刚性桩桩网复合地基、混凝土管桩桩筏整体结构路基、桩板结构路基等技术，并编定了《铁路工程地基处理技术规程》TB10106-2010。 此项技术专门针对基础变形控制严格的深厚软弱土地基、湿陷性黄土地基、桥隧间短路基过渡段、岔区路基及既有路基加固、岩溶及采空区地基处理等。 2、计算与设计

地基处理主要解决由于上覆填土荷载及列车荷载作用下引起的地基沉降变形及失稳，从而影响线路的正常运营与安全。这就要求如何选择相应的地基处理技术在能够满足地层处理效果的情况下，在较短

时期内完成大部分固结沉降并保证工后所发生的沉降满足控制标准。

2.1勘察应提供的原始设计计算参数

线路地表以下各岩性地层的分布情况，包括各土层的定名，厚度，重容，粘聚力，内摩擦角，基本承载力，压缩模量，渗透系数（水平方向和竖直方向），固结系数（水平方向和竖直方向），极限桩侧摩阻力标准值、极限桩端阻力标准值等基本计算参数。

2.2地基处理设计计算

2.2.1置换法的地基处理设计计算方法参见《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）和《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）。 2.2.2复合地基设计计算

复合地基处理的设计应满足稳定、地基充许承载力与沉降变形控制。

2.2.2.1稳定验算

特殊地形以及地基较差或地基单元为单一无硬壳的流塑状淤泥、淤泥质土地层时，应进行路基结构整体稳定性检算。持力层较浅时，桩应穿透软弱土层。

路堤和地基的整体稳定性宜采用圆弧滑动法（铁路规范推荐瑞典条分法）进行计算，地基土的天然抗剪强度指标，是稳定分析计算中常用的重要指标，试验时应根据地基土的应力状态、应力变化速率、排水条件和应变条件等选用相应的方法。还与采取的地基处理方法、实际施工速度、施工阶段、岩土工程性质有关，试验方法应按相应实际情况，参照《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）表

3.2.1-2选用获取抗剪强度指标。

稳定系数Fs按《铁路工程地基处理技术规程》TB10106-2010相关说明取值，稳定性验算应分别检算路堤施工期及铁路运营期的稳定系数，以运营期的稳定安全系数作为设计指标，以施工期的稳定系数作为验算指标。路堤施工期荷载应考虑路堤自重和运架梁车等施工临时荷载；运营期荷载应包括路堤自重、列车和轨道荷载。 地震力的计算应遵照现行《铁路工程抗震设计规范》（GB50111）的规定执行。

2.2.2.2地基承载力验算

复合地基竖向容许承载力宜通过现场单桩或多桩复合地基载荷试验确定，设计时按照不同复合地基处理方法的特点按（详见《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）和《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008））中相关计算公式进行复合地基的桩顶垫层、桩径、桩长、桩间距及桩位布置形式、基底处理范围等的设计计算。 经过复合地基设计处理措施的地基应能够满足上部荷载的承载力要求，并按《铁路工程地基处理技术规程》3.3.2式进行验算。并且复合地基受力层范围内存在软弱下卧层时，应验算下卧层的地基承载力。一般采用Boussinesq法和应力扩散法进行验算。 2.2.2.3沉降验算

地基压缩层深度Z的取值按应力比法根据路堤高度、地层结构及地基土特性等因素综合确定，对于沉降控制严格的高速铁路地基压缩层厚度按地基附加应力与自重应力比值为0.1取值，其他铁路地基压

缩层厚度按地基附加应力与自重应力比值为0.2取值。

沉降验算包括总沉降和工后沉降验算，总沉降的计算主要考察加固区沉降及下卧层的沉降。工后沉降是最终沉降量（总沉降量）在上部建筑物竣工或路基竣工铺轨完成已经发生的沉降量（或称施工期沉降量）之后残余的沉降量。沉降验算主要是指验算地基的工后沉降。 对工后沉降要求较高的路基就要求在施工期间完成大部分甚至是绝大部分沉降，对于软土路基的在施工期间完成的沉降按太沙基固结理论计算，而对于软土以外的其他类型地基则采用经验法。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可完成最终沉降量的80%以上，对于低压缩性土可认为完成50%～80%，对于中压缩性土可认为完成20%～50%，对于高压缩性土可认为已完成5%～20%。

地基在荷载作用下，沉降将随时间发展，其发展规律可以通过土体固结原理进行数值分析来估算。但是由于固结理论的假定条件和确定计算指标的试验技术上的问题，使得地基沉降的实测数据在某种意义上较理论计算更为重要。通过大量沉降观测资料的积累，可以找出地基沉降过程的具有一定实际应用价值的变形规律，还可以根据路基施工时的实测沉降资料和已取得的经验进行估算。根据工程实践经验，铁路路基施工期路基沉降在较深厚软土地段一般采用在施工期不少于3～6个月恒载（预压）的沉降观测，来预测施工期间完成的沉降量，结合理论计算与预估沉降量来确定剩余的沉降量是否满足工后沉降的控制标准。

当不满足铺轨条件时，当采取加速路基沉降或控制路基沉降的措施，或者延长固结时间，只有当预测的路基工后沉降值满足轨道铺设要求后，方可铺设轨道。 总沉降量计算： ①加固区沉降

加固区沉降的计算方法按桩基类型主要分为复合模量法和桩身压缩法：

复合模量法：复合地基加固范围变形按土体复合压缩模量进行计算，将地基加固区视为一种复合土体，采用复合压缩模量，按分层总和法计算加固区的变形量；

桩身压缩法：桩板结构地基加固范围沉降按桩基理论进行计算，在荷载作用下地基加固区的变形为桩本身的变形和桩端刺入变形。 ②下卧层的沉降

下卧层的沉降变形计算方法主要有Boussinesq 法、应力扩散法、等效实体法等计算方法：

Boussinesq 法：不考虑桩体对地基应力分布的影响，根据应力叠加原理，获得地基中某点处的附加应力，采用分层总和法计算下卧层变形。

应力扩散法：应力扩散法将复合地基视为双层地基，通过加固区应力扩散角计算未加固区顶面应力，再按下卧层应力扩散角求得整个下卧层的应力分布，按分层总和计算下卧层变形。

等效实体法：将复合地基加固区视为一等效实体，下卧层顶面荷

载为： Pb=P-2hf/B

式中P-复合地基上平均荷载密度； h-加固区厚度； B-路基宽度； f-侧摩阻力。

根据下卧层应力扩散角计算下卧层的应力分布，按分层总和法计算下卧层变形。等效实体法的计算参数侧摩阻力难以确定，计算结果受人为影响较大，故《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）未推荐此法。

地基的沉降计算相关公式具体详见《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）附录D（P87-P95页） 2.2.3 钢筋混凝土桩板结构

桩板结构由钢筋混凝土桩、托梁和承载板，或钢筋混凝土桩和承载板组成，钢筋混凝土桩一般选用机械成孔灌注桩，也可采用预制打入（压入）桩。桩板结构根据连接方式、组合形式及设置位置的不同，分为非埋式、浅埋式及深埋式三种。 2.2.3.1设计荷载

桩板结构设计应根据结构身自的特性，按《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）表16.2.2中所列荷载以最不利组合工况进行设计。

2.2.3.2结构计算

1）桩板结构的承载板和托梁应按多支撑连续板梁进行计算，将桩和桩间土视为不同弹簧系数（地基抗力系数）的弹性地基梁，按文克尔假定进行计算，上部荷载按纵向桩中心间距确定。用于处理欠固结软土，湿陷性黄土或大面积新近填土时，高速铁路无咋轨道结构配筋要按桩间土不承担上部荷载且不允许出现裂缝验算，对于沉降控制条件适度放宽无咋轨道下的桩板结构的承载板和托梁应进行裂缝最大宽度验算，裂缝最大宽度应满足耐久性设计要求，即允许出现裂缝。桩板结构的承载板和托梁也要进行抗冲切和局部承压验算。 2）桩基单桩竖向承载力按《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）第3.3.3条进行计算。或可参照现行《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）进行计算，上部荷载包括列车轴重（双线双荷）、轨道结构荷载、填土、承载板及托梁自重，全部由桩基承载。考虑桩间土沉降要大于桩体变形，承载力计算时要考虑负摩阻力作用，并进行桩体强度验算。

3）桩板结构应采用容许应力法进行设计，并按不同的荷载组合给出不同构件的容许应力值。

4）计算水平荷载作用时，桩基的受力分析应考虑桩周土体对桩基的水平约束作用（桩周土体反力按水平地基抗力系数计算）。 5）桩基沉降可根据现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5）进行计算，非埋式和浅埋式桩板结构应控制相邻桩的差异沉降。

6）承载板在竖向静活载作用下的竖向挠度应符合《铁路工程地基

处理技术规程》（TB10106-2010）表16.2.3的规定。 3、软土路基沉降观测与评估

由于受软土地基复杂性和沉降计算理论的局限性，以及施工过程等影响，计算（估算）沉降值与实际沉降往往存在一定误差，甚至会出现无法达到预期沉降控制的结果。因此在对沉降变形控制较严格地段应设置沉降变形观测网，根据实测数据评估沉降发展趋势，预计残余沉降量，以实现工后沉降控制目标。

路基填筑完成或施加预压荷载后应不少于6个月的观测和调整期（参见《高速铁路设计规范》（TB10020-2009）（试行）），观测数据不足以评估或工后沉降评估不能符合要求时，应继续观测或者采取必要的加速或控制沉降的措施。路基沉降观测以路基面沉降和地基沉降观测为主，可设置沉降板、观测桩或剖面沉降观测装置等。

路基沉降预测《高速铁路设计规范》（TB10020-2009）（试行）中采用曲线回归法，并满足下面的技术要点：

1） 根据实际观测数据做多种曲线的回归分析，确定沉降变形的

趋势，曲线回归的相关系数不低于0.92。

2） 沉降预测的可靠性应经过验证，间隔3～6个月的两次预测

的偏差不应大于8mm。

3） 轨道铺设前最终的沉降预测应符合其预测准确性的基本要

求，即从路基填筑完成或堆载预压以后沉降和沉降预测的时间t应符合下式： S（t）/S(t=∽)≥75%

式中 S（t）-评估时实际发生的沉降；

S(t=∽)-预测的总沉降。

4、石武客运专线粉质软弱土地基处理实例相关结论

具体实例内容参见《客运专线粉质软弱土地基处理试验研究》，作者：陈占、陈远洪、汪莹鹤、赵勇，单位：铁四院。

4.1路基填筑完成3个月左右，桩顶与桩间土应力基本趋于稳定，沿路基横向部面基底应力值趋势为中间大，两边小，应力向路基中部集中；在较高应力水平下基底桩土应力比为3～6，桩顶集中应力现象较明显，大部分荷载由桩承担。

4.2试验段粉质软弱土地基土工格栅实测最大拉力为设计值的55%左右，随着时间的推移，地基变形还会有所发展，土工格栅受力还会增加，CFG桩网复合地基设计时应适当考虑其强度富余。 4.3路基填筑完成时间沉降量为施工期沉降的65%～80%,预压期间沉降量为施工期沉降的20%～27%,对该粉质软弱土地基采用预压是有必要的；预压3个月后沉降速率迅速减缓、沉降小、趋于稳定，在工期紧张的情况下，对该类型粉质土地基可适当减少预压时间。 4.4分层沉降测试结果表明，CFG桩加固区沉降约为总沉降量的30%，下卧层总变形约占70%，表明加固后复合土体复合模量提高较大、变形显著减小，加固效果明显；鉴于下卧层变形是该地基土的主要变形，工后沉降主要发生在下卧层，对于无砟轨道高速铁路，变形计算深度建议按地基附加应力与自重应力比值为0.1取值。 4.5采用桩板结构或CFG桩复合地基联合堆载预压措施加固深厚

粉质软弱土地基，施工期沉降占预测总沉降的85%～95%，工后差异沉降折角为0.001%～0.027%，整个区段内纵向沉降较为均匀，有效地控制了路基工后沉降，加固措施有效可行。

4.6 CFG桩网复合地基加固区范围按复合压缩模量进行沉降计算，下卧层变形按等效实体法计算时，计算值与实测结果较为接近，建议按该法进行粉质类土地基沉降计算。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u5dd.html