丹东市东通道前庄铁路工程软土地基处理

　　软土路基处理质量直接关系着城市道路路面整体质量，倘若道路在建设的过程当中，没有采取合理的方法来进行土质地基的处理。或者在处理过程中选择的方法不合适。这就容易导致道路建设过程完善之后，道路本身稳定性降低，最终减少道路的使用寿命。本文介绍了东通道前庄铁路软土地基段的基本概况，指出了路基施工中出现的沉陷问题。针对此工程问题，本文运用ANSYS6.0模拟土基破坏前和破坏后土的应力状态。在本工程软土地基施工中，DK92+244-DK92+366段路基DK91+213-DK91+290.4段路基出现了表面裂缝、路基塌陷问题，部分路基右侧灌渠内涌入淤泥。在本次有限元计算中，由于地基上部荷载相同，地基下部土层的数量、各土层的深度和性质相差不大，为减少计算量，选取DK92+320处横截面为代表截面，桩直径为0.45m，桩间距为1.5m，建立有限元模型，然后纵向延伸到整个出现问题的路段。针对此工程问题，采用了文献综述法、案例分析法等研究方法分析产生路基塌陷下滑的原因，根据工程实际制定软土地基处理措施，将该路堤地段水泥砂浆桩变更为预应力混凝土管桩，经过计算验证和工后监测，处理效果良好。

　　1.2.1国内研究现状

　　我国对于道路建设方面的研究最开始起源于1950年代的中期。这一时期在道路建设过程当中首次引入了土桩挤密法。这一方法能够有效的缓解在道路建设过程当中对于较软的土质地基处理，特别是我国在西北地区的黄土土质的处理过程当中，该方法也取得了较为显著的效果。

　　接着到了1950年代的中后期，我国部分城市也开展了城市道路公路的建设。而这一阶段内应用较为广泛的是换填土层法来对软地基进行的处理。并且在当时该技术对城市公路的建设起到了卓越的贡献。

　　从1950年末期。随着我国国家在道路方面的建设工程不断增多。各学者也开展了在土质地基方面的研究工作。例如真空排水预压法能够在土质地基含水量较高的情况下，对这部分地基进行加固。并且这一方法在1980年是取得良好效果的。同时从那以后，在相似的情况之下，也有许多工程开始采用此方法来进行处理。另外在1973年首次发明了高压旋喷法。这一方法也取得了较好的成果，在未来也被广泛应用在道路建设过程当中。从1977年开始，对土质地基处理的方法，又产生了一种更加科学的处理，该方法是采用振冲碎石桩来对软弱的土质地基进行处理，并且在后面也取得了更加良好的效果。

　　此外，在我国研究进程当中，还有另一种方法也是被广泛应用的。这个方法被称为水泥粉煤灰碎石桩，它是一种复合的地基处理方式，并且由于具有方便的施工和较好的效果，因此也在未来的道路建设过程当中得到了广泛的应用，目前已经成为了一种比较普遍的地基处理方式。此方法最开始产生的时期是在1980年左右，当时由我国的建设院来牵头进行研究，并且经过了较长时间的摸索和实验，最终确立了以水泥粉、煤灰混合处理技术为一体的处理地基的较为方便的一种方式。此方法能够适用多种土质，能够显著的起到加固的作用。

　　总体而言，我国对于土质地基处理方法的研究方面一共经历了三个重要的阶段：第一个阶段是在1970年以前，在当时由于经济条件和技术条件的限制，在许多道路工程建设过程当中都下意识的避开了部分地基较为软弱的地段，目的是为了降低工程的投入；第二个阶段是1980年到1990年期间，这一阶段我国人口快速增加，土地资源也迅速紧张。因此对于道路建设工程方面的要求也更高，不仅需要在道路建设过程当中对建设资源进行有效利用，同时还要对要求的土地路段资源进行有效利用。而这时，在我国的经济发展方面也取得了相应的进步，并且土质地基的处理技术方面也有一定的发展。道路施工有更多的方法来进行处理。施工队伍也有多种处理方案应对不同地质的地基；第三阶段是在1990年以后。这个阶段我国经济进一步发展，并且对于软土质地基的处理技术方面发展已经趋于成熟。而且各种方法在多年的应用和实践过程当中已经得到证实，所以有更多的方案会被应用在软土质地基的处理上。

　　1.2.2国外研究现状

　　在1925年，Moran提出了砂井排水固结法。该方法能够通过对深层次的软土地基处理，通过垂直的沙井来进行加固。在之后又出现了袋装的砂井，而这种施工方式的出现，解决了在普通垂直砂井施工方面的一些难点，提升了工程施工的效率。

　　1934年，苏联发明了土桩挤密法。目前该方法首次应用到工程的实践方面是在1948年，这一方法应用最为广泛的是对于部分黄土地基位置较为深的部分。

　　1936年德国的Steuerman提出了振冲碎石桩法。这一方法的应用已经有广泛的历史，并且在外国最开始应用的时间是在1950年代。首先对砂石地基进行振冲，后面再用连续性的土质地基进行稳定。此方法可以解决在地基过程中部分的潜在砂石问题所造成的后续建设完工道路地面的开裂情况。

　　在1952年，瑞典Kjellman提出了真空排水预压法。这一方法的核心关键是在于排水的真空设备，同时对于密封的技术等各方面要求也比较高。因此受限于相关的设备和条件，该方法的应用也受到了一定的限制。

　　在1960年。法国的Menard公司提出了强夯法。该方法能够对多种土质地基进行处理，包括砂土地基、杂土地基、粘土和碎石土等多种地基软弱的地形。

　　此外，在近几年国外还发展了一种深层搅拌法，这一方法是通过借助于在地基上喷射化学浆液，该浆液能够与土质地基进行混合之后能够起到加固的作用，而此方法在日本也演变为了旋喷法。

　　另外还有一种在国外应用比较广泛的地基加固方法被称为水泥搅拌桩。该方法借助于特制的搅拌机械，以水泥作为主要的化学原料，在与土质地基进行搅拌混合之后，能够对地基进行加固。但是该方法对于机械的要求较高，同时也需要对道路路基地址进行详细全面的考量。

　　国外在道路土质地基处理方面，除了有以上这些方法之外，还发明了例如热加固法、冻结法和爆破等多种方法，这些方案也是在实际施工过程当中得到发展和演变的，进一步的为土质地基的处理作出了贡献。

　　1.2.3发展趋势

　　在建筑工程的构建过程中地基是十分重要的一个环节，它的质量关系到整个建筑的生命。由于道路在建设完工后需要投入使用较长的一段时间，并且道路也会受到各个地区地质条件的影响。由于我国地域较为宽泛，并且地质情况复杂多变，当前在道路建设过程当中，施工应用到的土质地基处理方法也比较多样化。所以为了保证道路建设能够在土质地基方面满足要求，就必须要选取多种方案来对地基进行有效的处理。地基质量则与地基处理技术密不可分。在计算机技术以及建模技术不断发展的过程中给予了地基技术极大的发展空间，同时在新工艺的作用下带给了地基技术一个新的发展方向。当然在利用这些新技术的过程中必然还是要以先考虑建筑的稳定性为主，同时也结合实际施工环境加强安全防范措施，为施工工艺提供良好的发展空间。总之地基处理技术的不断深化为建筑行业的发展提供了巨大的推动力，同时该技术也将朝着节能、环保的方向进一步深入发展，这将使得我国建筑行业整体达到一个新的高度。

　　本文通过大量查阅软土处理的相关概念和特性的文献，以东通道前庄铁路软土地基段工程为案例，指出了路基施工中出现的沉陷问题。针对此工程问题，并分析产生路基塌陷下滑的原因，为了证明土基塌陷的原因是路基坡脚开挖的水渠所致，要进行三方面的工作：第一，须验证在水渠开挖通水前，采用水泥砂浆桩处理的软土地基的正应力和剪应力是满足设计要求的；第二，在路基一侧开挖水渠后，验证地基土的正应力和剪应力不再满足要求；第三，在改用预应力管桩后，验证地基土的正应力和剪应力满足要求。根据工程实际制定软土地基处理措施，将该路堤地段水泥砂浆桩变更为预应力混凝土管桩，经过计算验证和工后监测，处理效果良好。

　　东北东部铁路通道前阳至庄河段新建铁路工程路基标段DK91+213-DK92+366总长1.265km，以填方通过丘间谷地，地形略有起伏，己辟为水稻地。部分地段地势低洼，为小型湿地，水草茂密，地下水位较高。本段路基为软土路基，路基中心最大填高8.2m，软基处理方式有：换填DK91+455-DK91+585、水泥砂浆桩DK91+213-DK91+455，DK91+585~DK91+750-DK92+244，DK92+366.35、预应力管桩DK91+105.6-DK91+213，DK91+750-DK92+244。水泥砂浆桩桩间距1.5m，正方形布置，桩长3.6m-12.63m。预应力管桩桩间距2m，正方形布置，桩长12m-21m。桩顶设0.6m厚碎石垫层，垫层内夹铺两层土工格栅；路基填土采用B组土填筑，基床表层填筑0.6m厚的级配碎石。

　　该工程是辽宁省重点工程。西起庄河市，沿丹大高速公路经过东港市、丹东市，东至前阳。大致走向近东西向。该段软土路基位于东港市椅圈镇和北井子镇之间，地表己辟为稻田，全长1268.75m。勘探工作时间为2009年7月20日至2009年7月28日，该段软土路基共布设钻探18孔、450m，静力触探21孔、525m，实际完成钻探26孔411.1m（包括3个验证孔），静力触探28孔308.7米，取原样149个，扰动样15件，标贯192次，同时利用钻孔一个。

　　2.2.1地形地貌

　　该段位于滨海平原上，地形较平坦，地表己辟为稻田地，横跨多个水渠，渠宽一般10-12m，渠内水深一般0.6-1.0m，局部低洼积水，地表松软，地面高程一般为3.40-4.60m。

　　2.2.2地层岩性

　　工点处地层表覆第四系全新统人工堆积层()素填土，第四系全新统冲海积层()土、粉质勤土、粉土、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、淤泥质粉土、淤泥、粗砂、砾砂，下伏太古界混合岩（M），现从新到老分述如下：

　　（1）第四系全新统人工填土层()

　　素填土（1-2）：黑褐色为主，主要由黏性土组成，含少量砂土，厚度0.50-l.l0m。主要分布在庄河方向DK91+065-DK91+175附近地表及水渠坝址处。

　　（2）第四系全新统冲海积层()

　　黏土（2-1）：黑灰色，灰色，流塑，厚度为1.8-2.2m，呈透镜体状少量分布。

　　黏土（2-2）：黄褐色，灰黄色，软塑，厚度为0.6-4.0m。主要分布于地表。

　　黏土（2-3）：黄褐色，硬塑，厚度为1.8-2.2m。呈透镜体状少量分布于基岩之上。

　　粉质翻土（2-6）：黄褐色，软塑，厚度为0.5-3.0m。主要分布于地表。

　　粉质黏土（2-7）：黄褐色，硬塑，钻孔未穿透该层。呈透镜体状少量分布。

　　淤泥质黏土（2-9）：灰色~灰黑色，流塑，含贝壳及有机质，厚度为1.2-12.3m，呈层状大面积分布。，C=11.3kPa，。

　　淤泥质粉质黏土（2-10）：灰黑色~灰褐色，流塑，含贝壳及有机质，厚度为0.90-19.0m，呈层状大面积分布。，C=10.1kPa，。

　　淤泥（2-11）：灰褐色，饱和，稍密，含贝壳及有机质，厚度为1.1-2.7m，呈透镜体状少量分布。，C=6.4kPa，。

　　淤泥质粉土（(2-12）：灰褐色，饱和，稍密，含贝壳及有机质，厚度为1.5-3.4m，呈透镜体状少量分布。，C=7.7kPa，。

　　粉土（3-4）：黄褐色，饱和，密实。呈透镜体状少量分布，主要分布地表。

　　粗砂（7-2）：灰褐色，稍密，饱和，成分以石英、长石为主，含5-10%左右黏性土，呈透镜体状分布。

　　粗砂（7-3）：灰褐色，中密，饱和，成分以石英、长石为主，含5-10%左右黏性土，呈透镜体状分布。

　　（3）太古界混合岩（M）

　　混合岩：黄褐色，结构构造已破坏，全风化，岩芯呈砂土状。

　　混合岩：灰褐色，中细粒变晶结构，块状构造，强风化，节理很发育。

　　混合岩：浅灰色-灰褐色，中细粒变晶结构，块状构造，弱风化，节理发育。

　　2.2.3水文地质条件

　　这部分路段的地下水主要的类型为第四系孔隙潜水及基岩裂隙渗水，水资源的总量比较大，同时地下水的深度也比较深，达到了1.3m。地下水的主要来源是雨水和附近地表的水，一般而言，这个地段的地下水变化幅度在1m-3m之间，地表水主要为沿线水稻田灌溉用渠水，水深0.3-1.0m。根据ZD-9010、ZD-9117钻孔水质分析成果，地下水化学侵蚀环境及地下水氯盐环境对混凝土结构不具侵蚀性。

　　2.2.4工程地质条件

　　结合本次勘探情况，各岩土层的承载力基本值、土石施工工程分级详见表1。

　　工点处的黏土、粉质黏土、淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土、淤泥及淤泥质粉土软土层，岩性工程力学性质差，表现为抗剪强度低，压缩性高等特性。其天然密度()、凝聚力（C）、内摩擦角()、UU、压缩性等物理力学指标见表2：

　　2.2.5地震

　　地震动峰值加速度0.10g，地震基本烈度为Ⅶ度。

　　经过液化判定，ZD-9203孔7.7-8.55m范围内地层液化，ZD-9201孔3.5-5.0m、8.0-10.15m范围内地层液化。