夯实高速铁路路基生命力的基础—地基处理

尤昌龙

(中国国家铁路集团有限公司， 北京100844)

自2003年10月12日时速200 km的秦沈客运专线开通、2008年8月1日时速350 km的京津城际高速铁路开通，我国高速铁路已从当初 “零”的突破，发展为完善的“四纵四横”、拓广的“八纵八横”高速铁路网络，超过 35 000 km的高速铁路广布于我国辽阔的大地上，织就了人畅其通、物流八方的快速交通网络。至2019年12月30日，我国已开通运营的时速300 km及以上的高速铁路正线路基长度约为 2 390 km，设计时速250 km、实际开通时速200 km及以上的高速铁路正线路基长度约为 9 437 km，分别占正线比例为20.7%和28.6%。

路基是有生命力的结构物[1]，他根植于广袤的大地上，他像人的生命体一样在建设中孕育、成长、壮大，在运营中担当，他用岩土的躯体承担起了承载列车安全、高速、舒适运营的重任，承受着一年四季风霜雨雪的袭扰、寒来暑往的考验。地基是路基生命力的基础，路基结构体是躯干、是路基生命力的源泉，路基边坡支挡防护及防排水是其防护各种自然环境变化侵蚀、提高路基生命力的铠甲，他们相辅相成，构成了承载列车安全高速运营的路基生命体。路基与桥梁、隧道工程组合构成了我国铁路高速运营的生命线工程，路基的生命力决定了铁路运输生命线的生命力。

正如任何具有生命力的结构物一样，路基生命力的长久取决于路基基础和路基结构构成本身及其路基防护铠甲，基于上述理念，笔者在《路基是有生命力的结构物——我国高速铁路路基建设取得的成就和需要继续解决的问题》[1]、《提高高速铁路路基生命力的技术措施探讨》[2]等文章中先后论述了我国高速铁路路基建设取得的成就、需要继续解决的问题以及提高路基生命力的技术措施等，本文基于上述对路基生命力的认知，着重从地基处理的角度，论述提高路基生命力的技术措施。

1 地基是路基生命力的基础

路基根植于大地上，地基基础是路基生命力的根基，是路基长期安全运营的基础。其承载路基的基础取决于自身的矿物颗粒组成、组构等内在因素，其承载能力的发挥受周围环境外部因素的影响，如地下水、地表水造成的地基土含水量增减、周围增建建筑物荷载对地基土的影响等。

1.1 影响路基基础的内因

众所周知，土是由土颗粒、水、空气组成的三相体，颗粒之间相互连接、相互依存，构成了承载上部荷载的地基基础。不同团粒凝聚构成了土体骨架，土颗粒之间的连接构造了土体的筋脉，土颗粒及水分等构成了地基基础的血脉，他们有机组合构成了承载路基荷载的基础。不同血脉的土体颗粒构成造就了不同特点的地基，因此，地基基础也就有了软土、松软土、软土与松软土互层、湿陷性黄土、膨胀岩、膨胀土等不同的类型，其承载特性、抵抗周边环境的能力也不尽相同。

1.2 影响路基基础的外因

地基基础的内在构成造就了不同的岩土类型，造就了具有不同物理力学特性的土体，各种土体因处于不同的区域、环境而表现出不同的力学特性，且因区域环境的不同而呈现出千姿百态的特点，如“晴天一把刀、雨天一团糟”的膨胀土，平时崖壁直立、雨季时自然沉陷的湿陷性黄土等。

1.3 地基处理的目的

高速铁路路基建造过程始终围绕刚度和变形满足设计、规范要求进行，地基处理的目的就是要确保地基承载力和路基工后沉降变形量满足设计要求，满足路基生命力持续稳定的基本要求。

(1)地基处理的过程是强化其骨架、筋脉、血脉的过程，只有强化后的地基基础骨架与其血脉、筋脉融合在一起的时候，才能强化或重塑基础结构，增强其承载力能力，才能提高地基土的生命力。

(2)采用CFG桩、管桩等刚性桩处理地基的过程就是强化其基础结构的过程；采用高压旋喷桩、水泥搅拌桩等半刚性桩处理地基的过程就是强化其结构和筋脉的过程；采用化学处理方法(如固化剂等)处理地基的过程就是重塑土体结构、血脉，强化地基基础的过程。但何种方案能更有效地提升路基骨架、筋脉、血脉的强度，形成更加具有生命力的地基强化结构，消除土体中影响路基生命力的顽疾，是路基建造过程中需不断继续探讨的问题。

(3)“强基固本、强基达标”历来要求铁路基础设施必须满足列车安全运营的要求。对于路基工程而言，无论何种地基处理方式，地基处理的目的就是要求地基承载力和地基基础的变形量满足列车安全运营的需要，这是宗旨，是提高路基生命力的基础需要。

2 地基处理的技术进步和重点关注问题

软土、松软土、软土与松软土互层地基处理，岩溶、湿陷性黄土、膨胀土、膨胀岩、非饱和土地基以及斜坡软土、松软土、泥岩、膨胀岩土地基处理，冻胀土地基处理等一直是高速铁路建造过程中重点关注的问题，是影响路基生命力的重点所在。

2.1 软土、松软土地基处理

常用的桩基类地基处理方式有CFG桩、管桩、水泥搅拌桩等，其与60 cm碎石垫层+高强土工格栅构成柔性桩网复合地基，与10 cm碎石+筏板构成半刚性桩筏板结构地基，与筏板固结在一起构成刚性桩板结构地基。从原理和运营实践来看，采用上述地基处理方式均布了路基荷载，强化了地基基础，使路基稳定性和工后沉降变形均匀性均得到了提高。

2.1.1 CFG桩处理地基

历经15年的高速铁路实践考验，该技术日臻成熟，其技术进步主要体现在将传统的“挖桩头、截桩头、桩身质量检验、施做桩帽、回填桩间土并密实”施工工艺优化为“清理场地、碾压密实、控制成桩桩头高程、桩头以下2 m深度范围内采用加密振捣(消除桩头下60 cm混凝土不密实带来的隐患)、随机清理成桩土、桩身质量检验，机械开挖桩帽土模、浇筑桩帽混凝土”，该工艺已纳入《铁路工程建设指导性工艺工法手册》(站前工程)[3]。施工完成后的桩身、桩帽与周围土体贴合一起，形成了更为有效的复合地基。这一技术进步减少了以往挖桩头、截桩头、回填桩间土等繁琐工序，减少了混凝土材料浪费，消除了截挖桩头施工引起的挤桩破坏，有效地发挥了其复合地基功效。在潍莱、贵南等高速铁路的CFG桩处理地基中，通过路基首件工程总结，进一步推广应用了该工法，其技术经济效益得到较大提升。

2.1.2 预制管桩处理地基

在满足持力要求的前提下，管桩接头处理是技术关键。目前传统的管桩接头处理方案以桩头焊接处理、检验后涂抹沥青防锈处理为主，存在功效低、易断裂等问题。针对接头处理存在问题可能带来的隐患，管桩生产企业结合现场生产的需要，联合中国铁道科学研究院、相关施工单位等研制开发了新的管桩接头处理方式，如插销式、抱箍式等，提高了施工工效和接头连接的可靠性。

2.1.3 多向水泥搅拌桩处理地基

多向水泥搅拌桩是在单向水泥搅拌桩的基础上发展而来的。施工时，下钻将设计用量的水泥一次性均匀喷完，且在下钻喷灰的过程中进行正、反两个方向的搅拌，在提升过程中再进行正、反两个方向的搅拌，“一上”、“一下”一次搅拌完成。徐盐高速铁路路基首件工程和其它工点采用多向水泥搅拌桩处理地基的实践表明，多数采用单喷单搅不能满足设计要求的地基处理，采用多向水泥搅拌桩施工后，搅拌桩强度和复合地基强度均得到提升，满足了设计要求，有效处理深度由单喷单搅的14～15 m提升到了22 m，且其有效处理深度还将随相关施工机械的进步而提升。

2.1.4 思考与建议

从高速铁路建设15年来取得的沉降变形观测数据和科研成果来看，桩网复合地基、桩筏板结构地基、桩板结构地基极大地改善了路基基底受力状态，充分发挥了路基结构物的作用，使路基的沉降变形更加均匀，路基的安全稳定性得到了提高。对于软土厚度较小且处理至基底持力层的软土地基，地基处理后均能形成较为坚实的地基基础，满足高速铁路建设的需求。但对于软土较厚且无明显持力层的软土地基、斜坡向软土地基等，采用上述方案或管桩处理部分，存在沉降变形不易满足设计要求的问题。

(1)桩径、桩间距、桩基处理深度等参数的选择与地基土类型、上覆路基荷载大小、下卧层等密切相关，直接影响复合地基承载水平、应力扩散水平和路基的安全稳定性，且处理方案关乎路基承受周围环境变化影响的能力。用于较厚软土、斜坡软土及炭质泥岩类地基的处理方案应充分考虑周边基坑开挖、抽降水等可能引发的地基承载力不足、地基沉降变形增加等问题对路基生命力的影响。

(2)加强地基处理过程中的地质核查、核对工作，消除地基处理过程中地基下卧层中“软弱夹层”诱发的沉降增量问题。山区、丘陵及沟谷相地区的地基处理过程中易出现类似问题，应重点关注。

(3)不同地基方案间的“处理断面断层”容易诱发处理断面“沉降断层”现象，不同地基处理方案实施过程中，应遵循地基处理均匀过渡的原则，尤其是对车站路基横向区域的地基处理。

(4)消除“头重脚轻、根底浅”现象。“头重”指路基填筑高度较高，荷载较大；“脚轻”指地基相对偏软；“根底浅”指处理深度不足或强度不足。用于软土、松软土和软土互层地区的地基处理方案，应根据安全稳定系数和总沉降量计算综合比选后确定。

2.2 岩溶地基处理

路基建设中遇到的覆盖性岩溶地基通常采用注浆处理。受岩溶发育的不均匀性、分布的不连续性、地下水影响的随机性等方面的影响，岩溶地基对路基造成的不利影响也具有随机性和不均匀性。轻者造成路基不均匀沉降变形，影响行车速度和舒适性，重者会产生陷穴，影响列车运营安全，甚至动摇路基基础，削弱路基的生命力。在总结多年岩溶问题处理成果和经验教训的基础上，我国规范提出了“先探后灌、探灌结合”的建造理念[4]，在此基础上，路基建造工程师们充分利用岩溶注浆钻孔施工类似于地质勘探孔的优势，提出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注浆处理工艺。

2.2.1 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注浆处理工艺核心

(1)Ⅰ序孔间距7 m，正方形布孔，钻孔施工类似地勘孔，可兼做施工地质复核孔。地质探孔结合Ⅰ序孔，相较单独采用地质探孔可更详细地查明岩溶分布、发育情况和特征，有利于确定Ⅰ序孔的注浆深度、注浆范围和相关工艺参数，使Ⅰ序孔注浆处理的施工更具针对性。

(2) 针对岩溶相对发育的区段，在Ⅰ序孔注浆处理施工完成后，利用Ⅱ序孔兼做岩溶注浆处理质量检查孔和地质核查孔，判识Ⅰ序孔注浆处理的效果，并确定需要继续处理的后续区段。当Ⅰ序孔注浆处理未达到效果时，启用Ⅱ序孔注浆处理。

(3)对于岩溶发育且采用Ⅱ序孔注浆没有达到处理效果的区段，实施Ⅲ序孔进行地质核对、质量核查，并进行注浆处理。

实践证明，通过实施Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔施工，不仅可以逐步查清整治范围内隐伏岩溶的分布情况、发育特征和注浆处理效果，还可以清楚地判识Ⅰ序孔注浆处理后的后续施工安排，进而清晰地明示Ⅱ序孔的注浆范围，及时调整或优化整治范围、整治措施和施工工艺，提高路基岩溶注浆加固的效果。该理念是“先探后灌、探灌结合”理念的延续和深化，是岩溶注浆处理技术进步的体现。

沪昆高速铁路湖南段岩溶地基处理施工时，探索启用了Ⅰ、Ⅱ序孔管理，取得了较好的效果；渝黔铁路岩溶地基处理力推Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ孔施工管理技术，并以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔岩溶注浆处理之路基首件工程取得的成果对相关工序进一步验证、优化，初步形成了《岩溶注浆管理技术手册》；中铁二院在沪昆高速铁路贵州段和安六客运专线中进一步总结并应用该技术于岩溶注浆处理设计中，取得了较好的效果。

2.2.2 思考与建议

(1)尽管创新发展了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔注浆处理工艺并取得了较好的效果，但岩溶地基注浆处理效果的持续性、受地下水位和周边环境影响的耐久性等依然是路基建设和运营中需要关注的重点。

(2)注浆处理岩溶地基对周边地下水环境的影响是铁路建设过程中需要重点关注的问题。

2.3 湿陷性黄土地基

2.3.1 黄土地基的二次沉降问题

郑西高速铁路建设初始，铁道部组织实施了三个足尺试验段，分别就强夯、孔内夯扩挤密桩、振冲挤密桩处理湿陷性黄土地基进行了现场足尺浸水模拟试验[5]。试验结果表明，孔内夯扩灰土挤密桩可有效消除黄土地基的湿陷性并能较好地满足路基工后沉降变形量的要求。采用强夯或水泥土挤密桩处理后的地基，虽能消除其影响范围内地基的湿陷性，但浸水试验后仍表现出明显的二次沉降变形增量特征。

(1)水泥土挤密桩处理地基

水泥土挤密桩处理地基后的路基沉降时程曲线如图1所示。该曲线表征了此类湿陷性黄土地基经水泥土挤密桩(桩长15 m、桩径0.5 m、桩间距1.0 m、正三角形布置)处理后进行路基填筑(填高4.6 m)，浸水前后的路基沉降变形的过程，其浸水期约3个月。从观测数据分析，路基浸水前总沉降量约67 mm，浸水后约12个月内沉降变形持续发展，总沉降变形增量约为150 mm，浸水期间的沉降增量约为26.2～51 mm，即二次沉降变形增量约为26～51 mm，且浸水后路基沉降变形持续发展。

图1 浸水前后水泥土挤密桩处理后的路基沉降时程曲线图

图2 浸水前后孔内夯扩灰土挤密桩处理后的路基沉降时程曲线图

(2) 孔内夯扩灰土挤密桩处理地基

同一场地采用孔内夯扩灰土挤密桩(处理深度22 m，桩径0.6 m、间距1.05 m，三角形布置)处理后进行路基填筑(路基填高4.6 m)，路基浸水前后的沉降时程曲线如图2所示。从图2可以看出，采用孔内夯扩灰土挤密桩处理后，路基浸水后尽管也产生了二次沉降，但其二次沉降增量仅为11 mm，且浸水后沉降变形基本稳定。

2.3.2 思考与建议

黄土地基的处理应立足于增强黄土地基的密实性、提高黄土地基土的结构性、消除黄土地基的湿陷性、消除黄土地基的二次沉降变形来进行设计和施工。

(1)从沉降时程曲线来看，湿陷性黄土地基处理后，深厚黄土地基的沉降变形稳定时间通常大于6个月，且至少要经历一个雨季。

(2)采用孔内夯扩灰土挤密桩、孔内夯扩灰土挤密短桩+CFG长桩、桩板结构等处理方式，同时做好路基周边的防排水工作，是目前处理湿陷性黄土地基的有效工法。应根据不同的湿陷性黄土类型选择性使用灰土挤密桩，慎用强夯、重锤夯实类地基处理方案。

(3)建造过程中应逐孔控制孔内夯扩灰土挤密桩、CFG桩等关键工序的施工质量，并加强地基处理过程中的地质核查和施工质量核查，根据路基建造完成后的地貌实际特征，优化路基防排水设计和施工方案。应重点关注穿越路基的人行通道、排水通道两侧的防排水处理和路基周边黄土陷穴的处理。

2.4 膨胀土地基

2.4.1 膨胀土的问题特征

膨胀土地基存在两个极端：① 含水量较低时具有较高的凝聚力和内摩擦角，自身承载力容易达到高值，即“晴天一把刀”。②含水量增大时，地基土吸水膨胀变形，含水量增大到一定值时，凝聚力和内摩擦角迅速耗散，此后稳定在一个较小的范围内，且具有较高的粘滞性，即“雨天一团糟”。一般情况下，随着含水量的增大，中～强膨胀土地基的凝聚力会严重衰减，内摩擦角也会有不同程度的减小[6]，造成地基自身承载力、抗剪强度、变形模量、安全稳定系数等衰减，严重时影响路基安全稳定。

膨胀土地基的变形特性：① 地基吸水变形初期，路基产生较大的初期上拱变形，影响线路的平顺性；

②地基吸水饱和后期，粘聚力和内摩擦角衰减，地基承载力降低，导致地基产生剪切变形、路基产生过量的沉降变形或蠕变，严重时甚至导致路基破坏或使用功能丧失，影响路基的安全使用。

从中铁二院等单位取得的科研成果和工程实践经验来看，当路基填筑高度超过气候影响带深度或路基自身填筑产生的荷载超过地基土膨胀力时、当路堑换填处理深度超过气候剧烈影响带深度且具有良好的排水保湿功能时、当膨胀土层地形较低一侧设置路堤坡脚约束且含水量保持相对稳定时，路基基本上不会产生影响列车正常运营的膨胀变形[7-8]。

2.4.2 思考与建议

(1)针对膨胀土失水坚固、粘滞，遇水易发生剪切变形破坏和上拱、沉降、蠕滑变形等特点，路基建造过程中应强化地基处理、地质核对和防排水工作，确保处理完成后的膨胀土地基含水量稳定在不发生膨胀上拱、沉降变形的含水量范围内，这是保持膨胀土路基生命力稳定的重难点。

(2)路堤路堑过渡带应综合考虑路基填筑高度、气候影响带深度、地下水、地表径流等对地基膨胀变形的影响，若路基填筑高度小于膨胀土变形临界高度或换填深度小于气候影响带深度、防排水不当或未设置横向约束，则容易导致膨胀土地基吸水增湿后出现影响列车正常运营的不均匀上拱变形、水平位移，甚至剪切变形或失稳。合理选定路基临界填筑高度、换填深度和相应的防排水措施是膨胀土路基建造过程中需重点关注的内容。

(3)路堤坡脚增设反压护道或坡脚墙有利于消除坡脚处膨胀变形引发的路基水平向变形问题，消除坡脚膨胀土地基反复收缩、膨胀引起的剪切应力影响。

2.5 膨胀岩地基

膨胀岩地基按路基类型可分为路堑类和路堤类两种，路堤路堑过渡段介于两者之间。

(1)路堑类

路堑基底膨胀岩开挖后应力释放，岩石节理张开，在降雨汇水和施工改变的地下水径流的影响下，膨胀岩吸水膨胀变形，导致路基上拱变形。

(2)路堤类

路基建造完成后，周围降雨径流汇集于路堤两侧，造成原本处于干旱状态下的路基基底膨胀岩两侧地下水汇集、水位上升，膨胀岩地基吸水后产生膨胀变形，上覆路基荷载小于膨胀岩产生的膨胀力时，路基上拱变形。

2.5.1 膨胀岩问题特征

(1)膨胀性矿物含量高、膨胀力较大。

(2)膨胀岩引起的上拱变形具有隐蔽性、滞后性等特点。

从现场上拱变形的特征看，膨胀岩分布往往具有隐蔽性，通常呈鸡窝状、条带状或其它形状分布。多数因分布范围较小，在勘测期间容易被忽视，而在路基建造或运营期间因水环境的改变，呈现出不均匀性、突发性的上拱变形。

2.5.2 思考与建议

膨胀岩地基造成的上拱变形问题在建造过程中应予以高度重视，并应用动态管理的理念进行建设管理。

(1)在勘探设计阶段，应在区域性地质调查的基础上，详细查明膨胀岩的分布情况。

(2)在建造过程中，应加强现场地质核查、核对，路堑地段应充分利用开挖断面的地质核查和沉降变形观测数据分析本区段膨胀岩土的分布情况，应用动态设计、施工理念，优化、完善设计和施工方案，并加强变形观测管理。路堤与路堑过渡段是最容易受水环境影响的区段，是路基建造过程中关注的重点，其地基处理和防排水，尤其是渗水盲沟的排水是工程关键。

(3)在运营阶段，应针对出现上拱变形区段路基的现场情况，开展地质核查、核对工作，必要时开展现场原位浸水试验和分层变形观测，结合路基上拱变形观测曲线、分层变形观测曲线，确定发生路基上拱变形的层位、原因，制定合理的处理方案。

“冰冻三尺非一日之寒”，针对无砟轨道路基对上拱变形敏感性的要求，各相关单位还应加强科研合作，依据当前膨胀岩地区的铁路建设实践，继续深入探讨其膨胀变形机理和特征，预估、评判膨胀岩地基处理、不处理时的上拱变形量及其对轨道工程的影响，提出合理的对策，在路基建造过程中消除其影响。

2.6 非饱和土地基

非饱和土地基产生的问题主要是受地基吸水增湿效应影响，产生的二次沉降或过量沉降问题，此类问题有的发生于建造过程中，有的发生于运营过程中；有的发生于一般粘性土、粉质黏土地层中，有的发生于湿陷性黄土、膨胀土地层或易风化的页岩、炭质泥岩中，是当前铁路建设重点关注的问题。

2.6.1 原因分析

在勘察设计初期的自然环境中，非饱和土地基承载力、变形模量均高于设计要求，设计时可不处理或作一般常规处理。路基建造完成后，伴随着路基周围地形地貌条件和地表、地下径流的改变，原本满足设计要求的地基因受地下水位升高或浸水增湿效应的影响，土体结构弱化，土体变形模量降低，在上覆路基荷载的作用下，地基土产生压缩变形，导致路基产生过量的二次沉降。如某粉质黏土地基，自然状态下的压缩变形模量为6.1 MPa，地基浸湿饱和后，其压缩变形模量衰减为2.1 MPa，这就易导致浸湿饱和后的地基在同等路基荷载作用下产生近3倍于自然状态下的压缩变形。

2.6.2 思考与建议

(1)对干旱、半干旱地区非饱和土地基的路基二次沉降问题应高度重视。设计阶段应根据勘探场地的地质工况，评估地基吸水增湿引发的二次压缩变形问题，并决策是否采取地基处理措施。施工阶段应加强地质核查、核对工作，对处于干旱、半干旱状态的粉质粘土、黏土、湿陷性黄土以及开挖暴露后易风化的炭质泥岩、泥岩、页岩等地层，根据路基建造完成后地形地貌条件的改变，评估可能的地下水增量对地基浸湿变形的影响，决策是否采取相关的技术措施。

(2)针对非饱和土层厚度较小、路基施工过程中易产生压缩变形且压缩变形在建造过程中基本可完成的地基，可对地基采用“预增湿法”处理，处理后的地基在路基建造和预压过程中，压缩变形加速完成，可消除二次压缩变形现象。目前，浅层地基土是否进行增湿处理的含水量界限尚没有定值，需根据不同的地层特征和增湿后的变形特征进行分析。无增湿处理标准时，以地基土液性指数0.25对应的含水量为界判识是否进行增湿处理。

2.7 斜坡地基

山区、丘陵地区修建铁路常遇到斜坡软土、松软土、膨胀土、炭质泥岩等地基问题，其特征主要表现为地基受水环境变化影响的区段，不同程度地出现水平位移和局部纵横向不均匀沉降。理论上而言，路基产生横向位移时，必然会导致路基竖向沉降的产生；斜坡向路基产生竖向沉降变形时，也必然导致路基横向位移的产生，两者互为因果。

横向位移产生的原因一是斜坡向路基填筑后，沿坡面或斜坡软弱面产生的水平荷载和竖向荷载下坡端高于上坡端，路基横断面在竖向荷载和水平向荷载作用下产生横向不均匀性沉降变形，甚至水平位移。二是受建造后水环境变化、雨季浸水增湿后应力水平下降等因素的影响，斜坡下方路基坡脚处的压应力和剪切应力均高于上游侧，造成下游侧路基基底产生高于上坡面基底的压缩变形和剪切变形，并诱发水平变形[9]。

2.7.1 斜坡向路基的变形特点

(1) 随着斜坡地基坡比的增大，路基横向不均匀沉降量增大，总沉降量增大，但最大变形不在路基中线处，一般位于下游侧路肩线附近。

(2)下游侧路基坡脚处的剪应力、位移随地基坡比的增大而增大，且向深处传递，其较大值通常发生在路基坡脚下0～8 m范围，而水平向地基的较大值一般发生在路基坡脚下5～8 m范围[10]。

(3) 增加坡脚抗力可有效约束路基的横向位移；对下游侧路基追加密实，可增加路基填筑体的凝聚力，减少建造期间的路基横向不均匀沉降[11]。

(4)干旱、半干旱地区地基浸水增湿引发的二次沉降变形问题，易造成路基的横向不均匀沉降变形。

2.7.2 思考与建议

(1)在勘察设计初期，应在斜坡路基边坡上、下游侧增设勘探孔，查明地基土层的分布和岩层走向，计算分析路基填筑完成后可能产生的纵横向沉降差异，并充分考虑地基浸水增湿的变形影响，加强地基处理和防排水设计。

(2)对于斜坡软土、炭质泥岩、膨胀土地基，还应根据路基横向稳定性和变形的需要，增设抗滑支挡等措施，防止路基出现横向位移，保障路基的安全稳定性。

(3)在建造过程中，应加强地质核查、核对工作，严格下游侧地基不均匀压缩层的控制施工，对下游侧的路基填筑可采用追加密实等措施，消除路基横向水平位移和沉降问题。

(4)加强路基上游侧的防排水建造管理，对可能穿越路基基底或在路基下游侧易淤堵的防排水设施，应严格管控，确保建造质量。

2.8 冻胀土地基

路基冻胀变形对行车的影响主要体现在：(1)冬季冻胀时，路基产生不均匀隆起变形，影响轨道的平顺性，严重的会影响行车安全性。(2)春季冻融时，轨道板回落，在列车动荷载作用下，局部地段产生泵吸现象，引起翻浆冒泥。(3)反复的冻胀、冻融造成路基与轨道板间产生离缝，影响轨道板的安全使用寿命。

2.8.1 路堑地段的冻胀特点

无砟轨道路堑地段的冻胀主要发生于大气冻胀影响深度范围或冻胀环境影响范围内，其冻胀变形特点如下：

(1) 基岩较好，直接在其上施作底座板，受地下水的影响，局部冻胀发育，存在III级超限点。

(2) 换填深度小于当地设计最大冻结深度的地段，局部冻胀发育。

(3) 换填深度大于当地设计最大冻结深度的地段，冻胀变化相对缓和，一般不出现III级以上超限点。

(4)地基的不均匀冻胀变形主要发生于路堑地段和路堑与路堤的过渡段处。

(5)基底位于冻结线下的涵洞本身几乎不发生冻胀，反之则易产生局部冻胀变形。

总起来看，深换填地段的冻胀峰值和Ⅲ、Ⅳ级超限点小于浅换填地段，线路平顺性优于浅换填地段。

2.8.2 冻胀变形的产生原因

从冻胀变形产生的机理分析，水是造成路基冻胀变形产生的内因，环境温度的降低是产生冻胀变形的外因。(1) 路基的冻胀变形源于地基中含有引发路基冻胀变形的多余水分，水结冰后体积增大9%，路基发生冻胀变形。(2)冻胀期间受水分迁移的影响，局部出现冻胀集中现象，导致冻胀变形量增大，影响轨道正常运营。 (3)路堑建造完成后，换填层以下地基积水会造成地下水位上升，促使路基冻胀变形的产生。在换填层底部增设碎石垫层有利于切断毛细水的上升作用，增设隔水土工布有利于隔断地下水及毛细水的上升作用。

2.8.3 思考与建议

消除路基冻胀变形的主要措施是保持地基适宜的含水量，从严寒地区路堑、路堑与路堤过渡段地段采用的换填处理、增设渗水盲沟排水等方案取得的效果来看，换填处理至路基冻胀深度以下，将渗水盲沟置于冻胀影响深度以下，采用保温出口排除渗水盲沟汇水，设置保温隔离垫层等可有效消除路基冻胀变形的影响。

(1)路基冻胀设计、施工应充分考虑路基施工完成后水环境变化的影响，尤其是深挖路堑施工完成后渗水径流改变对地基的影响。渗水盲沟汇水、排水液面应位于当地气候冻结深度以下，且和保温出口紧密相连。

(2)检查井设置应避开路堤与路堑过渡段，严禁在过渡段设置横穿路基连接两侧渗水盲沟的排水通道。

(3)保温材料选择应充分考虑其使用寿命和可更换性。

(4)运营过程中应加强对渗水盲沟排水的检查，及时排除盲沟内积水、雍水，保持排水畅通。

2.9 车站地基

2.9.1 车站、区间路基的结构差异性

车站路基一般由正线、到发线、站台区路基组成，正线路基与区间路基结构相同，到发线路基采用相应站场路基设计标准。站场路基与区间路基在路基结构、地基处理、受力等方面存在差异，以时速350 km两台四线站场路基为例：

①区间路基路基面宽度13.6 m，站场路基(包括正线、到发线、站台等)路基宽度一般为40.5 m，约为正线路基的3倍。

②区间路基附属建筑物主要有电缆沟槽、接触网支柱、声屏障等；车站路基除上述外，还有站台、站台墙、站台封装层、雨棚柱、人行天桥等，其中站台路基填筑高度较正线路基高出1.25 m。

2.9.2 附加应力的分布差异性

区间路基与站场路基的结构差异导致路基基底附加应力、地基土中附加应力作用深度、压缩层深度不同，自区间进入道岔区、站场路基区段，地基附加应力、压缩层深度、总沉降变形量等呈现如下特征：

(1)天然地基条件下，路基不同断面地基中的附加应力、压缩层深度和沉降变形量随路基顶面填筑宽度的增加而增加，站场路基中心处最大。

(2)采用预制桩或CFG桩处理的地基，自区间路基进入站场路基后，其桩端附加应力分布、压缩层厚度及沉降压缩曲线等均随路基顶面宽度的增大呈而增大，并沿站场中线相对均匀分布，站场中线处的路基沉降变形量相对区间路基明显增大。

综上，同样填土高度的站场路基，无论地基处理与否，作用于路基中心处的地基附加应力影响深度均高于区间路基。对于宽度更大的特大站场路基，考虑站台区荷载、人行天桥、雨棚等的影响，其作用于路基中心处的地基附加应力影响深度更大，因此，站场路基沉降变形计算分析和处理深度明显不同于区间路基。

2.9.3 思考与建议

(1)对于以软土、软土与松软土互层为主的站场路基，设计时应充分考虑路基附加应力影响深度与区间路基的不同，建造过程中应充分考虑不同路基结构等造成的路基横断面沉降量的不同。

(2)旅客通道、人行天桥、雨棚柱、站台等区段的路基受力不同，产生的纵横向沉降变形也不同，需引起注意。

(3)站场路基区段应充分考虑市政工程建造对路基工程的影响，临近线路的深基坑开挖、抽降水等对站场路基基底压应力分布的影响较其对区间路基的影响更高，导致的变形更剧烈。对于湿陷性黄土地基、软土地基、炭质泥岩地基、斜坡地基等，应充分考虑站场路基建造和使用过程中周围受力环境及水环境对路基沉降变形的影响。

(4)道岔区对路基不均匀沉降变形具有敏感性，路基建造过程中应加强此区段的地基处理和路基结构设计，并加强沉降变形观测。

3 结束语

(1)在软土、松软土与软土互层、斜坡软土、炭质泥岩、湿陷性黄土等地基上建造路基，如何提高其沉降变形稳定性是当前和今后重点考虑的问题。

①利用CFG桩、管桩等处理软土、松软土与软土互层地基相当于加固了路基结构，当路基填筑高度较高、桩径较小、桩间距较大、处理深度不足时，容易出现“头重脚轻根底浅”的问题，这是当前路基建设需要重点关注和解决的问题。

②水泥搅拌桩类处理地基相当于部分重塑了地基结构，重塑的路基结构强化了地基土的筋脉、血脉.改进后的多向水泥搅拌桩密切了该关系，是当前路基处理中值得推广应用的新技术。

③斜坡软土、松软土、炭质泥岩、湿陷性黄土、膨胀土等地基处理依然是今后山区、丘陵地区高速铁路建设中的重点关注问题。

(2)如何在建造过程中通过设计、施工预判解决地基土的二次沉降问题，需要发挥建造者们的集体智慧，浸湿后软化的泥岩、页岩等风化岩地基的二次沉降变形问题同样需要重点关注。

(3)膨胀土、冻胀土均有含水量增大后导致路基上拱、下沉变形或发生水平位移的特点，但两者的触发条件不一样，前者源于自身特性，后者源于外界环境。两者发生变化的条件都与气候影响带深度、含水量大小及分布有关，其主要危害在路堑和路堑与路堤过渡段范围。如何确保处理后的地基处于合理的气候影响带内并保持合理的含水量范围是今后需重点关注的问题。

(4)鉴于膨胀岩地基分布具有条带状、鸡窝状、受大气环境影响敏感、膨胀变形滞后等特点，勘察设计、施工建造过程中应严格地质核对、核查工作，采用动态设计的理念，及时优化、完善设计和施工方案，并加强建造过程中的防排水工作，合理消除膨胀岩地基对路基上拱变形的影响。

(5) “以工艺保质量、以机械保工艺”之路任重道远，需要在路基建造工程中，继续改革，不断创新，促进新工艺、新工法的发展和应用。