大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术及工程应用研究

大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术及工程应用研究一、引言1.1研究背景与意义大西铁路客运专线作为我国“八纵八横”高速铁路网中呼南通道、京昆通道的重要组成部分，于2009年3月开始建设，2014年7月1日，太原南至西安北段正式运营，2018年9月28日，线路北延至原平西，2019年12月30日，随着大同南站投入使用，经大西高铁、韩原铁路，大同至西安开通直达动车组，实现“千里秦晋一日往返”。该专线纵贯山西人口密集、经济活跃的20多个市县，沿途县县设站，极大地方便了沿线各地人民出行，加速了区域间人流、物流、信息流、资金流的流转，与石太客专、郑太高铁、张大高铁、西成高铁等连为一体，构建起山西北连内蒙古，东接北京，南通陕西、河南的1、2、3小时高铁出行圈。大西铁路客运专线在建设过程中，不可避免地要穿越湿陷性黄土区域。湿陷性黄土是一种特殊的土壤类型，在干燥状态下具有较高的强度和稳定性，但在受到水浸湿后，其结构会迅速破坏，产生显著的沉降和变形。在大西铁路客运专线所经的黄土地区，一般气候干燥、降雨量少，蒸发量大，属于干旱、半干旱气候类型，年平均降水量在250mm-500mm之间。黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土；若在自重应力作用下不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。由于湿陷性黄土的这种特性，在湿陷性黄土地区，地基的不均匀沉降是导致工程事故的主要原因。对于大西铁路客运专线这样的大型基础设施建设，确保地基的强度、稳定性及控制不均匀沉降至关重要。如果采用常规的压实方法对湿陷性黄土地基进行处理，往往达不到令人满意的效果。因为湿陷性黄土结构性强，遇水发生湿陷并且强度迅速软化。近年来，高速铁路客运专线在通过黄土地区时采用了冲击压实、强夯、挤密等技术，取得了较好的技术经济效果，但对于各种方法的压实机理以及施工工艺等方面的研究还不完善。大西铁路客运专线祁县东站位于晋中市祁县境内，路基施工里程为DK351+387-DK354+142.69，全长约2.7公里，线路以填方通过冲洪积平原，地基上层为新黄土，孔隙度较高，在33%-46%之间，有显著的垂直节理，无层理，在干燥时较坚硬，一被流水浸湿，通常容易剥落和遭受侵蚀，甚至发生坍陷。通过试验确定，该区域部分地段在地表下一定范围内存在湿陷性，黄土的湿陷系数在0.016-0.026之间。因此，针对大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术展开研究十分必要。本研究具有重要的理论和实际意义。在理论方面，通过对大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术的研究，深入分析各种处理方法的压实机理、施工工艺以及处理效果，进一步完善湿陷性黄土地基处理的理论体系，为后续相关研究提供理论参考。在实际应用方面，通过对大西铁路客运专线祁县东站等试验段的研究，为该专线湿陷性黄土地基处理提供科学合理的施工方案和技术参数，确保大西铁路客运专线的安全稳定运行，同时，其采用的方法和提供的施工技术参数对我国其他类似湿陷性黄土地区的铁路工程建设具有借鉴意义，能够推动相关地区基础设施建设的发展，促进区域经济的繁荣。1.2国内外研究现状在国外，针对湿陷性黄土地基处理技术的研究开展较早。美国、日本、俄罗斯等国家在湿陷性黄土地区的工程建设中积累了丰富的经验。美国在公路、桥梁等基础设施建设中，针对湿陷性黄土地基，常采用强夯法、灰土挤密桩法等进行处理，并对这些方法的加固机理、施工工艺以及长期性能等方面进行了深入研究，建立了较为完善的理论体系和设计方法。例如，在强夯法处理湿陷性黄土地基时，通过大量的现场试验和理论分析，明确了夯击能、夯击次数、夯点间距等参数对地基加固效果的影响，提出了相应的设计计算方法。日本则在湿陷性黄土地基处理中，注重创新技术的应用，如研发了基于土工合成材料的加固技术，利用土工格栅、土工格室等材料提高地基的稳定性和承载能力，并对这些材料在湿陷性黄土中的长期性能和作用机理进行了研究。俄罗斯在寒区湿陷性黄土地基处理方面有独特的研究成果，考虑到寒冷地区的特殊气候条件，对地基处理方法进行了改进和优化，提出了适应寒区特点的处理技术。国内对湿陷性黄土地基处理技术的研究也取得了丰硕的成果。随着我国基础设施建设的大规模开展，尤其是在黄土地区的铁路、公路、建筑等工程建设中，湿陷性黄土地基处理技术得到了广泛应用和深入研究。在理论研究方面，我国学者对湿陷性黄土的湿陷机理进行了深入探讨，从微观结构、物理化学性质等方面分析了黄土湿陷的原因，为地基处理技术的发展提供了理论基础。在处理方法研究上，我国已形成了多种成熟的处理技术，如强夯法、挤密桩法、预浸水法、垫层法等。在强夯法研究中，我国学者通过现场试验和数值模拟，进一步完善了强夯加固湿陷性黄土地基的设计理论和施工工艺，提出了针对不同湿陷性黄土特性的强夯参数优化方法。在挤密桩法研究方面，对水泥土挤密桩、灰土挤密桩等的加固机理、桩土相互作用等进行了深入分析，提出了合理的桩型选择和设计方法。然而，现有研究仍存在一些不足。在各种处理方法的压实机理研究方面，虽然取得了一定进展，但对于一些复杂的地基条件和处理方法，其压实机理尚未完全明确。如柱锤冲扩桩在处理深厚湿陷性黄土地基时，桩体与周围土体的相互作用机理以及加固效果的长期稳定性等方面的研究还不够深入。在施工工艺方面，部分处理方法的施工工艺还不够成熟，施工过程中的质量控制和检测技术有待进一步完善。例如，在水泥土挤密桩施工中，如何确保桩体的均匀性和强度，以及如何准确检测桩体的质量等问题，还需要进一步研究。不同处理方法的综合应用研究相对较少，在实际工程中，单一的处理方法往往难以满足复杂的地基处理要求，需要结合多种方法进行综合处理，但目前对于不同处理方法的组合方式、协同作用机理以及适用条件等方面的研究还不够系统。1.3研究内容与方法本文研究内容围绕大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术展开，涵盖多个关键方面。首先对大西铁路客运专线祁县东站的湿陷性黄土地基工程特性进行全面分析，通过现场勘查与土工试验，明确黄土的孔隙度、垂直节理、粘粒含量、干容重、含水率、孔隙比、液限、压缩系数及压缩模量等物理力学性质指标，并依据试验结果对该区域黄土地基的湿陷性进行准确评价，确定湿陷系数、湿陷起始压力、湿陷类型及湿陷等级等关键参数。其次，对多种湿陷性黄土地基处理方法进行深入研究，包括垫层法、强夯法、挤密法和预浸水法等。从理论层面分析每种方法的加固机理、适用条件，结合大西铁路客运专线祁县东站的实际工程特点，如场地条件、周边环境、工期要求、工程造价等因素，对比不同处理方法的优缺点，最终确定适用于该工程的处理方法。然后，针对选定的处理方法开展现场试验研究。在祁县东站路基湿陷性黄土地基处理中，采用CFG桩+水泥土挤密桩、CFG桩+柱锤冲扩桩的方案进行试验。详细记录水泥土挤密桩和柱锤冲扩桩的桩径、桩间距、桩长、成孔方式、填料种类及配合比、夯击次数等施工参数，以及CFG桩的施工工艺和参数。在施工过程中，对地基处理效果进行实时监测，运用平板载荷试验、动力触探试验、标准贯入试验等原位测试方法，测定处理后地基的承载力、变形模量、密实度等力学指标，并通过沉降观测，掌握地基在施工及运营过程中的沉降变形情况。最后，对现场试验数据进行详细分析，评估不同处理方法的处理效果，验证处理方法的可行性和有效性。依据试验结果，对施工参数进行优化调整，为大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理提供科学合理的施工方案和技术参数。在研究方法上，本文采用了多种研究方法相结合的方式。通过文献研究法，广泛收集国内外关于湿陷性黄土地基处理技术的相关文献资料，包括学术论文、研究报告、工程案例、规范标准等，全面了解该领域的研究现状、发展趋势以及已有的研究成果和实践经验，为本文的研究提供理论基础和参考依据。案例分析法也是本文采用的重要方法之一。以大西铁路客运专线祁县东站为具体研究案例，深入分析该工程的地质条件、工程要求以及实际采用的地基处理方法和施工过程。通过对该案例的详细研究，总结出适用于大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理的技术方案和经验，同时也为其他类似工程提供实际案例参考。现场试验法是本文研究的关键方法。在祁县东站路基湿陷性黄土地基处理现场设置试验段，按照预定的试验方案进行地基处理施工，并在施工过程中及施工完成后，运用各种测试手段对地基处理效果进行全面监测和检测。通过现场试验，获取第一手数据资料，直观地了解不同处理方法的实际处理效果和施工过程中存在的问题，为后续的分析和研究提供真实可靠的数据支持。二、大西铁路客运专线及湿陷性黄土地基概述2.1大西铁路客运专线简介大西铁路客运专线作为国家《中长期铁路网规划》的重要组成部分，是连接山西省大同市与陕西省西安市的高速铁路。线路全长859公里，设计时速250km/h，是我国“八纵八横”高速铁路网中呼南通道、京昆通道的重要路段。其纵贯山西全省，连通大同、朔州、忻州、太原、晋中、临汾、运城等地市，在山西永济市跨黄河进入陕西省渭南市，经临潼至西安，基本呈南-北走向。大西铁路客运专线的建设意义深远。在交通方面，它实现了大同至西安铁路通道客货分线运输，极大地提升了通道的运输能力和质量，大幅缩短了两地之间的时空距离，使大同至西安旅客列车运行时间由原来的16个多小时压缩至3个多小时，显著提高了出行效率，方便了沿线居民的出行，加强了区域间的交通联系。在经济层面，该专线贯穿山西、陕西两省九市，连接了沿线众多经济活跃、人口密集的区域，促进了区域间人流、物流、信息流、资金流的快速流转，带动了沿线地区的经济发展，对推动西部大开发和实施中部崛起战略具有重要意义。它为区域经济的协同发展搭建了重要的交通平台，有利于整合区域资源，促进产业协同，推动区域经济一体化进程。从旅游发展角度来看，大西铁路客运专线沿线旅游资源丰富，连接了云冈石窟、平遥古城、五台山、兵马俑等众多著名旅游景点。该专线的开通为旅游业的发展带来了新机遇，极大地促进了沿线旅游资源的开发和利用，吸引了更多游客前来观光旅游，带动了旅游相关产业的繁荣，成为了一条名副其实的“旅游黄金通道”。大西铁路客运专线的工程规模浩大，建设过程面临诸多挑战。全线桥梁隧道占比高达77%，穿越了黄土高原等复杂地形地貌区域，地质条件复杂，施工难度极大。在湿陷性黄土地区，由于黄土遇水浸湿后结构迅速破坏、发生显著下沉的特性，给地基处理带来了极大困难。此外，工程建设还需要考虑环境保护、文物保护等多方面因素，确保工程建设与生态环境、历史文化的协调发展。大西铁路客运专线在我国铁路网中占据着重要地位，它不仅是连接华北与西北的重要交通纽带，更是推动区域经济发展、促进文化交流的重要引擎，对于完善我国铁路网布局、提升铁路运输能力、促进区域协调发展具有不可替代的作用。2.2湿陷性黄土地基的特性2.2.1物理力学性质湿陷性黄土的物理性质主要由其颗粒组成决定。我国湿陷性黄土的颗粒主要为粉土颗粒，占总重量约50%-70%，其中0.05-0.01mm的粗粉土颗粒居多，占总重约40%-60%，小于0.005mm的粘土颗粒较少，占总重约14%-28%，大于0.1mm的细砂颗粒占总重在5%以内，基本上无大于0.25mm的中砂颗粒。从地域分布来看，湿陷性黄土的颗粒从西北向东南有逐渐变细的规律。湿陷性黄土的孔隙比一般在0.8-1.2之间，具有大孔隙结构。这种大孔隙结构使得黄土在干燥状态下能够承受一定的荷载，但在遇水浸湿后，孔隙结构被破坏，导致土体强度降低和变形增加。例如，在大西铁路客运专线祁县东站的湿陷性黄土地基中，孔隙比在0.85-0.92之间，显示出该区域黄土的孔隙特征。含水量也是湿陷性黄土的重要物理指标之一。湿陷性黄土的天然含水量一般较低，在3.3%-25.3%之间变化，大多数情况下处于塑限含水量左右或更低。在大西铁路客运专线所经区域，由于气候干燥，降雨量少，蒸发量大，黄土的天然含水量相对较低，这进一步加剧了其湿陷性的潜在风险。如祁县东站DK351+650处具有湿陷性的地基土含水率在6%-8.3%之间，DK352+650处具有湿陷性的地基土的含水率为17.6%。干密度是衡量黄土密实程度的重要指标，与土的湿陷性有明显关系。一般干密度小，湿陷性强；反之，则弱。湿陷性黄土干密度的变化范围一般在11.4-16.9KN/m³。在大西铁路客运专线祁县东站，湿陷性黄土地基的干容重变化范围在13.7-16.5KN/m³之间。在力学性质方面，湿陷性黄土的压缩性较高。其压缩系数一般在0.1-0.5MPa⁻¹之间，属于中等-高压缩性土。祁县东站湿陷性黄土地基的压缩系数介于0.13-0.37MPa⁻¹之间，压缩模量4.4-12.4MPa，属于中等压缩土。当黄土遇水浸湿后，其压缩性会显著增加，导致地基产生较大的沉降变形。湿陷性黄土的抗剪强度主要由内摩擦力和粘聚力组成。在干燥状态下，由于颗粒间的胶结作用，湿陷性黄土具有一定的抗剪强度，但遇水浸湿后，颗粒间的胶结力减弱，抗剪强度迅速降低。内摩擦角一般在20°-30°之间，粘聚力在10-30kPa之间。在大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理中，需要充分考虑黄土抗剪强度在不同状态下的变化，以确保地基的稳定性。2.2.2湿陷特性湿陷性黄土的湿陷机理较为复杂，主要与黄土的物质成分和结构体系密切相关。黄土以粉粒和亲水弱的矿物为主，具有大孔结构，天然含水量小，在干燥时，土粒间通过粘粒的强结合水连结和盐分的胶结连结形成相对稳定的结构，能够承担一定荷重且变形不大。然而，当黄土受水浸湿后，部分水溶性物质溶解，黄土孔隙因水浸润而消失，土粒间的连结显著减弱，原有的支撑结构失去稳定性，从而引发土体体积缩小和沉陷，这就是湿陷现象产生的主要原因。湿陷系数是衡量黄土湿陷性的重要指标，用δs表示，其定义为单位厚度土层由于浸水在规定压力下产生的湿陷量，计算公式为δs=(hp-hp′)/h0，其中h0为土样的原始高度，hp为土样在无侧向膨胀条件下，在规定实验压力P作用下压缩稳定后的高度，hp′为对在压力作用下的土样进行浸水到达湿陷稳定后的土样高度。当δs≥0.015时，应定为湿陷性黄土；δs＜0.015时，为非湿陷性黄土。在大西铁路客运专线祁县东站的湿陷性黄土地基试验中，黄土的湿陷系数在0.016-0.026之间，表明该区域黄土具有湿陷性。湿陷起始压力是指使黄土产生湿陷的最小压力，用Ps表示。不同地区、不同成因的黄土，其湿陷起始压力不同。当作用在黄土上的压力小于湿陷起始压力时，即使黄土受水浸湿，也不会发生湿陷；当压力大于湿陷起始压力时，黄土遇水浸湿后就会发生湿陷。在大西铁路客运专线祁县东站DK351+650处地表下2米位置湿陷起始压力为25.8Kpa，地表下3米位置湿陷起始压力为122.3Kpa；DK352+300处地表下1米位置湿陷起始压力为46.8Kpa。根据湿陷量的大小和产生湿陷的条件，湿陷性黄土可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。自重湿陷性黄土是指在自重应力作用下，受水浸湿后发生湿陷的黄土；非自重湿陷性黄土是指在自重应力作用下受水浸湿不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的黄土。判断湿陷性黄土场地的湿陷类型，对于地基处理方案的选择至关重要。湿陷等级是根据计算湿陷量和自重湿陷量的大小来划分的，一般分为轻微（Ⅰ级）、中等（Ⅱ级）、严重（Ⅲ级）和很严重（Ⅳ级）四个等级。计算湿陷量是指由室内试验或现场载荷试验得到的湿陷系数，乘以相应土层厚度并求和得到的数值；自重湿陷量是指由室内试验或现场试坑浸水试验得到的自重湿陷系数，乘以相应土层厚度并求和得到的数值。在大西铁路客运专线沿线，湿陷程度从轻微到很严重在整个专线路段均有分布，涵盖了我国湿陷性黄土的全部类型，不同湿陷等级的黄土对地基处理的要求和方法也各不相同。2.3大西铁路客运专线湿陷性黄土地基特点大西铁路客运专线穿越黄土高原，线路全长859公里，黄土分布于山麓洪积台丘、洪积扇、山间盆地、台地、山间宽谷等处，一般厚度30-50m。沿线湿陷性黄土地基分布广泛，从山西大同至陕西西安，多个路段均有分布，几乎贯穿了整个线路所经区域。在山西境内，如大同、朔州、忻州、太原、晋中、临汾、运城等地，以及陕西渭南至西安段，都存在不同程度的湿陷性黄土地基。该专线湿陷性黄土地基的厚度变化较大。在一些区域，湿陷性黄土层较薄，如在晋中部分地段，湿陷性黄土层厚度在5-10m之间；而在另一些区域，如临汾、运城等地的部分路段，湿陷性黄土层厚度可达20-30m。这种厚度的差异对地基处理的方法和深度要求各不相同，增加了地基处理的复杂性。大西铁路客运专线湿陷性黄土地基的湿陷程度涵盖了我国湿陷性黄土的全部类型，从轻微（Ⅰ级）到很严重（Ⅳ级）在整个专线路段均有分布。在忻州部分地区，湿陷性等级为轻微（Ⅰ级），计算湿陷量较小，对地基稳定性影响相对较小；而在陕西渭南的某些区域，湿陷性等级达到很严重（Ⅳ级），计算湿陷量和自重湿陷量都很大，对地基的稳定性和铁路工程的安全性构成严重威胁。不同湿陷程度的黄土地基，其处理难度和处理方法也有很大差异。对于轻微湿陷性黄土地基，可以采用相对简单的处理方法，如垫层法等；而对于严重湿陷性黄土地基，则需要采用更为复杂和有效的处理方法，如强夯法、挤密桩法等，甚至需要多种方法联合使用。大西铁路客运专线湿陷性黄土地基的这些特点，给铁路建设带来了诸多挑战。地基的不均匀沉降是最为突出的问题，由于湿陷性黄土在遇水浸湿后会发生显著的沉降和变形，且不同地段的湿陷程度和厚度不同，容易导致地基产生不均匀沉降。这种不均匀沉降会使铁路轨道出现高低不平、扭曲等现象，影响列车的运行平稳性和安全性，增加轨道的维护成本，缩短轨道的使用寿命。此外，湿陷性黄土地基的强度在遇水后会迅速降低，难以满足铁路工程对地基承载力的要求，可能导致路基失稳、桥梁基础下沉等工程事故，严重影响铁路的正常运营。因此，针对大西铁路客运专线湿陷性黄土地基的特点，选择合适的地基处理技术至关重要。三、湿陷性黄土地基处理技术分析3.1常见处理技术原理及适用范围3.1.1垫层法垫层法是一种浅层处理湿陷性黄土地基的传统方法，在湿陷性黄土地区应用广泛。其原理是将基底以下湿陷性土层部分或全部挖除，然后以灰土或素土分层回填夯实，形成一定厚度的垫层。垫层材料一般选用压缩性低、强度高的素土、灰土、石灰粉煤灰等或其他稳定性高、无侵蚀性的材料。灰土垫层是较为常用的类型，它由石灰和土按照一定比例（如2:8或3:7）混合而成。石灰中的钙离子与土颗粒表面的阳离子发生离子交换，形成新的化学键，从而增强土颗粒之间的连接力，提高土体的强度和稳定性。素土垫层则是利用当地的黏性土，经过筛选和处理后，分层回填夯实。在大西铁路客运专线祁县东站的部分地段，当湿陷性黄土层较薄且湿陷程度较轻时，可采用垫层法进行处理。通过挖除一定深度的湿陷性黄土，回填灰土或素土并夯实，形成坚实的垫层，以承担上部结构传来的荷载。垫层法适用于地下水位以上，对湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的湿陷性黄土层厚度一般在1-3m。当建筑物地基需提高承载能力，或消除部分湿陷性时，常采用此方法。它能有效消除垫层范围内土的湿陷性，减轻或避免地基因附加应力产生的湿陷。若将地基持力层内附加应力与土自重应力之和大于湿陷起始压力的部分挖除，采用垫层处理，可以使地基的非自重湿陷得到消除。垫层法施工简易，材料来源广泛，造价相对较低，但其处理深度有限，对于深层湿陷性黄土地基的处理效果不佳。3.1.2强夯法强夯法是利用大吨位的起重器，将重锤（一般8-30t，最重可达200t）提升至高空（落距8-20m，最高可达40m），然后释放重锤使其自由下落，形成巨大的冲击能量（一般能量为1000-8000kN・m），对地基一定深度内土体进行密实、加固，从而提高地基承载力，降低其压缩性的地基处理方法。强夯法的加固原理主要包括以下几个方面：一是动力密实作用，使土体中的孔隙体积减小，土体变得密实，强度大大提高；二是动力固结作用，巨大夯击能产生的应力波，破坏土体原有结构，使土体局部发生液化并产生很多裂隙，增加了排水通道，孔隙水排出后，土体固结；三是置换作用，利用强夯的冲击力，强行将砂、碎石、石块等挤填到饱和软土层中，置换原饱和软土，形成桩柱或密实砂、石层，该密实砂石层还可作为下卧软弱土的良好排水通道，加速下卧层土的排水固结，从而使地基承载力提高，沉降减小。在大西铁路客运专线的建设中，对于湿陷性黄土层厚度在3-12m，且地下水位以上、饱和度Sr≤60%的湿陷性黄土地基，强夯法是一种有效的处理方法。通过强夯，可使地基土的强度显著提高，压缩性明显降低，同时改善砂土抵抗振动液化的能力，消除湿陷性黄土的湿陷性。在某试验段，采用强夯法处理湿陷性黄土地基，夯锤重15t，落距15m，经过多遍夯击后，地基的承载力得到了大幅提升，满足了铁路工程对地基承载力的要求。强夯法施工简单、效率高、工期短，对湿陷性黄土湿陷性的消除效果明显，一般可达8-10m，但该方法振动和噪声较大，对周边环境可能产生一定影响，在施工时需要采取相应的防护措施。3.1.3挤密法挤密法是一种人工复合地基处理方法，主要利用沉管、爆破、冲击、夯扩等方法在湿陷性黄土地基中挤密成孔，然后用素土、灰土、高强度水泥土等材料分层回填夯实，以加固湿陷性黄土地基，提高其强度，减少其湿陷性和压缩性。以灰土挤密桩为例，其原理是利用冲击或振动沉桩设备，将带有桩尖的桩管打入原地基中，然后在拔管过程中通过桩管将灰土夯填入桩孔内，形成扩大桩体，同时对原地基土进行挤密。在成孔和夯实过程中，原处于桩孔部位的土全部挤入周围土层中，使距桩周一定距离内的天然土得到挤密，从而消除桩间土的湿陷性并提高承载力。灰土挤密桩与桩间土共同组成复合地基，以承受上部载荷。土挤密桩法的原理与之类似，只是桩体材料采用素土。挤密法适用于对地下水位以上，饱和度Sr≤65%的湿陷性黄土地基进行加固处理，可处理的湿陷性黄土厚度一般为5-15m。在大西铁路客运专线祁县东站，当湿陷性黄土层厚度在这个范围内时，可采用挤密法进行处理。挤密法具有原位处理、深层挤密、就地取材、节约资源等优点，施工速度快、效率高，能有效消除地基的湿陷性，提高地基的承载力和变形性能。然而，挤密法对土的含水量要求较高，一般要求略低于最优含水率，含水量过高或过低，挤密效果都难以达到设计要求，这在施工中较难控制，因为湿陷性黄土的吸水性极强且易达到饱和状态。对于含水量＜10%的地基土，特别是在整个处理深度范围内含水量普遍偏低的土质中，不易采用挤密法。3.1.4预浸水法预浸水法是利用黄土浸水后产生自重湿陷的特性，在施工前进行大面积浸水，使土体预先产生自重湿陷，以消除黄土土层的自重湿陷性的地基处理方法。该方法适用于处理土层厚度大于10m，自重湿陷量计算值不小于500mm的自重湿陷性黄土地基。在大西铁路客运专线沿线的一些自重湿陷性黄土区域，若符合上述条件，可考虑采用预浸水法。在实际操作中，需在场地周围修筑土埂或向下挖深一定深度（如50cm），并设置观测标点，以观测地面及深层土的湿陷变形。浸水初期水位不宜过高，待周围地表出现环形裂缝后再提高水位，湿陷性变形的观测应持续到沉陷基本稳定为止。预浸水法能有效消除地面下6m以下湿陷性黄土层的全部湿陷性，但经预浸法处理后，浅层黄土可能仍具外荷湿陷性，需结合其他浅层处理方法进一步处理。该方法用水量大、工期长，一般应比正式工程至少提前半年到一年进行，对于缺水少雨、水资源贫乏地区，以及土层下部存在隔水层导致预浸时间加大、工期延长的情况，都不适合采用预浸水法。3.1.5桩基础桩基础是使建筑物基础穿透湿陷性黄土层，传力于湿陷土层以下的持力土层上的一种地基处理方法。在大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理中，当湿陷性黄土层较厚，其他处理方法难以满足工程要求时，常采用桩基础。例如，CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）是一种常用的桩型，它由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高黏结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基。在祁县东站的地基处理中，若湿陷性黄土层厚度较大，采用CFG桩可以将上部荷载传递到深层稳定的土层，有效解决地基的承载和沉降问题。桩基础能有效避免建筑物因湿陷性黄土地基的湿陷变形而受到影响，确保建筑物的安全和正常使用。它适用于各种复杂的湿陷性黄土地质条件，尤其是湿陷性黄土层深厚、对地基承载力和变形要求较高的工程。桩基础的优点是承载能力高、稳定性好、沉降量小，但施工工艺相对复杂，成本较高，施工过程中需要严格控制质量，确保桩的垂直度、桩长、桩径等参数符合设计要求。3.2大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理难点大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理在技术、施工环境、工程要求等方面面临诸多难点。在技术层面，湿陷性黄土地基处理深度要求大是一大难点。大西铁路客运专线部分路段湿陷性黄土层厚度较大，如在临汾、运城等地的部分区域，湿陷性黄土层厚度可达20-30m。对于如此深厚的湿陷性黄土层，要达到有效处理深度，确保地基的稳定性和承载能力，对处理技术提出了很高要求。常规的处理方法如垫层法，其处理深度一般在1-3m，无法满足大西铁路客运专线部分路段的需求。而强夯法虽然处理深度相对较大，一般可达3-12m，但对于超过12m的深厚湿陷性黄土层，也难以单独满足处理要求。不同处理方法的协同作用机理复杂也是技术难点之一。在大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理中，往往需要结合多种处理方法，如CFG桩+水泥土挤密桩、CFG桩+柱锤冲扩桩等组合方案。然而，不同处理方法之间的协同作用机理尚未完全明确，如何使这些方法相互配合，共同发挥最佳的地基加固效果，是技术上需要解决的难题。例如，在CFG桩与水泥土挤密桩联合使用时，两者在受力传递、变形协调等方面的相互关系较为复杂，需要深入研究以确定合理的施工参数和设计方案。从施工环境角度看，大西铁路客运专线施工场地条件复杂。线路穿越多个市县，经过山区、平原、河谷等多种地形地貌区域，场地地形起伏较大，地质条件差异明显。在山区路段，地势陡峭，施工场地狭窄，大型施工设备的停放和作业空间受限，给地基处理施工带来很大困难。同时，不同地段的地质条件如黄土的颗粒组成、含水量、湿陷程度等各不相同，需要根据具体情况调整施工工艺和参数，增加了施工的复杂性。施工过程中对周边环境的影响控制也是难点。大西铁路客运专线沿线人口密集，建筑物众多，在地基处理施工过程中，如强夯法施工产生的振动和噪声，可能会对周边居民的生活和建筑物的安全造成影响。此外，施工过程中产生的扬尘、废水等污染物，也需要进行有效控制，以减少对周边环境的污染，这对施工过程中的环境保护措施提出了较高要求。在工程要求方面，大西铁路客运专线作为高速铁路，对地基的沉降控制要求极为严格。一般地段路基工后沉降控制标准为15mm，路桥、路隧或横向结构物工后差异沉降不大于5mm。由于湿陷性黄土遇水浸湿后会发生显著的沉降和变形，且不同地段的湿陷程度和厚度不同，容易导致地基产生不均匀沉降，要满足如此严格的沉降控制要求，难度极大。在祁县东站的地基处理中，需要采取有效的措施，如优化处理方法、严格控制施工质量等，以确保地基的沉降在允许范围内。工程建设的工期和成本限制也给湿陷性黄土地基处理带来挑战。大西铁路客运专线作为国家重点工程，有明确的工期要求，需要在规定时间内完成建设。然而，湿陷性黄土地基处理往往需要较长的施工时间，如预浸水法，一般应比正式工程至少提前半年到一年进行，这与工期要求存在一定矛盾。同时，在保证工程质量的前提下，需要控制地基处理的成本，选择经济合理的处理方法和施工方案，这也增加了处理的难度。四、大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术应用实例4.1祁县东站地基处理案例4.1.1工程概况祁县东站位于山西省晋中市祁县古县镇境内，是大西铁路客运专线的中间客运站。车站站房面积2700m²，可容纳旅客300人，车站等级为三等站，设到发线4条（含正线2条），基本站台和侧式站台各1座，站台均设等长风雨棚，新设净宽8m、净高3.5m的旅客地道2座。该站路基施工里程为DK351+387-DK354+142.69，全长约2.7公里，线路以填方形式通过冲洪积平原。地基上层为新黄土，孔隙度在33%-46%之间，垂直节理显著，无层理，干燥时坚硬，遇水易剥落、侵蚀甚至坍陷。依据土工试验资料，祁县东站湿陷性黄土地基粘粒含量少，起胶结作用成分少，易产生湿陷变形。干容重范围为13.7-16.5KN/m³，在DK351+650处具有湿陷性的地基土含水率在6%-8.3%之间，DK352+650处具有湿陷性的地基土的含水率为17.6%。湿陷性地基土孔隙比在0.85-0.92之间，液限在21.8%-33.6%之间，压缩系数介于0.13-0.37MPa⁻¹之间，压缩模量4.4-12.4MPa，属于中等压缩土。通过试验确定，DK351+650处黄土地基在地表下2米范围内、DK352+300处黄土地基在地表3米范围存在湿陷性，黄土的湿陷系数在0.016-0.026之间。DK351+650处地表下2米位置湿陷起始压力25.8Kpa，地表下3米位置湿陷起始压力122.3Kpa，DK352+300处地表下1米位置湿陷起始压力46.8Kpa。根据各试验场地的湿陷试验结果，按照湿陷性黄土地区建筑规范(GB50025-2004)，各试验场地土的计算湿陷量、湿陷类型及湿陷等级确定了具体数值。4.1.2地基处理方案针对祁县东站湿陷性黄土地基，采用了水泥土挤密桩+CFG桩或柱锤扩桩+CFG桩的综合地基处理方案。水泥土挤密桩和柱锤扩桩主要用于消除黄土的湿陷性，CFG桩则主要用于提高地基承载力。水泥土挤密桩桩径一般为40cm，桩间距根据具体地质条件和设计要求确定，一般在1.0-1.5m之间，桩长根据湿陷性黄土层厚度确定，通常在5-10m之间。水泥土挤密桩采用沉管法成孔，成孔后将水泥土（水泥与土的配合比一般为1:6-1:8）分层填入孔内并夯实，夯实后的水泥土桩体强度应满足设计要求，一般不低于1.5MPa。在成孔过程中，桩管对桩周土产生侧向挤压作用，使桩间土得以挤密，从而消除桩间土的湿陷性，提高其承载力。柱锤冲扩桩桩径一般为50-60cm，桩间距在1.2-1.8m之间，桩长一般在6-12m之间。施工时，利用柱锤冲击成孔，然后向孔内填入碎石、灰土等材料，边填边夯，形成桩体。柱锤冲扩桩施工过程中，强大的冲击能量使桩周土得到挤密，同时桩体与桩周土形成复合地基，共同承担上部荷载，有效消除地基的湿陷性，提高地基的承载能力。CFG桩桩径一般为40-50cm，桩间距根据设计要求在1.5-2.0m之间，桩长根据地基的承载要求和地质条件确定，一般在8-15m之间。CFG桩采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘结强度桩。CFG桩与桩间土通过褥垫层形成复合地基，在荷载作用下，桩顶应力比桩间土表面应力大，桩可将承受的荷载向较深的土层中传递，相应减少桩间土承担的荷载，从而提高复合地基的承载力，减少地基变形。4.1.3施工过程与质量控制在地基处理施工前，需进行充分的准备工作。首先，对地基土的含水率、饱和度进行复核，当地基土的含水率小于12%或大于24%、饱和度大于65%时，及时通知设计单位确认是否变更设计。同时，进行填料的轻型击实试验，确定施工用的相关参数，如最佳干密度、最佳含水量（实际施工时的最佳含水量低于轻型击实试验做出的最佳含水量）、配合比等。施工前还需清除地表耕植土，平整场地，清除障碍物，标记处理场地范围内的地下构造物及管线，并进行测量放线，定出控制轴线、打桩场地边线并标识。水泥土挤密桩施工时，成孔机械表面应有明显的进尺标记，以此控制成孔深度。施工顺序采用隔排隔行，间隔1-2孔跳打，成孔后立即回填，以防止邻孔之间互相挤压造成相邻孔缩孔或振动坍塌。当整片处理时宜由内向外进行，局部处理宜由外向内进行。桩机就位后，使沉管尖对准桩位，调平扩桩机架，使桩管保持垂直，用线锤吊线检查桩管垂直度，确保垂直度偏差不大于1.5%。采用沉桩机将与桩孔同直径钢管打入土中拔管成孔，桩管顶设桩帽，下端作成60角度锥形活动桩尖，施工前在桩架或钢管上标出控制深度标记，以便施工中进行钢管深度观测。成孔后清底夯实、夯平，夯实次数不小于8击，成孔后进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检查，合格后进行下道工序施工或用盖板盖住孔口防止杂物落入。水泥土要求采用厂拌，各种用料计量准确，配合比符合设计值，水泥土混合料外观颜色均一，采用运输车覆盖运输，根据回填要求随拌随用，已拌成水泥土不得超过6小时或隔夜使用，被雨水淋湿、浸泡的水泥土严禁使用，按作废处理。回填夯实应针对施工机具（锤重、落距），在工艺试验中找出满足密实度要求的夯击次数，作为施工的参数。夯填前测量成孔深度、孔径，作好记录。水泥土回填夯实采用连续施工，每个桩孔一次性分层回填夯实，不得间隔停顿或隔日施工，以免降低桩的承载力。柱锤冲扩桩施工时，先将柱锤提升至一定高度，然后自由落下冲击成孔，成孔过程中应控制锤击次数和落距，确保成孔质量。成孔后，向孔内填入设计要求的填料，如碎石、灰土等，边填边夯，每次填料厚度不宜过大，一般控制在30-50cm，夯击次数根据现场试验确定，以确保桩体的密实度和强度。施工过程中，应注意观察桩孔的垂直度和孔径，如发现偏差应及时调整。CFG桩施工选用合理的施工机械设备，施工过程中加强监测。在饱和软土中成桩，为防治严重的缩颈和断桩，采用隔桩跳打施工方案。严格控制拔管速率，正常的拔管速率应控制在1.2-1.5米/分，控制好混合料的坍落度，设置保护桩长，使桩在加料时，比设计桩长多加0.5米，将沉管拔出后，用插入式振捣棒对桩顶混合料加振3-5秒，提高桩顶混合料密实度，上部用土封项，提高混合料抵抗周围土挤压的能力，避免新打桩振动导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径缩小，拔管过程避免反插。质量控制方面，施工前先进行工艺试验性施工，确定施工控制参数，同时严格操作工艺，确保水泥土在初凝时间内完成拌和及回填。对水泥土挤密桩和柱锤冲扩桩，要检测桩身质量和桩间土的挤密效果，包括桩身压实系数、桩间土平均挤密系数、物理力学指标和湿陷系数等。对CFG桩，要检测桩身完整性和单桩承载力等。在施工过程中，加强对原材料的检验，确保水泥、粉煤灰、碎石等材料的质量符合要求。同时，做好施工记录，对每根桩的施工参数、质量检测结果等进行详细记录，以便追溯和分析。4.1.4处理效果检测与评估处理后的地基采用多种检测方法进行检测。采用静载荷试验检测地基的承载力，对于水泥土挤密桩+CFG桩或柱锤扩桩+CFG桩复合地基，通过对不同桩型单桩复合地基承载力按单桩处理面积加权平均的办法，评价复合地基承载力。检测数量不应小于桩数的0.5%，且每单体建筑不应少于3点；桩数大于3000根时，超出3000根部分可取超出桩数的0.4%。采用动力触探试验检测桩间土的密实度和挤密效果，检测点数量不应小于总桩数的0.2%，且每单体工程不少于3处，应分层检测桩间土平均挤密系数、物理力学指标和湿陷系数，竖向取样间距不宜超过1m。平均挤密系数取样位置应分别位于两桩心连线的中点及净间距（桩间距减去桩直径）的1/10处，取二者的平均值；湿陷系数取样位置应位于相邻3桩（三角形布桩）或4桩（正方形布桩）形心位置。采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原位测试方法检测桩间土挤密效果时，应有同条件土工试验进行对比。通过这些检测方法，对处理后的地基承载力、湿陷性消除情况等进行评估。检测结果表明，采用水泥土挤密桩+CFG桩或柱锤扩桩+CFG桩的综合地基处理方案，有效消除了黄土的湿陷性，提高了地基承载力，处理后的地基承载力满足设计要求，湿陷系数小于0.015，达到了预期的处理效果，为祁县东站的后续工程建设提供了可靠的地基保障。4.2其他典型路段地基处理案例分析除祁县东站外，大西铁路客运专线还有其他典型路段在湿陷性黄土地基处理方面具有代表性，其中南姚村特大桥台尾至南王村特大桥桥头区段路基和襄汾西站是两个典型案例。南姚村特大桥台尾至南王村特大桥桥头区段路基（DK678+999～DK681+290），路基经过处地貌单元简单、地形开阔，场地基本平坦。上部主要有第四系全新冲积的砂质黄土、黏质黄土，下部主要为第四系上更新统冲湖积的粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、中砂等。该区段路基广布松软土，厚度2～16m。地下水为第四系孔隙潜水，水位埋深20～26.50m，含水层主要为粉砂、细层、粉质黏土和粉土，线路经过地段地表无常年流水。针对该路段地基情况，处理方式采用PHC管桩中间施工水泥改良土柱锤冲扩桩。施工前，先进行场地平整，清除地表杂物和植被，对地下水位进行监测和控制。在PHC管桩施工中，采用静压法沉桩，严格控制桩的垂直度和入土深度，确保桩身质量。水泥改良土柱锤冲扩桩施工时，利用柱锤冲击成孔，向孔内填入水泥改良土并夯实。施工过程中，对桩身质量和桩间土的挤密效果进行实时监测，通过动力触探试验、标准贯入试验等方法，检测桩间土的密实度和挤密系数。处理后，通过静载荷试验检测地基承载力，结果显示地基承载力得到显著提高，满足设计要求。动力触探试验数据表明，桩间土的密实度明显增加，挤密效果良好，有效消除了湿陷性黄土的湿陷隐患。襄汾西站在湿陷性黄土地基处理中，结合该站的地质条件和工程要求，采用了柱锤冲扩桩和CFG桩结合的加固方案。该站地基土主要为湿陷性黄土，厚度较大，湿陷等级较高。柱锤冲扩桩桩径一般为50-60cm，桩间距在1.2-1.8m之间，桩长根据实际地质情况确定，一般在6-12m之间。施工时，利用柱锤冲击成孔，然后向孔内填入碎石、灰土等材料，边填边夯，形成桩体。CFG桩桩径一般为40-50cm，桩间距在1.5-2.0m之间，桩长在8-15m之间，采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺。施工过程中，严格控制柱锤冲扩桩的锤击次数和落距，确保成孔质量和桩体密实度。对CFG桩的混合料配合比、坍落度等参数进行严格控制，保证桩身强度。通过对施工过程的精细化管理，确保了施工质量。处理后的地基通过静载荷试验检测复合地基承载力，结果表明，采用柱锤冲扩桩和CFG桩结合的加固方案，使地基承载力得到大幅提升，满足了铁路工程对地基承载力的要求。同时，通过对处理后地基的沉降观测，发现沉降量在允许范围内，地基稳定性良好。对比祁县东站、南姚村特大桥台尾至南王村特大桥桥头区段路基和襄汾西站的地基处理案例，在处理方法上，祁县东站采用水泥土挤密桩+CFG桩或柱锤扩桩+CFG桩的综合地基处理方案；南姚村特大桥台尾至南王村特大桥桥头区段路基采用PHC管桩中间施工水泥改良土柱锤冲扩桩；襄汾西站采用柱锤冲扩桩和CFG桩结合的加固方案。这些方案都根据各自路段的地质条件和工程要求进行了针对性选择，都有效地提高了地基承载力，消除了湿陷性黄土的湿陷隐患。在施工过程控制方面，各案例都注重施工前的准备工作，如场地平整、地下水位监测等，在施工过程中，都对桩身质量、桩间土挤密效果等进行了严格的监测和控制，确保了施工质量。在处理效果上，各案例处理后的地基承载力均满足设计要求，湿陷性得到有效消除，沉降量控制在允许范围内，保证了铁路工程的安全稳定运行。通过对这些典型路段地基处理案例的分析，可以为大西铁路客运专线其他路段以及类似湿陷性黄土地区的铁路工程建设提供宝贵的经验和参考。五、湿陷性黄土地基处理技术应用效果及效益分析5.1技术应用效果分析大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术应用效果显著，在地基承载力提高、湿陷性消除、沉降控制等方面都达到了预期目标。从地基承载力提高方面来看，以祁县东站为例，采用水泥土挤密桩+CFG桩或柱锤扩桩+CFG桩的综合地基处理方案后，通过静载荷试验检测地基的承载力，结果表明，处理后的地基承载力得到了大幅提升。在采用该方案处理前，地基的承载力较低，无法满足大西铁路客运专线对地基承载力的要求。处理后，地基的承载力满足了设计要求，能够有效承担铁路上部结构传来的荷载。如在某试验区域，处理前地基承载力特征值为120kPa，处理后采用静载荷试验检测，单桩复合地基承载力特征值达到了300kPa以上，满足了大西铁路客运专线对地基承载力的要求，确保了铁路工程的稳定性和安全性。在湿陷性消除方面，通过对处理后的地基进行湿陷性检测，采用动力触探试验检测桩间土的密实度和挤密效果，检测结果显示，桩间土的平均挤密系数、物理力学指标和湿陷系数均满足要求。以祁县东站的水泥土挤密桩处理区域为例，处理前黄土的湿陷系数在0.016-0.026之间，具有湿陷性。经过水泥土挤密桩处理后，桩间土的湿陷系数小于0.015，有效消除了黄土的湿陷性，降低了因湿陷导致地基变形的风险。在南姚村特大桥台尾至南王村特大桥桥头区段路基，采用PHC管桩中间施工水泥改良土柱锤冲扩桩的处理方案后，通过动力触探试验和标准贯入试验等检测手段，发现桩间土的密实度明显增加，湿陷性得到有效消除，为铁路路基的稳定提供了保障。沉降控制方面，大西铁路客运专线对路基的沉降控制要求极为严格，一般地段路基工后沉降控制标准为15mm，路桥、路隧或横向结构物工后差异沉降不大于5mm。通过对处理后的地基进行长期沉降观测，结果表明，各处理路段的沉降量均在允许范围内。在襄汾西站，采用柱锤冲扩桩和CFG桩结合的加固方案后，对地基进行沉降观测，在铁路运营的前几年，沉降量稳定且较小，最大沉降量为8mm，满足了工后沉降控制标准。在大西铁路客运专线的其他路段，也通过合理的地基处理方案和严格的施工质量控制，有效控制了地基的沉降，确保了铁路轨道的平顺性和列车运行的安全性。大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术在提高地基承载力、消除湿陷性和控制沉降等方面取得了良好的应用效果，为铁路的安全稳定运行提供了坚实的基础，也为类似湿陷性黄土地区的铁路工程建设提供了成功的范例和宝贵的经验。5.2经济效益分析大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术在经济效益方面成效显著，主要体现在工程成本降低和工期缩短两个关键方面。在工程成本降低方面，以祁县东站为例，采用水泥土挤密桩+CFG桩或柱锤扩桩+CFG桩的综合地基处理方案，相较于其他方案，在材料、设备和人工等费用上实现了有效控制。水泥土挤密桩和柱锤冲扩桩主要用于消除黄土的湿陷性，其材料以当地的黄土为主要原料，加入适量的水泥或其他固化剂，材料成本相对较低。在祁县东站的处理工程中，水泥土挤密桩每立方米的材料成本约为150-200元，相较于一些需要大量使用进口材料或特殊材料的处理方法，成本大幅降低。CFG桩主要用于提高地基承载力，其材料由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等组成，这些材料来源广泛，价格相对稳定。在设备费用方面，水泥土挤密桩采用沉管法成孔，设备相对简单，租赁或购置成本较低。柱锤冲扩桩利用柱锤冲击成孔，设备也较为常见，不需要特殊的大型设备，降低了设备的投入成本。人工费用方面，由于施工工艺相对成熟，施工人员经过培训后能够熟练操作，提高了施工效率，减少了人工工时，从而降低了人工成本。通过对祁县东站地基处理工程成本的核算，采用该综合方案后，每平方米地基处理成本约为800-1000元，相较于采用其他复杂处理方法，成本降低了20%-30%。在南姚村特大桥台尾至南王村特大桥桥头区段路基，采用PHC管桩中间施工水泥改良土柱锤冲扩桩的处理方案，也实现了成本的有效控制。PHC管桩采用工厂预制，质量稳定，价格相对合理，且施工速度快，能够减少施工周期，间接降低成本。水泥改良土柱锤冲扩桩利用当地材料，成本较低。通过合理安排施工流程和设备调配，减少了设备闲置时间和人工浪费，进一步降低了成本。工期缩短方面，大西铁路客运专线作为国家重点工程，有明确的工期要求。合理的地基处理技术能够有效缩短工期，从而降低工程的时间成本。以祁县东站为例，采用的综合地基处理方案施工效率较高。水泥土挤密桩和柱锤冲扩桩的成孔和回填速度较快，在保证施工质量的前提下，能够快速完成地基处理工作。CFG桩采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺，施工速度也相对较快。通过优化施工组织设计，合理安排各工序的施工顺序和时间，祁县东站地基处理工程的工期相较于原计划缩短了2-3个月。这不仅减少了工程的时间成本，还使得铁路能够提前投入运营，提前产生经济效益。在襄汾西站，采用柱锤冲扩桩和CFG桩结合的加固方案，通过合理安排施工进度，采用先进的施工设备和工艺，地基处理工程的工期也得到了有效控制，相较于采用其他处理方案，工期缩短了1-2个月，为后续工程的顺利开展和铁路的按时通车提供了保障。大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术通过合理选择处理方案，有效控制了工程成本，缩短了工期，取得了显著的经济效益，为铁路工程的建设和运营提供了有力的经济支持，也为类似工程在经济效益方面的优化提供了参考和借鉴。5.3社会效益分析大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术的应用产生了显著的社会效益，在保障铁路安全运营、促进区域经济发展、改善交通条件等方面发挥了重要作用。保障铁路安全运营是其重要社会效益之一。湿陷性黄土地基处理技术的应用有效解决了地基的湿陷问题，提高了地基的稳定性和承载能力，为大西铁路客运专线的安全运营提供了坚实保障。通过采用合理的处理方案，如祁县东站采用的水泥土挤密桩+CFG桩或柱锤扩桩+CFG桩的综合地基处理方案，以及南姚村特大桥台尾至南王村特大桥桥头区段路基采用的PHC管桩中间施工水泥改良土柱锤冲扩桩方案，有效消除了黄土的湿陷性，确保了铁路轨道的平顺性和稳定性。这减少了因地基沉降和变形导致的铁路病害，降低了列车运行的安全风险，保障了旅客的生命财产安全，提高了铁路运输的可靠性和安全性，使得大西铁路客运专线能够长期稳定运行，为人们的出行和货物运输提供了可靠的交通保障。促进区域经济发展方面，大西铁路客运专线作为连接山西、陕西两省的重要交通纽带，其建成通车得益于湿陷性黄土地基处理技术的成功应用。它加强了区域间的经济联系，促进了区域间的资源整合和产业协同发展。沿线地区依托铁路带来的交通便利，吸引了更多的投资和产业入驻，推动了当地经济的快速发展。例如，在大西铁路客运专线沿线的临汾、运城等地，一些工业园区和物流园区依托铁路的运输优势迅速发展起来，带动了相关产业的繁荣，增加了就业机会，提高了居民的收入水平，促进了区域经济的协调发展。同时，铁路的开通也加速了沿线地区的城市化进程，提升了城市的综合竞争力，对区域经济的长期发展产生了深远的积极影响。改善交通条件是另一个重要的社会效益。大西铁路客运专线的建成极大地改善了沿线地区的交通状况，缩短了城市之间的时空距离。以大同至西安为例，在大西铁路客运专线开通前，两地之间的旅客列车运行时间较长，给人们的出行带来不便。开通后，运行时间大幅缩短至3个多小时，大大提高了出行效率，方便了人们的日常出行、商务活动和旅游观光。此外，大西铁路客运专线与石太客专、郑太高铁、张大高铁、西成高铁等连为一体，构建起了山西北连内蒙古，东接北京，南通陕西、河南的1、2、3小时高铁出行圈，进一步完善了区域交通网络，提高了区域交通的便捷性和可达性，促进了区域间的人员流动和交流，为人们的生活和工作带来了极大的便利。大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术的应用在保障铁路安全运营、促进区域经济发展、改善交通条件等方面取得了显著的社会效益，对推动区域的可持续发展具有重要意义。六、结论与展望6.1研究结论总结本研究围绕大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术展开，通过对大西铁路客运专线及湿陷性黄土地基的深入分析，以及对多种处理技术的研究和实际应用案例的探讨，得出以下结论：湿陷性黄土地基特性明确：大西铁路客运专线湿陷性黄土地基分布广泛，厚度变化大，湿陷程度涵盖我国湿陷性黄土的全部类型。其物理力学性质独特，颗粒组成以粉土颗粒为主，孔隙比大，含水量低，压缩性较高，抗剪强度在干燥和浸湿状态下差异明显。湿陷特性方面，湿陷系数、湿陷起始压力、湿陷类型及湿陷等级是关键指标，这些特性给地基处理带来了诸多挑战。处理技术选择合理：针对大西铁路客运专线湿陷性黄土地基的特点，对垫层法、强夯法、挤密法、预浸水法和桩基础等常见处理技术的原理及适用范围进行了分析。在实际应用中，根据不同路段的地质条件、工程要求和施工环境等因素，选择了合适的处理技术。如祁县东站采用水泥土挤密桩+CFG桩或柱锤扩桩+CFG桩的综合地基处理方案，南姚村特大桥台尾至南王村特大桥桥头区段路基采用PHC管桩中间施工水泥改良土柱锤冲扩桩，襄汾西站采用柱锤冲扩桩和CFG桩结合的加固方案，这些方案都有效地解决了当地湿陷性黄土地基的问题。应用效果显著：通过对处理后的地基进行检测和评估，结果表明，大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术在提高地基承载力、消除湿陷性和控制沉降等方面取得了良好的应用效果。处理后的地基承载力满足设计要求，湿陷性得到有效消除，沉降量控制在允许范围内，为铁路的安全稳定运行提供了坚实的基础。经济效益良好：从经济效益角度分析，大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术通过合理选择处理方案，有效控制了工程成本，缩短了工期。以祁县东站为例，采用的综合地基处理方案在材料、设备和人工等费用上实现了有效控制，每平方米地基处理成本相较于采用其他复杂处理方法降低了20%-30%，工期也缩短了2-3个月，为铁路工程的建设和运营提供了有力的经济支持。社会效益突出：大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理技术的应用产生了显著的社会效益。保障了铁路的安全运营，减少了因地基问题导致的铁路病害和安全风险；促进了区域经济发展，加强了区域间的经济联系，带动了沿线地区的产业发展和就业；改善了交通条件，缩短了城市之间的时空距离，方便了人们的出行和交流，构建起了区域高铁出行圈，完善了区域交通网络。6.2对未来工程的建议基于大西铁路客运专线湿陷性黄土地基处理的研究成果，对未来在湿陷性黄土地区进行铁路工程建设或其他基础设施建设提出以下建议：处理方法选择：在选择地基处理方法时，务必对工程场地的地质条件进行详细勘察，包括黄土的颗粒组成、含水量、湿陷系数、湿陷起始压力、湿陷类型及湿陷等级等关键参数，同时充分考虑工程的具体要求，如对地基承载力、沉降控制的标准，以及施工场地条件、周边环境等因素。根据不同的地质条件和工程要求，有针对性地选择合适的处理方法。对于湿陷性黄土层较薄且湿陷程度较轻的区域，可优先考虑垫层法；对于湿陷性黄土层厚度在3-12m，且地下水位以上、饱和度Sr≤60%的地基，强夯法是一种有效的选择；当湿陷性黄土层厚度在5-15m，饱和度Sr≤65%时，挤密法较为适用；对于土层厚度大于10m，自重湿陷量计算值不小于500mm的自重湿陷性黄土地基，可考虑预浸水法；而对于湿陷性黄土层深厚、对地基承载力和变形要求较高的工程，桩基础是较好的选择。在实际工程中，往往需要结合多种处理方法，以达到最佳的处理效果。例如，可采用CFG桩与水泥土挤密桩、柱锤冲扩桩等组合方案，但在采用组合方案时，需深入研究不同处理方法之间的协同作用机理，通过现场试验和数值模拟等手段，确定合理的施工参数和设计方案，确保不同处理方法能够相互配合，共同提高地基的稳定性和承载能力。施工过程控制：施工前，需做好充分的准备工作。对地基土的含水率、饱和度等指标进行复核，确保其符合施工要求。若地基土的含水率小于12%或大于24%、饱和度大于65%时，应及时通知设计单位确认是否变更设计。进行填料的轻型击实试验，准确确定施工用的相关参数，如最佳干密度、最佳含水量、配合比等。清除地表耕植土，平整场地，清除障碍物，标记处理场地范围内的地下构造物及管线，并进行精确的测量放线，定出控制轴线、打桩场地边线并标识。在施工过程中，严格按照施工规范和设计要求进行操作。对于水泥土挤密桩施工，成