黃陵礦業(yè)公司運(yùn)煤專線沉陷治理方案設(shè)計(jì)

時(shí)戰(zhàn)峰，王振福

(1.陜西陜煤黃陵礦業(yè)公司，陜西黃陵714100;2.陜西地質(zhì)工程總公司，陜西西安710054)

0 引言

陜煤黃陵礦業(yè)公司運(yùn)煤鐵路專用線K6+680～800里程處路基原垂直支擋結(jié)構(gòu)為1 m厚漿砌石重力式擋墻，支擋結(jié)構(gòu)懸空高度3.0 m。因河床挖砂下切1 m，支擋結(jié)構(gòu)懸空高度變?yōu)?.0 m。受主動(dòng)土壓力增加、被動(dòng)土壓力減小的影響，垂直支擋結(jié)構(gòu)發(fā)生外傾，引起鐵路路基發(fā)生沉陷。沉陷長度120 m，最大沉陷量20 cm，沉陷的產(chǎn)生影響到運(yùn)煤專用線的安全使用。鐵路沉陷情況見圖1。

圖1 路基沉陷現(xiàn)場照片

針對鐵路垂直支擋結(jié)構(gòu)外傾引起路基沉陷的情況，設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁限制路基垂直支擋結(jié)構(gòu)繼續(xù)外傾變形、采用花管注漿方法加固路基土體、提高路基抵抗變形能力的治理方案。2012年4～6月對該沉陷區(qū)進(jìn)行了加固治理，加固支擋結(jié)構(gòu)見圖2。施工結(jié)束后對該沉陷區(qū)段進(jìn)行了6個(gè)月的變形監(jiān)測，治理后沉陷變形未再繼續(xù)發(fā)展。本文對該沉陷區(qū)垂直支擋結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行計(jì)算，提出該沉陷區(qū)治理設(shè)計(jì)方案。

圖2 支擋結(jié)構(gòu)加固照片

2 垂直支擋結(jié)構(gòu)受力分析

2.1 計(jì)算參數(shù)

(1)土壓力參數(shù)：c=5 kPa;φ =30°;γ =19 kN/m3。

2.2 主動(dòng)土壓力增加值

2.3 被動(dòng)土壓力減少值

(2)被動(dòng)土壓力減小值：

2.4 垂直支擋結(jié)構(gòu)推力增加值

F=Ea+Ep=16.22+45.80=62(kN/m)，土壓力計(jì)算圖見圖3。

圖3 支擋結(jié)構(gòu)土壓力計(jì)算圖

3 治理方案設(shè)計(jì)

3.1 治理總體思路

(1)采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁支護(hù)體系，通過錨索施加的錨固預(yù)應(yīng)力對垂直支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生錨固拉緊力，阻止垂直支擋結(jié)構(gòu)外傾變形，達(dá)到防止鐵路路基繼續(xù)下沉變形的目的。

(2)采用花管注漿法沿斜坡面加固鐵路路基以下地基，以增大路基土體粘聚力、內(nèi)摩擦角和路基土體的抗剪強(qiáng)度，降低路基土體對支擋結(jié)構(gòu)的主動(dòng)土壓力，提高路基土體的承載力、抗水浸的能力和路基土體抵抗變形的能力。

(3)治理設(shè)計(jì)方案立面圖見圖4、剖面圖見圖5。

圖4 治理設(shè)計(jì)方案立面布置示意圖

圖5 治理設(shè)計(jì)方案剖面示意圖

3.2 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁加固垂直支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

(1)布置2排錨索，孔距1.5 m，排距2.0 m。1.5 m寬垂直支擋結(jié)構(gòu)因河床下切1 m受到的推力增加值為：62 kN/m×1.50 m=93 kN。設(shè)計(jì)單根錨索最大拉應(yīng)力200 kN，施加鎖錨預(yù)應(yīng)力值100 kN，垂直支擋結(jié)構(gòu)受力安全系數(shù)為：100 kN/根×2根÷93 kN=2.15。

(2)錨索設(shè)計(jì)孔徑150 mm，長度18.0 m，其中錨固段長度15 m、自由段長度3 m，傾角18°，錨索采用4根φS15.24鋼絞線。自由段采用PVC管隔離，錨座采用OVM預(yù)埋式錨座、錨墊板，錨頭用C30細(xì)石砼進(jìn)行封固。預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)示意圖

(3)錨索采用二次注漿工藝。錨固體采用M30水泥砂漿，注漿壓力0.6 MPa;自由段采用PC32.5純水泥漿澆注，水灰比0.6，注漿壓力0.3 MPa;漿液中添加R1－103型阻銹劑。

(4)框架梁布設(shè)為1.5 m×4.0 m框格狀，格構(gòu)橫梁、豎柱規(guī)格設(shè)計(jì)為0.45 m×0.45 m方形砼梁，砼強(qiáng)度等級為C30?？蚣芰号浣顬椋褐鹘?0根φ22鋼筋，箍筋φ8@200。格構(gòu)梁配筋見圖7。

3.3 花管注漿法加固路基設(shè)計(jì)方案

(1)在坡腳處布置一排頂角分別為15°和26°的注漿花管，2種角度的注漿花管交叉布置，每種角度的注漿花管橫向間距均為1.5 m，花管長度均為9 m。

圖7 框架梁配筋示意圖

(2)沿坡面布置8排頂角為26°的注漿花管，注漿花管呈梅花型布置，注漿花管橫向、沿坡面斜長方向間距均為1.5 m，自坡腳向上前3排花管長度為9 m，后4排花管長度為6 m。

(3)在坡頂路肩上、距路肩外緣0.5 m處布置1排頂角為26°的注漿花管，注漿花管橫向間距為1.5 m，花管長度為6 m。

(4)注漿花管為φ48 mm、壁厚3.5 mm焊接鋼管。注漿材料為：水灰比為1的PC 32.5純水泥漿液。

4 施工要求

4.1 預(yù)應(yīng)力錨索施工要求

4.1.1 鉆孔

先用潛孔錘鉆進(jìn)方法鉆穿支擋墻體結(jié)構(gòu)，再使用鉆機(jī)采用干鉆的方法鉆進(jìn)成孔。鉆進(jìn)過程如遇硬層干鉆法無法鉆進(jìn)時(shí)，采用潛孔錘與干鉆法交替的方法鉆進(jìn)，干鉆法和潛孔錘無法鉆進(jìn)時(shí)方可采用注水工藝鉆進(jìn)。

4.1.2 錨索加工

錨索選用4根φS15.24鋼絞線，注漿管選用φ25 mm塑料管。鋼絞線截取長度大于設(shè)計(jì)長度1.5 m，注漿管截取長度大于設(shè)計(jì)長度1 m。根據(jù)架線環(huán)設(shè)計(jì)的間距尺寸，將鋼絞線綁扎到架線環(huán)上，再將注漿管與鋼絞線綁扎成一體。自由段選用套安PVC塑料管的方式隔離。

4.1.3 錨索安裝

安放前先用與直徑相同的探頭探孔，對塌孔或掉塊進(jìn)行處理。在錨孔傾斜的垂直面搭設(shè)鋼管導(dǎo)向架或人工運(yùn)送操作平臺。下索時(shí)用力均勻一致，防止錨索扭曲和轉(zhuǎn)動(dòng)。安放錨索時(shí)一同安入注漿管，同時(shí)在孔口自由段長度范圍內(nèi)安放1根φ140 mm PVC塑料管或波紋管。當(dāng)推送錨索困難時(shí)，應(yīng)將錨索抽出，對抽出的錨索應(yīng)仔細(xì)的進(jìn)行檢查，對錨索出現(xiàn)的問題進(jìn)行處理，必要時(shí)對鉆孔進(jìn)行再次清理。

4.1.4 錨孔注漿

采用二次注漿工藝。漿液用攪拌機(jī)攪拌，用高壓注漿泵經(jīng)錨索中的注漿管注入孔底，當(dāng)漿液泵壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)停止注漿。錨固體采用PO 42.5水泥配制的M30水泥砂漿，注漿壓力0.6 MPa;自由段采用PC 32.5純水泥漿澆筑，水灰比0.6，注漿壓力0.3 MPa。漿液中添加R1－103型阻銹劑，用量按產(chǎn)品說明使用。

4.1.5 錨索張拉

錨索張拉分5級進(jìn)行，每級荷載分別為設(shè)計(jì)拉力的 0.25、0.5、0.75、1.0、1.1 倍，最后一級需要穩(wěn)定10～20 min，其余每級需要穩(wěn)定5 min，張拉時(shí)應(yīng)分別記錄每一級鋼絞線的伸長量。在每一級穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)必須測讀錨頭位移3次。當(dāng)張拉到最后一級荷載且變形穩(wěn)定后，卸荷至鎖定荷載鎖定錨索。錨索鎖定后，切除多余鋼絞線。

4.1.6 封錨

錨索鎖定后立即進(jìn)行封錨澆筑施工，封錨前應(yīng)將露頭鋼絞線、錨具、鋼墊板表面的水泥漿及銹蝕物等清除干凈，并將錨定板接觸表面鑿毛，涂刷一層與封錨砼水泥同等性質(zhì)的水泥漿液，然后用C30砼澆筑錨固頭封錨。

4.2 框架梁施工要求

(1)施工方法?？蚣芰轰摻畈捎矛F(xiàn)場綁扎、支擋結(jié)構(gòu)墻面固定方式架設(shè)，自下而上分級支模，分級澆注砼的方法施工。澆筑框架梁時(shí)用塑料管套住錨索，保證錨索自由段的自由。安放錨定板時(shí)受力面應(yīng)與錨索軸線保持垂直。

(2)鋼筋安置。鋼筋的搭接、間距、綁扎均要符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。對于懸空的、容易產(chǎn)生移位的鋼筋，要及時(shí)進(jìn)行加固和固定。鋼筋保護(hù)層采用預(yù)制好的墊塊同鋼筋一起固定，在支模時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和固定。

(3)模板安設(shè)。首先對胎面進(jìn)行整平，必要時(shí)，用砂漿找平。模板安置時(shí)必須用線繩進(jìn)行校對，直至模板達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。模板的加固采用可調(diào)式拉桿固定，利用錨頭螺栓和鋼墊板，調(diào)節(jié)模板間距并夾緊模板，防止砼澆筑中出現(xiàn)跑模現(xiàn)象。

(4)砼澆筑。澆筑采用自下而上分層澆筑的方式，采用震動(dòng)棒振搗。脫模時(shí)間≮24 h，脫模過程中嚴(yán)禁損壞棱角。脫模后定時(shí)澆水、覆蓋防曬保濕養(yǎng)護(hù)。

4.3 花管注漿法加固路基施工要求

4.3.1 成孔

成孔前先人工揭開漿砌石面層，采用人工洛陽鏟成孔方式鉆進(jìn)引孔，6 m長花管引孔深度5 m，9 m長花管引孔長度8 m，鉆進(jìn)過程如遇硬層人工無法成孔時(shí)采用機(jī)械潛孔錘或干鉆的方法鉆進(jìn)，鉆進(jìn)中嚴(yán)禁向孔內(nèi)注水。

4.3.2 花管加工

用大錘將鋼管孔底端砸成角度為60°的錐形，在花管管體上每隔0.5 m梅花型對稱鉆設(shè)孔徑3 mm的注漿孔。9 m長花管連接采用4根長15 cm的φ18鋼筋以綁條焊接的方式連接。

4.3.3 花管安放

向引孔內(nèi)放入注漿花管，采用潛孔錘錘擊的方式完成最后1 m長度花管的安入。

4.3.4 注漿

注漿采用高壓注漿泵注入法。注漿材料為PC 32.5純水泥漿液，水泥漿液的水灰比為1，單桶水泥漿的攪拌時(shí)間≮5 min，經(jīng)過篩后注入儲漿桶備用。注漿壓力0.7～1 MPa。注漿前應(yīng)采用編織袋填充、堵實(shí)花管與孔口間隙，保證孔內(nèi)注漿壓力。

5 治理效果

2012年6月沉陷區(qū)治理結(jié)束后，連續(xù)對沉陷治理區(qū)進(jìn)行了6個(gè)月的變形監(jiān)測，治理后沉陷變形未再繼續(xù)發(fā)展，說明治理方案設(shè)計(jì)合理，達(dá)到了治理沉陷的目的。

［1］ TB 10025－2006，鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ JGJ 79－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ 王洪慶，嚴(yán)譯強(qiáng)，馬健.云陽縣濱江大道路基擋土墻變形分析與加固［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2012，39(2)：70 －73.

［4］ 譚彬建，俞敏，息飏，等.桂柳高速公路邊坡預(yù)應(yīng)力錨索加固方案設(shè)計(jì)［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(5)：73 －77.

［5］ 聶細(xì)生，李忠社.預(yù)應(yīng)力錨索工程施工質(zhì)量控制［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2005，32(11)：29 －31，33.

［6］ 林青.軟土地基注漿加固實(shí)踐［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(8)：54 －56，59.

［7］ 編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(第四版)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.160.

［8］ 陜西地質(zhì)工程總公司.黃陵礦業(yè)集團(tuán)鐵路專用線K6+680～K6+800里程路基沉陷加固工程設(shè)計(jì)［R］.陜西西安：2012.