基于樁板結(jié)構(gòu)的鐵路路基滑塌整治

潘 聰

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

鐵路軌下基礎(chǔ)是由不同特點(diǎn)、性質(zhì)迥異的路基構(gòu)筑物、橋涵、隧道等構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)體[1]。其中路基與橋涵、隧道等剛性結(jié)構(gòu)物的連接處往往是路基病害的高發(fā)地段，故需要設(shè)置過渡段，以減少路基的不均勻沉降，提高列車運(yùn)行過程中的安全性及舒適度。

我國鐵路發(fā)展迅速，尤其是高速鐵路快速發(fā)展，越來越多的過渡段被建設(shè)實(shí)施。然而由于結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，出現(xiàn)了大量的病害，如鋼軌嚴(yán)重變形、軌枕失效、扣件松脫等[2]，究其原因則是地基處理措施設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)造成差異沉降。

目前常用的地基處理措施有碾壓、換填、擠密樁、攪拌樁、旋噴樁、管樁等。樁板結(jié)構(gòu)作為一種新型的路基結(jié)構(gòu)形式，具有整體剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、耐久性好等特點(diǎn)，并已經(jīng)在京津高鐵[3]、京滬高鐵[4]、武廣高鐵[5]、鄭西客專[6]等鐵路工程項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用。

文章以浙江某新建鐵路為例，研究了過渡段路基滑塌的原因及樁板結(jié)構(gòu)在治理滑塌體路基中的應(yīng)用。

1 工程概況

該段滑塌路基全長70m，地層分布依次為第四系全新統(tǒng)沖海積層粉質(zhì)黏土、第四系全新統(tǒng)海積層淤泥、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層細(xì)圓礫土，基巖為侏羅系上統(tǒng)流紋斑巖。工點(diǎn)類型為軟土路堤，填高6.5～6.8m。

1.1 地形地貌及地層巖性

工點(diǎn)范圍內(nèi)地貌為殘丘緩坡及谷地，地形略有起伏，見圖1。

圖1 滑塌體所在位置地形地貌

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，工點(diǎn)范圍內(nèi)地層工程地質(zhì)特征分述如下：

⑥23粉質(zhì)黏土（Q4al+m1）：褐黃色，硬塑，局部呈軟塑狀，土質(zhì)不均，偶含鐵錳氧化物及少量礫石。Ⅱ級(jí)普通土，σ0=120kPa。鉆孔樁極限側(cè)摩阻力為60kPa。

⑦41淤泥（Q4m1）：灰褐色，灰黑色，流塑，土質(zhì)不均，含有機(jī)質(zhì)5.5%～12.4%。Ⅱ級(jí)普通土，σ0=40kPa。鉆孔樁極限側(cè)摩阻力為15kPa。

⑧122細(xì)圓礫土（Q3al+pl6）：雜色，中密，飽和，顆粒成分以砂巖凝灰?guī)r為主，磨圓度較好，呈圓棱狀。Ⅱ級(jí)普通土，σ0=400kPa。鉆孔樁極限側(cè)摩阻力為100kPa。

⑩82流紋斑巖（J3λπ）：強(qiáng)風(fēng)化，青灰色，流紋斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，多呈碎塊狀，巖質(zhì)較硬。Ⅳ級(jí)軟石，σ0=500kPa。

⑩83流紋斑巖（J3λπ）：弱風(fēng)化，青灰色，流紋斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整，多呈柱狀，巖質(zhì)硬。Ⅴ級(jí)次堅(jiān)石，σ0=1000kPa。

1.2 氣象及水文條件

該區(qū)屬于亞熱帶氣候，年最大降水量為2437.5mm，年最小降水量為1050.6mm，年平均降水量為1804.1mm，年平均降水日161d。此次勘探期間勘探深度內(nèi)地下水主要為第四系孔隙潛水、孔隙承壓水、基巖裂隙水?？睖y期間，測得鉆孔內(nèi)混合水位埋深0.4～2.4m，受季節(jié)降水影響，地下水位有波動(dòng)，波動(dòng)幅度1～2m。

1.3 現(xiàn)場滑塌情況

原施工設(shè)計(jì)地基采用雙向水泥攪拌樁加固，樁徑0.5m，樁間距0.9～1.0m，正三角形布置，樁長4～10.5m，見圖2。2016年10月29日至11月2日開展該段范圍內(nèi)的軟土路堤水泥攪拌樁試樁施工，2016年12月底開始攪拌樁正式施工。2019年3月28日發(fā)現(xiàn)該段路基上有少量裂縫，出現(xiàn)明顯的縱橫向不均勻沉降現(xiàn)象，路基左側(cè)邊樁上抬10cm。路基滑塌位置變形及裂縫特征見圖3。2019年3月29日上午，測量數(shù)據(jù)顯示左側(cè)邊樁上抬20cm。為防止路基繼續(xù)下沉，2019年3月30日該段路基進(jìn)行挖除卸載。該段路基沉降的同時(shí)，框架橋小里程側(cè)八字翼墻也發(fā)生傾斜、沉降，造成八字墻與框架橋主體沉降縫開裂，產(chǎn)生明顯位移。

2 滑塌原因分析

原設(shè)計(jì)路基右側(cè)地表以下至淤泥層底面采用挖除換填A(yù)、B填料措施。路基左側(cè)基底采用攪拌樁加固，樁徑為0.5m，樁間距為0.9m，正三角形布置，樁長4～9m，樁底穿過淤泥層伸入細(xì)圓礫土以下不淺于1m。攪拌樁頂面設(shè)0.6m厚碎石墊層并夾鋪一層極限抗拉強(qiáng)度不小于120kN/m的單向土工格柵。

從施工方面分析，滑塌的機(jī)理為路基填筑后由于淤泥質(zhì)土含水量高，加之降雨頻繁，攪拌樁施工效果較差，加之施工工期緊張，未等攪拌樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度即開始填筑路基，使得淤泥質(zhì)土的性質(zhì)沒有得到充分的改良，產(chǎn)生地面沉降。

圖2 原路基工程橫斷面設(shè)計(jì)（單位：m）

圖3 路基滑塌位置變形及裂縫特征

從設(shè)計(jì)方面分析，攪拌樁屬于柔性樁，嵌入細(xì)圓礫土1m，處理的范圍為坡腳外2m，是采用的常規(guī)軟土處理方案，未能充分考慮淤泥層與下伏地層的接觸面存在13°的傾斜角度，左側(cè)深厚層軟土對(duì)穩(wěn)定性不利。

兩者不利因素同時(shí)作用，在左右土層的壓縮性不同的條件下，左右兩側(cè)產(chǎn)生的沉降大小不同，不均勻沉降使路基面發(fā)生拉裂縫和向左的滑移變形。

3 整治措施

3.1 整治措施設(shè)計(jì)

待路基挖除卸載填土層后采用C40鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+承載板結(jié)構(gòu)處理。鉆孔灌注樁樁徑為0.8m，橫向樁間距為5.5m，縱向樁間距為5m，樁長11～20m，且樁底嵌入弱風(fēng)化巖層不小于1.6m，樁頂與承載板固接，嵌入承載板內(nèi)0.1m；承載板橫向板寬10.5m，板厚0.8m；板底設(shè)置0.1m厚C20素混凝土墊層。

自鉆孔灌注樁中心向兩側(cè)1.5m處至坡腳水溝內(nèi)邊緣范圍，地基采用雙向水泥攪拌樁加固，樁徑0.5m，樁間距1.3m，正三角形布置，樁長4～11m，樁底應(yīng)穿過淤泥層深入相對(duì)硬層面以下不少于1m。攪拌樁頂面設(shè)0.6m厚碎石墊層，并鋪設(shè)一層極限抗拉強(qiáng)度不小于120kN/m的單向土工格柵，見圖4、圖5。攪拌樁頂位于原地面以上路堤填土部分采用鉆孔引孔以利攪拌樁施工，引孔樁徑不小于0.5m，攪拌樁施工后引孔部分孔內(nèi)灌注C20素混凝土回填密實(shí)。

為防止承載板下土體因沉降脫空，承載板中線及兩側(cè)各3.3m位置預(yù)留高強(qiáng)度PVC注漿管，直徑為0.05m，沿線路縱向間距為3.3m，每塊標(biāo)準(zhǔn)承載板設(shè)置9根，板中心位置的注漿管直接利用沉降板保護(hù)套管。注漿管底端低于承載板底面0.2m，頂端高于路基面0.5m，管口采用木塞塞緊。每塊承載板中心注漿孔位置設(shè)置沉降板以持續(xù)觀測板底地基及填土沉降變形情況。待路基全部填筑完成后，根據(jù)沉降板觀測數(shù)據(jù)情況，若路基出現(xiàn)下沉則采用P·O42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥漿進(jìn)行注漿處理。

圖4 路基滑塌整治措施橫斷面圖（單位：m）

圖5 路基滑塌整治措施縱斷面圖（單位：m）

3.2 結(jié)構(gòu)檢算

鉆孔灌注樁的結(jié)構(gòu)檢算采用摩擦端承樁的常規(guī)檢算方法，承載板采用彈性地基中的文克爾計(jì)算模型，分別檢算結(jié)構(gòu)橫跨的位移、反力、彎矩及剪力，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)縱跨的檢算方法與橫跨相同。承載板橫跨結(jié)構(gòu)檢算結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 承載板橫跨結(jié)構(gòu)檢算結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

該治理工程自2019年6月施工，至今已經(jīng)歷1年有余，從現(xiàn)場觀測和監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，沉降及變形均在規(guī)定范圍內(nèi)，治理效果良好，可得出如下結(jié)論：（1）滑塌的主要原因?yàn)榻涤觐l繁，攪拌樁施工效果較差，加之施工工期緊張，未等攪拌樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度即開始填筑路基；少部分原因?yàn)樵O(shè)計(jì)考慮不夠充分。（2）滑塌整治措施采用樁板結(jié)構(gòu)配合攪拌樁的主處理措施，加之預(yù)留注漿管的輔助措施，綜合治理保證工程安全。（3）承載板采用彈性地基中的文克爾計(jì)算模型，分別對(duì)檢算結(jié)構(gòu)橫跨和縱跨位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。