杭深鐵路K465～K466段軟土路基病害原因分析及整治

陳曉岡 上海鐵路局寧波工務(wù)段

杭深鐵路K465～K466段軟土路基病害原因分析及整治

陳曉岡 上海鐵路局寧波工務(wù)段

客運(yùn)專線路基作為軌道的基礎(chǔ)需具有較高要求。隨著線路運(yùn)營，軟土路基病害逐步出現(xiàn)，給運(yùn)輸安全帶來較大威脅。通過實(shí)例分析軟土路基病害情況和成因，介紹該段路基的整治所采取的措施和取得效果，對其他客運(yùn)專線同類軟土路基病害整治提供經(jīng)驗(yàn)。

鐵路；路基；病害；整治

1 前言

客運(yùn)專線路基作為軌道的基礎(chǔ)，需具有變形小、強(qiáng)度高、剛度大、動力長期穩(wěn)定性和耐久性等特性要求，以確保列車高速、安全、舒適、平順運(yùn)行。軟土具有天然含水率高、孔隙比大、滲透系數(shù)小、壓縮系數(shù)大等多種不利的工程特性。隨著線路運(yùn)營，軟土路基病害逐步出現(xiàn)，個別地段病害給鐵路運(yùn)輸安全帶來較大威脅。如何準(zhǔn)確查找軟土路基存在病害和成因，有針對性采取整治措施，確保軟土地區(qū)路基穩(wěn)定是客運(yùn)專線工務(wù)養(yǎng)修中的重點(diǎn)和難題。

2 路基概況

沿海鐵路杭深線是國家鐵路規(guī)劃快速客運(yùn)網(wǎng)重要組成部分，也是我國較早開通的高速客運(yùn)專線鐵路。杭深線浙江段時速250km，有碴線路，運(yùn)營里程為351km，全線穿越典型的沖海積軟土路基地段。杭深線K465+510～K466+100段路基開通運(yùn)營以來逐步出現(xiàn)存在下沉、外擠、開裂等病害，該段路基位于臺州車站寧波端，全長590m，軟土路基深約為5m～26m。線路以路堤通過，路堤填土高約為4m～6m，路堤邊坡坡率1:1.5，采用混凝土空心磚植草防護(hù)。

2.1 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)概況

2.1.1 地形地貌

沖海積平原。地形平坦開闊，周圍為農(nóng)田、村舍。

2.1.2 地層巖性及巖土分級

（1）al+mQ4粉質(zhì)黏土：黃褐色，軟塑，含鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)。（2）-1mQ4淤泥：灰色，流塑。

（2）-2mQ4淤泥質(zhì)黏土：灰色，流塑，含少量有機(jī)質(zhì)。（3）-1al+plQ4粘土：黃色-灰色，中密飽和。

（3）-2al+plQ4圓礫石：灰黃色，飽和，中密。（3）-3al+plQ4細(xì)砂：灰色，飽和，含云母碎片。（4）-1J3凝灰?guī)r：褐黃色-灰黃色，全風(fēng)化，III（4）-2J3凝灰?guī)r：黃色-灰黃色，強(qiáng)風(fēng)化，IV

2.1.3 水文地質(zhì)條件

平原區(qū)，地下水為孔隙水，埋深0.5m-2.0m，較發(fā)育。

2.2 路基既有加固情況

該段路基施工時采用多種地基加固方法，其中K465+ 510～+720段采用漿噴樁加固，樁徑0.5m，樁間距1.3m，正三角形布置，樁長10m-19.5m左右；K465+720～K466+100段采用筒樁加固，筒樁直徑1.0m，樁長21.2m-28.5m，樁間距3.2 m-3.6m，正方形布置，筒樁上部鋪設(shè)一層0.5m厚的碎石墊層，中間夾鋪2層土工格柵。

3 路基病害情況

該段路基在運(yùn)營過程中，逐步出現(xiàn)下沉、外擠、道碴囊、縱向開裂等病害，線路變化周期短，日常線路養(yǎng)護(hù)工作量大。為準(zhǔn)確掌握該地段路基地質(zhì)情況，對該部分路基進(jìn)行了路基變形觀測、鉆探取樣檢測和物探勘查綜合方法現(xiàn)場檢測。經(jīng)此調(diào)查綜合，該段路基主要存在以下病害：

（1）該段路基整體下沉嚴(yán)重，局部地段存在總沉降量偏大、沉降速率較快、沉降收斂不明顯狀況，并且已經(jīng)大大超過規(guī)范允許工后沉降控制值和沉降速率。路基沉降觀測結(jié)果見表1。

表1 路基沉降觀測匯總表

（2）路基本體和邊坡出現(xiàn)下沉外擠。其中K465+505～+ 561、K465+818處路基本體和兩側(cè)排水溝，K465+592～+908、K465+984～+K466+100段基床邊坡明顯“外臌”變形，側(cè)向變形嚴(yán)重。

（3）路基基床道碴存在不同程度下陷、路肩內(nèi)側(cè)道碴下沉明顯，局部位置已經(jīng)發(fā)展成為道碴囊。其中K465+513～+ 628、K465+645～+732、K465+765～+841、K465+884～+957、K466+013～+067段道碴及基床界線明顯下沉，最大沉降量95 cm；K465+725～+735、K465+805～+815、K465+855～+865、K465+ 925～+935段存在道碴囊、道碴陷槽，深度0.8m～1.28m。

（4）根據(jù)物探勘查發(fā)現(xiàn)路基本體K465+533～+554、K465+ 620～+836、K465+847～+917、K465+934～+943、K466+050～+100等位置存在不密實(shí)區(qū)域、局部位置可能存在空洞。

4 路基病害原因分析

（1）軟土的特性。軟土具有天然含水率高、孔隙比大、滲透系數(shù)小、壓縮系數(shù)大而強(qiáng)度低等特性。該段路基處于典型的沖海積軟土路基地段，軟土深度厚，既有軟土路基強(qiáng)度滿足不了客運(yùn)專線路基強(qiáng)度要求。

（2）原有路基加固措施未有效作用。該段路基施工時采用漿噴樁、筒樁多種路基加固措施，根據(jù)檢測發(fā)現(xiàn)加固后樁存在位移或斷裂，使原有加固措施未有效作用，地基強(qiáng)度達(dá)不到規(guī)范要求。

（3）施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。該段路基為線路開通最后地段，施工單位為搶工期滿足開通要求，未嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求施工。路基本體中填料不符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，填料級配不均勻、含水過高、基床密實(shí)度不達(dá)標(biāo)，造成路基本體不密實(shí)和空洞。地基加固效果不佳，地基強(qiáng)度不足，產(chǎn)生剪切破壞或塑性流動，發(fā)生變形。

（4）排水的不暢。對于軟土路基，隨著含水量增加，土的抗剪強(qiáng)度降低。排水不暢是路基病害產(chǎn)生、發(fā)展和承載力下降的重要因素。該段路基處于東部沿海，雨量充沛，特別連續(xù)下雨時段，路基變化更為明顯。原設(shè)計(jì)對地下和地表排水考慮不全，同時原有排水系統(tǒng)由于路基變形破壞，基床排水不暢，基床土在積水及動力作用下產(chǎn)生下沉或軟化，使道碴壓入基床，行成道碴囊。

5 整治組織及整治效果

軟土地基加固有多種方法，當(dāng)路基病害嚴(yán)重時，采用單一的加固措施難以達(dá)到目標(biāo)。因此需根據(jù)病害類型和成因，采取綜合加固措施，充分發(fā)揮不同加固措施的工程特性，同時必須考慮選取施工方案盡可能減少對既有線運(yùn)輸和安全影響。

5.1 整治方案

我們主要采取了在路基坡腳用旋噴樁、鉆孔樁加固，對路基本體注漿加固，邊坡設(shè)置仰斜排水孔，完善排水系統(tǒng)等綜合方案，如圖1所示。

（1）K465+561～+592、K465+908～+984、K466+029～+K466+ 100段軟土路基兩側(cè)邊坡和采用3～5排Φ0.6m旋噴樁加固，樁長11.5m～39.5m。主要是通過旋噴樁使地基中土體密實(shí)、固結(jié)，形成復(fù)合地基，以提高地基土的抗剪強(qiáng)度和水平抵抗力。

圖1 路基加固綜合整治剖面布置圖

（2）K465+510～+561、K465+592～+908、K465+984～+K466+ 029坡腳處采用兩排Φ1.0m鉆孔樁加固，鉆孔樁縱橫間距2.0m，三角形布置。其中內(nèi)側(cè)一排鉆孔樁間隙設(shè)Φ0.6m旋噴樁帷幕，頂部承臺連接。鉆孔樁聯(lián)合旋噴樁主要是對橫向變形地段進(jìn)行側(cè)向約束加固，并行成止水帷幕，減少地下水對地基影響。

（3）對該段路基本體局部進(jìn)行注漿加固，縱橫向間距2.0 m。主要是為了解決路基本體中局部存在填料不均勻、含水過高、不密實(shí)、空洞問題，以提高路基本體承載力，減少沉降。

（4）對路基兩側(cè)坡腳下及股道間排水溝改造，并對道碴囊地段設(shè)置仰斜排水孔Φ100，縱向間距3.0m，長10m，水填中粗砂。主要是為了確保排水通暢，有利于排除土中的水分，減少水對路基影響。

5.2 施工組織

5.2.1 施工時間及條件

從2014年2月至5月進(jìn)行施工，線路限速120km/h，注漿和旋噴樁施工在天窗點(diǎn)內(nèi)完成，鉆孔樁施工白天點(diǎn)外進(jìn)行。

5.2.2 施工順序

先地基土加固，后路基本體注漿，再進(jìn)行邊坡仰斜排水孔施工。對于地基加固地段先施工坡腳旋噴樁，再施工鉆孔樁聯(lián)合旋噴樁。鉆孔樁施工完并達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后再施工旋噴樁帷幕和頂部承臺冠梁施工。

5.2.3 施工注意事項(xiàng)

（1）旋噴樁、注漿施工前應(yīng)在坡腳適當(dāng)位置進(jìn)行工藝試驗(yàn)，以檢驗(yàn)設(shè)備工藝是否合適、選用的技術(shù)參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求，并評估施工對既有設(shè)備影響。

（2）旋噴樁施工會對臨近線路產(chǎn)生影響，連續(xù)施工會產(chǎn)生集聚效應(yīng)。因此必須對臨近線路采取限速措施，施工時應(yīng)跳樁施工，控制好注漿壓力，在保證噴漿量的情況下，地面下5m范圍壓力可減少至8MPa～10MPa,以免對既有線路造成較大影響。

（3）施工過程中必須嚴(yán)格進(jìn)行路基和線路軌面變形觀測。當(dāng)變形量達(dá)到或超過警戒值時立即停止施工，分析原因，等數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再跳樁施打。

5.3 整治效果

施工結(jié)束后經(jīng)過從2014年6月至7月近2個月路基沉降和位移觀測，路基沉降明顯減少，最大沉降為0.8mm，路基位移未發(fā)現(xiàn)變化，工區(qū)線路日常養(yǎng)護(hù)周期也明顯拉長，取得了良好的整治效果。

5 結(jié)束語

我們必須高度重視高速鐵路軟土路基病害整治，防止病害繼續(xù)發(fā)展，給行車安全帶來安全隱患。對軟土路基病害地段應(yīng)采用綜合勘查手段，查明軟土路基的工程地質(zhì)與水文條件，為分析路基病害成因和整治措施提供準(zhǔn)確的巖土物理力學(xué)參數(shù)。軟土路基病害的產(chǎn)生原因往往是多方面的，整治軟土路基病害需要綜合運(yùn)用多種整治措施。同時軟土路基病害處理施工中高度重視對既有線影響，嚴(yán)格落實(shí)營業(yè)線施工安全措施，絕對確保施工期間鐵路運(yùn)輸安全。

責(zé)任編輯：宋飛 龔佩毅

來稿時間：2014-8-25