加筋擋墻在鐵路沉陷治理中的應用

陳 杰 王東權

(1.淮南礦業(yè)(集團)有限責任公司張集煤礦，安徽淮南 232174;2.中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院，江蘇徐州 221116)

0 引言

淮南礦業(yè)集團張集鐵路專用線全長9.50 km，呈東南—西北走向，其中很大一部分里程位于沉陷區(qū)內。地下煤層開采后，其圍巖失穩(wěn)會產生位移、開裂、破碎垮落，造成上覆巖層下沉、彎曲，從而引起地表沉陷，張集煤礦沉陷區(qū)鐵路專用線路基隨地表沉降而下沉，使得鐵路路基標高發(fā)生變化，為了保證專用線鐵路的安全運營，就需要保持鐵路路基標高滿足設計要求。傳統的路基加高方法是采用煤矸石對路基直接放坡回填來達到路基標高不變的目的，但該方法在路基回填高度不斷增加的過程中，要占用大量的土地資源，會造成很大的資源浪費，同時加高回填工程量很大，施工質量難以保證，易產生路基邊坡穩(wěn)定問題。

針對沉陷區(qū)鐵路專用線路基加高存在的工程問題，提出了采用加筋擋墻加高加固采動區(qū)鐵路專用線路基實施方案。依據張集煤礦鐵路專用線實際，鐵路專用線加筋結構擋墻設計由鋼筋混凝土基礎、鋼筋混凝土面板、鋼塑復合拉筋帶和煤矸石填料共同組成。該加高加固技術方案具有施工簡便，抗變形能力強，工程量小，工程造價低等優(yōu)點。同時，加筋擋墻不僅可以大量的減少占地面積，還能夠適應地基一定程度的變形，更適合于采動路堤工程。

加筋擋墻加高與放坡加高示意圖見圖1。

1 加筋擋墻結構設計與穩(wěn)定性分析

1.1 加筋擋墻結構設計

根據張集礦鐵路專用線橋頭高填方工程實際情況和將來預計下沉量，加筋擋墻設計加高高度為4.5 m，橋頭每側需要設置加筋擋墻長度為10 m，分處橋頭與路基連接處的四角，共計40 m。依據工程實際加筋擋墻設計構成為:筋帶型號采用鋼塑復合帶CAT30020B，鋼筋混凝土面板尺寸為 0.2 m ×0.4 m ×0.5 m;擋墻壓頂和基礎采用鋼筋混凝土，基礎下墊40 cm碎石墊層，具體尺寸如圖3所示;每塊面板設置根數2根，長4 m，豎向間距0.5 m，水平間距0.4 m;擋墻面坡度為1∶0.2，擋墻每5 m設置抗采動變形縫，縫寬10 cm，變形縫內安設由鍍鋅板制作的波紋板，變形縫頂部10 cm范圍灌注瀝青橡膠;加筋擋墻填料采用煤矸石。加筋擋墻具體設計如圖2，圖3所示。

圖1 加筋擋墻加高與放坡加高示意圖

圖2 鐵路專用線加筋擋墻平面圖、立面圖

圖3 加筋擋墻剖面圖

1.2 加筋擋墻穩(wěn)定性分析

1)煤矸石填料力學參數試驗。由于張集煤礦鐵路專用線路基加高填料為煤矸石，煤矸石填料的力學參數取值是否準確直接影響加筋擋墻設計準確可靠。擋土墻穩(wěn)定性分析計算過程中需要填料的主要物理力學參數是粘聚力、摩擦角和容重。填料的粘聚力和摩擦角通常由直剪試驗或三軸試驗獲得，由于煤矸石填料是由不同粒徑粗料(粒徑5 mm)和細料(粒徑5 mm)組成，無法制成直剪試驗和三軸試驗所需的小試樣。因此煤矸石填料粘聚力和摩擦角采用通過大試樣(試樣尺寸為φ×h=150 mm×150 mm)無側限抗壓強度試驗和劈裂試驗得到煤矸石填料的抗壓強度和劈裂強度，再由摩爾圓計算出煤矸石填料的粘聚力和內摩擦角。

圖4 現場煤矸石篩分試驗及試驗結果

由圖4可以計算出張集煤礦鐵路專用線路基煤矸石的不均勻系數Cu=8.7、曲率系數Cc=1.3、填料粗料含量所占比例為78%。由于煤矸石填料的Cu＞5，Cc=1～3，表明煤矸石粒徑分布不均勻，級配良好，適合作為路基填料。實際填筑過程中應剔除或破碎粒徑大于100 mm以上煤矸石，確保拉筋與煤矸石相互作用效果。實驗室按照現場條件下的煤矸石級配和含水量，制成與不利季節(jié)實際工程條件一致的煤矸石大試樣，通過壓力機進行無側限抗壓試驗和劈裂試驗測定煤矸石的無側限抗壓強度和劈裂強度。依據試驗結果計算出煤矸石填料的穩(wěn)定性分析所需的物理力學參數，見表1。

表1 煤矸石物理力學參數

2)加筋擋墻穩(wěn)定性分析。根據實際工程條件下煤矸石填料的力學參數和加筋擋墻設計參數，采用專用巖土工程設計計算軟件對加筋擋墻安全穩(wěn)定性進行計算，得到其具體安全穩(wěn)定性系數，見表2。

表2 加筋擋墻安全穩(wěn)定性計算情況表

由表2可以看出，張集礦鐵路專用線加筋擋墻在不利季節(jié)的各項安全系數指標都滿足規(guī)范要求，這說明，加筋擋墻在節(jié)約土地資源、減少工程量、降低工程造價的同時，其安全穩(wěn)定性也可以得到保障。

2 結語

淮南礦業(yè)集團張集煤礦鐵路專用線采用加筋擋墻進行加高處理，可以實現隨采動下沉不斷地進行路基加高，保證了鐵路專線軌面標高始終相對穩(wěn)定，滿足了行車要求;同時大量減少對土地資源的占用和減少路基加高回填的工程量，具有效果明顯、經濟可行、節(jié)約環(huán)保的特點，可以在鐵路專線路基加高工程中推廣應用。

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