蘭新鐵路第二雙線鹽漬土地基溶陷病害治理研究

高冬冬+袁雅賢

摘要： 結(jié)合蘭新鐵路第二雙線鹽漬土路基浸水病害的實(shí)際，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察揭示了鹽漬土溶陷病害的產(chǎn)生原因，提出了堆載預(yù)壓配合注漿處理的方法處理溶陷鹽漬土地基，現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，該方法對(duì)于加速溶陷變形沉降完成以及控制工后沉降效果良好，可以在類似工程中推廣。

Abstract： Based on the actual situation of the flooding of the second bilateral saline soil subgrade in the Lanxin railway， the causes of the saline soil collapsible were revealed by on-site investigation. The method of preloading and grouting treatment was proposed to treat the collapsible saline soil subgrade. The results show that the method can be popularized in similar projects because the method can treat the collapsible deformation and control post-construction settlement well.

關(guān)鍵詞： 高速鐵路；鹽漬土路基；溶陷變形

Key words： high-speed railway；saline soil subgrade；collapsible deformation

中圖分類號(hào)：TU448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）21-0112-02

0 引言

高速鐵路在西部地區(qū)的建設(shè)遇到了大量的鹽漬土地基，鹽漬土是含有一定量可溶鹽的土，是西部地區(qū)尤其新疆、青海、甘肅、寧夏幾個(gè)省市常見(jiàn)的路基土類型。由于鹽漬土在工程中表現(xiàn)出較強(qiáng)的溶陷性與鹽漲特性，鹽漬土地基的沉降變形特性對(duì)于高速鐵路工程沉降控制有著重要影響。原蘇聯(lián)，歐、美洲一些國(guó)家和中東地區(qū)的學(xué)者也較早地對(duì)鹽漬土的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了深刻認(rèn)識(shí)，主要針對(duì)中東地區(qū)（特別是沙特阿拉伯地區(qū)）的含鹽砂土和粘土的物理、力學(xué)性質(zhì)以及含鹽土與水的關(guān)系進(jìn)行了大量的試驗(yàn)探究，如含鹽量與土的最大干密度、液塑限、抗剪強(qiáng)度、滲透系數(shù)、變形模量等物理力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系；淋溶作用對(duì)鹽漬土結(jié)構(gòu)的影響等，并作了詳細(xì)的結(jié)果分析。

我國(guó)對(duì)鹽漬土的關(guān)注始于20世紀(jì)50年代，比上述國(guó)家稍晚，前期主要針對(duì)鹽漬土地區(qū)的工程特性及施工所遇問(wèn)題開(kāi)展了調(diào)研工作。如鐵道部科學(xué)研究院、鐵道部第一設(shè)計(jì)院及鐵道部各有關(guān)單位[1，2]前后對(duì)鹽漬土鐵路路基的工程概況、工程性質(zhì)、工程整體表現(xiàn)、鐵路修建過(guò)程中的難題進(jìn)行了可靠的調(diào)查。陳肖柏[3]對(duì)鹽漬土中水鹽遷移規(guī)律進(jìn)行了重點(diǎn)的分析和論述。尹睿捷[4]以察爾汗～格爾木高速公路沿線的強(qiáng)、過(guò)氯鹽漬土為研究對(duì)象進(jìn)行了室內(nèi)單軸壓縮試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)浸水載荷試驗(yàn)，重點(diǎn)分析了溶陷變形量與溶陷系數(shù)隨壓力的變化關(guān)系，驗(yàn)證了砂礫改良鹽漬土具有較高的路用性能，并確定了不同施工段鹽漬土的最佳砂土配合比；宋通海[5]、王利莉[6]等人分別采用各自的方法研究了不同地區(qū)氯鹽漬土溶陷性的影響因素，分析了各因素對(duì)溶陷變形的影響規(guī)律，但研究成果不盡相同；李永紅、陳濤、張少宏[7]等人研究了影響無(wú)粘性鹽漬土溶陷變形的因素，并提出消除影響的方法。

1 溶陷病害

新建蘭新鐵路第二雙線是中國(guó)西北地區(qū)建成通車的第一條高速鐵路，也是亞歐大陸橋鐵路通道的樞紐部分，沿線有大面積的鹽漬土地區(qū)分布。線路建設(shè)期間，某工點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重溶陷沉降，工點(diǎn)位于天山山麓山前沖積平原中部，地形起伏不大，為典型沙礫戈壁景觀，主要地層分述如下：細(xì)角礪土：層厚大于30m，淺黃色～紅褐色，尖棱狀。成分以砂巖，灰?guī)r為主，顆粒不均，最大粒徑40mm。工點(diǎn)范圍內(nèi)未見(jiàn)地表水，勘探深度45m內(nèi)未見(jiàn)地下水。地震動(dòng)峰值加速度為0.10g。土壤最大凍結(jié)深度83cm。上游位置有一個(gè)儲(chǔ)水容量約為1200m3的水池，并在水池中引出了兩根PVC排水管，其中一根外徑為400mm的排水管垂直通過(guò)路基，因排水管埋在地下1.5m，勘測(cè)、施工期間均未發(fā)現(xiàn)此處排水管，由于此處排水管發(fā)生滲漏，長(zhǎng)時(shí)間浸泡路基造成路基產(chǎn)生不均勻沉降，致使道床板與支承層脫離而懸空等現(xiàn)象，延誤通車且造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，掌握西北地區(qū)高速鐵路鹽漬土路基的變形發(fā)展規(guī)律，提前排除路基的潛在危機(jī)，避免相似病害的再次發(fā)生，保障高速鐵路長(zhǎng)期平順性及安全服役性能是至關(guān)重要的。

1.1 病害過(guò)程 圖1給出了該段面在未發(fā)生浸水前路基的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，從土中可以看出，該斷面沉降數(shù)量極小只有4～5mm，且變形穩(wěn)定很快，也就是說(shuō)處于干燥狀態(tài)的鹽漬土路基有較高的抗壓模量，路基填土高度造成的壓力對(duì)于地基沉降影響極小，因此，在這種情況下，沉降評(píng)估與的工后沉降也很小。然而2013年發(fā)現(xiàn)該段面處道床板外側(cè)底部與支承層頂面之間存在明顯的分層“懸空”現(xiàn)象，此處變形肉眼能分辨出來(lái)，經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，沉降量超過(guò)8cm?？辈彀l(fā)現(xiàn)系該段地表下1.3m處直徑40cm的PVC引水管破裂，破裂處水浸濕鹽漬土使得鹽漬土發(fā)生了較為明顯的溶陷變形。

1.2 病害原因 ①路基下沉主要是由于通過(guò)線路灌溉用水在路基上游及路基底部集中下滲，并長(zhǎng)時(shí)間浸泡造成鹽漬土中結(jié)晶鹽份活解、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，地基土在路基及土體作用下產(chǎn)生壓密造成的。下沉范圍集中在輸水管集中處，土體沉降的深度由渠水下滲中心向周圍逐漸減少沉降最大處地下含水量最大處都與水管被損處相對(duì)應(yīng)，并以漏斗形下沉。

②此段地層為極干旱條件形成的山前洪積細(xì)角礫士，其成分中普遍含鹽，顆粒間多以鹽土膠結(jié)。干燥時(shí)結(jié)構(gòu)緊密，承載力很高，遇水長(zhǎng)時(shí)間浸泡鹽土膠結(jié)結(jié)構(gòu)破壞，在上覆土體及荷載作用下壓密下沉，這是路基產(chǎn)生沉降的內(nèi)在因素。

③地段位于極干旱地區(qū)，基礎(chǔ)地層干燥，地層對(duì)水的消散很快，長(zhǎng)時(shí)間浸泡會(huì)產(chǎn)生土體結(jié)構(gòu)彼壞。如果沉降地段若再?zèng)]有水供給，地層中的水分會(huì)逐漸消散土體重新固結(jié)達(dá)到新的強(qiáng)度。

2 病害治理措施

針對(duì)具體的勘察結(jié)果，破除的軌道與軌道板及道床板，并進(jìn)行堆載預(yù)壓處理，同時(shí)對(duì)路基進(jìn)行注漿加固處理。

2.1 注漿設(shè)計(jì) 載預(yù)壓完成后，對(duì)事故段路基兩側(cè)坡腳之間采用鉆孔注漿處理，路堤兩側(cè)坡腳外1.5m布置一排帷幕孔，孔徑70mm，孔間距1.5m，孔內(nèi)高壓壓漿（水灰比1：1，普通硅酸鹽425號(hào)水泥）。路基采用鉆孔注漿處理，孔徑70mm，孔間距1.5m，按照梅花形步孔，孔內(nèi)高壓壓漿（水灰比1：1，普通硅酸鹽425號(hào)水泥）；箱形橋底板范圍內(nèi)布置36個(gè)孔，翼墻外均布置5個(gè)孔。如圖2所示。

注漿孔深為原地面下15m，注漿管原地面下2.0m深處開(kāi)始開(kāi)孔，孔內(nèi)高壓注漿。鉆孔樁施工采用兩臺(tái)JT100潛孔鉆機(jī)在路基面進(jìn)行鉆孔，箱型橋下面采用一臺(tái)地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，路基面上鉆孔及注漿均采用單側(cè)進(jìn)行，首先施工線路右側(cè)，待線路右側(cè)全部完成后再施工線路左側(cè)。

2.2 施工保護(hù)措施 當(dāng)工地晝夜平均氣溫（最高和最低氣溫的平均值或當(dāng)?shù)貢r(shí)間6時(shí)、14時(shí)及21時(shí)的室外氣溫的平均值）連續(xù)3d低于5℃或最低氣溫低于﹣3℃時(shí)，需要采取冬季施工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫記錄，當(dāng)?shù)貢r(shí)間6時(shí)21時(shí)連續(xù)3d已經(jīng)低于5℃，所以現(xiàn)場(chǎng)注漿必須采取冬季施工，采取以下措施以保證注漿質(zhì)量不受低溫凍害影響：

①注漿時(shí)間嚴(yán)格控制在10：00到17：00之間。

②在水泥漿拌合過(guò)程中加入防凍劑，提高水泥漿早期強(qiáng)度以防止其受凍。

③拌合水使用溫度不高于80℃的熱水。具體措施：

1）采用鍋爐設(shè)備對(duì)拌合水進(jìn)行持續(xù)加熱。2）在蓄水池上加蓋一層保溫棉被，兩層塑料布，以保證水的溫度不低于要求拌合溫度。3）將注漿管全部采用保溫材料進(jìn)行包裹，防止水泥漿在輸送過(guò)程中溫度散失過(guò)快。4）攪拌前應(yīng)先用熱水沖洗攪拌機(jī)，投料順序?yàn)樗?、水泥攪拌，時(shí)間應(yīng)較常溫時(shí)延長(zhǎng)50%。5）水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。6）水泥漿澆筑完畢并完成封孔后立即使用厚塑料薄膜立即覆蓋保溫，然后覆蓋一層5cm厚棉被后再覆蓋黑篷布進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

2.3 加固效果 路基進(jìn)行堆載預(yù)壓的同時(shí)進(jìn)行沉降觀測(cè)，在發(fā)生沉降的60m范圍內(nèi)，布置5個(gè)沉降觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面布置五個(gè)沉降觀測(cè)斷面，每個(gè)觀測(cè)斷面于兩側(cè)路肩設(shè)置沉降觀測(cè)樁，路堤中心布置沉降板，路堤坡腳外1m設(shè)置沉降觀測(cè)樁。沉降觀測(cè)周期為2天，及時(shí)進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)整理、沉降曲線繪制，如圖3所示，圖中可以發(fā)現(xiàn)，在堆載預(yù)壓下，路基不斷排水固結(jié)并且穩(wěn)定，具備了卸載與鋪軌條件。

3 結(jié)論

可以看出，鹽漬土路基的特殊性質(zhì)決定其在干燥狀態(tài)下有較高的強(qiáng)度，且一般沖擊碾壓施工對(duì)路基改良效果不明顯，且沉降變形量較??；而鹽漬土路基浸水產(chǎn)生溶陷變形極為明顯，極容易引起嚴(yán)重后果，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)路基防排水措施，確保路基浸水發(fā)生；注漿處置效果表明，注漿配合堆載預(yù)壓是處理鹽漬土浸水路基的有效措施。

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