某高速鐵路斜坡路堤變形整治研究

■ 中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 曾銳 薛元 封志軍

由于高速鐵路運行速度快，對線路的平順性要求高，為保證高速鐵路正常運行以及旅客的人身財產(chǎn)安全，我國高速鐵路對建成后的路基工程變形提出了相當(dāng)苛刻的要求，允許的工后沉降及水平變形量極小，需達(dá)到近乎于零變形的控制標(biāo)準(zhǔn)[1]-[5]。但由于地質(zhì)條件的不確定性以及設(shè)計、施工、運營等環(huán)節(jié)復(fù)雜因素的影響，高速鐵路通車運營后局部路基段落可能發(fā)生豎向沉降和水平位移等變形[6]-[7]。這些變形不僅將會威脅行車安全，而且給運營高鐵鐵路的整治帶來極大難度。

本文根據(jù)以某高速鐵路斜坡路堤段落水平變形病害為研究對象，在無成熟可靠工程經(jīng)驗的條件下，參考以往普速鐵路類似病害整治工程，提出了以反壓回填、注漿結(jié)合鉆孔灌注樁加固的整治方案[8]，輔以系統(tǒng)的監(jiān)測手段進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，最終達(dá)到了一次根除不留隱患的效果。

1.項目概況及技術(shù)難點

1.1 項目及地質(zhì)條件

2017年4月初，工務(wù)部門反映某高速鐵路K681+525～K681+585段在每個動車檢測周期均下沉0.3mm-0.5mm，隨即開展現(xiàn)場監(jiān)測工作。監(jiān)測結(jié)果顯示5月13日～6月10日，觀測數(shù)據(jù)未見明顯異常；6月10日～7月29日進(jìn)入雨季后，觀測到路基最大累計沉降為18.3mm，樁頂水平位移15.8mm；7月29日～8月7日，路基最大累計沉降為18.7mm，樁頂水平位移16.9mm；8月21日～22日組織施工錨索鉆孔機(jī)微型樁時，錨固樁位移及沉降發(fā)生突變，路基最大累計沉降為69mm，樁頂水平最大累計位移為91mm。該段路基水平變形已大幅超過規(guī)范限值，嚴(yán)重影響了高鐵運營安全，故運營部門對此段路基采取了限速措施。為保證高速鐵路的平順性要求與后續(xù)高速鐵路運營安全，必須對該段路基進(jìn)行針對性整治。

該段病害路基屬滇東南高原盆地邊緣丘陵地貌。線路順緩坡的小山脊行進(jìn)，左側(cè)20m以外發(fā)育與線路走向相近的沖溝。地面高程1630m～1650m，相對高差約20m，自然坡度12o～30o。地表均被辟為耕地，其余平緩地帶被第三系（N2）黏土覆蓋。此次變形病害段地層巖性主要為<6-9>黏土（Q4dl+pl）、<7-4>黏土（Q4dl+el）、<10-1>黏土（N2）、<24-1>斷層泥（Fc）。

1.2 施工圖設(shè)計概況

K681+525～K681+585段長60m，路基以填方形式通過。左側(cè)路肩設(shè)置錨固樁，樁截面分別為1.5m×2.25m、1.75m×2.5m，樁間距（中-中）為7m，共設(shè)13根樁，樁長15～21m，采用C35混凝土澆筑（圖1）。

1.3 整治措施施工特點及重難點

一是病害路基段最大水平位移已達(dá)91mm，即線路左側(cè)路肩樁板墻錨固樁樁頂最大位移已達(dá)91mm，但現(xiàn)場環(huán)境情況下難以對錨固樁進(jìn)行檢測，無法判斷其工作性能，從而影響整治措施的制定。經(jīng)現(xiàn)場綜合判斷該段病害路基已達(dá)極限狀態(tài)，整治過程中稍有不慎就會造成病害段落的垮塌，后果不堪設(shè)想。

二是由于該段高鐵鐵路已開通運營，現(xiàn)場已無施工便道條件，大型機(jī)械難以入場，無法快速開展搶險工作面，加上又面臨連日降雨便道修建進(jìn)度緩慢，嚴(yán)重影響整治施工措施的推進(jìn)。

三是對于高速鐵路路基段水平變形超過91mm的病害整治，尚無工程案例可供借鑒，整治方案設(shè)計、施工工藝等方面均缺乏參考經(jīng)驗。

2.整治方案研究

2.1 路基病害原因分析

一是現(xiàn)場樁前斜坡已被當(dāng)?shù)卮迕耖_辟為耕地，地形較建設(shè)期發(fā)生較大變化，局部形成陡坎，樁前平臺寬度不足，導(dǎo)致樁前抗力減弱，造成樁頂位移并引發(fā)路基變形。

圖1 K681病害路基施工圖代表性橫斷面

圖2 樁前反壓代表性橫斷面

二是2017年雨季以來，區(qū)域內(nèi)連續(xù)強降雨導(dǎo)致地下水位提升，地表2m～4m范圍內(nèi)粉質(zhì)黏土、黏土（膨脹土）遇水飽和后強度迅速降低。

三是雨水下滲至填方體后未及時排出，導(dǎo)致填土含水量增加、軟化，容重增大，上部荷載對支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大側(cè)向壓力。

2.2 整治目的

通過在病害段斜坡路堤左側(cè)采用反壓回填、注漿結(jié)合鉆孔灌注樁加固的整治方案施工完成后產(chǎn)生的側(cè)向抗力，從而保證病害段路基的穩(wěn)定，同時適當(dāng)帶動路基填土向右側(cè)偏移，減小線路平面調(diào)整的難度，最終達(dá)到確保高速鐵路線路平順與安全運營的目的。

2.3 整治方案

第一，病害路基段線路左側(cè)斜坡上分級采用棄土反壓回填，回填體邊坡坡率1：2。反壓體樁前5m范圍按1：1.5放坡后，采用A組填料摻5%水泥進(jìn)行填筑，其余部分采用合格的C組填料進(jìn)行填筑。同時，因回填反壓體極為松散、壓實度較低，對反壓回填體范圍采用鋼花管注漿加固，單孔注漿完成后不拔管?？變?nèi)灌注M30水泥凈漿。

第二，反壓回填體邊坡坡腳設(shè)置鉆孔灌注樁防護(hù)。

第三，從自上而下，在第一、四排相應(yīng)位置鋼筋混凝土格子梁，坡腳護(hù)腳混凝土埋設(shè)沉降及橫向水平位移觀測樁。

第四，對路肩兩側(cè)電纜槽與路基面脫開處以及路基面開裂位置處，采用M30水泥漿灌注封閉。（圖2）

3.監(jiān)測方案

針對該段病害斜坡路堤，團(tuán)隊建立了以水準(zhǔn)測量為主、軌道檢測為輔的監(jiān)測系統(tǒng)。施工過程中所有流程必須嚴(yán)格在路基變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下進(jìn)行，整個路基變形監(jiān)測由第三方專業(yè)監(jiān)測單位實施，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整施工計劃安排，確保高速鐵路的穩(wěn)定安全。

3.1 水準(zhǔn)測量監(jiān)測

在路肩樁板墻2#、4#、6#、8#、10#、12#和13#錨固樁樁頂各安置一個棱鏡為監(jiān)測點，共計8個位移監(jiān)測點。線路大里程隧道的洞門頂端左、右兩側(cè)各設(shè)置一個方向控制點，線路小里程方向路基水溝的左、右方向各設(shè)置一個方向控制點，共4個方向控制點。同時，位于線路左側(cè)錨固樁大里程位置隧道進(jìn)口上方設(shè)置強制對中墩，以強制對中墩為平面坐標(biāo)系統(tǒng)原點建立獨立坐標(biāo)系，采用自由設(shè)站前方交會法，監(jiān)測各監(jiān)測點的平面位移量。（圖3）

圖3 水平位移監(jiān)測點和控制點布設(shè)示意圖

水準(zhǔn)監(jiān)測的頻次和時間大致分三個階段進(jìn)行：

第一階段：2017年5月至2017年8月。按2次/周頻率進(jìn)行監(jiān)測，主要目的是確認(rèn)病害路基變形發(fā)展趨勢；

第二階段：2017年8月至2017年9月。結(jié)合現(xiàn)場整治工程的開展，為嚴(yán)格監(jiān)控病害路基的變形，并有效指導(dǎo)現(xiàn)場的病害整治工作，將監(jiān)測頻率提高至6次/天；

第三階段：2017年9月至2018年11月。該階段主要用于驗證整治效果，并根據(jù)實際情況調(diào)整監(jiān)測頻次。

3.2 軌道監(jiān)測

施工期間，加強對軌道的監(jiān)測。

3.3 監(jiān)測警戒值及報警程序

當(dāng)監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)特殊情況（如單次位移≥2mm，累計位移≥5mm）時，應(yīng)及時上報相關(guān)單位，并進(jìn)行復(fù)測，以確認(rèn)測量結(jié)果。

4.施工過程控制

4.1 主要施工技術(shù)方案

第一，線路左側(cè)鋼花管注漿及格子梁、鉆孔灌注樁、排水系統(tǒng)、護(hù)坡、護(hù)腳墻、實體圍墻，均在防護(hù)柵欄外，利用行車間隔施工；加強施工過程中的變形監(jiān)測，嚴(yán)格按照監(jiān)測成果進(jìn)行施工組織。

第二，路肩兩側(cè)電纜槽與路基面脫開處以及路基面開裂位置處，采用M30水泥漿灌注封閉，利用施工天窗時間完成。

第三，汲取微型樁搶險工程施工過程中造成斜坡路堤發(fā)生巨大水平變形的經(jīng)驗，在施工過程中應(yīng)高度重視施工措施對病害路堤的影響，嚴(yán)格按照監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行施工組織。

4.2 施工流程

施工工藝流程圖，詳見圖4：

圖4 病害段整治施工工藝流程圖

（1）臨時封閉措施

整治施工前，利用施工天窗，用1.8m高金屬柵欄對整治段落進(jìn)行臨時封閉隔離，封閉區(qū)域為病害路基段的接觸網(wǎng)外側(cè)1m的路肩墻以下、兩端既有混凝土柵欄。在既有混凝土柵欄拆除2個欄片作為施工通道，用金屬網(wǎng)片制作臨時作業(yè)門并上鎖，確保鐵路運營安全。

（2）臨時加固措施

結(jié)合病害路基水平變形情況，采取樁前反壓回填、增設(shè)臨時截排水溝等臨時措施，以保證路堤穩(wěn)定，保證高速鐵路病害路基不再出現(xiàn)更大幅度的變形，待病害路堤基本穩(wěn)定后進(jìn)行下一步永久加固措施的施工作業(yè)。

（3）反壓回填體鋼花管注漿施工方法

鋼花管加工：注漿鋼花管采用壁厚4.5mm、直徑φ76mm的無縫鋼管，注漿鋼花管由場外加工、現(xiàn)場焊接，并在管壁鉆注漿眼。

鉆機(jī)鉆孔：鉆孔平臺采用鋼管支架，鉆孔采用機(jī)械鉆進(jìn)成孔，成孔直徑為Φ105mm，由頂部向下部鉆孔，跳孔施鉆，每孔超鉆20cm。針對塌孔較嚴(yán)重情況，采用與孔徑相等的鋼花管跟管鉆進(jìn)。

鋼花管入孔：利用鉆機(jī)將鋼花管推送入孔，孔口留0.4m的管頭。為了保護(hù)管壁膠帶在推送過程中不被損壞，推送時鋼管要勻速推進(jìn)。

注漿：采用水泥漿攪拌機(jī)現(xiàn)場進(jìn)行M30水泥凈漿漿液制備，并須在漿液達(dá)到初凝前使用。壓漿管采用高壓纏絲橡膠壓漿管，壓漿管的抗壓應(yīng)大于3Mpa，同時壓漿接頭應(yīng)保持密閉。采用壓漿泵進(jìn)行壓漿，注漿壓力為0.4MPa-0.6MPa，當(dāng)出現(xiàn)壓力急劇上升或壓漿管劇烈抖動時，應(yīng)立即停止壓漿，并且應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測軌道是否有隆起，如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即停止注漿、查明原因。

表1 K681路基病害段三階段樁頂水平位移監(jiān)測變化對比表

（4）反壓回填體坡腳鉆孔灌注樁施工方法

施工準(zhǔn)備→施工放樣→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位、校正→測量復(fù)核→旋挖鉆鉆孔→成孔質(zhì)量檢測→清孔→沉渣檢測→安裝鋼筋籠→下導(dǎo)管→灌注水下混凝土→拆除導(dǎo)管→拔護(hù)筒→樁頭處理→成樁檢測。

（5）施工過程中變形監(jiān)測

在施工期間，繼續(xù)加強對路基及錨固樁的沉降及平面位移進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻次為1次/2天，實際工作進(jìn)行時，其監(jiān)測頻次可根據(jù)變形值和變形速率進(jìn)行調(diào)整，如連續(xù)兩次觀測差值大于4mm，或出現(xiàn)沉降及位移突變、暴雨等外部條件變化時，及時通知相關(guān)單位，并適當(dāng)加密觀測頻次。

（6）施工效果

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，整治施工前為第一階段，病害路基段錨固樁頂位移為持續(xù)發(fā)展趨勢；整治過程中為第二階段，現(xiàn)場初期施工措施對病害路基水平位移產(chǎn)生了劇烈的不利影響，但隨著施工措施的逐步完成，整體變形情況趨于穩(wěn)定；整治完成至今，病害路基水平位移數(shù)據(jù)波動較小，數(shù)據(jù)收斂，證明整治效果明顯達(dá)到整治目的。（表1）

5.結(jié)論

斜坡地基在我國的高速鐵路建設(shè)中普遍存在，斜坡地基上修建高速鐵路路基存在發(fā)生過大水平變形的隱患。

本研究通過對某高速鐵路斜坡路堤段落水平變形病害進(jìn)行整治，得出以下結(jié)論：（1）采用反壓回填、注漿結(jié)合鉆孔灌注樁加固的整治方案是可行的，能夠有效地控制斜坡病害路堤的水平變形；（2）采用系統(tǒng)的監(jiān)控量測進(jìn)行動態(tài)整治，可有效地指導(dǎo)施工組織，確保運營條件的病害整治工程安全推進(jìn)；（3）通過一年半對路基的持續(xù)監(jiān)控量測，證實病害路基段水平變形已經(jīng)得到控制，該段病害路基隱患已經(jīng)消除、整治效果良好。工程實踐證明，該整治方案切實可行，為在高速鐵路運營條件下進(jìn)行斜坡路堤水平變形病害整治提供了借鑒和參考。