高速鐵路路基結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土的工程處理措施

章敏

（京沈鐵路客運(yùn)專線遼寧有限責(zé)任公司（哈大客專公司），沈陽(yáng) 110006）

結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土天然狀態(tài)下處于堅(jiān)硬狀態(tài)，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，強(qiáng)度高，具有顆粒相對(duì)密度大、孔隙比大、飽和度低、液限塑限高等特點(diǎn)，但水敏感性強(qiáng)烈，浸水后土體快速軟化，常發(fā)生濕陷［1］。目前結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土在高速鐵路建設(shè)中仍按普通粉質(zhì)黏土處理，其濕陷性可能對(duì)建設(shè)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生安全隱患。

對(duì)于濕陷性土體處理技術(shù)的研究主要集中在濕陷性黃土方面。GB 50025—2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》、TB 10035—2018《鐵路特殊土路基設(shè)計(jì)規(guī)范》等提出了常用的濕陷性黃土地基處理設(shè)計(jì)計(jì)算方法及施工工藝。蘇謙等［2］對(duì)鄭西客運(yùn)專線DDC 樁處理濕陷性黃土的適用性及設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了研究，提出了DDC 樁的工后沉降計(jì)算模式。李玉強(qiáng)等［3］在寶蘭客運(yùn)專線進(jìn)行了用柱錘沖擴(kuò)樁處理黃土地基的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，復(fù)合地基能夠有效消除黃土的濕陷性，提高天然地基承載力達(dá)3 倍以上。齊甦等［4］提出了一種可以滿足隧道內(nèi)小空間施工要求的無(wú)振動(dòng)擠密濕陷性黃土地基處理技術(shù)。姚裕春等［5］對(duì)多種濕陷性黃土地基處理技術(shù)的效果進(jìn)行了研究，認(rèn)為路基樁板結(jié)構(gòu)適用于處理中厚層和淺層濕陷性黃土，水泥土擠密樁適用于淺層濕陷性黃土，CFG 樁處理應(yīng)采用小直徑小間距方案。

本文針對(duì)京沈高速鐵路阜新站的結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土，討論了建設(shè)和運(yùn)營(yíng)2個(gè)階段相應(yīng)的工程處理措施。

1 建設(shè)期處理措施

1.1 勘察建議

依據(jù)京沈高速鐵路阜新站的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土的濕陷系數(shù)隨孔隙比增大而增大，隨飽和度降低而增大，天然狀態(tài)下孔隙比大于0.6 且飽和度小于60%的粉質(zhì)黏土具有濕陷性［6-8］。

目前的相關(guān)規(guī)范只要求針對(duì)黃土開(kāi)展?jié)裣菪栽囼?yàn)，建議對(duì)于物理性質(zhì)指標(biāo)達(dá)到上述條件的粉土、黏性土應(yīng)增加濕陷性評(píng)判。

1.2 地基處理

由于鐵路工程位于開(kāi)放的自然環(huán)境中且為帶狀分布，外界水環(huán)境如地下水、降雨等影響因素較多，要完全避免外界水環(huán)境影響鐵路基底是非常困難的。因此，消除結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土的濕陷性應(yīng)作為高速鐵路地基處理的主要對(duì)策。

結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土的濕陷性類似于黃土，可按既有TB 10012－2019《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中有關(guān)黃土規(guī)定進(jìn)行濕陷性評(píng)價(jià)。參考TB 10106—2010《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》并結(jié)合工程實(shí)際，歸納了結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土地基的處理措施，見(jiàn)表1。

2 運(yùn)營(yíng)期處理措施

2.1 處理方法

對(duì)于營(yíng)業(yè)線，結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土的危害主要表現(xiàn)為遇水軟化產(chǎn)生沉降。目前運(yùn)營(yíng)線路常用處理軟土沉降的措施有高壓旋噴、花管注漿、袖閥管注漿等。高壓旋噴樁由于其壓力較大（≥20 MPa），施工中線路可能產(chǎn)生較大變形，一般只在普速和重載鐵路上應(yīng)用。與花管注漿相比，袖閥管注漿可以較好地控制注漿范圍和注漿壓力，在線路變形可控的同時(shí)還可重復(fù)多次注漿。綜合考慮，運(yùn)營(yíng)高速鐵路可采用袖閥管注漿處理結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土。

表1 結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土處理措施

2.2 信息化施工

注漿過(guò)程中必然會(huì)造成水環(huán)境變化，而結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土極易被擾動(dòng)。為保證線路正常運(yùn)營(yíng)，應(yīng)建立高頻響應(yīng)的信息化位移監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)，根據(jù)控制對(duì)策及時(shí)調(diào)整施工工藝，防止線路變形過(guò)大。

2.2.1 高頻響應(yīng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

采用高精度物位計(jì)，建立秒級(jí)響應(yīng)的全覆蓋豎向位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)線路沉降變形的實(shí)時(shí)顯示，如圖1所示。通過(guò)全站儀測(cè)量機(jī)器人對(duì)線路的橫向變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。高頻響應(yīng)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成見(jiàn)表2。

圖1 DK534區(qū)段線路沉降變形狀態(tài)

表2 高頻響應(yīng)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

2.2.2 施工工藝調(diào)整對(duì)策

高頻響應(yīng)的變形監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)信息化施工的基礎(chǔ)，在不同變形條件下采取合理的施工控制措施則是信息化施工的關(guān)鍵。根據(jù)軌道變形限值要求、線路變形狀態(tài)及趨勢(shì)、注漿參數(shù)與變形關(guān)聯(lián)分析等情況構(gòu)建有效的工藝調(diào)整對(duì)策，見(jiàn)表3。

表3 工藝調(diào)整對(duì)策

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

京沈高速鐵路DIK534+775—DIK534+956 區(qū)段路基位于阜新站附近，原地表覆蓋2.2～3.4 m 厚結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土，其下為頁(yè)巖。由于建設(shè)期缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土的認(rèn)知，并未采取針對(duì)性的地基處理。

運(yùn)用高頻響應(yīng)信息化的袖閥管注漿技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土層進(jìn)行處理。采用硫鋁酸鹽單液注漿，水灰比為 0.8∶1～1∶1。注漿設(shè)計(jì)斷面如圖2 所示，縱向間距1.5 m。為保證處理質(zhì)量，注漿孔深入頁(yè)巖1.0 m。分2 次注漿，每次注漿量為設(shè)計(jì)量的1/2，注漿壓力不超過(guò)1.0 MPa。

圖2 阜新站結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土處理設(shè)計(jì)斷面

采用原位測(cè)試和變形觀測(cè)等手段進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明（表4），處理后土體承載力顯著提高，線路無(wú)明顯沉降，處理效果良好。

表4 結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土處理效果

4 結(jié)論

1）建設(shè)期高速鐵路路基應(yīng)對(duì)飽和度低于60%且孔隙比大于0.6的粉土、黏性土增加濕陷性試驗(yàn)，評(píng)判濕陷性并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行地基處理。

2）運(yùn)營(yíng)線路可采用袖閥管注漿加固技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土進(jìn)行處理。施工過(guò)程中應(yīng)采用高頻響應(yīng)的信息化施工技術(shù)嚴(yán)格控制線路變形。

本文提出的結(jié)構(gòu)性粉質(zhì)黏土工程處理措施已在京沈高速鐵路得到成功應(yīng)用，可在類似工程中推廣應(yīng)用。