一種巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)高速鐵路路基基底處理方法

林志果

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430063）

0 引言

巖溶在我國廣泛分布，巖溶塌陷具有隱蔽性及突然性，各類工程都不同程度受到過巖溶塌陷的危害[1-3]。巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)，在地下水長期侵蝕作用下，地基承載力降低，基巖完整性遭到破壞，溶洞、溶溝、溶槽等巖溶構(gòu)造還存在突然塌陷的風(fēng)險。高速鐵路時速快，對地基穩(wěn)定及沉降變形的要求很高，巖溶地基的不良特性將嚴(yán)重影響高速鐵路的施工及運(yùn)營安全。因此，深入了解高速鐵路穿越區(qū)的巖溶分布及發(fā)育規(guī)律，合理地對巖溶進(jìn)行地基處理尤為重要[4]。

1 當(dāng)前巖溶路基地基處理方法

當(dāng)前鐵路巖溶路基地基處理方法主要有強(qiáng)夯、回填、換填、跨越、注漿及鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)[5]。其中強(qiáng)夯、回填、換填、跨越、注漿常用于普速鐵路中，而高速鐵路等級高，其巖溶處理常采用注漿及鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)。

1.1 注漿加固

巖溶路基注漿原則上以封閉土、石界面，形成隔水帷幕，阻隔上層滯水與巖溶水的聯(lián)系。一般注漿厚度不小于8 m，伸入基巖面以下不少于5 m，當(dāng)5 m內(nèi)遇溶洞時，應(yīng)加固至溶洞底以下完整基巖不小于2.0 m。如巖溶頂板巖體破碎或遇溶洞以及巖溶很發(fā)育時，應(yīng)加大注漿厚度。注漿孔間距一般為3～10 m。如圖1～2 所示。

圖1 巖溶路堤注漿加固橫斷面設(shè)計圖

巖溶注漿費(fèi)用相對較低，但施工存在跑漿、漏漿的風(fēng)險（巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)更明顯），施工質(zhì)量存在一定離散性，質(zhì)量檢測也存在一定難度。因此對于高速鐵路，巖溶注漿主要用于巖溶弱發(fā)育及中等發(fā)育的工況。

圖2 巖溶路塹注漿加固橫斷面設(shè)計圖

1.2 鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土板梁及鉆孔灌注樁構(gòu)成。板梁厚0.6～1.5 m，灌注樁樁徑0.8～1.25 m，正方形或矩形布置，樁間距5～10 m。鉆孔灌注樁穿過溶洞區(qū)進(jìn)入巖溶底板（灰?guī)r弱風(fēng)化完整基巖）不小于1.5倍樁徑，樁底以下完整底板厚度不應(yīng)小于5.0 m。如圖3所示。

圖3 巖溶地段樁板結(jié)構(gòu)加固橫斷面設(shè)計圖

鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)屬于典型的剛性樁地基，具有施工質(zhì)量可靠、安全性極高的特點，當(dāng)前在高速鐵路巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)廣泛采用。但樁板結(jié)構(gòu)造價昂貴，采用樁板結(jié)構(gòu)加固的路基，造價往往高于同等長度的橋梁。這在一定程度上降低了路基相對橋梁的比較優(yōu)勢。

2 注漿+板梁聯(lián)合處理法

針對巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)采用樁板結(jié)構(gòu)過于昂貴的特點，該文提出一種注漿+板梁聯(lián)合處理的方法。該方法在注漿的基礎(chǔ)上，在路基基底增設(shè)一塊0.4～0.6 m 厚的鋼筋混凝土薄板梁，如圖4～5 所示。增設(shè)的板梁能起到跨越、改善基底軟硬不均、調(diào)節(jié)應(yīng)力擴(kuò)散等作用，能消除注漿后殘存的局部缺陷所帶來的安全隱患。同時板梁是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其具備一定韌性，能使路基避免出現(xiàn)突然塌陷類的脆性破壞。

圖4 巖溶路堤注漿+板梁聯(lián)合處理橫斷面設(shè)計圖

圖5 巖溶路塹注漿+板梁聯(lián)合處理橫斷面設(shè)計圖

綜上所述，注漿+板梁聯(lián)合處理法在安全性上顯著高于單一注漿處理法。它克服了巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)注漿質(zhì)量控制難、可靠性不夠的弱點，在一定程度上能代替昂貴樁板結(jié)構(gòu)，從而減少工程造價。

3 樁板結(jié)構(gòu)與注漿+板梁案例比較

3.1 工程概況

襄陽至荊門高速鐵路，DK9+486～DK10+059 段路基，工點長573 m，前接李彎村隧道，后接鹿門寺隧道。全段分布有可溶巖，覆蓋層主要為可塑～硬塑粉質(zhì)黏土，厚約0.7～13.8 m。下伏灰?guī)r線巖溶率22.87%，遇洞率77.14%，溶洞包含全充填型、半填充型及無填充型。溶洞充填物由軟塑～硬塑狀粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化碎塊狀灰?guī)r等組成。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[6]，場地巖溶發(fā)育等級為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。

3.2 方案設(shè)計

方案一，采用樁板結(jié)構(gòu)處理。根據(jù)相關(guān)規(guī)范[7]及工程經(jīng)驗設(shè)計：板寬16 m、板長20 m、板梁厚0.8 m、樁徑0.8 m、樁間距5.5 m×5.5 m、正方形布置、樁長12 m，如圖6～7 所示。

圖6 DK9+670 樁板結(jié)構(gòu)加固橫斷面設(shè)計圖

圖7 DK9+670 樁板結(jié)構(gòu)加固平面設(shè)計圖

方案二，采用注漿+板梁聯(lián)合加固。根據(jù)規(guī)范[7]及工程經(jīng)驗設(shè)計：板寬16 m、板長20 m、板梁厚0.5 m、孔間距5 m、正方形布置、單孔注漿量12 m3、注漿至溶洞底板下2 m，如圖8～9 所示。

圖8 DK9+670 注漿+板梁處理橫斷面設(shè)計圖

圖9 DK9+670 注漿+板梁處理平面設(shè)計圖

3.3 方案比較

根據(jù)該項目工經(jīng)概算指標(biāo)，對上述兩個方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，如表1～2 所示。

表1 20 m 樁板結(jié)構(gòu)數(shù)量及造價

由表1、表2 可知注漿+板梁方案的地基處理造價只有樁板結(jié)構(gòu)方案的55%，經(jīng)濟(jì)性上具有十分明顯的優(yōu)勢。安全性上，樁板結(jié)構(gòu)方案占優(yōu)，但方案二注漿加上板梁的安全儲備后，安全性有了明顯提升，能滿足高鐵的運(yùn)營安全需求。因此綜合分析后，該段路基巖溶處理選擇了注漿+板梁聯(lián)合處理方案。

表2 20 m 注漿+板梁處理數(shù)量及造價

4 結(jié)語

（1）巖溶注漿費(fèi)用相對較低，但施工存在跑漿、漏漿的風(fēng)險（巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)更明顯），對于高速鐵路，巖溶注漿主要用于巖溶弱發(fā)育及中等發(fā)育的工況。

（2）鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)，具有施工質(zhì)量可靠、安全性極高的特點，當(dāng)前在高速鐵路巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)廣泛采用。但樁板結(jié)構(gòu)昂貴的造價，會降低路基相對橋梁的比較優(yōu)勢。

（3）注漿+板梁聯(lián)合處理法，在安全性上克服了單一注漿法質(zhì)量控制難、可靠性不夠高的弱點。在經(jīng)濟(jì)性上經(jīng)案例分析比較，注漿+板梁造價僅為樁板結(jié)構(gòu)55%，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢十分明顯。

（4）巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)（非大型暗河、超大空溶洞或地下水極發(fā)育工況），注漿+板梁聯(lián)合處理法可在一定程度上代替昂貴樁板結(jié)構(gòu)對高鐵巖溶路基進(jìn)行地基加固。