深厚軟基路堤新老鐵路搭接施工技術(shù)結(jié)合咬合水泥攪拌樁施工技術(shù)的研究

關(guān)博健，李琨琨，黃 穎

（中交二公局國(guó)際公司，陜西 西安）

引言

在鐵路新建項(xiàng)目中，采用新老路基搭接施工法是一種具有節(jié)省成本和時(shí)間的方法。它的主要特點(diǎn)是將新路堤建立在現(xiàn)有的老路堤之上，而不是將老路堤完全拆除。

這種方法的步驟和特點(diǎn)包括：路堤評(píng)估，包括對(duì)原有路堤填料的密實(shí)度，排水性，裂縫等情況進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)也需要分析原有路基的荷載承受能力，以確保原有路堤能夠承受新路堤的額外荷載，保證新老路基形變一致。

1 工程概況

馬來西亞東海岸某項(xiàng)目施工中，存在著大量原有米軌鐵路與新鐵路重合的段落，為了降低成本，加快施工進(jìn)度，考慮直接在原有路基基礎(chǔ)上進(jìn)行新路基的填筑，進(jìn)行新舊鐵路搭接施工。

搭接法主要包括：原有路基適用性評(píng)價(jià)、拓寬路基軟基處理、新老路基搭接臺(tái)階寬度選擇、填筑過程土工格柵設(shè)置等。

2 數(shù)值模擬

2.1 模型的建立

為了研究新老路基搭接施工路段的沉降量是否符合規(guī)范要求，采用PLAXIS 2D 有限元軟件模擬了施工完成后400 天的路基沉降，施工過程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過程進(jìn)行編制。馬東鐵路CH270-CH280 段與原有的米軌路基重合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，既有米軌鐵路路基密實(shí)度和MPT 值合格，因此予以保留，進(jìn)行搭接施工。選取此段CH270+100 處的截面積作為模型計(jì)算單元。DSM 樁、樁間軟土、回填砂、土工格柵、路基填料等均采用實(shí)體單元。模型網(wǎng)格以結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格劃分,單元采用四節(jié)點(diǎn)平面應(yīng)變單元。由于鐵路中線兩邊路基具有對(duì)稱性，故只對(duì)一般路基進(jìn)行建模，模型見圖1。現(xiàn)場(chǎng)地下水水位較高，在這樣的軟土上進(jìn)行路堤施工將導(dǎo)致孔壓升高。由于這種不排水行為，有效應(yīng)力保持在一個(gè)較低的水平，所以采用了中期固結(jié)期，以保證路堤的安全施工在固結(jié)期間，超孔隙水壓力消散，這樣土體可以獲得必要的剪切強(qiáng)度來繼續(xù)施工過程。此外新舊填土結(jié)合效果也至關(guān)重要，如果結(jié)合效果不佳，甚至?xí)?dǎo)致邊坡失穩(wěn)，產(chǎn)生重大危害。因此需要對(duì)原有路基兩側(cè)進(jìn)行拓寬加固處理，待復(fù)合地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，在原路基邊坡上開挖臺(tái)階，再進(jìn)行新路基填筑。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況和土層特點(diǎn)，本路段對(duì)加寬部分采用深層水泥攪拌樁(DSM)進(jìn)行加固。

圖1 模型圖

2.2 土層和模型材料參數(shù)

數(shù)值模型使用土層模型采用了土體硬化模型，以適應(yīng)不同類型的土壤。具體參數(shù)見表1～表3。

表1 土體參數(shù)

表2 材料參數(shù)

表3 無紡?fù)凉げ?、高?qiáng)機(jī)織土工布和土工格柵延伸率參數(shù)

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 下路堤填筑變形分析

圖2 展示了在下路堤填筑結(jié)束后的30 天，路堤的橫向，豎向和整體位移的情況和邊坡的滑動(dòng)趨勢(shì)。從圖中可以明顯看出，在下路堤填筑過程中和填筑完成后的幾天內(nèi)。橫向位移主要集中在新路堤坡腳處，豎向位移主要集中在新老路堤的接觸面?？傮w來說，豎向是主要的沉降方向，且路堤出現(xiàn)了不均勻沉降。這可能會(huì)對(duì)下層DSM 樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。部分路基可能會(huì)下沉，而其他部分則可能會(huì)上升，由此損害路基的整體穩(wěn)定性。由于在路基接觸面有相對(duì)滑動(dòng)的趨勢(shì)，建議進(jìn)行挖掘臺(tái)階并采用分級(jí)施工的方法。通過分級(jí)施工，將路基沉降分散到不同的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)更均勻的沉降。這有助于減小沉降不均勻性和減輕路基變形問題。同時(shí)，降低路基不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，保證路基平整度，有利于后期鐵路線上結(jié)構(gòu)的施工。

圖2 無臺(tái)階填筑新路基沉降模擬圖

3.2 臺(tái)階開挖

DSM 打樁結(jié)束后，施工路基底層結(jié)構(gòu)。底層結(jié)構(gòu)填筑完成后，在原有路基上開挖臺(tái)階。首先清除老路基邊坡內(nèi)壓實(shí)度不足的填土，再將原邊坡挖成臺(tái)階。每級(jí)臺(tái)階寬度最小2 m，高度最大1 m，以4%的坡率向內(nèi)傾斜。當(dāng)路基填筑高度較低時(shí)，可適當(dāng)?shù)臏p小臺(tái)階寬度和高度。但臺(tái)階寬度也應(yīng)滿足攤鋪和壓實(shí)設(shè)備操作的需要，以便有利于機(jī)械施工。應(yīng)該注意是削坡也應(yīng)該滿足施工期間既有路基的穩(wěn)定要求。

在原有路基開挖臺(tái)階的基礎(chǔ)上再進(jìn)行下路堤填筑，圖3 展示了采用這種工藝填筑完成下路堤后30天，下路堤的橫，豎向和整體位移的情況和邊坡的滑動(dòng)趨勢(shì)。相對(duì)滑動(dòng)的趨勢(shì)仍然處于新舊鐵路搭接處，但整體的沉降更加均勻。臺(tái)階增加了新老路堤的接觸面，分散了路堤的承載力，路堤的承載能力得到了分散。各個(gè)臺(tái)階同時(shí)也充當(dāng)了支撐點(diǎn)，減少路堤不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)，從而降低路基下沉或隆起的可能性。

圖3 臺(tái)階開挖后填筑新路基沉降模擬圖

3.3 沉降分析

在路堤施工完成后，每隔七天觀察一次路基路肩的沉降量，得到施工完成后400 天的路基實(shí)際累計(jì)沉降量。與軟件模擬的相同時(shí)間內(nèi)的沉降情況相比較，分析在馬東鐵路施工過程中，保留原有米軌鐵路路基，直接在此路基上搭接施工的可靠性和路基的整體穩(wěn)定性。

3.3.1 增量位移

在新路基填筑完成30 天后，路基在剛填筑完成的一個(gè)月內(nèi)，位移主要集中在新路基的填土處。在路肩部分沿著新老路基的接觸面有向下滑動(dòng)的趨勢(shì)。此外路基整體下沉了0.2 mm 左右。

3.3.2 總位移

隨著時(shí)間的推移，路基的沉降逐漸減少并趨于均勻。圖4 顯示了路基填筑完成后400 天的沉降情況。仍主要集中在拓寬路基處?？梢娡貙挷糠致坊谴罱邮┕ぶ械谋∪醐h(huán)節(jié)，在填筑程中應(yīng)分級(jí)分層填筑，必要時(shí)可增加支護(hù)錨桿等防護(hù)措施。

圖4 總位移圖

3.3.3 總沉降量對(duì)比

新老路基沉降實(shí)際數(shù)值與數(shù)值模擬對(duì)比曲線見圖5?？梢钥闯霾还苁强偝两盗窟€是單次沉降量，模擬沉降數(shù)值與實(shí)際沉降數(shù)值的變化趨勢(shì)基本吻合, 大概200 天后沉降量基本保持穩(wěn)定值, 同時(shí)也驗(yàn)證了數(shù)值模擬的合理性。

圖5 沉降量對(duì)比圖

4 結(jié)論

在新老路基的搭接施工中，新老路基的接觸面是施工中的薄弱環(huán)節(jié)。在施工中在，針對(duì)新老路堤的相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，可在原有路堤上開挖臺(tái)階，增大接觸面面積。應(yīng)當(dāng)注意到是臺(tái)階高度不應(yīng)超過1 m，寬度不少于2 m。在開挖過程中，每級(jí)臺(tái)階均應(yīng)鋪設(shè)土工格柵，以增加路基受力整理性。在加寬路段，應(yīng)針對(duì)地質(zhì)條件采用適當(dāng)方法（如深層水泥攪拌樁、塑料排水板或砂換填等）提前對(duì)地基進(jìn)行加固，防止地基承載力不夠或沉降差異過大。

在搭接施工開工之前，根據(jù)前期的勘測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如土層內(nèi)摩擦角、容重、粘聚力等土力學(xué)性質(zhì)、樁基礎(chǔ)的承載力、布置規(guī)則等，可利用有限元軟件提前建模對(duì)后期沉降進(jìn)行模擬。建模過程中應(yīng)注意材料參數(shù)的準(zhǔn)確性，選取適當(dāng)?shù)某两的Ｐ秃屯翆幽Ｐ汀Ｓ杀疚哪Ｐ涂芍?，模型的沉降?shù)據(jù)能做到與后期的實(shí)際沉降數(shù)據(jù)基本吻合，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的合理性，計(jì)算結(jié)果有參考性。利用模型幫助我們預(yù)測(cè)和分析搭接路段路基的行為，對(duì)可能出現(xiàn)問題的步驟提前準(zhǔn)備或?qū)υO(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可極大的減少返工，降低成本，減少工期。