加筋擋墻在鐵路沉陷治理中的應(yīng)用

陳 杰 王東權(quán)

(1.淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司張集煤礦，安徽淮南 232174;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，江蘇徐州 221116)

0 引言

淮南礦業(yè)集團(tuán)張集鐵路專(zhuān)用線全長(zhǎng)9.50 km，呈東南—西北走向，其中很大一部分里程位于沉陷區(qū)內(nèi)。地下煤層開(kāi)采后，其圍巖失穩(wěn)會(huì)產(chǎn)生位移、開(kāi)裂、破碎垮落，造成上覆巖層下沉、彎曲，從而引起地表沉陷，張集煤礦沉陷區(qū)鐵路專(zhuān)用線路基隨地表沉降而下沉，使得鐵路路基標(biāo)高發(fā)生變化，為了保證專(zhuān)用線鐵路的安全運(yùn)營(yíng)，就需要保持鐵路路基標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。傳統(tǒng)的路基加高方法是采用煤矸石對(duì)路基直接放坡回填來(lái)達(dá)到路基標(biāo)高不變的目的，但該方法在路基回填高度不斷增加的過(guò)程中，要占用大量的土地資源，會(huì)造成很大的資源浪費(fèi)，同時(shí)加高回填工程量很大，施工質(zhì)量難以保證，易產(chǎn)生路基邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。

針對(duì)沉陷區(qū)鐵路專(zhuān)用線路基加高存在的工程問(wèn)題，提出了采用加筋擋墻加高加固采動(dòng)區(qū)鐵路專(zhuān)用線路基實(shí)施方案。依據(jù)張集煤礦鐵路專(zhuān)用線實(shí)際，鐵路專(zhuān)用線加筋結(jié)構(gòu)擋墻設(shè)計(jì)由鋼筋混凝土基礎(chǔ)、鋼筋混凝土面板、鋼塑復(fù)合拉筋帶和煤矸石填料共同組成。該加高加固技術(shù)方案具有施工簡(jiǎn)便，抗變形能力強(qiáng)，工程量小，工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，加筋擋墻不僅可以大量的減少占地面積，還能夠適應(yīng)地基一定程度的變形，更適合于采動(dòng)路堤工程。

加筋擋墻加高與放坡加高示意圖見(jiàn)圖1。

1 加筋擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析

1.1 加筋擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)張集礦鐵路專(zhuān)用線橋頭高填方工程實(shí)際情況和將來(lái)預(yù)計(jì)下沉量，加筋擋墻設(shè)計(jì)加高高度為4.5 m，橋頭每側(cè)需要設(shè)置加筋擋墻長(zhǎng)度為10 m，分處橋頭與路基連接處的四角，共計(jì)40 m。依據(jù)工程實(shí)際加筋擋墻設(shè)計(jì)構(gòu)成為:筋帶型號(hào)采用鋼塑復(fù)合帶CAT30020B，鋼筋混凝土面板尺寸為 0.2 m ×0.4 m ×0.5 m;擋墻壓頂和基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土，基礎(chǔ)下墊40 cm碎石墊層，具體尺寸如圖3所示;每塊面板設(shè)置根數(shù)2根，長(zhǎng)4 m，豎向間距0.5 m，水平間距0.4 m;擋墻面坡度為1∶0.2，擋墻每5 m設(shè)置抗采動(dòng)變形縫，縫寬10 cm，變形縫內(nèi)安設(shè)由鍍鋅板制作的波紋板，變形縫頂部10 cm范圍灌注瀝青橡膠;加筋擋墻填料采用煤矸石。加筋擋墻具體設(shè)計(jì)如圖2，圖3所示。

圖1 加筋擋墻加高與放坡加高示意圖

圖2 鐵路專(zhuān)用線加筋擋墻平面圖、立面圖

圖3 加筋擋墻剖面圖

1.2 加筋擋墻穩(wěn)定性分析

1)煤矸石填料力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)。由于張集煤礦鐵路專(zhuān)用線路基加高填料為煤矸石，煤矸石填料的力學(xué)參數(shù)取值是否準(zhǔn)確直接影響加筋擋墻設(shè)計(jì)準(zhǔn)確可靠。擋土墻穩(wěn)定性分析計(jì)算過(guò)程中需要填料的主要物理力學(xué)參數(shù)是粘聚力、摩擦角和容重。填料的粘聚力和摩擦角通常由直剪試驗(yàn)或三軸試驗(yàn)獲得，由于煤矸石填料是由不同粒徑粗料(粒徑5 mm)和細(xì)料(粒徑5 mm)組成，無(wú)法制成直剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)所需的小試樣。因此煤矸石填料粘聚力和摩擦角采用通過(guò)大試樣(試樣尺寸為φ×h=150 mm×150 mm)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)得到煤矸石填料的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度，再由摩爾圓計(jì)算出煤矸石填料的粘聚力和內(nèi)摩擦角。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)煤矸石篩分試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可以計(jì)算出張集煤礦鐵路專(zhuān)用線路基煤矸石的不均勻系數(shù)Cu=8.7、曲率系數(shù)Cc=1.3、填料粗料含量所占比例為78%。由于煤矸石填料的Cu＞5，Cc=1～3，表明煤矸石粒徑分布不均勻，級(jí)配良好，適合作為路基填料。實(shí)際填筑過(guò)程中應(yīng)剔除或破碎粒徑大于100 mm以上煤矸石，確保拉筋與煤矸石相互作用效果。實(shí)驗(yàn)室按照現(xiàn)場(chǎng)條件下的煤矸石級(jí)配和含水量，制成與不利季節(jié)實(shí)際工程條件一致的煤矸石大試樣，通過(guò)壓力機(jī)進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)測(cè)定煤矸石的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出煤矸石填料的穩(wěn)定性分析所需的物理力學(xué)參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 煤矸石物理力學(xué)參數(shù)

2)加筋擋墻穩(wěn)定性分析。根據(jù)實(shí)際工程條件下煤矸石填料的力學(xué)參數(shù)和加筋擋墻設(shè)計(jì)參數(shù)，采用專(zhuān)用巖土工程設(shè)計(jì)計(jì)算軟件對(duì)加筋擋墻安全穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，得到其具體安全穩(wěn)定性系數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 加筋擋墻安全穩(wěn)定性計(jì)算情況表

由表2可以看出，張集礦鐵路專(zhuān)用線加筋擋墻在不利季節(jié)的各項(xiàng)安全系數(shù)指標(biāo)都滿足規(guī)范要求，這說(shuō)明，加筋擋墻在節(jié)約土地資源、減少工程量、降低工程造價(jià)的同時(shí)，其安全穩(wěn)定性也可以得到保障。

2 結(jié)語(yǔ)

淮南礦業(yè)集團(tuán)張集煤礦鐵路專(zhuān)用線采用加筋擋墻進(jìn)行加高處理，可以實(shí)現(xiàn)隨采動(dòng)下沉不斷地進(jìn)行路基加高，保證了鐵路專(zhuān)線軌面標(biāo)高始終相對(duì)穩(wěn)定，滿足了行車(chē)要求;同時(shí)大量減少對(duì)土地資源的占用和減少路基加高回填的工程量，具有效果明顯、經(jīng)濟(jì)可行、節(jié)約環(huán)保的特點(diǎn)，可以在鐵路專(zhuān)線路基加高工程中推廣應(yīng)用。

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