朔黃鐵路K470+760—K470+980路堤地基管涌原因分析及整治

王定舉

(朔黃鐵路發展有限責任公司，河北肅寧 062350)

1 概況

朔黃鐵路K470+760—K470+980段位于滄州境內，周邊為耕地，地形平坦開闊，左側有磚廠，地震動峰值加速度為0.10g，土壤最大凍結深度為0.60 m。鐵路路堤為人工填筑土，該范圍地層主要以砂黏土為主，呈黃褐色，其性狀主要是砂粒含量高，顆粒粗，比表面積小，粒間大孔隙數量多，軟塑狀，透水性好，土體內排水通暢，局部夾粉細砂層，長期受取土坑積水浸泡，土體呈飽和狀態，強度低。原地面下0～12 m為砂黏土，12～15 m局部夾粉細砂層，15 m以下仍為砂黏土。一級邊坡采用拱形骨架防護，二級邊坡采用漿砌片石和干砌片石防護。

2 病害成因

因當地磚廠過度取土致使線路兩側形成規模較大的取土坑，取土坑緊鄰既有線且深度較大，坑內積水。取土坑內大部分邊坡未防護。線路左側取土坑位于K470+790—K470+980，長190 m，寬50 m，距離左側路基坡腳4 m，距左側線路中心11.5 m，坑上緣比路肩標高低2.66 m，坑深5～7 m，勘測時坑內水深3.5 m，水量29 750 m3。右側取土坑位于K470+770—K470+980，長210 m，寬165 m，距離右側路基坡腳2.5 m，取土坑二級平臺距左側線路中心25.2～29.4 m，坑上緣比路肩標高低2.76 m，坑深5～17 m，坑內水深3～5 m，水量37 950 m3。左坑水位較右坑高出約8 m。

由于線路兩側取土坑內積水水頭差過大，在水壓力的作用下，左坑水體通過路堤下部粉細砂層滲入右坑內，右側路堤坡腳取土坑壁局部出現輕微管涌現象，對既有線安全運營構成極大隱患。雖現場采用袋裝土臨時封堵，但仍存在發生滲流破壞的可能性，需采取工程措施。

路堤基底長期受積水浸泡，土體呈飽和狀態，抗剪指標顯著減弱，強度降低。因右側坡腳取土坑深度較大，緊鄰坡腳，坑底最深處至路肩高差約20 m。對該段路基進行穩定性驗算，發現路基穩定性低于規定，安全儲備不足，如遇雨季或取土坑再進行開挖，存在失穩風險，故需對右側路堤進行加固，增強其穩定性。

3 方案比選

建立模型對路堤邊坡穩定性進行分析，建模時考慮兩側水坑的水頭壓力差及滲流力，抗剪指標黏聚力c=21 kPa，內摩擦角φ=30°，搜索最不利滑面，并計算剩余下滑力。同時，為了保證路堤邊坡的穩定性有足夠的安全儲備，路堤右側坡腳處采用抗滑樁進行處理，并與滑坡下滑推力進行比較，取二者較大值對抗滑樁尺寸等參數進行細節設計。

經過邊坡穩定檢算，擬定了3種病害整治方案。

方案1:反壓護道方案。兩側路堤坡腳采用雙排咬合旋噴樁作為止水帷幕進行封水處理，同時于右側邊坡坡腳處設20 m寬大平臺反壓護道以保證路堤本體的穩定，方案1橫斷面見圖1(a)。

方案2:雙排咬合旋噴樁止水帷幕+抗滑樁方案。兩側路堤坡腳采用雙排咬合旋噴樁作為止水帷幕進行封水處理，同時于右側路堤坡腳處設一排直徑1.25 m的鉆孔灌注樁進行抗滑處理，樁頂設1.5 m×1.0 m冠梁，方案2橫斷面見圖1(b)。

方案3:路堤本體旋噴樁加固方案。兩側路堤坡腳采用雙排咬合旋噴樁作為止水帷幕進行封水處理，同時于右側路堤第二級邊坡采用旋噴樁注漿加固路堤本體，保證路堤穩定性。方案3橫斷面見圖1(c)。

圖1 三種病害整治方案

通過綜合比較，最終選擇方案2作為本次病害治理方案，主要原因如下:①方案1最經濟，但該方案所需要的征地范圍較大，而現場征地較為困難，實施難度大。經建設單位與地方政府溝通后，該方案未被采納。②方案2與方案3造價比方案1高，但這兩種方案征地范圍較小。方案3現場施工條件較差，另外，旋噴樁注漿效果不易保證，因此，選取方案2作為本次病害治理方案，同時對既有路堤坡面防護作返修處理。

4 病害整治方案的主要工程措施

4.1 雙排咬合旋噴樁止水帷幕技術措施

4.1.1 旋噴樁止水帷幕技術方案

在K470+760—K470+980段路堤右側二級平臺，以及K470+780—K470+980段路堤左側一級平臺上采用旋噴樁止水帷幕進行封水處理，旋噴樁樁徑0.6 m，沿線路方向樁間距(縱向)0.4 m(樁與樁之間咬合0.2 m)，橫向樁間距0.4 m。樁長按地層和地形情況測算，必須保證穿過原地面下12～15 m范圍的粉細砂層，以阻斷水的滲流，同時要保證旋噴樁嵌入粉細砂層下部深度不少于5 m。經計算取左側樁長20 m，右側樁長14 m。旋噴樁止水帷幕施工后其滲透系數不應大于1.0×10－6cm/s。

首先對出現滲流和輕微管涌的K470+780—K470+880段右側立即采用咬合旋噴樁止水帷幕應急封水處理;于旋噴樁止水帷幕內、外側設置φ35 cm觀測井，以檢測旋噴樁止水效果，觀測井位于每道止水帷幕兩側1.0 m外，間距150～200 m。

4.1.2 工藝流程

旋噴樁施工主要工藝流程:原地面處理→放樣定位→鉆機就位→成孔鉆進達到設計深度→沉入注漿管至孔底→旋轉噴射注漿、提升→必要的補漿→成樁、拔管→機械清洗→機械移位。

4.1.3 旋噴樁施工技術要求

1)旋噴樁施工前必須進行成樁試驗，要求28 d 無側限抗壓強度不小于4 MPa，以掌握該場地的成樁經驗和各種技術參數。成樁試驗推薦參數:高壓水泥漿壓力一般不小于 20 MPa，提升速度為 0.05～0.25 m/min，旋轉速度為10～20 r/min。

2)旋噴樁設計樁徑0.6 m，正方形布置，并根據設計要求，將旋噴樁位置用白粉定位，鉆機位置與設計位置偏差不大于5 cm。

3)采用標準連續方式施工。止水帷幕施工完成后，應通過抽水試驗檢驗止水效果，若止水效果不佳應采取措施對止水帷幕予以加強，以確保止水效果。

4)根據地表水或地下水等環境水對混凝土的侵蝕類型和侵蝕程度，選用適宜的水泥品種及摻合料。同時要求水泥采用42.5級以上，水泥摻入量不小于40%(質量比)，水灰比0.8～1.5，考慮現場地層以砂黏土為主且被水體滲透沖刷，為保證抗滲效果，原則上每米樁長水泥摻入量不小于300 kg，具體數據由現場試樁和室內配比試驗確定。

5)旋噴樁施工時，注漿管分段提升的搭接長度不得小于100 mm。成樁過程中，因故停止繼而恢復供漿時，應在斷漿面上或下重復搭接0.5 m噴漿施工。

6)對于噴射深層長樁，應按地質剖面及地下水等資料，在不同深度，針對不同地層土質情況，選用合適的噴射參數，以確保樁身均勻密實。

7)每根樁必須嚴格如實記錄噴漿提升的速度、壓力、每根噴漿量、水泥量、成樁時間等，每米消耗量必須符合施工工藝要求。深度記錄誤差不得大于50 mm，時間記錄誤差不得大于5 s。

8)施工前應排查遷改旋噴樁處理范圍及其施作影響范圍內的地下管線，特別是路基兩側通信電纜和光纜等。對影響施工安全的電線、高壓線等應進行遷改或架高，以保證行車及施工安全。

9)成樁28 d后應取芯進行無側限抗壓強度測試。在每根檢測樁的樁徑方向1/4處、樁長范圍內垂直鉆孔取芯，觀察其完整性、均勻性，拍攝取出芯樣的照片。為保證試塊尺寸，鉆孔直徑不小于108 mm。取不同深度的3個試樣做無側限抗壓強度試驗。無側限抗壓強度值不得小于2.0 MPa，抽樣檢測率為2‰，且每處工點不少于3根。鉆芯后的孔洞采用水泥砂漿灌注封閉。

4.2 抗滑樁主要技術措施

4.2.1 抗滑樁方案

K470+799.5—K470+910.2路堤右側二級邊坡平臺抗滑樁采用鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁采用C35混凝土澆注，樁徑1.25 m，樁長23 m，樁間距1.5 m，樁頂設1.5 m×0.8 m C35鋼筋混凝土冠梁，冠梁每隔15～20 m設一道伸縮縫，縫內滿塞瀝青麻筋，伸縮縫應設在相鄰樁間對應冠梁位置。

4.2.2 鉆孔灌注樁施工要求

1)鉆孔灌注樁應按設計樁長施工，并在成孔過程中核對地質資料，如發現地層與地質資料不符，及時通知監理和設計院處理。

2)鉆孔樁終孔后，應清除護壁淤泥、孔底殘渣和積水，并對孔徑、垂直度、孔深、沉渣厚度等進行檢查，鉆孔樁垂直度允許誤差為3‰。

3)根據地表水或地下水等環境水對混凝土的侵蝕類型和侵蝕程度，選用適宜的水泥品種及摻合料。

4)鋼筋籠主筋宜采用搭接焊，鋼筋籠的焊接或搭接接頭位置應相互錯開，且在35 d范圍內的焊接接頭數不應大于50%(搭接接頭數不應大于25%)，同時鋼筋的連接應滿足要求。

5)鋼筋籠在起吊、運輸和安裝中應采取措施防止變形，并應有保護層墊塊。鋼筋籠吊裝不得碰損護壁，吊放就位時，應檢查鋼筋籠擺放方向是否與設計方向一致，其水平位置和高程是否達到設計要求，經檢驗合格后方可固定鋼筋籠，灌注混凝土時不應出現上拱或下落現象。

6)灌注混凝土的強度等級不得低于設計要求，單樁混凝土灌注時間不宜超過4 h，混凝土必須連續灌注，不得中斷。

7)凡遇預埋鋼筋或預埋件等鋼筋較密處灌注混凝土時，必須確?；炷恋拿軐嵭裕乐钩霈F蜂窩麻面，保證混凝土的灌注質量。

8)鉆孔樁成樁后應進行樁身混凝土質量檢測，采用低應變動測法檢測樁身完整性，逐根全部檢測，當根據低應變動測法判定的樁身缺陷可能影響樁的水平承載力時，應采用巖芯法補充檢測，檢測數量不宜少于總樁數的2%，且不得少于3根。

4.3 既有路堤坡面防護整修措施

拆除K470+760—K470+980路堤右側第2級邊坡既有漿砌片石及干砌片石坡面防護，維持既有邊坡坡率且不陡于1∶1.75，采用M10漿砌片石重新進行護坡防護，厚0.40 m，下設碎石墊層，厚0.15 m。

同時對K470+760—K470+980段路堤右側第1級平臺采用0.4 m厚M10漿砌片石防護，并向外設4%的坡度，對于下凹段采用C組土填實。

5 結語

朔黃鐵路K470+760—K470+980路基病害整治工程于2013年3月2日開工，6月26日施工完畢。施工后，地基未發現管涌現象，線路穩定，病害已消除，達到了預期的治理效果。工程經驗總結如下:

1)在路堤坡腳出現大面積開挖及路堤本體下部發生管涌的不利情況下，要正確分析評價既有路堤邊坡的穩定性，并比選確定可行的治理措施。

2)在管涌不斷加劇的情況下，尋找進、出水區域，并采取行之有效的止、截水方案，及時阻斷滲流路徑，消除管涌病害。

3)采用小樁徑(φ1.25 m)鉆孔灌注樁+冠梁對路堤邊坡進行抗滑加固，占地面積較小，不需要額外征地，現場施工較為方便，施工完后現場效果較好。

4)路堤兩側坡腳處采用雙排咬合旋噴樁進行止水處理，不但較好地處理了管涌病害，而且在旋噴樁施工過程中大量的水泥漿液對于路堤兩側坡腳處土體抗剪強度的提高起到了積極的作用，也在一定程度上提高了路堤邊坡的穩定性。

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(責任審編 李付軍)