臨近既有線的人工填土地基處治方案分析

謝曉林，趙志純（中鐵二院重慶勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，重慶400023）

臨近既有線的人工填土地基處治方案分析

謝曉林，趙志純（中鐵二院重慶勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，重慶400023）

新建鐵路臨近既有線的人工填土地基處治既要考慮提高其承載能力，同時應(yīng)兼顧施工方案對既有線構(gòu)造物及線路運(yùn)營安全的影響。渝懷增建二線部分路基經(jīng)過既有渝懷線棄碴場，且新建線距既有線水平距離為40～50m。針對棄碴場的地質(zhì)特點(diǎn)，增建二線路基基底采用強(qiáng)夯措施加固，以提高其承載力，同時為了降低新建線施工對既有線的影響，基底強(qiáng)夯采用低能強(qiáng)夯的形式，且設(shè)置隔振溝，棄碴場邊坡輔以約束樁、錨桿框架梁加固。研究表明，上述方案既提高了人工填土段路基基底的承載力及穩(wěn)定性，同時也降低了新線施工對既有線的影響，可供相關(guān)工程參考借鑒。

路基工程；人工填土；既有線；增建二線；低能強(qiáng)夯；約束樁

引言

根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2008年調(diào)整）》，鐵路建設(shè)規(guī)模將不斷擴(kuò)大，臨近既有線的復(fù)線工程將日益增多。已有的一些實(shí)踐和研究工作表明，復(fù)線工程存在的爆破施工、振動沖擊等，對既有線的影響往往不容忽視[1～2]，需要評估和減輕相應(yīng)的影響。

渝懷線重慶北至涪陵段增建二線工程，某段路基經(jīng)過既有渝懷線某棄碴場，其成分主要為粉質(zhì)黏土及碎、塊石土，其間夾有碎石角礫及少量塊石石塊，中密，稍濕～潮濕狀，填土厚度為5～10m，碴場填方坡腳設(shè)有擋碴墻。新建路基以路塹形式位于棄碴場后緣，距離渝懷既有線40～50m，該范圍既有線以路塹形式通過，挖方邊坡高度為7～8m。經(jīng)分析，新建路基在棄碴場后緣通過，可能影響棄碴場整體穩(wěn)定性，同時新線路基的施工和地基處理方式可能影響既有線的運(yùn)營安全。因此，本文重點(diǎn)介紹渝懷線重慶北至涪陵段增建第二線某段路基基底加固方案，并探討臨近既有線的人工填土路基基底加固應(yīng)注意的幾個問題，為類似工程的處理提供借鑒。

1 工程措施方案

研究范圍路基處治主要考慮以下三個問題：

（1）此段路基基底為棄碴場區(qū)域，地基承載力不滿足設(shè)計要求；

（2）棄碴場人工填土厚度為5～10m，填筑于斜坡地帶，新建鐵路從其后緣通過，影響填土整體穩(wěn)定性；

（3）新建的復(fù)線距離既有線僅40～50m，需考慮新建線施工對既有線的影響。

對于人工填土地基承載力不足的問題，目前有較多的解決方案，比如強(qiáng)夯法[2]、壓密注漿法[3]、換填法、砂石樁法、水泥土攪拌法等。本次研究范圍內(nèi)人工填土的成份主要為粉質(zhì)黏土及碎、塊石土，其間夾有碎石角礫及少量塊石石塊，中密，稍濕～潮濕狀，承載能力較低，土層厚度為5～10m。從各種地基處理方法的適用性和經(jīng)濟(jì)性綜合分析，該范圍地基處理采用強(qiáng)夯法較為合理。

強(qiáng)夯法對土層厚度為5～10m的地基承載力提高效果明顯，但強(qiáng)夯產(chǎn)生的沖擊力振動較大，影響范圍較廣，為避免對既有鐵路產(chǎn)生影響，采用以下兩個方式進(jìn)行控制：①采用低能強(qiáng)夯，減輕強(qiáng)夯振動對既有線的影響。②在靠近既有線的一側(cè)，即新建線的左側(cè)，設(shè)置隔振溝，溝深4m，隔振溝在降低強(qiáng)夯振動對周邊環(huán)境的影響方面，往往具有顯著的效果，已得到工程界的廣泛使用[2]。

新建路基通過棄碴場后緣列車荷載及地基強(qiáng)夯施工沖擊振動降低了棄碴場邊坡整體穩(wěn)定性，既有擋碴墻結(jié)構(gòu)可能遭到破壞，造成邊坡失穩(wěn)。因此，有必要進(jìn)一步提高棄碴場填方邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù)地形地質(zhì)情況，本工程選用棄碴場邊坡內(nèi)約束樁加固和坡面錨桿框架梁防護(hù)的措施綜合處理，以確保填土的整體穩(wěn)定性。

綜上所述，本段新建鐵路路基采用低能強(qiáng)夯+減振溝、約束樁、錨桿框架梁護(hù)坡綜合處治方案，其中低能強(qiáng)夯方式及約束樁的設(shè)置是本方案的關(guān)鍵措施，本文予以重點(diǎn)介紹。

圖1 路基斷面布置示意圖

2 低能強(qiáng)夯技術(shù)要點(diǎn)

2.1 技術(shù)參數(shù)

本段路基夯擊分四遍，其中第一、第二、第三遍為點(diǎn)夯，采用跳夯法，第四遍滿夯。點(diǎn)夯的設(shè)計夯擊能量為1000～2000kNm，滿夯1000kNm。夯擊錘錘重10～40t，落距大于15m，靜壓強(qiáng)25～40kPa，排氣孔直徑不小于250mm。夯擊次數(shù)按現(xiàn)場試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并應(yīng)同時滿足下列條件：

（1）最后兩擊的平均夯沉量不宜大于50mm；

（2）夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起；

（3）不因夯坑過深而發(fā)生提錘困難。

夯點(diǎn)間距3.5m，正三角形布點(diǎn)，如圖2所示。滿夯四點(diǎn)中心搭夯一點(diǎn)，如圖3所示。

圖2 點(diǎn)夯夯點(diǎn)平面布置示意圖

圖3 強(qiáng)夯滿夯平面布置示意圖（D為夯錘直徑）

2.2 施工工序

（1）在整平后的場地上標(biāo)出第一遍夯擊點(diǎn)的位置，并測量場地高程；

（2）起重機(jī)就位，使夯錘對準(zhǔn)夯點(diǎn)位置；

（3）測量夯前錘頂高程；

（4）將夯錘起吊到預(yù)定高度，開啟脫鉤裝置，待夯錘脫鉤自由下落后，放下吊鉤，測量錘頂高程，若發(fā)現(xiàn)因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應(yīng)及時將坑底整平；

（5）重復(fù)上述步驟4，按設(shè)計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)，完成一個夯點(diǎn)的夯擊；

（6）換夯點(diǎn)，重復(fù)上述步驟（2）～（5），直到完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊；

（7）用推土機(jī)將夯坑填平，并測量場地高程；

（8）在規(guī)定的間隔時間后，按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù)，最后用低能量滿夯，將場地表層松土夯實(shí)，并測量夯后場地高程；

（9）根據(jù)上述強(qiáng)夯施工順序，在最后一遍點(diǎn)夯夯擊完成后，用推土機(jī)將夯坑填平。滿夯采用小夯錘夯擊，并適當(dāng)增加滿夯的夯擊次數(shù)，以提高表層土的夯實(shí)效果。

2.3 施工監(jiān)測和質(zhì)量檢測

強(qiáng)夯施工除了嚴(yán)格遵照施工步驟進(jìn)行外，還應(yīng)有專人負(fù)責(zé)施工過程中的監(jiān)測工作。

（1）開夯前應(yīng)檢查夯錘重和落距，以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計要求；

（2）為避免強(qiáng)夯施工中夯點(diǎn)放線錯誤，在每遍夯擊前，應(yīng)對夯點(diǎn)放線進(jìn)行復(fù)核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差或漏夯應(yīng)及時糾正；

（3）施工過程中應(yīng)按設(shè)計要求檢查每個夯點(diǎn)的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量；

（4）由于強(qiáng)夯施工的特殊性，施工中采用的各項參數(shù)和施工步驟是否符合設(shè)計要求，在施工結(jié)束后往往很難進(jìn)行檢查，所以要求在施工過程中對各項參數(shù)和施工情況進(jìn)行詳細(xì)記錄。

強(qiáng)夯現(xiàn)場施工質(zhì)量控制按下列標(biāo)準(zhǔn)控制：

（1）夯錘重量、落距滿足設(shè)計要求的能級要求；

（2）錘底靜接地壓力在25～40kPa范圍內(nèi)；

（3）夯點(diǎn)平面位置誤差±15cm；

（4）夯坑位置偏差±20cm；

（5）夯擊次數(shù)至少滿足設(shè)計要求；

（6）最后兩擊平均夯沉量小于50mm；

（7）檢查施工過程中的各項測試數(shù)據(jù)和施工記錄，不符合設(shè)計要求時應(yīng)補(bǔ)夯或采取其它有效措施；

（8）強(qiáng)夯處理后的地基承載力檢驗應(yīng)在施工結(jié)束后間隔一定時間方能進(jìn)行，對于碎石土和砂土地基施工結(jié)束后7～14d，粉土和黏性土地基施工結(jié)束后14～28d；

（9）強(qiáng)夯處理后的地基竣工驗收時，承載力檢驗應(yīng)采用原位測試和室內(nèi)土工試驗。

3 約束樁技術(shù)要點(diǎn)

3.1 技術(shù)參數(shù)

約束樁設(shè)置在線路右側(cè)邊緣，距新建線線路中心距離為13～15.5m，共設(shè)13根，樁長14～15.5m，樁截面為1.5m×2.25m、1.5m×2.5m，樁間距（中-中）為6m。

3.2 施工順序

（1）路基施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計文件對施工場地范圍內(nèi)的管、線進(jìn)行調(diào)查核實(shí)和遷改，對施工中可能對其造成影響的管、線，必須采取合理的施工方法按相關(guān)要求對其加強(qiáng)防護(hù)。

（2）對樁進(jìn)行準(zhǔn)確定位，待核實(shí)無誤后隔樁開挖樁井，及時設(shè)置鎖口、護(hù)壁。

（3）在每根樁四個角上的主筋或者架立鋼筋處各綁扎一根直徑為40mm的金屬管。檢查斷面凈空，鋼筋測量放樣，綁扎鋼筋籠，一次性連續(xù)灌注樁身混凝土并進(jìn)行搗固，不得形成施工縫，樁身粗骨料最大粒徑不得大于5cm。

（4）錨固樁施工完畢均需進(jìn)行檢測，檢測完全合格且樁身混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%后，方可進(jìn)行路堤填筑施工。

3.3 施工注意事項

（1）須待強(qiáng)夯工程完成后，且檢測合格方可施工約束樁；

（2）樁井必須采用隔樁開挖，應(yīng)及時設(shè)置鎖口，然后分節(jié)開挖樁井，每節(jié)開挖長度不宜大于2m，在風(fēng)化破碎巖層中及時設(shè)置護(hù)壁，并不得在土石變化處和滑動面處分節(jié)，開挖一節(jié)立即支護(hù)一節(jié)，待上一節(jié)護(hù)壁混凝土終凝后方可進(jìn)行下一節(jié)開挖，護(hù)壁模板待護(hù)壁灌注24h后方可拆除；

（3）應(yīng)經(jīng)常檢查樁井內(nèi)有害氣體含量，當(dāng)二氧化碳的濃度超過0.3%時，應(yīng)增加通風(fēng)設(shè)備；

（4）樁施工完畢后均需進(jìn)行聲波透射成樁檢測；

（5）抗滑樁施工完成后應(yīng)進(jìn)行位移觀測。

4 討論

為了減輕強(qiáng)夯施工對周圍既有構(gòu)造物的影響，往往采用低能強(qiáng)夯方式。實(shí)踐表明，低能強(qiáng)夯加固地基，對周圍環(huán)境影響相對高能強(qiáng)夯影響較小，但相對其它加固方法，影響卻不容忽視[4]。為了降低低能強(qiáng)夯振動對周圍環(huán)境的影響，或解決不滿足最小施工安全距離的情況，有效方法之一就是設(shè)置隔振溝。影響隔振溝效果的因素很多，有研究表明[2]，低能強(qiáng)夯振動影響距離大致為17.5m，隔振溝的隔振效果隨溝深逐漸增大，與溝的寬度關(guān)系不大。隔振溝內(nèi)填充材料的彈性模量對隔振效果也有較大的影響。在能保證溝邊坡穩(wěn)定的條件下，采用無填充溝的隔振效果最好。在條件允許的情況下，保護(hù)對象應(yīng)盡可能離隔振溝位置近些。

5 結(jié)論

本文根據(jù)渝懷線增建第二線的一段人工填土地基處治工程，探討了棄碴場地基的加固問題，以及降低施工對既有線影響的問題。主要結(jié)論如下：

（1）對厚度5～10m的人工填土，成份主要為粉質(zhì)黏土及碎、塊石土，其間夾有碎石角礫及少量塊石石塊，中密，稍濕～潮濕狀，可考慮采用強(qiáng)夯的方式提高路基的承載能力；

（2）為避免強(qiáng)夯施工對臨近既有線的影響，在滿足夯實(shí)效果的前提下，可采用低能強(qiáng)夯方式，并在既有線和新增二線間的合適位置增設(shè)隔振溝，進(jìn)一步降低影響；

（3）本工程采用低能強(qiáng)夯、約束樁、錨桿框架梁護(hù)坡綜合處治方案，研究表明，該方案既提高了人工填土段路基基底的承載力及穩(wěn)定性，同時也降低了新線施工對既有線的影響，可供相關(guān)工程參考借鑒。

[1]陳章連，陳海洲，胡守仁，等.臨近既有線的復(fù)線控制爆破施工[J].鐵道建筑，1997（11）：31～33.

[2]王衛(wèi)鋒，師旭超.低能強(qiáng)夯工程中隔振溝隔振效果分析[J].銅業(yè)工程，2007（2）：68～70.

[3]陳恒飛，蔣祖浩，張 堅，等.采用壓密注漿法加固處理人工填土地基[J].西部探礦工程，2005（11）：39～40.

[4]周 健，史旦達(dá)，賈敏才，等.低能量強(qiáng)夯法加固粉質(zhì)黏土地基試驗研究[J].巖土力學(xué)，2007，28（11）：2359～2364.

趙志純（1986-），工程師，本科，主要從事鐵路、公路勘察設(shè)計工作。

U416.1

A

2095-2066（2016）05-0168-02

2016-1-16

謝曉林（1980-），工程師，本科，主要從事鐵路、公路勘察設(shè)計工作。