劉 珣，詹學(xué)啟

(1.鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，北京 100038;2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 概述

武漢至廣州鐵路客運(yùn)專線烏龍泉至韶關(guān)段(DK1232+000～DK1989+500)正線長(zhǎng)度715.144 km，包括長(zhǎng)沙(株洲)、衡陽(yáng)樞紐配套工程。其中正線路基工程長(zhǎng)272.11 km，占該段線路總長(zhǎng)約38.05%。另有客運(yùn)專線與既有線的聯(lián)絡(luò)線路基工程長(zhǎng)12.835 km，長(zhǎng)沙動(dòng)車所路基長(zhǎng)度3.975 km［1］。

本線烏龍泉至韶關(guān)段為雙線，正線軌道按一次鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路設(shè)計(jì)，正線路基按鋪設(shè)無(wú)砟軌道設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度分別為:(1)區(qū)間及車站內(nèi)高速正線為200 km以上客運(yùn)專線;(2)客運(yùn)專線與既有線相連的聯(lián)絡(luò)線以及動(dòng)車走行線按時(shí)速200 km以下設(shè)計(jì)，執(zhí)行《新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》［2］，與正線相連段應(yīng)設(shè)置不少于45 m長(zhǎng)的漸變段;(3)站內(nèi)各線及疏解線按現(xiàn)行規(guī)范中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2 路基工點(diǎn)類型

本線烏龍泉至韶關(guān)段路基較長(zhǎng)，路基工點(diǎn)類型復(fù)雜，數(shù)量眾多。主要工點(diǎn)類型分布范圍詳見(jiàn)表1。

表1 武廣客運(yùn)專線烏韶段主要路基工點(diǎn)類型

3 采用的路基設(shè)計(jì)新技術(shù)

武廣客運(yùn)專線設(shè)計(jì)立項(xiàng)前，無(wú)砟軌道在我國(guó)尚無(wú)建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)外無(wú)砟軌道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及咨詢成果的學(xué)習(xí)、理解、掌握，設(shè)計(jì)單位在較短時(shí)間內(nèi)基本掌握了無(wú)砟軌道客運(yùn)專線路基的部分關(guān)鍵技術(shù)，確立了新的勘察設(shè)計(jì)理念，采用了一系列新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料，現(xiàn)淺析如下。

3.1 “路堤式路塹”結(jié)構(gòu)

武廣客運(yùn)專線地處江南多雨水地區(qū)，年平均降水量大多在1 200～1 750 mm，為使路基具備良好的防排水條件及路基基床在列車動(dòng)荷載反復(fù)作用下，不因雨水的反復(fù)侵蝕影響路基基床的長(zhǎng)期穩(wěn)固，本線路塹地段橫斷面采用了“路堤式路塹”結(jié)構(gòu)形式(圖1)，即表層換填厚0.4 m的級(jí)配碎石，基床表層以下?lián)Q填改良土或A、B組填料。換填層采用路堤放坡形式，以降低地下水對(duì)基床的影響，坡率1∶1.5，同時(shí)基床底層視地基條件以及地下水發(fā)育情況考慮換填改良土或A、B組填料的厚度(厚度為0.5～1.5 m)，及是否鋪設(shè)復(fù)合土工膜隔水層。當(dāng)?shù)叵滤l(fā)育或換填細(xì)粒土改良土?xí)r，復(fù)合土工膜鋪在換填層下部，當(dāng)換填A(yù)、B組填料或防止表水下滲時(shí)，復(fù)合土工膜鋪在底層的頂面。

圖1 “路堤式路塹”結(jié)構(gòu)(單位:m)

3.2 “過(guò)渡段路基”設(shè)計(jì)

本線地形復(fù)雜，橋、隧及各類涵洞分布密度較大，且沿線地形起伏較大，路堤與路塹過(guò)渡段眾多，導(dǎo)致橋路、隧路、涵路和堤塹等過(guò)渡段分布密度大，平均約每58 m就有1處過(guò)渡段，全線各種過(guò)渡段近4 660個(gè)。從2005年到2007年2年多的時(shí)間內(nèi)，根據(jù)京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［3］，結(jié)合國(guó)內(nèi)有關(guān)科研單位現(xiàn)有研究成果，以及外方咨詢意見(jiàn)及本線具體情況，共進(jìn)行了65種過(guò)渡段形式及技術(shù)要求的研究?jī)?yōu)選，最終確定了28種過(guò)渡段結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)，并編制了各類過(guò)渡段路基設(shè)置結(jié)構(gòu)大樣圖集，首次綜合考慮了各類過(guò)渡段疊加或組合等特殊情況的過(guò)渡段路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

該路基過(guò)渡段結(jié)構(gòu)大樣圖不但囊括了橋路、涵路、隧路、堤塹、半填半挖路基、不同巖土組合路基和客運(yùn)專線與聯(lián)絡(luò)線相接等路基縱、橫向的過(guò)渡段的基本形式，而且包括了橋橋、橋隧、隧隧、橋塹之間短路基等各類過(guò)渡段結(jié)構(gòu)類型及其特殊技術(shù)要求的設(shè)計(jì)。較為典型的橋路+堤塹+路隧“組合型”過(guò)渡段設(shè)計(jì)如圖2所示。

3.3 路基站后附屬結(jié)構(gòu)物接口設(shè)計(jì)

本線作為我國(guó)第一條最高等級(jí)長(zhǎng)大客運(yùn)專線，通信、信號(hào)、電力、接觸網(wǎng)、牽引變電、綜合接地、過(guò)軌管道等在路基上的布置、預(yù)留設(shè)施及其相互關(guān)系，特別是上述設(shè)施在橋路、路隧、隧橋、堤塹過(guò)渡段位置的設(shè)置及連接是附屬結(jié)構(gòu)物接口設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

圖2 橋路+堤塹+路隧“組合型”過(guò)渡段設(shè)計(jì)(單位:m)

通過(guò)查閱大量的國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，經(jīng)過(guò)多次修改和完善，先后完成《新建鐵路武漢至廣州客運(yùn)專線烏花段新建工程施工圖設(shè)計(jì)(烏龍泉至韶關(guān)段)路基附屬結(jié)構(gòu)物及其接口設(shè)計(jì)圖集》及上述圖集的《線間集水井及牽引變電所、AT所、AT分區(qū)所與路基接口設(shè)計(jì)補(bǔ)遺》、《橋梁與隧道間長(zhǎng)度小于10 m的短路基管線槽聯(lián)接接口設(shè)計(jì)圖》兩冊(cè)補(bǔ)充設(shè)計(jì)圖集。較為典型的隧路間站后結(jié)構(gòu)物接口設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 隧路間站后結(jié)構(gòu)物接口設(shè)計(jì)(單位:m)

3.4 沖擊壓實(shí)技術(shù)

沖擊壓實(shí)技術(shù)是一種新型地基、土方工程壓實(shí)技術(shù)，該技術(shù)在公路及土壩工程中已有廣泛運(yùn)用，但最近幾年才被應(yīng)用于客運(yùn)專線施工中。

本線設(shè)計(jì)沖擊壓實(shí)技術(shù)主要運(yùn)用于:

(1)路堤地段無(wú)復(fù)合地基或樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)加固地段地基土的填前壓實(shí);

(2)高填方地段填土的分層壓實(shí);

(3)土質(zhì)、全風(fēng)化巖層路塹挖方地段換填底部壓實(shí);

(4)路基縱向填挖頻繁交替地段的路基面追密壓實(shí)。

沖擊壓實(shí)技術(shù)較好地滿足了客運(yùn)專線無(wú)砟軌道路基對(duì)地基、填土沉降控制的高要求，同時(shí)解決了大面積、長(zhǎng)距離壓實(shí)的施工要求，可有效加快施工進(jìn)度，提高工效，確保施工質(zhì)量。

3.5 樁帽式CFG樁復(fù)合地基

武廣客運(yùn)專線大量分布的上硬下軟的紅黏土地基、軟土和松軟土地基，特別是當(dāng)具有較厚的硬殼或硬層夾軟弱層地基［4］，設(shè)計(jì)大多采用了樁帽式CFG樁復(fù)合地基處理。

設(shè)計(jì)CFG樁樁徑0.5 m，材料配比按C15混凝土強(qiáng)度要求配制，主要采用長(zhǎng)螺旋鉆孔內(nèi)泵灌混凝土施工，處理深度一般為5.0～22.0 m，通過(guò)樁頂設(shè)置樁帽，擴(kuò)大其承載面積，充分發(fā)揮其樁身強(qiáng)度高單樁承載力大的特點(diǎn)，使樁間距加大，可節(jié)省約20%的地基加固處理費(fèi)用。樁帽式CFG樁結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 樁帽式CFG樁結(jié)構(gòu)示意(單位:m)

3.6 樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)

樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)是指在地基處理過(guò)程中，下部土體得到豎向增強(qiáng)體“樁”的加強(qiáng)從而形成樁土復(fù)合地基加固區(qū);而在該區(qū)上部得到水平向增強(qiáng)體“網(wǎng)”的加強(qiáng)從而形成加筋土復(fù)合地基加固區(qū)，并能使網(wǎng)-樁-土三者協(xié)同作用，共同承擔(dān)荷載的人工地基。該技術(shù)同時(shí)具有排水、擠密、加筋等多重效果，加固的地基具有沉降小、工后沉降易控制且沉降完成快、穩(wěn)定性高、施工方便等優(yōu)點(diǎn)［5］。

本線所設(shè)計(jì)的樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)，“樁”采用預(yù)制管樁、預(yù)制方樁、鉆孔灌注樁，主要應(yīng)用于下列地層:

(1)深厚層軟弱土地基或厚層軟硬互層地層層厚大于20 m地基;

(2)上硬下軟的高壓縮性灰?guī)r殘積層(紅黏土)，厚度大于20 m時(shí);

(3)壓縮層厚度大，采用常規(guī)措施工后沉降難以控制的車站道岔區(qū)、過(guò)渡段范圍;

(4)位于斜坡的地段軟弱土地基路堤;存在縱向應(yīng)力作用(如橋頭路堤)的路堤地段;

(5)橋隧、橋橋、隧隧間短路基工后沉降控制困難、縱向存在明顯不均勻沉降地段。

武廣客運(yùn)專線全線采用樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)的加固樁總數(shù)為71.38×104延米。樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)合地基如圖5所示。

圖5 樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)合地基示意(單位:m)

3.7 路塹高邊坡預(yù)加固技術(shù)

本線雖經(jīng)平縱斷面優(yōu)化，但受地形、地質(zhì)條件控制仍存在較多的白堊系、下第三系以及元古界風(fēng)化軟質(zhì)巖路塹高邊坡;二迭系及泥盆系、石炭系軟硬巖互(夾)層路塹高邊坡;構(gòu)造影響及風(fēng)化作用，巖層破碎、節(jié)理和軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育的硬質(zhì)巖路塹高邊坡;灰?guī)r殘積層下部近基巖面存在軟～流塑狀黏土層的深路塹等。

針對(duì)上述存在安全隱患的路塹高邊坡，設(shè)計(jì)中重點(diǎn)采用分層開(kāi)挖、分級(jí)錨固、分級(jí)防護(hù)、特別是坡腳預(yù)加固樁等加固處理措施，較好地解決了路塹高邊坡穩(wěn)定問(wèn)題。根據(jù)各工點(diǎn)的地形條件、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，邊坡坡面主要采用了預(yù)應(yīng)力錨索(框架梁)、框架錨桿、復(fù)合噴錨支護(hù)加固技術(shù)，坡腳采取預(yù)加固樁、豎向預(yù)應(yīng)力拉桿樁(墻)等措施。同時(shí)，該類高邊坡均設(shè)置了邊坡變形位移綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如邊坡地表位移監(jiān)測(cè)(監(jiān)測(cè)樁)、邊坡深部位移監(jiān)測(cè)、樁(墻)背土壓力監(jiān)測(cè)、預(yù)應(yīng)力錨索錨固力監(jiān)測(cè)及地下水滲流監(jiān)測(cè)剖面，針對(duì)邊坡可能發(fā)生的各種失穩(wěn)破壞進(jìn)行預(yù)警。

3.8 掛網(wǎng)噴混植生

本線耒陽(yáng)以北路基邊坡多以強(qiáng)風(fēng)化軟巖(板巖、砂巖、泥巖等)邊坡為主，邊坡開(kāi)挖后易風(fēng)化成碎塊狀，后遇水軟化形成坡面溜滑、甚至坍滑;而耒陽(yáng)至郴州段多以灰?guī)r為主，受構(gòu)造影響，巖體破碎、溶蝕嚴(yán)重，邊坡巖體易掉落;郴州地區(qū)及樂(lè)昌至韶關(guān)段多以軟硬巖互層及煤系地層為主，邊坡易產(chǎn)生溜坍、坍滑等病害。為達(dá)到坡面綠色防護(hù)、恢復(fù)沿線生態(tài)環(huán)境的目的，本線設(shè)計(jì)針對(duì)上述的巖質(zhì)路塹邊坡采取掛網(wǎng)噴混植生防護(hù)措施。

本線噴混植生設(shè)計(jì)厚度8～12 cm，適用邊坡率1∶1.25～1∶1.5，土壤一般就近選用種植土，摻入適量的肥土，肥料采用緩釋復(fù)合肥，膠結(jié)材料采用普通硅酸鹽水泥，有機(jī)質(zhì)一般采用堆肥或草徑，以持久提供植物所需肥力，并使基材有適合植物生長(zhǎng)的通透性和保水、保肥能力，草籽采用本地草本類，如小糠草、普通旱熟禾、野牛草等。

3.9 土工合成材料的推廣應(yīng)用

本線路基設(shè)計(jì)中土工合成材料主要運(yùn)用于以下6個(gè)方面:(1)路堤邊坡寬3.0 m鋪設(shè)土工格柵加筋補(bǔ)強(qiáng);(2)當(dāng)下部填土與基床底層之間不滿足 D15＜4d85要求時(shí)，在基床底層表面鋪設(shè)土工格柵;

(3)地基處理墊層中鋪設(shè)土工格柵，以增強(qiáng)地基穩(wěn)定、減小地基沉降;作為樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)的水平向增強(qiáng)體的“網(wǎng)”，使網(wǎng)-樁-土三者共同形成加筋復(fù)合結(jié)構(gòu);

(4)邊坡坡面鋪設(shè)立體植被護(hù)坡網(wǎng);

(5)對(duì)地下水發(fā)育的滲水土路塹及風(fēng)化軟巖路塹、膨脹土路塹、灰?guī)r殘積層路塹地段，基床底層頂面或路塹換填底部鋪設(shè)復(fù)合土工膜，防止表水入滲軟化地基或地下水侵入;

(6)RCP-X715D(A)無(wú)紡?fù)凉げ及头礊V層用于浸水、沖刷路基地段以及路肩反濾層，可有效防止細(xì)顆粒流失，確保路基填筑材料不因水的反復(fù)浸蝕影響路基穩(wěn)定。

4 結(jié)論

(1)“路堤式路塹”結(jié)構(gòu)既可有效隔斷地下水入滲，又能使路塹地段基床具有良好的防排水工作狀況，該技術(shù)可有效解決多雨水地區(qū)路基基床強(qiáng)度和剛度的長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題。

(2)本線過(guò)渡段路基設(shè)計(jì)不但囊括了路基縱、橫向過(guò)渡段的基本形式，還首次綜合考慮了各類過(guò)渡段疊加或組合等特殊情況;站后附屬結(jié)構(gòu)物接口設(shè)計(jì)則主要涉及350 km/h客運(yùn)專線路基地段通信、信號(hào)、電力、接觸網(wǎng)、牽引變電、綜合接地、過(guò)軌管道等設(shè)施在路基上的布置、預(yù)留及其相互關(guān)系，特別是上述設(shè)施在橋路、路隧、隧橋、堤塹過(guò)渡段位置的設(shè)置。上述2項(xiàng)新技術(shù)均不同程度地填補(bǔ)和完善了國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的空白和不足。

(3)本線路基設(shè)計(jì)所采用的沖擊壓實(shí)技術(shù)、樁帽式CFG樁復(fù)合地基、樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)、路塹高邊坡預(yù)加固技術(shù)、掛網(wǎng)噴混植生及土工合成材料的推廣應(yīng)用等多項(xiàng)新技術(shù)均在現(xiàn)有鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了自主創(chuàng)新和完善，并對(duì)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討和細(xì)化。

［1］中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司地質(zhì)路基處.武廣客運(yùn)專線烏龍泉至花都段施工圖設(shè)計(jì)(路基分冊(cè))［R］.武漢:中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2009.

［2］鐵道科學(xué)研究院.鐵建設(shè)函［2005］285號(hào) 新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［3］鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院、鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院.鐵建設(shè)函［2004］157號(hào) 京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定(上、下)［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［4］龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［5］肖 宏，蔣關(guān)魯，魏永幸.遂渝線無(wú)砟軌道樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)地基處理技術(shù)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2006(4).