柴金飛，馬偉斌,2，馬超鋒,2，趙 鵬，牛亞彬，常 凱，安哲立，單 宇

(1.中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2.中國鐵道科學研究院 高速鐵路軌道技術國家重點實驗室，北京 100081)

隨著我國西部地區(qū)的不斷發(fā)展，黃土地區(qū)的建設規(guī)模逐漸擴大，但黃土多為不飽和土，結構特殊，遇水會發(fā)生濕陷等問題[1]，并產(chǎn)生脫空病害。因此，國內(nèi)學者針對濕陷性黃土濕陷、脫空等病害開展了大量研究。彭華等[2]分析了常見鐵路路基病害的類型、機理；柳墩利[3]綜合運用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗、數(shù)理統(tǒng)計等手段，研究了水泥改良黃土加固機理；黃世斌[4]探討了在該過程中濕陷性黃土地層的合理力學指標及沉降與載荷的變化規(guī)律；王斌[5]通過對蘭州鐵路局管轄內(nèi)沿線各種路基防護與支擋工程防治措施進行分析，闡述了各種防治處理措施的特點；李玉華[6]介紹了采用灰土擠密樁處理濕陷性黃土路基的施工技術；錢征宇[7]分析了濕陷性黃土的主要工程特性；楊有海等[8]利用有限單元法分析了黃土路堤邊坡的作用機理。

本文針對瓦日鐵路站場路基隱伏病害進行現(xiàn)場踏勘，并應用地質(zhì)雷達探測、地質(zhì)鉆探、孔內(nèi)視頻探測等綜合檢測技術，判斷K132+776.79—K132+841.53段線路下方的路基病害情況并實施綜合整治方案。

1 工程概況

1.1 病害概況

瓦日鐵路孟門站站場上下行正線K132+776.79— K132+841.53段因降雨造成路基松軟塌陷與線路下沉(見圖1)。勘察發(fā)現(xiàn)在下行K132+790處接觸網(wǎng)桿塌坑處疑似有延伸到線路方向的空洞，空洞頂距路基面約2.4 m；上行K132+795處10根枕木懸空，空洞坑深約4～5 m，上部尺寸6 m × 4 m，下部尺寸10 m×6 m；下行線至其東側排水溝K132+800—K132+830區(qū)段沉陷，尺寸30 m×6 m，且下行線K132+790—K132+830區(qū)段枕木懸空，有進一步沉陷危險。

圖1 部分線路路基病害情況

1.2 地質(zhì)情況

依據(jù)勘察資料，本段主要地層為：①新黃土。淺黃色，黃褐色，堅硬～硬塑，大孔隙，豎向節(jié)理發(fā)育，具濕陷性，濕陷系數(shù)為0.015～0.024，為Ⅱ級自重濕陷場地。②中砂。褐黃色，稍濕，中密，主要礦物成分為石英、長石，局部夾少量圓礫土，粒徑為2～30 mm。③砂巖?；野咨?，強風化～弱風化，砂質(zhì)結構，厚層狀構造。出露于溝心及半坡。④泥巖。紫紅色，灰綠色，全風化～弱風化，泥質(zhì)結構，厚層狀構造，節(jié)理發(fā)育。出露于半坡，表層全風化呈砂土狀。

地震動峰值加速度為0.05g，土壤最大凍結深度為0.91 m。

1.3 原設計方案與工程措施

路堤基床表層填筑A,B組土，基床底層填筑改良土，基床以下填筑C組土；邊坡采用沖擊碾壓36遍，局部窯洞采用回填處理。

2 現(xiàn)場檢測

2.1 地質(zhì)雷達檢測

地質(zhì)雷達法是一種采用窄脈沖寬帶高頻電磁波信號檢測地下介質(zhì)分布的方法，具有快速、無損、連續(xù)探測和實時顯示的特點。其工作原理如圖2所示。

圖2 地質(zhì)雷達工作原理示意

根據(jù)現(xiàn)場情況以及檢測目的，在檢測區(qū)域的上行線、下行線及其中間軌道之間布置了5條主測線以及7條小測線。

由地質(zhì)雷達檢測圖像分析得出：①下行線K132+788—K132+792深度1.5 m以下、K132+880—K132+890深度3 m以下、K132+835—K132+845深度2 m以下、K132+890—K132+895深度2 m以下等區(qū)域含松散脫空區(qū)，不密實(見圖3)。②兩線間K132+788—K132+792深度1～3 m處含松散脫空區(qū)，不密實。③上 行線K132+756—K132+759深度2 m以下、K132+780—K132+790深度2 m以下、K132+796—K132+805深度2 m以下、K132+712—K132+720深度1.5 m以下、K132+780—K132+788深度1.5 m以下、K132+860—K132+865深度1.5 m以下等區(qū)域含松散脫空區(qū)，不密實。

圖3 部分區(qū)段地質(zhì)雷達探測結果

2.2 地質(zhì)鉆孔探測

地質(zhì)鉆孔探測是獲取工程地質(zhì)信息的最直觀的方法，也是地下工程勘測階段最主要的手段之一。為直觀探測瓦日鐵路孟門站地基情況，結合地質(zhì)雷達檢測結果，分別設置5條沿鐵路線路縱向鉆孔測線A-A′,B-B′,C-C′,D-D′,E-E′,F-F′ 和3條沿鐵路線路橫向鉆孔測線1-1′,2-2′,3-3′。 地質(zhì)鉆孔布置及探測結果如圖4所示。

圖4 地質(zhì)鉆孔布置及探測結果

鉆孔探測結果表明：①ZD-1～7,9～10,14～23,27,30,32,34～35,37,40,43～44,57～58,62～63等鉆孔存在疑似空腔或裂隙病害，且土質(zhì)松散。②ZD-8,11～13,24～26,28～29,31,33,38,48～56,59～61鉆孔是土質(zhì)松散區(qū)域。

2.3 孔內(nèi)視頻系統(tǒng)

鉆孔視頻觀測是鉆孔攝像儀器利用平面反光方式觀測鉆孔井壁圖像，反映鉆孔井壁結構、裂隙發(fā)育程度、井中其他地質(zhì)現(xiàn)象等的測井方法。鉆孔視頻觀測相比地質(zhì)鉆探更能直觀地觀測到鉆孔內(nèi)空腔或裂縫形態(tài)及大小。

通過對5條沿鐵路線路縱向鉆孔測線和3條沿鐵路線路橫向鉆孔測線中的鉆孔進行視頻觀測，獲得以下觀測結果：①ZD-6鉆孔10～13 m深處和15～18 m深處存在地下人工坑洞，如圖5(a)、圖5(b)所示；②ZD-9 鉆孔11～16 m深處存在地下人工坑洞，如圖5(c)所示；③ZD-22鉆孔8.7 m深處存在5～10 cm的空隙；④ZD-25鉆孔1.8～2 m處存在直徑約20 cm的小空洞；土質(zhì)較松散；⑤ZD-29鉆孔2.0,3.5,6.7 m深處有約10 cm 深的小空腔；⑥ZD-35鉆孔深度12～12.8 m 有脫空區(qū)，土質(zhì)較松散，如圖5(d)所示；⑦ZD-40鉆孔13.8～16.0 m深處存在嚴重脫空區(qū)，土質(zhì)較松散，如圖5(e)所示；⑧ZD-57鉆孔深度1.4～2.9 m為空洞，濃度2.9～8 m土質(zhì)松散；⑨ZD-58鉆孔0.9～1.3 m 深處有空洞，深度1.3 m以下土質(zhì)松散，孔隙大。

圖5 部分路基鉆孔視頻觀測結果

3 病害原因分析

利用現(xiàn)場踏勘、地質(zhì)雷達探測、地質(zhì)鉆孔探測、孔內(nèi)視頻系統(tǒng)等綜合檢測技術，發(fā)現(xiàn)K132+776.79— K132+841.53段線路下方有較大范圍的松散脫空區(qū)，并發(fā)現(xiàn)有人工坑洞結構。該處原地形為陡坎，有拆遷后的廢棄窯洞，因施工時對窯洞處理不夠徹底，導致該范圍掩埋后的窯洞在列車荷載作用下坍塌。同時該區(qū)段存在排水不暢，造成路基松軟和線路下沉。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和鉆孔數(shù)據(jù)分析，路基填土取自當?shù)馗浇男曼S土，在深度0.5～25.0 m內(nèi)。黃土含水率大，具有濕陷性，承載力嚴重不足，導致該段路基沉降量大，病害嚴重。在列車動荷載的作用下，土體強度進一步降低，導致路基承載力不足，病害進一步發(fā)展及惡化，因此需要盡快處理。

4 整治方案及效果

4.1 整治方案

為保證行車安全，防止病害進一步發(fā)展，根據(jù)綜合檢測結果，針對病害區(qū)段垂直線路方向各10 m范圍內(nèi)的病害區(qū)段制定了“高壓旋噴樁止水帷幕+雙漿液深部擠密注漿”綜合整治方案，即采用雙液注漿對地基及路基本體進行加固并在注漿區(qū)外圍采用旋噴樁帷幕加固。加固前需對正線進行沿線路方向采用鋼軌扣軌加固，橫向采用鋼軌或槽鋼進行加固。加固措施應滿足列車通過的安全穩(wěn)定要求。

4.1.1 高壓旋噴樁加固

1)K132+776.79—K132+841.53段左側距線路中心11.05 m采用高壓旋噴樁進行帷幕加固，采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量不小于40%；旋噴樁直徑0.6 m，長22 m，樁間距0.5 m，旋噴樁搭接0.1 m，樁端應進入基巖0.5 m?？拷捶秶男龂姌叮嚯x涵洞結構外緣0.6 m。

2)旋噴樁施工前必須進行成樁試驗，以掌握該場地的成樁經(jīng)驗和各種技術參數(shù)。成樁試驗推薦參數(shù)：高壓水泥漿壓力一般不小于 20 MPa，提升速度為0.15～0.25 m/min，旋轉速度為15～20 r/min。

3)成樁28 d后應進行取芯無側限抗壓強度測試，取不同深度的3個試樣作無側限抗壓強度試驗。無側限抗壓強度不得小于2.5 MPa，檢測數(shù)量為總樁數(shù)的2‰，且不少于3根。

4.1.2 注漿加固

1)線路正線及兩側塌陷范圍采用注漿加固。注漿孔采用交錯布置，孔長22～23 m，橫向間距1.9～2.5 m，沿線路方向間距2.4 m，線路右側最外一排按間距1.5 m布置，注漿深度為見基巖面止。漿液采用P.O 42.5級普通硅酸鹽水泥，并添加水玻璃。

2)避免集中注漿大面積軟化路基，注漿時應間隔2孔，注漿應根據(jù)運營管理部門要求進行，一般采用天窗點施工。漿液凝固時間根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，以合理安排注漿孔位，保障松散土體的凝結強度，列車開通要限速慢行確保線路運行安全。

3)鉆孔期間發(fā)現(xiàn)空洞時，應首先采用中粗砂填充，輔以風壓填充，待無法充填干砂后，再進行水泥漿液加水玻璃注漿。

4)在鐵路中心及兩線間注漿鉆孔上部采用φ130套管護壁，長2.0 m。路肩下1.0 m范圍內(nèi)不注漿，防止?jié){液污染道砟。

5)注漿工作完成28 d后，自檢孔取芯檢驗按總孔數(shù)的2%，檢驗加固效果。

4.1.3 水溝翻修

K132+750—K132+850段線路左側既有漿砌片石排水溝存在漏水情況，需進行拆除。新建排水溝采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)場澆注，路肩到排水溝采用M7.5水泥砂漿砌片石防護，厚0.3 m，下設0.3 m厚三七灰土墊層。排水溝澆注完成后要及時養(yǎng)護，防止開裂，避免水下滲。

4.2 整治效果

整治后對該路基病害區(qū)段進行了綜合檢測(見圖6)，表明原有地下人工坑洞和松散脫空區(qū)已充填密實。整治后經(jīng)過2次持續(xù)性強降雨(降雨量均超過50 mm)未出現(xiàn)塌陷與沉降，加固效果良好，說明“高壓旋噴樁止水帷幕+雙漿液深部擠密注漿”綜合整治方案可有效整治地下空洞和松散脫空病害。

圖6 路基病害整治后探測圖像

5 結語

1)利用現(xiàn)場踏勘、地質(zhì)雷達探測、地質(zhì)鉆探、孔內(nèi)視頻等綜合檢測技術可快速、有效和直觀地掌握路基情況，為整治地基病害提供依據(jù)。

2)該站場路基病害原因是施工時對窯洞處理不徹底，且濕陷性黃土遇降雨后承載力嚴重不足，導致該范圍掩埋后的窯洞在在列車動荷載的作用下坍塌。同時該段落排水不暢，造成路基松軟、線路下沉。

3)提出了“高壓旋噴樁止水帷幕+雙漿液深部擠密注漿”綜合整治方案，有效治理了地下空洞和松散脫空病害，可為類似病害提供借鑒。

[1]徐正偉,吳亞平,舒春生,等.濕陷性黃土區(qū)橋梁樁基承載力浸水試驗研究[J].鐵道建筑，2017,57(10):40-43.

[2]彭華,張鴻儒.鐵路路基病害類型、機理及檢測與整治技術[J].工程地質(zhì)學報，2005,13(2):195-199.

[3]柳墩利.高速鐵路濕陷性黃土地基處理試驗研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2012.

[4]黃世斌.濕陷性黃土區(qū)鐵路樁基試驗研究[J].鐵道建筑，2010,50(7):87-89.

[5]王斌.蘭州鐵路局管轄內(nèi)濕陷性黃土路基病害模式及防治措施研究[D].成都:西南交通大學，2015.

[6]李玉華.灰土擠密樁加固濕陷性黃土路基施工技術[J].鐵道建筑，2004,44(7):59-60.

[7]錢征宇.濕陷性黃土地區(qū)鐵路的主要技術問題及其工程措施[J].中國鐵路，2006(2):28-32,82.

[8]楊有海,蘇在朝,夏瓊.黃土路堤邊坡淺層加筋加固機理分析及工程應用[J].土木工程學報,2005,38(11)：84-88.