■ 中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 曾銳 薛元 封志軍

由于高速鐵路運(yùn)行速度快，對(duì)線路的平順性要求高，為保證高速鐵路正常運(yùn)行以及旅客的人身財(cái)產(chǎn)安全，我國(guó)高速鐵路對(duì)建成后的路基工程變形提出了相當(dāng)苛刻的要求，允許的工后沉降及水平變形量極小，需達(dá)到近乎于零變形的控制標(biāo)準(zhǔn)[1]-[5]。但由于地質(zhì)條件的不確定性以及設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)復(fù)雜因素的影響，高速鐵路通車(chē)運(yùn)營(yíng)后局部路基段落可能發(fā)生豎向沉降和水平位移等變形[6]-[7]。這些變形不僅將會(huì)威脅行車(chē)安全，而且給運(yùn)營(yíng)高鐵鐵路的整治帶來(lái)極大難度。

本文根據(jù)以某高速鐵路斜坡路堤段落水平變形病害為研究對(duì)象，在無(wú)成熟可靠工程經(jīng)驗(yàn)的條件下，參考以往普速鐵路類(lèi)似病害整治工程，提出了以反壓回填、注漿結(jié)合鉆孔灌注樁加固的整治方案[8]，輔以系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，最終達(dá)到了一次根除不留隱患的效果。

1.項(xiàng)目概況及技術(shù)難點(diǎn)

1.1 項(xiàng)目及地質(zhì)條件

2017年4月初，工務(wù)部門(mén)反映某高速鐵路K681+525～K681+585段在每個(gè)動(dòng)車(chē)檢測(cè)周期均下沉0.3mm-0.5mm，隨即開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示5月13日～6月10日，觀測(cè)數(shù)據(jù)未見(jiàn)明顯異常；6月10日～7月29日進(jìn)入雨季后，觀測(cè)到路基最大累計(jì)沉降為18.3mm，樁頂水平位移15.8mm；7月29日～8月7日，路基最大累計(jì)沉降為18.7mm，樁頂水平位移16.9mm；8月21日～22日組織施工錨索鉆孔機(jī)微型樁時(shí)，錨固樁位移及沉降發(fā)生突變，路基最大累計(jì)沉降為69mm，樁頂水平最大累計(jì)位移為91mm。該段路基水平變形已大幅超過(guò)規(guī)范限值，嚴(yán)重影響了高鐵運(yùn)營(yíng)安全，故運(yùn)營(yíng)部門(mén)對(duì)此段路基采取了限速措施。為保證高速鐵路的平順性要求與后續(xù)高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全，必須對(duì)該段路基進(jìn)行針對(duì)性整治。

該段病害路基屬滇東南高原盆地邊緣丘陵地貌。線路順緩坡的小山脊行進(jìn)，左側(cè)20m以外發(fā)育與線路走向相近的沖溝。地面高程1630m～1650m，相對(duì)高差約20m，自然坡度12o～30o。地表均被辟為耕地，其余平緩地帶被第三系（N2）黏土覆蓋。此次變形病害段地層巖性主要為<6-9>黏土（Q4dl+pl）、<7-4>黏土（Q4dl+el）、<10-1>黏土（N2）、<24-1>斷層泥（Fc）。

1.2 施工圖設(shè)計(jì)概況

K681+525～K681+585段長(zhǎng)60m，路基以填方形式通過(guò)。左側(cè)路肩設(shè)置錨固樁，樁截面分別為1.5m×2.25m、1.75m×2.5m，樁間距（中-中）為7m，共設(shè)13根樁，樁長(zhǎng)15～21m，采用C35混凝土澆筑（圖1）。

1.3 整治措施施工特點(diǎn)及重難點(diǎn)

一是病害路基段最大水平位移已達(dá)91mm，即線路左側(cè)路肩樁板墻錨固樁樁頂最大位移已達(dá)91mm，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況下難以對(duì)錨固樁進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法判斷其工作性能，從而影響整治措施的制定。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)綜合判斷該段病害路基已達(dá)極限狀態(tài)，整治過(guò)程中稍有不慎就會(huì)造成病害段落的垮塌，后果不堪設(shè)想。

二是由于該段高鐵鐵路已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，現(xiàn)場(chǎng)已無(wú)施工便道條件，大型機(jī)械難以入場(chǎng)，無(wú)法快速開(kāi)展搶險(xiǎn)工作面，加上又面臨連日降雨便道修建進(jìn)度緩慢，嚴(yán)重影響整治施工措施的推進(jìn)。

三是對(duì)于高速鐵路路基段水平變形超過(guò)91mm的病害整治，尚無(wú)工程案例可供借鑒，整治方案設(shè)計(jì)、施工工藝等方面均缺乏參考經(jīng)驗(yàn)。

2.整治方案研究

2.1 路基病害原因分析

一是現(xiàn)場(chǎng)樁前斜坡已被當(dāng)?shù)卮迕耖_(kāi)辟為耕地，地形較建設(shè)期發(fā)生較大變化，局部形成陡坎，樁前平臺(tái)寬度不足，導(dǎo)致樁前抗力減弱，造成樁頂位移并引發(fā)路基變形。

圖1 K681病害路基施工圖代表性橫斷面

圖2 樁前反壓代表性橫斷面

二是2017年雨季以來(lái)，區(qū)域內(nèi)連續(xù)強(qiáng)降雨導(dǎo)致地下水位提升，地表2m～4m范圍內(nèi)粉質(zhì)黏土、黏土（膨脹土）遇水飽和后強(qiáng)度迅速降低。

三是雨水下滲至填方體后未及時(shí)排出，導(dǎo)致填土含水量增加、軟化，容重增大，上部荷載對(duì)支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大側(cè)向壓力。

2.2 整治目的

通過(guò)在病害段斜坡路堤左側(cè)采用反壓回填、注漿結(jié)合鉆孔灌注樁加固的整治方案施工完成后產(chǎn)生的側(cè)向抗力，從而保證病害段路基的穩(wěn)定，同時(shí)適當(dāng)帶動(dòng)路基填土向右側(cè)偏移，減小線路平面調(diào)整的難度，最終達(dá)到確保高速鐵路線路平順與安全運(yùn)營(yíng)的目的。

2.3 整治方案

第一，病害路基段線路左側(cè)斜坡上分級(jí)采用棄土反壓回填，回填體邊坡坡率1：2。反壓體樁前5m范圍按1：1.5放坡后，采用A組填料摻5%水泥進(jìn)行填筑，其余部分采用合格的C組填料進(jìn)行填筑。同時(shí)，因回填反壓體極為松散、壓實(shí)度較低，對(duì)反壓回填體范圍采用鋼花管注漿加固，單孔注漿完成后不拔管?？變?nèi)灌注M30水泥凈漿。

第二，反壓回填體邊坡坡腳設(shè)置鉆孔灌注樁防護(hù)。

第三，從自上而下，在第一、四排相應(yīng)位置鋼筋混凝土格子梁，坡腳護(hù)腳混凝土埋設(shè)沉降及橫向水平位移觀測(cè)樁。

第四，對(duì)路肩兩側(cè)電纜槽與路基面脫開(kāi)處以及路基面開(kāi)裂位置處，采用M30水泥漿灌注封閉。（圖2）

3.監(jiān)測(cè)方案

針對(duì)該段病害斜坡路堤，團(tuán)隊(duì)建立了以水準(zhǔn)測(cè)量為主、軌道檢測(cè)為輔的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。施工過(guò)程中所有流程必須嚴(yán)格在路基變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下進(jìn)行，整個(gè)路基變形監(jiān)測(cè)由第三方專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)單位實(shí)施，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整施工計(jì)劃安排，確保高速鐵路的穩(wěn)定安全。

3.1 水準(zhǔn)測(cè)量監(jiān)測(cè)

在路肩樁板墻2#、4#、6#、8#、10#、12#和13#錨固樁樁頂各安置一個(gè)棱鏡為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)8個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。線路大里程隧道的洞門(mén)頂端左、右兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)方向控制點(diǎn)，線路小里程方向路基水溝的左、右方向各設(shè)置一個(gè)方向控制點(diǎn)，共4個(gè)方向控制點(diǎn)。同時(shí)，位于線路左側(cè)錨固樁大里程位置隧道進(jìn)口上方設(shè)置強(qiáng)制對(duì)中墩，以強(qiáng)制對(duì)中墩為平面坐標(biāo)系統(tǒng)原點(diǎn)建立獨(dú)立坐標(biāo)系，采用自由設(shè)站前方交會(huì)法，監(jiān)測(cè)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面位移量。（圖3）

圖3 水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和控制點(diǎn)布設(shè)示意圖

水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)的頻次和時(shí)間大致分三個(gè)階段進(jìn)行：

第一階段：2017年5月至2017年8月。按2次/周頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要目的是確認(rèn)病害路基變形發(fā)展趨勢(shì)；

第二階段：2017年8月至2017年9月。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)整治工程的開(kāi)展，為嚴(yán)格監(jiān)控病害路基的變形，并有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的病害整治工作，將監(jiān)測(cè)頻率提高至6次/天；

第三階段：2017年9月至2018年11月。該階段主要用于驗(yàn)證整治效果，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整監(jiān)測(cè)頻次。

3.2 軌道監(jiān)測(cè)

施工期間，加強(qiáng)對(duì)軌道的監(jiān)測(cè)。

3.3 監(jiān)測(cè)警戒值及報(bào)警程序

當(dāng)監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)特殊情況（如單次位移≥2mm，累計(jì)位移≥5mm）時(shí)，應(yīng)及時(shí)上報(bào)相關(guān)單位，并進(jìn)行復(fù)測(cè)，以確認(rèn)測(cè)量結(jié)果。

4.施工過(guò)程控制

4.1 主要施工技術(shù)方案

第一，線路左側(cè)鋼花管注漿及格子梁、鉆孔灌注樁、排水系統(tǒng)、護(hù)坡、護(hù)腳墻、實(shí)體圍墻，均在防護(hù)柵欄外，利用行車(chē)間隔施工；加強(qiáng)施工過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格按照監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行施工組織。

第二，路肩兩側(cè)電纜槽與路基面脫開(kāi)處以及路基面開(kāi)裂位置處，采用M30水泥漿灌注封閉，利用施工天窗時(shí)間完成。

第三，汲取微型樁搶險(xiǎn)工程施工過(guò)程中造成斜坡路堤發(fā)生巨大水平變形的經(jīng)驗(yàn)，在施工過(guò)程中應(yīng)高度重視施工措施對(duì)病害路堤的影響，嚴(yán)格按照監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行施工組織。

4.2 施工流程

施工工藝流程圖，詳見(jiàn)圖4：

圖4 病害段整治施工工藝流程圖

（1）臨時(shí)封閉措施

整治施工前，利用施工天窗，用1.8m高金屬柵欄對(duì)整治段落進(jìn)行臨時(shí)封閉隔離，封閉區(qū)域?yàn)椴『β坊蔚慕佑|網(wǎng)外側(cè)1m的路肩墻以下、兩端既有混凝土柵欄。在既有混凝土柵欄拆除2個(gè)欄片作為施工通道，用金屬網(wǎng)片制作臨時(shí)作業(yè)門(mén)并上鎖，確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

（2）臨時(shí)加固措施

結(jié)合病害路基水平變形情況，采取樁前反壓回填、增設(shè)臨時(shí)截排水溝等臨時(shí)措施，以保證路堤穩(wěn)定，保證高速鐵路病害路基不再出現(xiàn)更大幅度的變形，待病害路堤基本穩(wěn)定后進(jìn)行下一步永久加固措施的施工作業(yè)。

（3）反壓回填體鋼花管注漿施工方法

鋼花管加工：注漿鋼花管采用壁厚4.5mm、直徑φ76mm的無(wú)縫鋼管，注漿鋼花管由場(chǎng)外加工、現(xiàn)場(chǎng)焊接，并在管壁鉆注漿眼。

鉆機(jī)鉆孔：鉆孔平臺(tái)采用鋼管支架，鉆孔采用機(jī)械鉆進(jìn)成孔，成孔直徑為Φ105mm，由頂部向下部鉆孔，跳孔施鉆，每孔超鉆20cm。針對(duì)塌孔較嚴(yán)重情況，采用與孔徑相等的鋼花管跟管鉆進(jìn)。

鋼花管入孔：利用鉆機(jī)將鋼花管推送入孔，孔口留0.4m的管頭。為了保護(hù)管壁膠帶在推送過(guò)程中不被損壞，推送時(shí)鋼管要?jiǎng)蛩偻七M(jìn)。

注漿：采用水泥漿攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行M30水泥凈漿漿液制備，并須在漿液達(dá)到初凝前使用。壓漿管采用高壓纏絲橡膠壓漿管，壓漿管的抗壓應(yīng)大于3Mpa，同時(shí)壓漿接頭應(yīng)保持密閉。采用壓漿泵進(jìn)行壓漿，注漿壓力為0.4MPa-0.6MPa，當(dāng)出現(xiàn)壓力急劇上升或壓漿管劇烈抖動(dòng)時(shí)，應(yīng)立即停止壓漿，并且應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)軌道是否有隆起，如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即停止注漿、查明原因。

表1 K681路基病害段三階段樁頂水平位移監(jiān)測(cè)變化對(duì)比表

（4）反壓回填體坡腳鉆孔灌注樁施工方法

施工準(zhǔn)備→施工放樣→埋設(shè)護(hù)筒→鉆機(jī)就位、校正→測(cè)量復(fù)核→旋挖鉆鉆孔→成孔質(zhì)量檢測(cè)→清孔→沉渣檢測(cè)→安裝鋼筋籠→下導(dǎo)管→灌注水下混凝土→拆除導(dǎo)管→拔護(hù)筒→樁頭處理→成樁檢測(cè)。

（5）施工過(guò)程中變形監(jiān)測(cè)

在施工期間，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)路基及錨固樁的沉降及平面位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻次為1次/2天，實(shí)際工作進(jìn)行時(shí)，其監(jiān)測(cè)頻次可根據(jù)變形值和變形速率進(jìn)行調(diào)整，如連續(xù)兩次觀測(cè)差值大于4mm，或出現(xiàn)沉降及位移突變、暴雨等外部條件變化時(shí)，及時(shí)通知相關(guān)單位，并適當(dāng)加密觀測(cè)頻次。

（6）施工效果

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整治施工前為第一階段，病害路基段錨固樁頂位移為持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)；整治過(guò)程中為第二階段，現(xiàn)場(chǎng)初期施工措施對(duì)病害路基水平位移產(chǎn)生了劇烈的不利影響，但隨著施工措施的逐步完成，整體變形情況趨于穩(wěn)定；整治完成至今，病害路基水平位移數(shù)據(jù)波動(dòng)較小，數(shù)據(jù)收斂，證明整治效果明顯達(dá)到整治目的。（表1）

5.結(jié)論

斜坡地基在我國(guó)的高速鐵路建設(shè)中普遍存在，斜坡地基上修建高速鐵路路基存在發(fā)生過(guò)大水平變形的隱患。

本研究通過(guò)對(duì)某高速鐵路斜坡路堤段落水平變形病害進(jìn)行整治，得出以下結(jié)論：（1）采用反壓回填、注漿結(jié)合鉆孔灌注樁加固的整治方案是可行的，能夠有效地控制斜坡病害路堤的水平變形；（2）采用系統(tǒng)的監(jiān)控量測(cè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)整治，可有效地指導(dǎo)施工組織，確保運(yùn)營(yíng)條件的病害整治工程安全推進(jìn)；（3）通過(guò)一年半對(duì)路基的持續(xù)監(jiān)控量測(cè)，證實(shí)病害路基段水平變形已經(jīng)得到控制，該段病害路基隱患已經(jīng)消除、整治效果良好。工程實(shí)踐證明，該整治方案切實(shí)可行，為在高速鐵路運(yùn)營(yíng)條件下進(jìn)行斜坡路堤水平變形病害整治提供了借鑒和參考。