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，增建二線路基基底采用強夯措施加固，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，基底強夯采用低能強夯的形式，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)模將不斷擴大，臨近既有線的復(fù)線工程將日益增多。已有的一些實踐和研究工作表明，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營安全。因此，本文重點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)濟性綜合分析，該范圍地基處理采用強夯法較為合理。

強夯法對土層厚度為5～10m的地基承載力提高效果明顯，但強夯產(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行控制：①采用低能強夯，減輕強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夯+減振溝、約束樁、錨桿框架梁護坡綜合處治方案，其中低能強夯方式及約束樁的設(shè)置是本方案的關(guān)鍵措施，本文予以重點介紹。

圖1 路基斷面布置示意圖

2 低能強夯技術(shù)要點

2.1 技術(shù)參數(shù)

本段路基夯擊分四遍，其中第一、第二、第三遍為點夯，采用跳夯法，第四遍滿夯。點夯的設(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。

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

圖2 點夯夯點平面布置示意圖

圖3 強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)出第一遍夯擊點的位置，并測量場地高程；

（2）起重機就位，使夯錘對準(zhǔn)夯點位置；

（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)，完成一個夯點的夯擊；

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

（7）用推土機將夯坑填平，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，并測量夯后場地高程；

（9）根據(jù)上述強夯施工順序，在最后一遍點夯夯擊完成后，用推土機將夯坑填平。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效果。

2.3 施工監(jiān)測和質(zhì)量檢測

強夯施工除了嚴(yán)格遵照施工步驟進行外，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）為避免強夯施工中夯點放線錯誤，在每遍夯擊前，應(yīng)對夯點放線進行復(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的夯擊次數(shù)和每擊的夯沉量；

（4）由于強夯施工的特殊性，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)和施工情況進行詳細(xì)記錄。

強夯現(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)補夯或采取其它有效措施；

（8）強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

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、線進行調(diào)查核實和遷改，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)要求對其加強防護。

（2）對樁進行準(zhǔn)確定位，待核實無誤后隔樁開挖樁井，及時設(shè)置鎖口、護壁。

（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行檢測，檢測完全合格且樁身混凝土達到設(shè)計強度的70%后，方可進行路堤填筑施工。

3.3 施工注意事項

（1）須待強夯工程完成后，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)立即支護一節(jié)，待上一節(jié)護壁混凝土終凝后方可進行下一節(jié)開挖，護壁模板待護壁灌注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行聲波透射成樁檢測；

（5）抗滑樁施工完成后應(yīng)進行位移觀測。

4 討論

為了減輕強夯施工對周圍既有構(gòu)造物的影響，往往采用低能強夯方式。實踐表明，低能強夯加固地基，對周圍環(huán)境影響相對高能強夯影響較小，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，可考慮采用強夯的方式提高路基的承載能力；

（2）為避免強夯施工對臨近既有線的影響，在滿足夯實效果的前提下，可采用低能強夯方式，并在既有線和新增二線間的合適位置增設(shè)隔振溝，進一步降低影響；

（3）本工程采用低能強夯、約束樁、錨桿框架梁護坡綜合處治方案，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，賈敏才，等.低能量強夯法加固粉質(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。