地道桥桥头路基塌陷整治技术

陆 贤 上海铁路局工务处

1 工程概述

2006年发现京沪线沪宁段丹阳～奔牛区段内运河、惠济、庙段、陵口、肇巷、彭家、东王、青阳等八座箱形地道桥桥头路基沉陷、坍塌，破坏了线路结构几何状态，严重威胁行车安全；地道桥内沉降缝渗漏水，且夹带泥砂流出，导致桥内通行道路积水积污，影响附近居民出行，民众抱怨，屡次上访。据现场踏勘及调查桥涵设备病害整治历史情况，发现该区段内此种病害近几年时有发生，以往均采用桥头路基直接注浆，提高土壤密实度的原理进行处理，但效果均不理想，渗漏水依旧，路基塌陷多次重现，治标不治本。因此，科学的研究此类病害整治方法尤为必要。

2 整治方案

2.1 病害原因分析

经过现场勘探及此类桥涵设备结构研究分析，此类病害的产生原因主要有两个方面：

（1）沉降缝失效。沉降缝的防水主要依靠埋入式橡胶止水带承担。在沉降缝两侧箱体浇筑过程中混凝土与预埋橡胶止水带不易密贴，又由于地道桥存在不均匀沉降、沉降缝施工时结构未按设计要求布设等因素，形成空隙，地下水流出，渗漏水现象发生，沉降缝失效。而且埋入式橡胶止水带位于混凝土内部，很难修复及更换。

（2）地质地貌原因。该区段内地道桥位于地表水、地下水十分丰富的粉砂土地段，沿线路两侧是与路肩齐高的水田。路基土的空隙、裂隙为大气降水、地下水以及农田灌溉水提供了对路基土体产生如管涌、流砂等渗透破坏的通道；且立交为地道桥结构，箱体周围形成地下水下降漏斗，加大了地下水的流速，使箱侧粉砂土长期遭受渗透与溶蚀破坏，大量路基粉砂土随着地下水的流出而流失，桥头路基形成空洞，进而沉陷、坍塌，破坏了线路结构几何状态。

从以上原因分析可以得出，整治该病害的根本方法是首先研究一种新型沉降缝，强堵地下水，阻止地下水的流出，进而阻断渗水通道；其次利用技术手段准确定位因路基土流失而产生的空洞位置，对位注浆，消灭空洞，消除隐患。

2.2 方案

2.2.1 沉降缝

既有箱涵沉降缝重塑非常困难，牢固、有效的恢复功能需全方位研究，采用材料、安装工艺均需可靠可行，因此设计如图1所示强封式沉降缝结构。

图1 沉降缝堵漏结构断面图

该设计理念分为三个部分：

（1）施工作业面的干燥处理。在沉降缝不断渗漏水，潮湿的情况下，很难重塑有效的沉降缝，所以在重塑前，首先必须使施工作业面干燥。本设计采用在拆除原沉降缝，开槽阔缝的情况下，采用双快堵漏水泥封堵沉降槽缝（预留注浆孔），暂时止水，再注入水溶性聚氨酯止水，使作业面干燥。

（2）沉降缝重塑。沉降缝彻底清理干净，且基面干燥后，全断面采用聚硫橡胶及橡胶止水带（柔性材料）分层封闭。

（3）新的安装工艺。止水带两侧混凝土基面处首先用钢板（其上预焊螺栓）与地道桥钢筋混凝土中的既有钢筋焊接，使基面绝对平整牢固；再在其上覆以橡胶止水带，然后安装压钢板，用螺栓拧紧，使止水带牢固密贴。

此方法主要有以下优点：

（1）基面绝对平整。钢筋混凝土箱身基面处为钢板与箱身钢筋直接焊接，保证了基面的绝对平整，使橡胶止水带能够密贴在基面上；

（2）协调变形。中间止水仍然采用柔性材料，能够协调两侧箱体的不均匀沉降；

（3）止水带的牢固安装。橡胶止水带被上下两块钢板压死，并用预埋螺栓拧紧的方法安装，防止了橡胶止水带在动荷载的反复加载下产生松动的可能。

施工步骤如下：

（1）沉降缝两侧墙体钻注浆孔（间距1m），向沉降缝外土体压注水泥浆（加入适量水玻璃）。

（2）拆除原沉降缝所有材料。

（3）开槽阔缝。即沉降缝两侧砼部分凿除，直至沉降缝两侧砼中钢筋暴露（如图1所示）。图中钢筋间距为10 cm，如果箱身侧壁及挡墙侧壁中钢筋间距大于10 cm，可用其它钢料衬垫。

（4）用堵漏水泥（双快）封堵沉降缝槽缝并预留注浆通道。

（5）对沉降缝注入水溶性聚氨酯。

（6）将预埋钢板P1焊接于沉降缝两侧的钢筋上（φ12 cm螺栓预焊在P1板上）。

（7）用环氧胶泥封堵混凝土与预埋钢板P1的间隙并预留压水试验管。

（8）在止水带与预埋钢板P1之间涂抹聚硫橡胶并封堵沉降缝。

（9）铺设橡胶止水带，地面与侧墙橡胶带应连贯铺设，安装压铁板P2，拧紧固定螺栓。

(10)进行压水试验（保持0.12 MPa压力2 h检验修复效果)，确保橡胶止水带安装质量。

(11)用M10水泥砂浆封闭（内挂细钢筋网）。

2.2.2 桥头路基空洞封堵

桥头路基空洞可以通过高密度电阻率CT探测及成像技术，探明桥头空洞位置，定位注浆，堵塞空洞及阻断地下水的通路。

高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，基本原理与传统的电阻率法完全相同，所不同的是高密度电法在观测中设置了较高密度的测点，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。

（1）探测成像

具体探测点布置如下：

在地道桥上的路基布置4条长为60 m的测线，每条测线位于枕木头旁的碴肩上，碴肩面标高定为探测剖面0标高，探测深度5 m；4条测线点距皆为1 m，数据观测采用可变断面连续滚动扫描测量方式，数据重复采集均方相对误差不超过2%。探测工点测线布置如图2所示。

图2 地道桥箱体上路基纵剖面测线布置平面示意图

探测成像如图3所示。

图3 彭家立交上行桥头路基剖面探测结构成像图

图3为京沪线沪宁段彭家立交高密度电阻率CT探测成像图（图中里程为原沪宁线里程），从图中可以看出：在沪宁上行线K201+571～K201+631共60延长米范围内成层清晰，道床清洁。上部（H=0～1.6 m）：基床面除南京端16～19 m共3m范围内破损外，其余均比较完整，均为3层清晰的成层结构，上两层为清洁的道碴，最下层为完好的碎石土基床面；中部（H=1.6～2.5 m）：为大面积含水量适中的粉砂土，可以看出路基本体2.5 m以上成层结构状态良好，基本无破损、无扰动；下部（H=2.5～5 m）：2.5 m以下路基土体有扰动，为渗透破坏，且主要分布在南京端0~22 m范围内，见图中箱体左侧圆斑部位；箱体两侧富水丰富，渗流空隙发育，土体疏松，延展范围2~3 m；上行线左侧距箱体南京端3 m处有竖向断裂的斑纹，为压浆未能形成柱体，有下沉隐患。

（2）定位注浆

注浆法是通过钻机，并利用注浆设备，分层均匀地将浆液注入路基土体中，以充填、挤密和渗透的方式排出土颗粒间的裂隙中的水和空气，并占据其空间，使路基土体孔隙比减小，强度提高。这种方法不破坏持力层上层结构，经过压力注浆加固后，路基土体强度、胶结性能、整体性、承载力均可显著提高，从而使路基下沉、滑动被基本控制，同时阻隔了地下水对路基土体的渗透，提高了土体的防渗、防侵蚀、抗破坏能力。

根据探测成像图，查明箱体两侧空洞及路基孔隙准确位置，对位注浆封堵。方法如图4所示。

图4 注浆管断面布置图

首先在线路及立交出入口的外侧布置垂直注浆孔，注浆深度低于箱底2 m，从而封闭路基土体，防止注入浆液外溢。再在内侧布置斜向注浆孔，对位注浆，封堵空洞及充实路基土疏松孔隙。

3 结论

京沪线沪宁段丹阳～奔牛区段内8座地道桥桥头路基沉陷病害2006年采用以上方法综合整治后，至今5年多检测后无沉降缝渗漏及桥头路基塌陷现象，结构良好，线路稳定，证明了此方法整治此类病害的科学性和有效性，且与以往直接在桥头路基盲目压浆耗资巨大相比，具有很大的经济性。

强封式橡胶止水带法此后又应用于新长线K181+200等三座分节拼装式矩形涵、上海火车站及杭州东火车站人行地道的沉降缝修复及止水工程中，均反映杜绝了沉降缝渗漏水现象，效果良好、有效。

根据以上案例的成功经验，强封式止水带法、高密度电阻率CT探测及成像技术结合定位注浆法技术可以在铁路箱形立交、车站人行地下通道等渗漏水病害以及桥头路基塌陷病害的整治中推广。