某高速铁路斜坡路堤变形整治研究

■ 中国中铁二院工程集团有限责任公司 曾锐 薛元 封志军

由于高速铁路运行速度快，对线路的平顺性要求高，为保证高速铁路正常运行以及旅客的人身财产安全，我国高速铁路对建成后的路基工程变形提出了相当苛刻的要求，允许的工后沉降及水平变形量极小，需达到近乎于零变形的控制标准[1]-[5]。但由于地质条件的不确定性以及设计、施工、运营等环节复杂因素的影响，高速铁路通车运营后局部路基段落可能发生竖向沉降和水平位移等变形[6]-[7]。这些变形不仅将会威胁行车安全，而且给运营高铁铁路的整治带来极大难度。

本文根据以某高速铁路斜坡路堤段落水平变形病害为研究对象，在无成熟可靠工程经验的条件下，参考以往普速铁路类似病害整治工程，提出了以反压回填、注浆结合钻孔灌注桩加固的整治方案[8]，辅以系统的监测手段进行动态调整，最终达到了一次根除不留隐患的效果。

1.项目概况及技术难点

1.1 项目及地质条件

2017年4月初，工务部门反映某高速铁路K681+525～K681+585段在每个动车检测周期均下沉0.3mm-0.5mm，随即开展现场监测工作。监测结果显示5月13日～6月10日，观测数据未见明显异常；6月10日～7月29日进入雨季后，观测到路基最大累计沉降为18.3mm，桩顶水平位移15.8mm；7月29日～8月7日，路基最大累计沉降为18.7mm，桩顶水平位移16.9mm；8月21日～22日组织施工锚索钻孔机微型桩时，锚固桩位移及沉降发生突变，路基最大累计沉降为69mm，桩顶水平最大累计位移为91mm。该段路基水平变形已大幅超过规范限值，严重影响了高铁运营安全，故运营部门对此段路基采取了限速措施。为保证高速铁路的平顺性要求与后续高速铁路运营安全，必须对该段路基进行针对性整治。

该段病害路基属滇东南高原盆地边缘丘陵地貌。线路顺缓坡的小山脊行进，左侧20m以外发育与线路走向相近的冲沟。地面高程1630m～1650m，相对高差约20m，自然坡度12º～30º。地表均被辟为耕地，其余平缓地带被第三系（N2）黏土覆盖。此次变形病害段地层岩性主要为<6-9>黏土（Q4dl+pl）、<7-4>黏土（Q4dl+el）、<10-1>黏土（N2）、<24-1>断层泥（Fc）。

1.2 施工图设计概况

K681+525～K681+585段长60m，路基以填方形式通过。左侧路肩设置锚固桩，桩截面分别为1.5m×2.25m、1.75m×2.5m，桩间距（中-中）为7m，共设13根桩，桩长15～21m，采用C35混凝土浇筑（图1）。

1.3 整治措施施工特点及重难点

一是病害路基段最大水平位移已达91mm，即线路左侧路肩桩板墙锚固桩桩顶最大位移已达91mm，但现场环境情况下难以对锚固桩进行检测，无法判断其工作性能，从而影响整治措施的制定。经现场综合判断该段病害路基已达极限状态，整治过程中稍有不慎就会造成病害段落的垮塌，后果不堪设想。

二是由于该段高铁铁路已开通运营，现场已无施工便道条件，大型机械难以入场，无法快速开展抢险工作面，加上又面临连日降雨便道修建进度缓慢，严重影响整治施工措施的推进。

三是对于高速铁路路基段水平变形超过91mm的病害整治，尚无工程案例可供借鉴，整治方案设计、施工工艺等方面均缺乏参考经验。

2.整治方案研究

2.1 路基病害原因分析

一是现场桩前斜坡已被当地村民开辟为耕地，地形较建设期发生较大变化，局部形成陡坎，桩前平台宽度不足，导致桩前抗力减弱，造成桩顶位移并引发路基变形。

图1 K681病害路基施工图代表性横断面

图2 桩前反压代表性横断面

二是2017年雨季以来，区域内连续强降雨导致地下水位提升，地表2m～4m范围内粉质黏土、黏土（膨胀土）遇水饱和后强度迅速降低。

三是雨水下渗至填方体后未及时排出，导致填土含水量增加、软化，容重增大，上部荷载对支挡结构产生较大侧向压力。

2.2 整治目的

通过在病害段斜坡路堤左侧采用反压回填、注浆结合钻孔灌注桩加固的整治方案施工完成后产生的侧向抗力，从而保证病害段路基的稳定，同时适当带动路基填土向右侧偏移，减小线路平面调整的难度，最终达到确保高速铁路线路平顺与安全运营的目的。

2.3 整治方案

第一，病害路基段线路左侧斜坡上分级采用弃土反压回填，回填体边坡坡率1：2。反压体桩前5m范围按1：1.5放坡后，采用A组填料掺5%水泥进行填筑，其余部分采用合格的C组填料进行填筑。同时，因回填反压体极为松散、压实度较低，对反压回填体范围采用钢花管注浆加固，单孔注浆完成后不拔管。孔内灌注M30水泥净浆。

第二，反压回填体边坡坡脚设置钻孔灌注桩防护。

第三，从自上而下，在第一、四排相应位置钢筋混凝土格子梁，坡脚护脚混凝土埋设沉降及横向水平位移观测桩。

第四，对路肩两侧电缆槽与路基面脱开处以及路基面开裂位置处，采用M30水泥浆灌注封闭。（图2）

3.监测方案

针对该段病害斜坡路堤，团队建立了以水准测量为主、轨道检测为辅的监测系统。施工过程中所有流程必须严格在路基变形监测数据的指导下进行，整个路基变形监测由第三方专业监测单位实施，并根据监测数据调整施工计划安排，确保高速铁路的稳定安全。

3.1 水准测量监测

在路肩桩板墙2#、4#、6#、8#、10#、12#和13#锚固桩桩顶各安置一个棱镜为监测点，共计8个位移监测点。线路大里程隧道的洞门顶端左、右两侧各设置一个方向控制点，线路小里程方向路基水沟的左、右方向各设置一个方向控制点，共4个方向控制点。同时，位于线路左侧锚固桩大里程位置隧道进口上方设置强制对中墩，以强制对中墩为平面坐标系统原点建立独立坐标系，采用自由设站前方交会法，监测各监测点的平面位移量。（图3）

图3 水平位移监测点和控制点布设示意图

水准监测的频次和时间大致分三个阶段进行：

第一阶段：2017年5月至2017年8月。按2次/周频率进行监测，主要目的是确认病害路基变形发展趋势；

第二阶段：2017年8月至2017年9月。结合现场整治工程的开展，为严格监控病害路基的变形，并有效指导现场的病害整治工作，将监测频率提高至6次/天；

第三阶段：2017年9月至2018年11月。该阶段主要用于验证整治效果，并根据实际情况调整监测频次。

3.2 轨道监测

施工期间，加强对轨道的监测。

3.3 监测警戒值及报警程序

当监测结果出现特殊情况（如单次位移≥2mm，累计位移≥5mm）时，应及时上报相关单位，并进行复测，以确认测量结果。

4.施工过程控制

4.1 主要施工技术方案

第一，线路左侧钢花管注浆及格子梁、钻孔灌注桩、排水系统、护坡、护脚墙、实体围墙，均在防护栅栏外，利用行车间隔施工；加强施工过程中的变形监测，严格按照监测成果进行施工组织。

第二，路肩两侧电缆槽与路基面脱开处以及路基面开裂位置处，采用M30水泥浆灌注封闭，利用施工天窗时间完成。

第三，汲取微型桩抢险工程施工过程中造成斜坡路堤发生巨大水平变形的经验，在施工过程中应高度重视施工措施对病害路堤的影响，严格按照监测数据进行施工组织。

4.2 施工流程

施工工艺流程图，详见图4：

图4 病害段整治施工工艺流程图

（1）临时封闭措施

整治施工前，利用施工天窗，用1.8m高金属栅栏对整治段落进行临时封闭隔离，封闭区域为病害路基段的接触网外侧1m的路肩墙以下、两端既有混凝土栅栏。在既有混凝土栅栏拆除2个栏片作为施工通道，用金属网片制作临时作业门并上锁，确保铁路运营安全。

（2）临时加固措施

结合病害路基水平变形情况，采取桩前反压回填、增设临时截排水沟等临时措施，以保证路堤稳定，保证高速铁路病害路基不再出现更大幅度的变形，待病害路堤基本稳定后进行下一步永久加固措施的施工作业。

（3）反压回填体钢花管注浆施工方法

钢花管加工：注浆钢花管采用壁厚4.5mm、直径φ76mm的无缝钢管，注浆钢花管由场外加工、现场焊接，并在管壁钻注浆眼。

钻机钻孔：钻孔平台采用钢管支架，钻孔采用机械钻进成孔，成孔直径为Φ105mm，由顶部向下部钻孔，跳孔施钻，每孔超钻20cm。针对塌孔较严重情况，采用与孔径相等的钢花管跟管钻进。

钢花管入孔：利用钻机将钢花管推送入孔，孔口留0.4m的管头。为了保护管壁胶带在推送过程中不被损坏，推送时钢管要匀速推进。

注浆：采用水泥浆搅拌机现场进行M30水泥净浆浆液制备，并须在浆液达到初凝前使用。压浆管采用高压缠丝橡胶压浆管，压浆管的抗压应大于3Mpa，同时压浆接头应保持密闭。采用压浆泵进行压浆，注浆压力为0.4MPa-0.6MPa，当出现压力急剧上升或压浆管剧烈抖动时，应立即停止压浆，并且应严格监测轨道是否有隆起，如发现异常，应立即停止注浆、查明原因。

表1 K681路基病害段三阶段桩顶水平位移监测变化对比表

（4）反压回填体坡脚钻孔灌注桩施工方法

施工准备→施工放样→埋设护筒→钻机就位、校正→测量复核→旋挖钻钻孔→成孔质量检测→清孔→沉渣检测→安装钢筋笼→下导管→灌注水下混凝土→拆除导管→拔护筒→桩头处理→成桩检测。

（5）施工过程中变形监测

在施工期间，继续加强对路基及锚固桩的沉降及平面位移进行监测，监测频次为1次/2天，实际工作进行时，其监测频次可根据变形值和变形速率进行调整，如连续两次观测差值大于4mm，或出现沉降及位移突变、暴雨等外部条件变化时，及时通知相关单位，并适当加密观测频次。

（6）施工效果

根据监测数据，整治施工前为第一阶段，病害路基段锚固桩顶位移为持续发展趋势；整治过程中为第二阶段，现场初期施工措施对病害路基水平位移产生了剧烈的不利影响，但随着施工措施的逐步完成，整体变形情况趋于稳定；整治完成至今，病害路基水平位移数据波动较小，数据收敛，证明整治效果明显达到整治目的。（表1）

5.结论

斜坡地基在我国的高速铁路建设中普遍存在，斜坡地基上修建高速铁路路基存在发生过大水平变形的隐患。

本研究通过对某高速铁路斜坡路堤段落水平变形病害进行整治，得出以下结论：（1）采用反压回填、注浆结合钻孔灌注桩加固的整治方案是可行的，能够有效地控制斜坡病害路堤的水平变形；（2）采用系统的监控量测进行动态整治，可有效地指导施工组织，确保运营条件的病害整治工程安全推进；（3）通过一年半对路基的持续监控量测，证实病害路基段水平变形已经得到控制，该段病害路基隐患已经消除、整治效果良好。工程实践证明，该整治方案切实可行，为在高速铁路运营条件下进行斜坡路堤水平变形病害整治提供了借鉴和参考。