基于桩板结构的铁路路基滑塌整治

潘 聪

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

铁路轨下基础是由不同特点、性质迥异的路基构筑物、桥涵、隧道等构成的异质结构体[1]。其中路基与桥涵、隧道等刚性结构物的连接处往往是路基病害的高发地段，故需要设置过渡段，以减少路基的不均匀沉降，提高列车运行过程中的安全性及舒适度。

我国铁路发展迅速，尤其是高速铁路快速发展，越来越多的过渡段被建设实施。然而由于结构受力复杂，出现了大量的病害，如钢轨严重变形、轨枕失效、扣件松脱等[2]，究其原因则是地基处理措施设计或施工不当造成差异沉降。

目前常用的地基处理措施有碾压、换填、挤密桩、搅拌桩、旋喷桩、管桩等。桩板结构作为一种新型的路基结构形式，具有整体刚度大、结构稳定性高、耐久性好等特点，并已经在京津高铁[3]、京沪高铁[4]、武广高铁[5]、郑西客专[6]等铁路工程项目中被广泛应用。

文章以浙江某新建铁路为例，研究了过渡段路基滑塌的原因及桩板结构在治理滑塌体路基中的应用。

1 工程概况

该段滑塌路基全长70m，地层分布依次为第四系全新统冲海积层粉质黏土、第四系全新统海积层淤泥、第四系上更新统冲洪积层细圆砾土，基岩为侏罗系上统流纹斑岩。工点类型为软土路堤，填高6.5～6.8m。

1.1 地形地貌及地层岩性

工点范围内地貌为残丘缓坡及谷地，地形略有起伏，见图1。

图1 滑塌体所在位置地形地貌

根据工程地质调绘、钻探及室内试验结果，工点范围内地层工程地质特征分述如下：

⑥23粉质黏土（Q4al+m1）：褐黄色，硬塑，局部呈软塑状，土质不均，偶含铁锰氧化物及少量砾石。Ⅱ级普通土，σ0=120kPa。钻孔桩极限侧摩阻力为60kPa。

⑦41淤泥（Q4m1）：灰褐色，灰黑色，流塑，土质不均，含有机质5.5%～12.4%。Ⅱ级普通土，σ0=40kPa。钻孔桩极限侧摩阻力为15kPa。

⑧122细圆砾土（Q3al+pl6）：杂色，中密，饱和，颗粒成分以砂岩凝灰岩为主，磨圆度较好，呈圆棱状。Ⅱ级普通土，σ0=400kPa。钻孔桩极限侧摩阻力为100kPa。

⑩82流纹斑岩（J3λπ）：强风化，青灰色，流纹斑状结构，块状构造，节理裂隙较发育，岩体较破碎，多呈碎块状，岩质较硬。Ⅳ级软石，σ0=500kPa。

⑩83流纹斑岩（J3λπ）：弱风化，青灰色，流纹斑状结构，块状构造，节理裂隙不发育，岩体完整，多呈柱状，岩质硬。Ⅴ级次坚石，σ0=1000kPa。

1.2 气象及水文条件

该区属于亚热带气候，年最大降水量为2437.5mm，年最小降水量为1050.6mm，年平均降水量为1804.1mm，年平均降水日161d。此次勘探期间勘探深度内地下水主要为第四系孔隙潜水、孔隙承压水、基岩裂隙水。勘测期间，测得钻孔内混合水位埋深0.4～2.4m，受季节降水影响，地下水位有波动，波动幅度1～2m。

1.3 现场滑塌情况

原施工设计地基采用双向水泥搅拌桩加固，桩径0.5m，桩间距0.9～1.0m，正三角形布置，桩长4～10.5m，见图2。2016年10月29日至11月2日开展该段范围内的软土路堤水泥搅拌桩试桩施工，2016年12月底开始搅拌桩正式施工。2019年3月28日发现该段路基上有少量裂缝，出现明显的纵横向不均匀沉降现象，路基左侧边桩上抬10cm。路基滑塌位置变形及裂缝特征见图3。2019年3月29日上午，测量数据显示左侧边桩上抬20cm。为防止路基继续下沉，2019年3月30日该段路基进行挖除卸载。该段路基沉降的同时，框架桥小里程侧八字翼墙也发生倾斜、沉降，造成八字墙与框架桥主体沉降缝开裂，产生明显位移。

2 滑塌原因分析

原设计路基右侧地表以下至淤泥层底面采用挖除换填A、B填料措施。路基左侧基底采用搅拌桩加固，桩径为0.5m，桩间距为0.9m，正三角形布置，桩长4～9m，桩底穿过淤泥层伸入细圆砾土以下不浅于1m。搅拌桩顶面设0.6m厚碎石垫层并夹铺一层极限抗拉强度不小于120kN/m的单向土工格栅。

从施工方面分析，滑塌的机理为路基填筑后由于淤泥质土含水量高，加之降雨频繁，搅拌桩施工效果较差，加之施工工期紧张，未等搅拌桩达到设计强度即开始填筑路基，使得淤泥质土的性质没有得到充分的改良，产生地面沉降。

图2 原路基工程横断面设计（单位：m）

图3 路基滑塌位置变形及裂缝特征

从设计方面分析，搅拌桩属于柔性桩，嵌入细圆砾土1m，处理的范围为坡脚外2m，是采用的常规软土处理方案，未能充分考虑淤泥层与下伏地层的接触面存在13°的倾斜角度，左侧深厚层软土对稳定性不利。

两者不利因素同时作用，在左右土层的压缩性不同的条件下，左右两侧产生的沉降大小不同，不均匀沉降使路基面发生拉裂缝和向左的滑移变形。

3 整治措施

3.1 整治措施设计

待路基挖除卸载填土层后采用C40钢筋混凝土钻孔灌注桩+承载板结构处理。钻孔灌注桩桩径为0.8m，横向桩间距为5.5m，纵向桩间距为5m，桩长11～20m，且桩底嵌入弱风化岩层不小于1.6m，桩顶与承载板固接，嵌入承载板内0.1m；承载板横向板宽10.5m，板厚0.8m；板底设置0.1m厚C20素混凝土垫层。

自钻孔灌注桩中心向两侧1.5m处至坡脚水沟内边缘范围，地基采用双向水泥搅拌桩加固，桩径0.5m，桩间距1.3m，正三角形布置，桩长4～11m，桩底应穿过淤泥层深入相对硬层面以下不少于1m。搅拌桩顶面设0.6m厚碎石垫层，并铺设一层极限抗拉强度不小于120kN/m的单向土工格栅，见图4、图5。搅拌桩顶位于原地面以上路堤填土部分采用钻孔引孔以利搅拌桩施工，引孔桩径不小于0.5m，搅拌桩施工后引孔部分孔内灌注C20素混凝土回填密实。

为防止承载板下土体因沉降脱空，承载板中线及两侧各3.3m位置预留高强度PVC注浆管，直径为0.05m，沿线路纵向间距为3.3m，每块标准承载板设置9根，板中心位置的注浆管直接利用沉降板保护套管。注浆管底端低于承载板底面0.2m，顶端高于路基面0.5m，管口采用木塞塞紧。每块承载板中心注浆孔位置设置沉降板以持续观测板底地基及填土沉降变形情况。待路基全部填筑完成后，根据沉降板观测数据情况，若路基出现下沉则采用P·O42.5号普通硅酸盐水泥浆进行注浆处理。

图4 路基滑塌整治措施横断面图（单位：m）

图5 路基滑塌整治措施纵断面图（单位：m）

3.2 结构检算

钻孔灌注桩的结构检算采用摩擦端承桩的常规检算方法，承载板采用弹性地基中的文克尔计算模型，分别检算结构横跨的位移、反力、弯矩及剪力，根据结果进行配筋设计，结构纵跨的检算方法与横跨相同。承载板横跨结构检算结构见图6。

图6 承载板横跨结构检算结构

4 结论

该治理工程自2019年6月施工，至今已经历1年有余，从现场观测和监测数据来看，沉降及变形均在规定范围内，治理效果良好，可得出如下结论：（1）滑塌的主要原因为降雨频繁，搅拌桩施工效果较差，加之施工工期紧张，未等搅拌桩达到设计强度即开始填筑路基；少部分原因为设计考虑不够充分。（2）滑塌整治措施采用桩板结构配合搅拌桩的主处理措施，加之预留注浆管的辅助措施，综合治理保证工程安全。（3）承载板采用弹性地基中的文克尔计算模型，分别对检算结构横跨和纵跨位置进行结构检算，并根据结果进行配筋设计。