深厚软基路堤新老铁路搭接施工技术结合咬合水泥搅拌桩施工技术的研究

关博健，李琨琨，黄 颖

（中交二公局国际公司，陕西 西安）

引言

在铁路新建项目中，采用新老路基搭接施工法是一种具有节省成本和时间的方法。它的主要特点是将新路堤建立在现有的老路堤之上，而不是将老路堤完全拆除。

这种方法的步骤和特点包括：路堤评估，包括对原有路堤填料的密实度，排水性，裂缝等情况进行检测。同时也需要分析原有路基的荷载承受能力，以确保原有路堤能够承受新路堤的额外荷载，保证新老路基形变一致。

1 工程概况

马来西亚东海岸某项目施工中，存在着大量原有米轨铁路与新铁路重合的段落，为了降低成本，加快施工进度，考虑直接在原有路基基础上进行新路基的填筑，进行新旧铁路搭接施工。

搭接法主要包括：原有路基适用性评价、拓宽路基软基处理、新老路基搭接台阶宽度选择、填筑过程土工格栅设置等。

2 数值模拟

2.1 模型的建立

为了研究新老路基搭接施工路段的沉降量是否符合规范要求，采用PLAXIS 2D 有限元软件模拟了施工完成后400 天的路基沉降，施工过程根据现场实际施工过程进行编制。马东铁路CH270-CH280 段与原有的米轨路基重合，根据现场检测结果和实验报告，既有米轨铁路路基密实度和MPT 值合格，因此予以保留，进行搭接施工。选取此段CH270+100 处的截面积作为模型计算单元。DSM 桩、桩间软土、回填砂、土工格栅、路基填料等均采用实体单元。模型网格以结构性网格划分,单元采用四节点平面应变单元。由于铁路中线两边路基具有对称性，故只对一般路基进行建模，模型见图1。现场地下水水位较高，在这样的软土上进行路堤施工将导致孔压升高。由于这种不排水行为，有效应力保持在一个较低的水平，所以采用了中期固结期，以保证路堤的安全施工在固结期间，超孔隙水压力消散，这样土体可以获得必要的剪切强度来继续施工过程。此外新旧填土结合效果也至关重要，如果结合效果不佳，甚至会导致边坡失稳，产生重大危害。因此需要对原有路基两侧进行拓宽加固处理，待复合地基承载力达到设计标准后，在原路基边坡上开挖台阶，再进行新路基填筑。根据现场地质情况和土层特点，本路段对加宽部分采用深层水泥搅拌桩(DSM)进行加固。

图1 模型图

2.2 土层和模型材料参数

数值模型使用土层模型采用了土体硬化模型，以适应不同类型的土壤。具体参数见表1～表3。

表1 土体参数

表2 材料参数

表3 无纺土工布、高强机织土工布和土工格栅延伸率参数

3 计算结果与分析

3.1 下路堤填筑变形分析

图2 展示了在下路堤填筑结束后的30 天，路堤的横向，竖向和整体位移的情况和边坡的滑动趋势。从图中可以明显看出，在下路堤填筑过程中和填筑完成后的几天内。横向位移主要集中在新路堤坡脚处，竖向位移主要集中在新老路堤的接触面。总体来说，竖向是主要的沉降方向，且路堤出现了不均匀沉降。这可能会对下层DSM 桩基础的稳定性产生负面影响。部分路基可能会下沉，而其他部分则可能会上升，由此损害路基的整体稳定性。由于在路基接触面有相对滑动的趋势，建议进行挖掘台阶并采用分级施工的方法。通过分级施工，将路基沉降分散到不同的区域，从而实现更均匀的沉降。这有助于减小沉降不均匀性和减轻路基变形问题。同时，降低路基不稳定的风险，保证路基平整度，有利于后期铁路线上结构的施工。

图2 无台阶填筑新路基沉降模拟图

3.2 台阶开挖

DSM 打桩结束后，施工路基底层结构。底层结构填筑完成后，在原有路基上开挖台阶。首先清除老路基边坡内压实度不足的填土，再将原边坡挖成台阶。每级台阶宽度最小2 m，高度最大1 m，以4%的坡率向内倾斜。当路基填筑高度较低时，可适当的减小台阶宽度和高度。但台阶宽度也应满足摊铺和压实设备操作的需要，以便有利于机械施工。应该注意是削坡也应该满足施工期间既有路基的稳定要求。

在原有路基开挖台阶的基础上再进行下路堤填筑，图3 展示了采用这种工艺填筑完成下路堤后30天，下路堤的横，竖向和整体位移的情况和边坡的滑动趋势。相对滑动的趋势仍然处于新旧铁路搭接处，但整体的沉降更加均匀。台阶增加了新老路堤的接触面，分散了路堤的承载力，路堤的承载能力得到了分散。各个台阶同时也充当了支撑点，减少路堤不均匀沉降的风险，从而降低路基下沉或隆起的可能性。

图3 台阶开挖后填筑新路基沉降模拟图

3.3 沉降分析

在路堤施工完成后，每隔七天观察一次路基路肩的沉降量，得到施工完成后400 天的路基实际累计沉降量。与软件模拟的相同时间内的沉降情况相比较，分析在马东铁路施工过程中，保留原有米轨铁路路基，直接在此路基上搭接施工的可靠性和路基的整体稳定性。

3.3.1 增量位移

在新路基填筑完成30 天后，路基在刚填筑完成的一个月内，位移主要集中在新路基的填土处。在路肩部分沿着新老路基的接触面有向下滑动的趋势。此外路基整体下沉了0.2 mm 左右。

3.3.2 总位移

随着时间的推移，路基的沉降逐渐减少并趋于均匀。图4 显示了路基填筑完成后400 天的沉降情况。仍主要集中在拓宽路基处。可见拓宽部分路基是搭接施工中的薄弱环节，在填筑程中应分级分层填筑，必要时可增加支护锚杆等防护措施。

图4 总位移图

3.3.3 总沉降量对比

新老路基沉降实际数值与数值模拟对比曲线见图5。可以看出不管是总沉降量还是单次沉降量，模拟沉降数值与实际沉降数值的变化趋势基本吻合, 大概200 天后沉降量基本保持稳定值, 同时也验证了数值模拟的合理性。

图5 沉降量对比图

4 结论

在新老路基的搭接施工中，新老路基的接触面是施工中的薄弱环节。在施工中在，针对新老路堤的相对滑动趋势，可在原有路堤上开挖台阶，增大接触面面积。应当注意到是台阶高度不应超过1 m，宽度不少于2 m。在开挖过程中，每级台阶均应铺设土工格栅，以增加路基受力整理性。在加宽路段，应针对地质条件采用适当方法（如深层水泥搅拌桩、塑料排水板或砂换填等）提前对地基进行加固，防止地基承载力不够或沉降差异过大。

在搭接施工开工之前，根据前期的勘测和实验数据，如土层内摩擦角、容重、粘聚力等土力学性质、桩基础的承载力、布置规则等，可利用有限元软件提前建模对后期沉降进行模拟。建模过程中应注意材料参数的准确性，选取适当的沉降模型和土层模型。由本文模型可知，模型的沉降数据能做到与后期的实际沉降数据基本吻合，验证了数值模拟的合理性，计算结果有参考性。利用模型帮助我们预测和分析搭接路段路基的行为，对可能出现问题的步骤提前准备或对设计进行优化，可极大的减少返工，降低成本，减少工期。