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 邢小墨

 （上海鐵路局高鐵維修段  上海  210075）

摘要  結(jié)合金山北站路基橫向位移糾偏實(shí)例，介紹高壓旋噴樁在路基糾偏中的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)高壓旋噴樁機(jī)理、施工參數(shù)確定、施工工藝，以及糾偏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的闡述，探討了一種路基橫向偏移，尤其是軟土地帶路基橫線偏移的處理方法。

關(guān)鍵詞  運(yùn)營(yíng)高鐵  高壓旋噴樁路基糾偏

 我國(guó)華東地區(qū)，尤其是上海、杭州、南京等區(qū)域多為地質(zhì)條件復(fù)雜的軟土地帶，單側(cè)堆載、基坑開(kāi)挖或后期養(yǎng)護(hù)維修不對(duì)稱施工等工程活動(dòng)均可能導(dǎo)致高速運(yùn)營(yíng)鐵路軌道路基橫向變形超限，破壞軌道結(jié)構(gòu)的平順性，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致列車傾覆。因此，對(duì)高速鐵路，尤其是軟土高速鐵路路基偏移整治已成為熱點(diǎn)問(wèn)題口。

 我國(guó)高鐵無(wú)砟軌道居多，而無(wú)砟軌道縱、橫向剛度大，采用傳統(tǒng)的有砟軌道推、拉及撥道等橫向變形糾偏方式，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)破壞大，風(fēng)險(xiǎn)極高。軌道結(jié)構(gòu)糾偏造成高鐵停運(yùn)，不僅造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，而且可能產(chǎn)生負(fù)面社會(huì)影響。橫向位移整治必須在鐵路運(yùn)營(yíng)“天窗”期內(nèi)進(jìn)行，這對(duì)處理方案的選擇制約很大，導(dǎo)致在路基面上對(duì)軌道結(jié)構(gòu)糾偏幾乎不可能。

 目前主要的糾偏方法為千斤頂頂推法與堆載卸載法，本項(xiàng)目金山路基糾偏工程則采用了旋噴樁施工聯(lián)合土體卸載的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速鐵路路基的糾偏。具體思路為：根據(jù)路基變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，在路基偏移反方向的一側(cè)進(jìn)行變形槽及應(yīng)力釋放孔施工的同時(shí)，在已發(fā)生橫向位移處的第二軟弱地層區(qū)內(nèi)沿線路縱向間隔施作旋噴樁，利用施工旋噴樁產(chǎn)生的瞬間噴射壓力，以及對(duì)土體的側(cè)向持續(xù)擠壓力，推動(dòng)位于高速鐵路路堤底部的樁基加固區(qū)向糾偏方向位移，樁基加固區(qū)帶動(dòng)位于樁基加固區(qū)上方的地基加固墊層及高速鐵路路堤同步移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速鐵路路基的糾偏。

1工程概況

1.1  工程及地質(zhì)條件

 滬杭客運(yùn)專線鐵路K045+040～K045+1與K045+130～K045+230段，軌檢車檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)其路基出現(xiàn)了不同程度的水平變形，軌道最大偏移量接近70 mm，嚴(yán)重影響軌面平順性，對(duì)高鐵的安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生較大威脅。為穩(wěn)定路基基礎(chǔ)，需對(duì)路基實(shí)施整治處理。

 滬杭客運(yùn)專線鐵路K45地段位于金山北站東側(cè)、金山北工區(qū)北側(cè)，屬軟基礎(chǔ)高路基地段。路基南側(cè)緊鄰金山北工區(qū)，與工區(qū)大致處于同一平面；路基北側(cè)為農(nóng)田，高于農(nóng)田2. 5～3.O m。路基表層為人工填土；上部為沖洪積粉質(zhì)黏土，軟塑；中部為沖積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑；下部為沖洪積粉質(zhì)黏土，硬塑；底部為沖洪積質(zhì)粉質(zhì)黏土，硬塑。

1.2工程難點(diǎn)

 (1)軌道變形控制難度大。根據(jù)軌檢車檢測(cè)數(shù)據(jù)，相鄰路基段發(fā)生橫向變形方向不一致，K045_}-040～K045 +130段路基變形方向?yàn)樽髠?cè)，需向右側(cè)糾偏；K045+130～K045+230段路基變形方向?yàn)橛覀?cè)，需向右糾偏。相鄰施工路段糾偏方向相反。如何控制軌道變形，在一側(cè)施工時(shí)不對(duì)另一側(cè)造成不利影響是本工程的最大難點(diǎn)，施工工藝要求高，技術(shù)難度大。

 (2)動(dòng)態(tài)管理難度大。路基糾偏工程為高精度施工工程，位移精度以mm計(jì)，施工全過(guò)程遵循“監(jiān)測(cè)指導(dǎo)施工”的原則，進(jìn)行信息化施工管理。施工過(guò)程中需要對(duì)多方實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，對(duì)施工方案、機(jī)械設(shè)備、施工參數(shù)、施工工藝動(dòng)態(tài)調(diào)整，準(zhǔn)確控制每天的糾偏速率和糾偏量，以保證高鐵運(yùn)營(yíng)安全，施工管理難度極大。

1.3技術(shù)措施

 設(shè)計(jì)方案由2個(gè)主要工程措施組成：推力施加措施和應(yīng)力解除。

 (1)推力施加措施。在路基產(chǎn)生橫向位移一側(cè)（線路右側(cè)）坡腳施打高壓旋噴樁，利用高壓旋噴樁施工時(shí)產(chǎn)生的瞬間噴射壓力和土體的持續(xù)擠壓力，使土體產(chǎn)生向左側(cè)的位移，從而將筏板和管樁頂部緩慢擠向左側(cè)。

 (2)應(yīng)力解除措施。在路基產(chǎn)生橫向位移的對(duì)側(cè)，即正線路基管樁筏結(jié)構(gòu)以外設(shè)置應(yīng)力解除孔和變形槽。應(yīng)力解除孔的作用是，將其管樁筏結(jié)構(gòu)以外深部的地基土有計(jì)劃有步驟地掏出一部分，正線路基深部的地基土體出現(xiàn)部分臨空，臨空面附近地基土應(yīng)力部分解除或全部解除，地基土內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，在正線路基地基下部附加應(yīng)力作用下，地基土向臨空處產(chǎn)生側(cè)向移動(dòng)、補(bǔ)充，從而達(dá)到路基糾偏目的。變形槽設(shè)置在應(yīng)力解除孔以外，其底部至原地面，作用是使正線路基和工區(qū)之間填土出現(xiàn)臨空面，減小所需要糾偏的路基土體重量，從而減小施工難度。

1.4工程措施

 (1)變形槽。正線左側(cè)12.5 m處沿線路縱向設(shè)置變形槽，可采用挖掘機(jī)開(kāi)槽，槽頂寬1.2～

1.5 m，底寬0. 6～0.8 m，深4.2～4.6 m，開(kāi)挖后及時(shí)填塞硬質(zhì)泡沫。施工完成后采用碎石加5%水泥封填密實(shí)。

 (2)應(yīng)力釋放孔。在鐵路下行線防護(hù)圍墻與W線之間設(shè)置一排應(yīng)力釋放孔，孔徑不小于127mm，孔深15 m，K45+170～+190縱向孔間距2m，其余間距5m，孔內(nèi)填滿中粗砂或碎石。

 變形槽及應(yīng)力釋放孔應(yīng)在右側(cè)旋噴樁施工前完成。

 (3)高壓旋噴樁。在K45+130～K45+230線路右側(cè)坡腳設(shè)1～10排旋噴樁，先施工坡腳外側(cè)一排旋噴樁，根據(jù)糾偏效果動(dòng)態(tài)實(shí)施內(nèi)側(cè)旋噴樁。旋噴樁樁徑0.6 m、縱向樁間距0.5 m，樁長(zhǎng)12～16 m。

在K45+040～K45+110線路左側(cè)鐵路防護(hù)圍墻外設(shè)1排旋噴樁。旋噴樁樁徑0.6 m、縱向樁間距0.5 m，原地面下樁長(zhǎng)11 m。施工場(chǎng)地表面為厚度0. 25的混凝土層，其下為塊石土填料，自地表以下4. 5～5. 5m采用鉆機(jī)引孔、不噴漿液。旋噴樁布置見(jiàn)圖1。

 (4)應(yīng)力解除孔。根據(jù)施工效果，若地基土變形較小或變形速率緩慢，則在左側(cè)鐵路防護(hù)圍墻與線路左線間設(shè)應(yīng)力解除孔(距左線5 m)，釋放地基土應(yīng)力，使土體在自重作用下向解除孔孔內(nèi)收縮變形，孔深20～25 m，開(kāi)孔孔徑不小于150mm。

1.5監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

 (1)水準(zhǔn)測(cè)量監(jiān)測(cè)。為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，水準(zhǔn)測(cè)量監(jiān)測(cè)的每個(gè)環(huán)節(jié)都要經(jīng)過(guò)多次核驗(yàn)。監(jiān)測(cè)的高程系統(tǒng)，運(yùn)用與CPIII（線路軌道控制網(wǎng)）相同的高程系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)的平面系統(tǒng)，運(yùn)用與軌道縱向軸線平行的獨(dú)立平面坐標(biāo)系統(tǒng)。垂直位移監(jiān)測(cè)等級(jí)為變形測(cè)量二級(jí)，水平位移監(jiān)測(cè)等級(jí)為變形測(cè)量一級(jí)。主要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容為：軌道監(jiān)測(cè)和接觸網(wǎng)監(jiān)測(cè)。

 初始監(jiān)測(cè)值應(yīng)在正式施工前l(fā)d采集完畢。施工過(guò)程中，每30 min進(jìn)行1次監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)量，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。施工前后各進(jìn)行1次垂直、水平位移觀測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。在施工全部完成之后的1個(gè)月內(nèi)，測(cè)量頻率為1d1次。

 (2)軌道監(jiān)測(cè)。“天窗”點(diǎn)施工前后各監(jiān)測(cè)1次，非“天窗”點(diǎn)時(shí)間，根據(jù)線路條件每天檢查3～4次，確保高鐵的運(yùn)營(yíng)安全。

(3)深層土體變形監(jiān)測(cè)。工點(diǎn)共設(shè)置4個(gè)深層土體變形監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面埋設(shè)3個(gè)測(cè)斜管，其中圍墻附近埋設(shè)1個(gè)，右側(cè)坡腳埋設(shè)2個(gè)，孔深24 m，見(jiàn)表1。以監(jiān)測(cè)不同深度土體的位移，分析與研究深部土體水平位移與軌道橫向位移的關(guān)系，指導(dǎo)旋噴樁施工。

 施工前每3d測(cè)量1次，施工期間每天定時(shí)測(cè)量3次（其中當(dāng)日施工前測(cè)量1次，停止施工后“天窗”時(shí)間結(jié)束前測(cè)量1次），施工之后1周內(nèi)每2d測(cè)量1次。

 (4)孔隙水壓力監(jiān)測(cè)K045+040～K045+1與K045+130～K045+230段各設(shè)置一個(gè)孔隙水

壓力監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面埋設(shè)3組孔隙水壓力計(jì)，其中路基左側(cè)1組，右側(cè)坡腳2組，每組埋設(shè)6個(gè)孔壓計(jì)，埋人深度分別為原地面以下2，5，8，11，14和17 m。用來(lái)監(jiān)測(cè)施工前后不同深度超孔隙水壓力，分析與研究超孔隙水壓力消散規(guī)律，指導(dǎo)旋噴樁施工。

 監(jiān)測(cè)頻率和深層土體變形監(jiān)測(cè)一致。

2高壓旋噴樁

2.1高壓旋噴樁機(jī)理

 高壓旋噴樁是高壓噴射注漿法地基處理中的一種，它是利用鉆機(jī)等設(shè)備，把安裝在注漿管底部側(cè)面的特殊噴嘴置入土層預(yù)定深度后，用高壓泥漿泵等裝置以較高的壓力從噴嘴中噴射出漿液沖擊破壞土體，同時(shí)借助注漿管的旋轉(zhuǎn)和提升運(yùn)動(dòng)，利用漿液把從土體上崩落下來(lái)的土攪拌混合，經(jīng)一定時(shí)間的凝固，在土中形成圓柱狀的固結(jié)體與周圍土共同承受荷載的方法。

2.2  高壓旋噴樁工藝工法

施工工藝見(jiàn)圖2。

 (1)樁位放樣、樁機(jī)就位。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和坐標(biāo)網(wǎng)點(diǎn)測(cè)量放出施工軸線。在施工軸線上確定孔位。安裝樁機(jī)確保樁機(jī)受力后不搖擺、不偏移。

 (2)鉆孔、插管。鉆孔的目的是為了把注漿管置入到預(yù)定深度，鉆孔方法可根據(jù)地層條件、加固深度和機(jī)具設(shè)備等條件確定。

 (3)制漿、噴射。攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速和拌和能力應(yīng)與注漿泵的排漿量相適應(yīng)，并應(yīng)能保證均勻、連續(xù)地拌制漿液，保證高壓噴射注漿連續(xù)供漿。水灰比控制在0.8～1。噴射壓力選擇24～26MPa，最外一排抗力旋噴樁需采用小水灰比、大注漿壓力。

 機(jī)械參數(shù)：樁機(jī)施工轉(zhuǎn)速10～20 r/min；提升速度20～30 cm／min，也可根據(jù)“天窗時(shí)間”長(zhǎng)短、返漿量大小動(dòng)態(tài)加快或減慢提升速度。

 (4)沖洗器具、移動(dòng)機(jī)具。噴射作業(yè)完成后，應(yīng)及時(shí)清洗注漿泵和輸漿管路，管內(nèi)不得殘存水泥漿，防止?jié){液在輸漿管路中沉淀結(jié)塊，堵塞輸漿管路和噴嘴，影響下一孔的施工。將樁機(jī)等機(jī)具設(shè)備移到新孔位上。

3工程效果

2013年8月23日～2014年元月15日的146 d內(nèi)，共進(jìn)行旋噴樁施工83 d。工點(diǎn)范圍路基橫向位移整治效果見(jiàn)圖3～圖5（一代表向右側(cè)偏移、+代表向左偏移）。

 路基橫向變形整治取得的效果遠(yuǎn)超預(yù)期，路基整體向左側(cè)位移，上下行線糾偏最大值超過(guò)69 mm（K45 +180附近）；剩余糾偏量：上行線K45+130～_}-190段5 mm內(nèi)、K45 +190～+230段5～10 mm，下行線K45J-160～-}-195段5 mm以內(nèi)、其余5～8 mm;通過(guò)調(diào)整旋噴樁機(jī)位和施工工藝參數(shù)可對(duì)不同區(qū)段路基橫向位移進(jìn)行微調(diào)以達(dá)到理想的整治效果。本段路基為雙塊式無(wú)碴軌道，軌道結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)變形，上下行線軌道板變形差值在1.5 mm之內(nèi)。

 根據(jù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局第三大地測(cè)量隊(duì)提供軌道變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2014年1月14日橫向位移整治達(dá)到預(yù)期目的，旋噴樁施工停止。具體變形監(jiān)測(cè)結(jié)果如下。

 K45+130～+230段，下行線軌道板累計(jì)最大橫向位移：66.5 mm（K45+178.2斷面）。

 K45+130～+230段，上行線軌道板累計(jì)最大橫向位移：66.6 mm（K45+180.8斷面）。

 K45+040～+110段，下行線軌道板累計(jì)最大橫向位移：-9.6 mm（K45+081.8斷面）。

 K45+040～+110段，上行線軌道板累計(jì)最大橫向位移：-9.8 mm（K45+077.1斷面）。

 工程完工1個(gè)月后，2014年2月13日，根據(jù)國(guó)家測(cè)繪地理信息局第三大地測(cè)量隊(duì)提供的變形監(jiān)測(cè)結(jié)果，軌道變形情況如下。

 K45+130～+230段，下行線軌道板累計(jì)最大橫向位移67.6 mm(K45+178.2斷面)。

 K45+130～+230段，上行線軌道板累計(jì)最大橫向位移：66.7 mm(K45+180.1斷面)。

 K45+040～+110段，上行線軌道板累計(jì)最大橫向位移：-10. 05 mm(K45+077.1斷面)。

 K45+040～+110段，下行線軌道板累計(jì)最大橫向位移：-9.5 mm（K45+081. 08斷面）。

 通過(guò)調(diào)整旋噴樁機(jī)位和施工工藝參數(shù)可對(duì)不同區(qū)段路基橫向位移進(jìn)行微調(diào)以達(dá)到理想的整治效果。線路平面經(jīng)擬合處理后，軌道平順度大大改善，可滿足350 km/h設(shè)計(jì)時(shí)速要求，取得了理想的整治效果。

4結(jié)論

 高速運(yùn)營(yíng)鐵路路基糾偏目前在國(guó)內(nèi)外沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)可供參考，金山北站路基糾偏工程的圓滿成功，為本類高鐵病害的整治提供了一種新的思路。