加筋挡墙在铁路沉陷治理中的应用

陈 杰 王东权

(1.淮南矿业(集团)有限责任公司张集煤矿，安徽淮南 232174;2.中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州 221116)

0 引言

淮南矿业集团张集铁路专用线全长9.50 km，呈东南—西北走向，其中很大一部分里程位于沉陷区内。地下煤层开采后，其围岩失稳会产生位移、开裂、破碎垮落，造成上覆岩层下沉、弯曲，从而引起地表沉陷，张集煤矿沉陷区铁路专用线路基随地表沉降而下沉，使得铁路路基标高发生变化，为了保证专用线铁路的安全运营，就需要保持铁路路基标高满足设计要求。传统的路基加高方法是采用煤矸石对路基直接放坡回填来达到路基标高不变的目的，但该方法在路基回填高度不断增加的过程中，要占用大量的土地资源，会造成很大的资源浪费，同时加高回填工程量很大，施工质量难以保证，易产生路基边坡稳定问题。

针对沉陷区铁路专用线路基加高存在的工程问题，提出了采用加筋挡墙加高加固采动区铁路专用线路基实施方案。依据张集煤矿铁路专用线实际，铁路专用线加筋结构挡墙设计由钢筋混凝土基础、钢筋混凝土面板、钢塑复合拉筋带和煤矸石填料共同组成。该加高加固技术方案具有施工简便，抗变形能力强，工程量小，工程造价低等优点。同时，加筋挡墙不仅可以大量的减少占地面积，还能够适应地基一定程度的变形，更适合于采动路堤工程。

加筋挡墙加高与放坡加高示意图见图1。

1 加筋挡墙结构设计与稳定性分析

1.1 加筋挡墙结构设计

根据张集矿铁路专用线桥头高填方工程实际情况和将来预计下沉量，加筋挡墙设计加高高度为4.5 m，桥头每侧需要设置加筋挡墙长度为10 m，分处桥头与路基连接处的四角，共计40 m。依据工程实际加筋挡墙设计构成为:筋带型号采用钢塑复合带CAT30020B，钢筋混凝土面板尺寸为 0.2 m ×0.4 m ×0.5 m;挡墙压顶和基础采用钢筋混凝土，基础下垫40 cm碎石垫层，具体尺寸如图3所示;每块面板设置根数2根，长4 m，竖向间距0.5 m，水平间距0.4 m;挡墙面坡度为1∶0.2，挡墙每5 m设置抗采动变形缝，缝宽10 cm，变形缝内安设由镀锌板制作的波纹板，变形缝顶部10 cm范围灌注沥青橡胶;加筋挡墙填料采用煤矸石。加筋挡墙具体设计如图2，图3所示。

图1 加筋挡墙加高与放坡加高示意图

图2 铁路专用线加筋挡墙平面图、立面图

图3 加筋挡墙剖面图

1.2 加筋挡墙稳定性分析

1)煤矸石填料力学参数试验。由于张集煤矿铁路专用线路基加高填料为煤矸石，煤矸石填料的力学参数取值是否准确直接影响加筋挡墙设计准确可靠。挡土墙稳定性分析计算过程中需要填料的主要物理力学参数是粘聚力、摩擦角和容重。填料的粘聚力和摩擦角通常由直剪试验或三轴试验获得，由于煤矸石填料是由不同粒径粗料(粒径5 mm)和细料(粒径5 mm)组成，无法制成直剪试验和三轴试验所需的小试样。因此煤矸石填料粘聚力和摩擦角采用通过大试样(试样尺寸为φ×h=150 mm×150 mm)无侧限抗压强度试验和劈裂试验得到煤矸石填料的抗压强度和劈裂强度，再由摩尔圆计算出煤矸石填料的粘聚力和内摩擦角。

图4 现场煤矸石筛分试验及试验结果

由图4可以计算出张集煤矿铁路专用线路基煤矸石的不均匀系数Cu=8.7、曲率系数Cc=1.3、填料粗料含量所占比例为78%。由于煤矸石填料的Cu＞5，Cc=1～3，表明煤矸石粒径分布不均匀，级配良好，适合作为路基填料。实际填筑过程中应剔除或破碎粒径大于100 mm以上煤矸石，确保拉筋与煤矸石相互作用效果。实验室按照现场条件下的煤矸石级配和含水量，制成与不利季节实际工程条件一致的煤矸石大试样，通过压力机进行无侧限抗压试验和劈裂试验测定煤矸石的无侧限抗压强度和劈裂强度。依据试验结果计算出煤矸石填料的稳定性分析所需的物理力学参数，见表1。

表1 煤矸石物理力学参数

2)加筋挡墙稳定性分析。根据实际工程条件下煤矸石填料的力学参数和加筋挡墙设计参数，采用专用岩土工程设计计算软件对加筋挡墙安全稳定性进行计算，得到其具体安全稳定性系数，见表2。

表2 加筋挡墙安全稳定性计算情况表

由表2可以看出，张集矿铁路专用线加筋挡墙在不利季节的各项安全系数指标都满足规范要求，这说明，加筋挡墙在节约土地资源、减少工程量、降低工程造价的同时，其安全稳定性也可以得到保障。

2 结语

淮南矿业集团张集煤矿铁路专用线采用加筋挡墙进行加高处理，可以实现随采动下沉不断地进行路基加高，保证了铁路专线轨面标高始终相对稳定，满足了行车要求;同时大量减少对土地资源的占用和减少路基加高回填的工程量，具有效果明显、经济可行、节约环保的特点，可以在铁路专线路基加高工程中推广应用。

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