朔黄铁路K470+760—K470+980路堤地基管涌原因分析及整治

王定举

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁 062350)

1 概况

朔黄铁路K470+760—K470+980段位于沧州境内，周边为耕地，地形平坦开阔，左侧有砖厂，地震动峰值加速度为0.10g，土壤最大冻结深度为0.60 m。铁路路堤为人工填筑土，该范围地层主要以砂黏土为主，呈黄褐色，其性状主要是砂粒含量高，颗粒粗，比表面积小，粒间大孔隙数量多，软塑状，透水性好，土体内排水通畅，局部夹粉细砂层，长期受取土坑积水浸泡，土体呈饱和状态，强度低。原地面下0～12 m为砂黏土，12～15 m局部夹粉细砂层，15 m以下仍为砂黏土。一级边坡采用拱形骨架防护，二级边坡采用浆砌片石和干砌片石防护。

2 病害成因

因当地砖厂过度取土致使线路两侧形成规模较大的取土坑，取土坑紧邻既有线且深度较大，坑内积水。取土坑内大部分边坡未防护。线路左侧取土坑位于K470+790—K470+980，长190 m，宽50 m，距离左侧路基坡脚4 m，距左侧线路中心11.5 m，坑上缘比路肩标高低2.66 m，坑深5～7 m，勘测时坑内水深3.5 m，水量29 750 m3。右侧取土坑位于K470+770—K470+980，长210 m，宽165 m，距离右侧路基坡脚2.5 m，取土坑二级平台距左侧线路中心25.2～29.4 m，坑上缘比路肩标高低2.76 m，坑深5～17 m，坑内水深3～5 m，水量37 950 m3。左坑水位较右坑高出约8 m。

由于线路两侧取土坑内积水水头差过大，在水压力的作用下，左坑水体通过路堤下部粉细砂层渗入右坑内，右侧路堤坡脚取土坑壁局部出现轻微管涌现象，对既有线安全运营构成极大隐患。虽现场采用袋装土临时封堵，但仍存在发生渗流破坏的可能性，需采取工程措施。

路堤基底长期受积水浸泡，土体呈饱和状态，抗剪指标显著减弱，强度降低。因右侧坡脚取土坑深度较大，紧邻坡脚，坑底最深处至路肩高差约20 m。对该段路基进行稳定性验算，发现路基稳定性低于规定，安全储备不足，如遇雨季或取土坑再进行开挖，存在失稳风险，故需对右侧路堤进行加固，增强其稳定性。

3 方案比选

建立模型对路堤边坡稳定性进行分析，建模时考虑两侧水坑的水头压力差及渗流力，抗剪指标黏聚力c=21 kPa，内摩擦角φ=30°，搜索最不利滑面，并计算剩余下滑力。同时，为了保证路堤边坡的稳定性有足够的安全储备，路堤右侧坡脚处采用抗滑桩进行处理，并与滑坡下滑推力进行比较，取二者较大值对抗滑桩尺寸等参数进行细节设计。

经过边坡稳定检算，拟定了3种病害整治方案。

方案1:反压护道方案。两侧路堤坡脚采用双排咬合旋喷桩作为止水帷幕进行封水处理，同时于右侧边坡坡脚处设20 m宽大平台反压护道以保证路堤本体的稳定，方案1横断面见图1(a)。

方案2:双排咬合旋喷桩止水帷幕+抗滑桩方案。两侧路堤坡脚采用双排咬合旋喷桩作为止水帷幕进行封水处理，同时于右侧路堤坡脚处设一排直径1.25 m的钻孔灌注桩进行抗滑处理，桩顶设1.5 m×1.0 m冠梁，方案2横断面见图1(b)。

方案3:路堤本体旋喷桩加固方案。两侧路堤坡脚采用双排咬合旋喷桩作为止水帷幕进行封水处理，同时于右侧路堤第二级边坡采用旋喷桩注浆加固路堤本体，保证路堤稳定性。方案3横断面见图1(c)。

图1 三种病害整治方案

通过综合比较，最终选择方案2作为本次病害治理方案，主要原因如下:①方案1最经济，但该方案所需要的征地范围较大，而现场征地较为困难，实施难度大。经建设单位与地方政府沟通后，该方案未被采纳。②方案2与方案3造价比方案1高，但这两种方案征地范围较小。方案3现场施工条件较差，另外，旋喷桩注浆效果不易保证，因此，选取方案2作为本次病害治理方案，同时对既有路堤坡面防护作返修处理。

4 病害整治方案的主要工程措施

4.1 双排咬合旋喷桩止水帷幕技术措施

4.1.1 旋喷桩止水帷幕技术方案

在K470+760—K470+980段路堤右侧二级平台，以及K470+780—K470+980段路堤左侧一级平台上采用旋喷桩止水帷幕进行封水处理，旋喷桩桩径0.6 m，沿线路方向桩间距(纵向)0.4 m(桩与桩之间咬合0.2 m)，横向桩间距0.4 m。桩长按地层和地形情况测算，必须保证穿过原地面下12～15 m范围的粉细砂层，以阻断水的渗流，同时要保证旋喷桩嵌入粉细砂层下部深度不少于5 m。经计算取左侧桩长20 m，右侧桩长14 m。旋喷桩止水帷幕施工后其渗透系数不应大于1.0×10－6cm/s。

首先对出现渗流和轻微管涌的K470+780—K470+880段右侧立即采用咬合旋喷桩止水帷幕应急封水处理;于旋喷桩止水帷幕内、外侧设置φ35 cm观测井，以检测旋喷桩止水效果，观测井位于每道止水帷幕两侧1.0 m外，间距150～200 m。

4.1.2 工艺流程

旋喷桩施工主要工艺流程:原地面处理→放样定位→钻机就位→成孔钻进达到设计深度→沉入注浆管至孔底→旋转喷射注浆、提升→必要的补浆→成桩、拔管→机械清洗→机械移位。

4.1.3 旋喷桩施工技术要求

1)旋喷桩施工前必须进行成桩试验，要求28 d 无侧限抗压强度不小于4 MPa，以掌握该场地的成桩经验和各种技术参数。成桩试验推荐参数:高压水泥浆压力一般不小于 20 MPa，提升速度为 0.05～0.25 m/min，旋转速度为10～20 r/min。

2)旋喷桩设计桩径0.6 m，正方形布置，并根据设计要求，将旋喷桩位置用白粉定位，钻机位置与设计位置偏差不大于5 cm。

3)采用标准连续方式施工。止水帷幕施工完成后，应通过抽水试验检验止水效果，若止水效果不佳应采取措施对止水帷幕予以加强，以确保止水效果。

4)根据地表水或地下水等环境水对混凝土的侵蚀类型和侵蚀程度，选用适宜的水泥品种及掺合料。同时要求水泥采用42.5级以上，水泥掺入量不小于40%(质量比)，水灰比0.8～1.5，考虑现场地层以砂黏土为主且被水体渗透冲刷，为保证抗渗效果，原则上每米桩长水泥掺入量不小于300 kg，具体数据由现场试桩和室内配比试验确定。

5)旋喷桩施工时，注浆管分段提升的搭接长度不得小于100 mm。成桩过程中，因故停止继而恢复供浆时，应在断浆面上或下重复搭接0.5 m喷浆施工。

6)对于喷射深层长桩，应按地质剖面及地下水等资料，在不同深度，针对不同地层土质情况，选用合适的喷射参数，以确保桩身均匀密实。

7)每根桩必须严格如实记录喷浆提升的速度、压力、每根喷浆量、水泥量、成桩时间等，每米消耗量必须符合施工工艺要求。深度记录误差不得大于50 mm，时间记录误差不得大于5 s。

8)施工前应排查迁改旋喷桩处理范围及其施作影响范围内的地下管线，特别是路基两侧通信电缆和光缆等。对影响施工安全的电线、高压线等应进行迁改或架高，以保证行车及施工安全。

9)成桩28 d后应取芯进行无侧限抗压强度测试。在每根检测桩的桩径方向1/4处、桩长范围内垂直钻孔取芯，观察其完整性、均匀性，拍摄取出芯样的照片。为保证试块尺寸，钻孔直径不小于108 mm。取不同深度的3个试样做无侧限抗压强度试验。无侧限抗压强度值不得小于2.0 MPa，抽样检测率为2‰，且每处工点不少于3根。钻芯后的孔洞采用水泥砂浆灌注封闭。

4.2 抗滑桩主要技术措施

4.2.1 抗滑桩方案

K470+799.5—K470+910.2路堤右侧二级边坡平台抗滑桩采用钻孔灌注桩。钻孔灌注桩采用C35混凝土浇注，桩径1.25 m，桩长23 m，桩间距1.5 m，桩顶设1.5 m×0.8 m C35钢筋混凝土冠梁，冠梁每隔15～20 m设一道伸缩缝，缝内满塞沥青麻筋，伸缩缝应设在相邻桩间对应冠梁位置。

4.2.2 钻孔灌注桩施工要求

1)钻孔灌注桩应按设计桩长施工，并在成孔过程中核对地质资料，如发现地层与地质资料不符，及时通知监理和设计院处理。

2)钻孔桩终孔后，应清除护壁淤泥、孔底残渣和积水，并对孔径、垂直度、孔深、沉渣厚度等进行检查，钻孔桩垂直度允许误差为3‰。

3)根据地表水或地下水等环境水对混凝土的侵蚀类型和侵蚀程度，选用适宜的水泥品种及掺合料。

4)钢筋笼主筋宜采用搭接焊，钢筋笼的焊接或搭接接头位置应相互错开，且在35 d范围内的焊接接头数不应大于50%(搭接接头数不应大于25%)，同时钢筋的连接应满足要求。

5)钢筋笼在起吊、运输和安装中应采取措施防止变形，并应有保护层垫块。钢筋笼吊装不得碰损护壁，吊放就位时，应检查钢筋笼摆放方向是否与设计方向一致，其水平位置和高程是否达到设计要求，经检验合格后方可固定钢筋笼，灌注混凝土时不应出现上拱或下落现象。

6)灌注混凝土的强度等级不得低于设计要求，单桩混凝土灌注时间不宜超过4 h，混凝土必须连续灌注，不得中断。

7)凡遇预埋钢筋或预埋件等钢筋较密处灌注混凝土时，必须确保混凝土的密实性，防止出现蜂窝麻面，保证混凝土的灌注质量。

8)钻孔桩成桩后应进行桩身混凝土质量检测，采用低应变动测法检测桩身完整性，逐根全部检测，当根据低应变动测法判定的桩身缺陷可能影响桩的水平承载力时，应采用岩芯法补充检测，检测数量不宜少于总桩数的2%，且不得少于3根。

4.3 既有路堤坡面防护整修措施

拆除K470+760—K470+980路堤右侧第2级边坡既有浆砌片石及干砌片石坡面防护，维持既有边坡坡率且不陡于1∶1.75，采用M10浆砌片石重新进行护坡防护，厚0.40 m，下设碎石垫层，厚0.15 m。

同时对K470+760—K470+980段路堤右侧第1级平台采用0.4 m厚M10浆砌片石防护，并向外设4%的坡度，对于下凹段采用C组土填实。

5 结语

朔黄铁路K470+760—K470+980路基病害整治工程于2013年3月2日开工，6月26日施工完毕。施工后，地基未发现管涌现象，线路稳定，病害已消除，达到了预期的治理效果。工程经验总结如下:

1)在路堤坡脚出现大面积开挖及路堤本体下部发生管涌的不利情况下，要正确分析评价既有路堤边坡的稳定性，并比选确定可行的治理措施。

2)在管涌不断加剧的情况下，寻找进、出水区域，并采取行之有效的止、截水方案，及时阻断渗流路径，消除管涌病害。

3)采用小桩径(φ1.25 m)钻孔灌注桩+冠梁对路堤边坡进行抗滑加固，占地面积较小，不需要额外征地，现场施工较为方便，施工完后现场效果较好。

4)路堤两侧坡脚处采用双排咬合旋喷桩进行止水处理，不但较好地处理了管涌病害，而且在旋喷桩施工过程中大量的水泥浆液对于路堤两侧坡脚处土体抗剪强度的提高起到了积极的作用，也在一定程度上提高了路堤边坡的稳定性。

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(责任审编 李付军)