兰新铁路第二双线盐渍土地基溶陷病害治理研究

高冬冬+袁雅贤

摘要： 结合兰新铁路第二双线盐渍土路基浸水病害的实际，通过现场勘察揭示了盐渍土溶陷病害的产生原因，提出了堆载预压配合注浆处理的方法处理溶陷盐渍土地基，现场沉降观测数据表明，该方法对于加速溶陷变形沉降完成以及控制工后沉降效果良好，可以在类似工程中推广。

Abstract： Based on the actual situation of the flooding of the second bilateral saline soil subgrade in the Lanxin railway， the causes of the saline soil collapsible were revealed by on-site investigation. The method of preloading and grouting treatment was proposed to treat the collapsible saline soil subgrade. The results show that the method can be popularized in similar projects because the method can treat the collapsible deformation and control post-construction settlement well.

关键词： 高速铁路；盐渍土路基；溶陷变形

Key words： high-speed railway；saline soil subgrade；collapsible deformation

中图分类号：TU448 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0112-02

0 引言

高速铁路在西部地区的建设遇到了大量的盐渍土地基，盐渍土是含有一定量可溶盐的土，是西部地区尤其新疆、青海、甘肅、宁夏几个省市常见的路基土类型。由于盐渍土在工程中表现出较强的溶陷性与盐涨特性，盐渍土地基的沉降变形特性对于高速铁路工程沉降控制有着重要影响。原苏联，欧、美洲一些国家和中东地区的学者也较早地对盐渍土的物理力学性质进行了深刻认识，主要针对中东地区（特别是沙特阿拉伯地区）的含盐砂土和粘土的物理、力学性质以及含盐土与水的关系进行了大量的试验探究，如含盐量与土的最大干密度、液塑限、抗剪强度、渗透系数、变形模量等物理力学指标的关系；淋溶作用对盐渍土结构的影响等，并作了详细的结果分析。

我国对盐渍土的关注始于20世纪50年代，比上述国家稍晚，前期主要针对盐渍土地区的工程特性及施工所遇问题开展了调研工作。如铁道部科学研究院、铁道部第一设计院及铁道部各有关单位[1，2]前后对盐渍土铁路路基的工程概况、工程性质、工程整体表现、铁路修建过程中的难题进行了可靠的调查。陈肖柏[3]对盐渍土中水盐迁移规律进行了重点的分析和论述。尹睿捷[4]以察尔汗～格尔木高速公路沿线的强、过氯盐渍土为研究对象进行了室内单轴压缩试验、现场浸水载荷试验，重点分析了溶陷变形量与溶陷系数随压力的变化关系，验证了砂砾改良盐渍土具有较高的路用性能，并确定了不同施工段盐渍土的最佳砂土配合比；宋通海[5]、王利莉[6]等人分别采用各自的方法研究了不同地区氯盐渍土溶陷性的影响因素，分析了各因素对溶陷变形的影响规律，但研究成果不尽相同；李永红、陈涛、张少宏[7]等人研究了影响无粘性盐渍土溶陷变形的因素，并提出消除影响的方法。

1 溶陷病害

新建兰新铁路第二双线是中国西北地区建成通车的第一条高速铁路，也是亚欧大陆桥铁路通道的枢纽部分，沿线有大面积的盐渍土地区分布。线路建设期间，某工点发生严重溶陷沉降，工点位于天山山麓山前冲积平原中部，地形起伏不大，为典型沙砾戈壁景观，主要地层分述如下：细角砺土：层厚大于30m，浅黄色～红褐色，尖棱状。成分以砂岩，灰岩为主，颗粒不均，最大粒径40mm。工点范围内未见地表水，勘探深度45m内未见地下水。地震动峰值加速度为0.10g。土壤最大冻结深度83cm。上游位置有一个储水容量约为1200m3的水池，并在水池中引出了两根PVC排水管，其中一根外径为400mm的排水管垂直通过路基，因排水管埋在地下1.5m，勘测、施工期间均未发现此处排水管，由于此处排水管发生渗漏，长时间浸泡路基造成路基产生不均匀沉降，致使道床板与支承层脱离而悬空等现象，延误通车且造成了很大的经济损失。因此，掌握西北地区高速铁路盐渍土路基的变形发展规律，提前排除路基的潜在危机，避免相似病害的再次发生，保障高速铁路长期平顺性及安全服役性能是至关重要的。

1.1 病害过程 图1给出了该段面在未发生浸水前路基的沉降观测数据，从土中可以看出，该断面沉降数量极小只有4～5mm，且变形稳定很快，也就是说处于干燥状态的盐渍土路基有较高的抗压模量，路基填土高度造成的压力对于地基沉降影响极小，因此，在这种情况下，沉降评估与的工后沉降也很小。然而2013年发现该段面处道床板外侧底部与支承层顶面之间存在明显的分层“悬空”现象，此处变形肉眼能分辨出来，经过测试发现，沉降量超过8cm。勘察发现系该段地表下1.3m处直径40cm的PVC引水管破裂，破裂处水浸湿盐渍土使得盐渍土发生了较为明显的溶陷变形。

1.2 病害原因 ①路基下沉主要是由于通过线路灌溉用水在路基上游及路基底部集中下渗，并长时间浸泡造成盐渍土中结晶盐份活解、结构发生变化，地基土在路基及土体作用下产生压密造成的。下沉范围集中在输水管集中处，土体沉降的深度由渠水下渗中心向周围逐渐减少沉降最大处地下含水量最大处都与水管被损处相对应，并以漏斗形下沉。

②此段地层为极干旱条件形成的山前洪积细角砾士，其成分中普遍含盐，颗粒间多以盐土胶结。干燥时结构紧密，承载力很高，遇水长时间浸泡盐土胶结结构破坏，在上覆土体及荷载作用下压密下沉，这是路基产生沉降的内在因素。

③地段位于极干旱地区，基础地层干燥，地层对水的消散很快，长时间浸泡会产生土体结构彼坏。如果沉降地段若再没有水供给，地层中的水分会逐渐消散土体重新固结达到新的强度。

2 病害治理措施

针对具体的勘察结果，破除的轨道与轨道板及道床板，并进行堆载预压处理，同时对路基进行注浆加固处理。

2.1 注浆设计 载预压完成后，对事故段路基两侧坡脚之间采用钻孔注浆处理，路堤两侧坡脚外1.5m布置一排帷幕孔，孔径70mm，孔间距1.5m，孔内高压压浆（水灰比1：1，普通硅酸盐425号水泥）。路基采用钻孔注浆处理，孔径70mm，孔间距1.5m，按照梅花形步孔，孔内高压压浆（水灰比1：1，普通硅酸盐425号水泥）；箱形桥底板范围内布置36个孔，翼墙外均布置5个孔。如图2所示。

注浆孔深为原地面下15m，注浆管原地面下2.0m深处开始开孔，孔内高压注浆。钻孔桩施工采用两台JT100潜孔钻机在路基面进行钻孔，箱型桥下面采用一台地质钻机进行钻孔，路基面上钻孔及注浆均采用单侧进行，首先施工线路右侧，待线路右侧全部完成后再施工线路左侧。

2.2 施工保护措施 当工地昼夜平均气温（最高和最低气温的平均值或当地时间6时、14时及21时的室外气温的平均值）连续3d低于5℃或最低气温低于﹣3℃时，需要采取冬季施工。根据现场测温记录，当地时间6时21时连续3d已经低于5℃，所以现场注浆必须采取冬季施工，采取以下措施以保证注浆质量不受低温冻害影响：

①注浆时间严格控制在10：00到17：00之间。

②在水泥浆拌合过程中加入防冻剂，提高水泥浆早期强度以防止其受冻。

③拌合水使用温度不高于80℃的热水。具体措施：

1）采用锅炉设备对拌合水进行持续加热。2）在蓄水池上加盖一层保温棉被，两层塑料布，以保证水的温度不低于要求拌合温度。3）将注浆管全部采用保温材料进行包裹，防止水泥浆在输送过程中温度散失过快。4）搅拌前应先用热水冲洗搅拌机，投料顺序为水、水泥搅拌，时间应较常温时延长50%。5）水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。6）水泥浆浇筑完毕并完成封孔后立即使用厚塑料薄膜立即覆盖保温，然后覆盖一层5cm厚棉被后再覆盖黑篷布进行保温养护。

2.3 加固效果 路基进行堆载预压的同时进行沉降观测，在发生沉降的60m范围内，布置5个沉降观测断面，每个断面布置五个沉降观测断面，每个观测断面于两侧路肩设置沉降观测桩，路堤中心布置沉降板，路堤坡脚外1m设置沉降观测桩。沉降观测周期为2天，及时进行观测数据整理、沉降曲线绘制，如图3所示，图中可以发现，在堆载预压下，路基不断排水固结并且稳定，具备了卸载与铺轨条件。

3 結论

可以看出，盐渍土路基的特殊性质决定其在干燥状态下有较高的强度，且一般冲击碾压施工对路基改良效果不明显，且沉降变形量较小；而盐渍土路基浸水产生溶陷变形极为明显，极容易引起严重后果，因此应当加强路基防排水措施，确保路基浸水发生；注浆处置效果表明，注浆配合堆载预压是处理盐渍土浸水路基的有效措施。

参考文献：

[1]JTJ051-93，公路土工试验规程[S].北京：人民交通出版社，1993.

[2]JTJ001-97，公路工程技术标准[S].北京：人民交通出版社，1997.

[3]陈肖柏，邱国庆，王雅卿，盛文坤. 温降时之盐分重分布及盐胀试验研究[J].冰川冻土，1989（03）：231-238.

[4]尹睿捷，张留俊，曹松，翁效林.盐渍土浸水溶陷对路基施工的影响[J].水利与建筑工程学报，2013（05）：66-69，78.

[5]宋通海.氯盐渍土溶陷特性试验研究[J].公路，2007（12）：191-194.

[6]王利莉，党进谦，杨晓松.盐渍土土水特征曲线的研究[J]. 工程勘察，2009（02）：19-23.

[7]李永红.氯盐渍土的变形和强度特性研究[D].西北农林科技大学，2006.