高速铁路路基结构性粉质黏土的工程处理措施

章敏

（京沈铁路客运专线辽宁有限责任公司（哈大客专公司），沈阳 110006）

结构性粉质黏土天然状态下处于坚硬状态，结构性强，强度高，具有颗粒相对密度大、孔隙比大、饱和度低、液限塑限高等特点，但水敏感性强烈，浸水后土体快速软化，常发生湿陷［1］。目前结构性粉质黏土在高速铁路建设中仍按普通粉质黏土处理，其湿陷性可能对建设运营产生安全隐患。

对于湿陷性土体处理技术的研究主要集中在湿陷性黄土方面。GB 50025—2018《湿陷性黄土地区建筑规范》、TB 10035—2018《铁路特殊土路基设计规范》等提出了常用的湿陷性黄土地基处理设计计算方法及施工工艺。苏谦等［2］对郑西客运专线DDC 桩处理湿陷性黄土的适用性及设计计算进行了研究，提出了DDC 桩的工后沉降计算模式。李玉强等［3］在宝兰客运专线进行了用柱锤冲扩桩处理黄土地基的试验研究，结果表明，复合地基能够有效消除黄土的湿陷性，提高天然地基承载力达3 倍以上。齐甦等［4］提出了一种可以满足隧道内小空间施工要求的无振动挤密湿陷性黄土地基处理技术。姚裕春等［5］对多种湿陷性黄土地基处理技术的效果进行了研究，认为路基桩板结构适用于处理中厚层和浅层湿陷性黄土，水泥土挤密桩适用于浅层湿陷性黄土，CFG 桩处理应采用小直径小间距方案。

本文针对京沈高速铁路阜新站的结构性粉质黏土，讨论了建设和运营2个阶段相应的工程处理措施。

1 建设期处理措施

1.1 勘察建议

依据京沈高速铁路阜新站的相关试验结果可知，结构性粉质黏土的湿陷系数随孔隙比增大而增大，随饱和度降低而增大，天然状态下孔隙比大于0.6 且饱和度小于60%的粉质黏土具有湿陷性［6-8］。

目前的相关规范只要求针对黄土开展湿陷性试验，建议对于物理性质指标达到上述条件的粉土、黏性土应增加湿陷性评判。

1.2 地基处理

由于铁路工程位于开放的自然环境中且为带状分布，外界水环境如地下水、降雨等影响因素较多，要完全避免外界水环境影响铁路基底是非常困难的。因此，消除结构性粉质黏土的湿陷性应作为高速铁路地基处理的主要对策。

结构性粉质黏土的湿陷性类似于黄土，可按既有TB 10012－2019《铁路工程地质勘察规范》中有关黄土规定进行湿陷性评价。参考TB 10106—2010《铁路工程地基处理技术规程》并结合工程实际，归纳了结构性粉质黏土地基的处理措施，见表1。

2 运营期处理措施

2.1 处理方法

对于营业线，结构性粉质黏土的危害主要表现为遇水软化产生沉降。目前运营线路常用处理软土沉降的措施有高压旋喷、花管注浆、袖阀管注浆等。高压旋喷桩由于其压力较大（≥20 MPa），施工中线路可能产生较大变形，一般只在普速和重载铁路上应用。与花管注浆相比，袖阀管注浆可以较好地控制注浆范围和注浆压力，在线路变形可控的同时还可重复多次注浆。综合考虑，运营高速铁路可采用袖阀管注浆处理结构性粉质黏土。

表1 结构性粉质黏土处理措施

2.2 信息化施工

注浆过程中必然会造成水环境变化，而结构性粉质黏土极易被扰动。为保证线路正常运营，应建立高频响应的信息化位移监测反馈系统，根据控制对策及时调整施工工艺，防止线路变形过大。

2.2.1 高频响应监测系统

采用高精度物位计，建立秒级响应的全覆盖竖向位移监测系统，实现线路沉降变形的实时显示，如图1所示。通过全站仪测量机器人对线路的横向变形进行监测。高频响应位移监测系统组成见表2。

图1 DK534区段线路沉降变形状态

表2 高频响应位移监测系统组成

2.2.2 施工工艺调整对策

高频响应的变形监测是实现信息化施工的基础，在不同变形条件下采取合理的施工控制措施则是信息化施工的关键。根据轨道变形限值要求、线路变形状态及趋势、注浆参数与变形关联分析等情况构建有效的工艺调整对策，见表3。

表3 工艺调整对策

3 现场应用

京沈高速铁路DIK534+775—DIK534+956 区段路基位于阜新站附近，原地表覆盖2.2～3.4 m 厚结构性粉质黏土，其下为页岩。由于建设期缺乏对结构性粉质黏土的认知，并未采取针对性的地基处理。

运用高频响应信息化的袖阀管注浆技术对结构性粉质黏土层进行处理。采用硫铝酸盐单液注浆，水灰比为 0.8∶1～1∶1。注浆设计断面如图2 所示，纵向间距1.5 m。为保证处理质量，注浆孔深入页岩1.0 m。分2 次注浆，每次注浆量为设计量的1/2，注浆压力不超过1.0 MPa。

图2 阜新站结构性粉质黏土处理设计断面

采用原位测试和变形观测等手段进行综合评价，结果表明（表4），处理后土体承载力显著提高，线路无明显沉降，处理效果良好。

表4 结构性粉质黏土处理效果

4 结论

1）建设期高速铁路路基应对饱和度低于60%且孔隙比大于0.6的粉土、黏性土增加湿陷性试验，评判湿陷性并根据试验结果进行地基处理。

2）运营线路可采用袖阀管注浆加固技术对结构性粉质黏土进行处理。施工过程中应采用高频响应的信息化施工技术严格控制线路变形。

本文提出的结构性粉质黏土工程处理措施已在京沈高速铁路得到成功应用，可在类似工程中推广应用。