高速铁路利用停建路堤改造加固措施研究

周先才 钱国玉

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

集(宁)包(头)第二双线为新建时速200 km的客货共线铁路，为统筹呼和浩特东站地区的铁路规划，需对引入呼和浩特东站的在建集包第二双线铁路线位进行调整，在白塔站以东提前接入既有京包铁路，张家口至呼和浩特高速铁路在进入呼和浩特东站地区时，需利用集包第二双线停建的路堤线位，见图1。

图1 张呼客专利用集包第二双线部分已填路堤区段平面

该段路堤大部分已填筑3～4 m，最高达4.6 m，仅剩余桥路、涵路过渡段缺口未填筑。张呼高速铁路正式开工时，该段路堤已停放2年以上，计算填高为5.0～7.0 m。一般情况下，冲击碾压、强夯既适用于地基浅层处理[1-5]，也是路基填筑补强主要措施[6-9]。高速铁路建设中，若需利用既有路堤，当基床部分填料不合格时，则需挖除重新填筑。对于基床以下部分，若压实度不满足要求但沉降满足要求，可采用冲击碾压、强夯、注浆等处理措施；若压实度、沉降均不满足要求，则应挖除既有路堤并进行地基处理后重新填筑，或采用桩板结构处理[10]。以下基于实际工程，对停建路堤的改造加固措施进行现场试验研究。

2 停建路堤的工程地质条件

研究区位于山前冲洪积缓坡区，地势起伏不大，线路两侧多为耕地。地层从上至下依次为：①粉土(Q4al+pl)，浅黄色，稍密，稍湿，厚1.50～6.50 m，σ0=100 kPa；②粉土(Q4al+pl)，浅黄色，中密，稍湿，厚0.60～22.90 m，σ0=160 kPa；③粉质黏土(Q4al+pl)，浅黄色，硬塑，厚1.90～12.20 m，σ0=150 kPa；④中砂、砾砂(Q4al+pl)，黄褐色，稍密-中密，稍湿-潮湿，厚3.4～11.0 m；下部为厚层细圆砾土、粗圆砾土、卵石土层。代表性横断面及地基地层见图2。

地表水、地下水均不发育，地震动峰值加速度为0.2g，最大土壤标准冻结深度为1.43 m。

图2 代表性横断面

3 停建路堤的填料检测分析

对于该段停建的路堤，分段共开挖了12个探槽剖面进行填料检测(见图3)，其目的为量测分层厚度、土性鉴定、K30质量检测和取样化验分析等[11]。经土质化验分析，填料主要为粉土、粉质黏土、粉砂、粗细圆砾土、粗细角砾土等，其中，粉土、粉质黏土、粉砂为C类，其余为B类[12]，填料类别见表1。填料沿深度、纵向分布不均匀，按照填料类别厚度计算，B组填料约占40%，C组填料约占60%。填料性质满足《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》基床以下路堤的要求，但C组粉土、粉质黏土、粉砂不满足《高速铁路设计规范》基床以下路堤的要求[13-15]。

图3 探槽剖面K30试验检测

对DK272+050、DK273+027、DK273+290、DK273+310、DK273+330、DK273+377断面开挖探槽进行路基质量K30检测，检测结果见表2。

根据检测资料，停建路堤填料多为B组、C组，且分布不均匀。高速铁路要求基床底层采用A、B组填料或改良土，基床以下路堤采用A、B组填料和C组碎石、砾石类填料或改良土，停建路堤填料不满足高速铁路基床底层的填料要求，特别是停建路堤放置多年后，表层气候影响深度内土质疏松，需进行加固处理。

表1 停建路堤基床以下路堤填料性质检测结果

表2 停建路堤不同部位K30检测结果

4 停建路堤的工后沉降分析

本段为速度250 km/h有砟轨道路基一般地段，工后沉降要求≤10 cm。对该段路基进行工后沉降计算分析，挖除已填筑土地基不加固时，工后沉降为14.88～19.87 cm；挖除已填筑土地基采用CFG桩或旋喷桩加固后，工后沉降为6.01～10.29 cm；采用“冲击碾压+3 m高堆载预压”后，工后沉降为2.10～6.03 cm；采用“强夯+3 m高堆载预压”后，工后沉降为1.60～5.56 cm。从沉降方面考虑，3种处理措施沉降均满足设计要求。

5 停建路堤改造加固措施研究

结合该段路堤分段建设情况，对停建路堤高度小于1.5 m、新建桥涵过渡段采用“CFG桩+3 m高堆载预压”处理，工后沉降可以满足要求。故重点对停建路堤高度大于1.5 m的一般地段加固处理措施进行研究。

5.1 废弃重建

将停建路堤彻底挖除，对地基进行CFG桩加固处理，再按新线标准进行填筑压实。该方案施工工序复杂，需设置临时弃土场，且地基加固费用较高。

5.2 冲击碾压加固

对路堤高度大于1.5 m段研究采用“冲击碾压+3 m高堆载预压”处理，其工后沉降可满足设计要求。选取DK273+277～DK273+377段进行冲击碾压试验，冲击压实机械采用6830式，冲击力大于2 500 kN，静态能量为30 kJ，碾压速度为10～12 km/h，共计冲击碾压26遍(见图4)。碾压后，将场地整平，分别在DK273+290、DK273+330、DK273+370三个断面左侧和中部进行K30试验检测，试验结果见表3。

图4 试验段冲击碾压施工

表3 停建路堤冲击碾压后不同部位K30检测结果

施工时，发现冲击碾压的有效压实厚度最大值为1.5 m，故采用冲击碾压加固时填筑压实质量达不到设计需要的效果。

5.3 低能量强夯加固试验研究

普通强夯夯击能大、破坏力强，会对路堤的稳定和不均匀性造成严重影响，而且对临近建筑影响较大。

低能量强夯采用降低单击夯击能量，以减少其破坏性，既满足加固要求，又可有效减少对既有路堤的破坏，不造成后期的次生病害。对停建路堤高度大于1.5 m段，采用“低能量强夯+3 m高堆载预压”处理，其工后沉降可满足设计要求。

选取DK272+950～DK273+150段进行低能量强夯试验(单击夯击能为3 000 kN·m)，夯点间距为3.5 m，正方形布置，最小夯击遍数不少于6，靠近边坡处单击夯击能降为2 000 kN·m；最后再进行全断面满夯1遍，夯击能为1 000 kN·m(见图5)。

图5 试验段强夯施工

低能量强夯后，对路堤进行动力触探、载荷试验、室内土工试验等检测，要求强夯面以下6 m深度范围内填料或地基基本承载力≥150 kPa。强夯后动力触探检测结果见表4。

表4 动力触探检测结果

分别在DK272+950中心线左侧2.5 m、DK273+000中心线左侧0.8 m、DK273+050中心线右侧5.0 m处进行平板载荷试验，地基承载力特征值分别为185，188，192 kPa，满足设计要求。

5.4 加固措施比选

对停建路堤高度大于1.5 m段，研究废弃重建、冲击碾压、低能量强夯加固3种处理方案，技术经济综合比选分析见表5。

表5 加固措施方案综合比选分析

经综合分析研究，废弃重建方案存在废弃土方，地基处理加固费用也较高，故予以放弃；冲击碾压方案加固深度浅，加固效果达不到设计要求，故该方案不可取；低能量强夯方案加固效果较好，能达到设计要求，而且不存在废弃土方，需增加的投资适中，最终采用“低能量强夯+3 m高堆载预压”方案。

6 结语

对张呼高速铁路某段利用集包第二双线停建路堤加固处理措施进行了深入研究，最终采用“低能量强夯+3 m高堆载预压”方案，强夯段累计长度约1.5 km，累计强夯面积为34 832 m2。施工期间开展了沉降观测评估，施工期最大沉降量为22.24 mm，工后沉降不大于10 mm，强夯处理效果良好，满足本线路基工后沉降控制要求。目前，张呼高速铁路乌兰察布至呼和浩特东段已通车运营超过3年，利用集包第二双线停建路堤改造段线路平顺、稳定，满足高速铁路行车要求。