一种岩溶强发育区高速铁路路基基底处理方法

林志果

（中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北 武汉 430063）

0 引言

岩溶在我国广泛分布，岩溶塌陷具有隐蔽性及突然性，各类工程都不同程度受到过岩溶塌陷的危害[1-3]。岩溶强发育区，在地下水长期侵蚀作用下，地基承载力降低，基岩完整性遭到破坏，溶洞、溶沟、溶槽等岩溶构造还存在突然塌陷的风险。高速铁路时速快，对地基稳定及沉降变形的要求很高，岩溶地基的不良特性将严重影响高速铁路的施工及运营安全。因此，深入了解高速铁路穿越区的岩溶分布及发育规律，合理地对岩溶进行地基处理尤为重要[4]。

1 当前岩溶路基地基处理方法

当前铁路岩溶路基地基处理方法主要有强夯、回填、换填、跨越、注浆及钢筋混凝土桩板结构[5]。其中强夯、回填、换填、跨越、注浆常用于普速铁路中，而高速铁路等级高，其岩溶处理常采用注浆及钢筋混凝土桩板结构。

1.1 注浆加固

岩溶路基注浆原则上以封闭土、石界面，形成隔水帷幕，阻隔上层滞水与岩溶水的联系。一般注浆厚度不小于8 m，伸入基岩面以下不少于5 m，当5 m内遇溶洞时，应加固至溶洞底以下完整基岩不小于2.0 m。如岩溶顶板岩体破碎或遇溶洞以及岩溶很发育时，应加大注浆厚度。注浆孔间距一般为3～10 m。如图1～2 所示。

图1 岩溶路堤注浆加固横断面设计图

岩溶注浆费用相对较低，但施工存在跑浆、漏浆的风险（岩溶强发育区更明显），施工质量存在一定离散性，质量检测也存在一定难度。因此对于高速铁路，岩溶注浆主要用于岩溶弱发育及中等发育的工况。

图2 岩溶路堑注浆加固横断面设计图

1.2 钢筋混凝土桩板结构

钢筋混凝土桩板结构由钢筋混凝土板梁及钻孔灌注桩构成。板梁厚0.6～1.5 m，灌注桩桩径0.8～1.25 m，正方形或矩形布置，桩间距5～10 m。钻孔灌注桩穿过溶洞区进入岩溶底板（灰岩弱风化完整基岩）不小于1.5倍桩径，桩底以下完整底板厚度不应小于5.0 m。如图3所示。

图3 岩溶地段桩板结构加固横断面设计图

钢筋混凝土桩板结构属于典型的刚性桩地基，具有施工质量可靠、安全性极高的特点，当前在高速铁路岩溶强发育区广泛采用。但桩板结构造价昂贵，采用桩板结构加固的路基，造价往往高于同等长度的桥梁。这在一定程度上降低了路基相对桥梁的比较优势。

2 注浆+板梁联合处理法

针对岩溶强发育区采用桩板结构过于昂贵的特点，该文提出一种注浆+板梁联合处理的方法。该方法在注浆的基础上，在路基基底增设一块0.4～0.6 m 厚的钢筋混凝土薄板梁，如图4～5 所示。增设的板梁能起到跨越、改善基底软硬不均、调节应力扩散等作用，能消除注浆后残存的局部缺陷所带来的安全隐患。同时板梁是钢筋混凝土结构，其具备一定韧性，能使路基避免出现突然塌陷类的脆性破坏。

图4 岩溶路堤注浆+板梁联合处理横断面设计图

图5 岩溶路堑注浆+板梁联合处理横断面设计图

综上所述，注浆+板梁联合处理法在安全性上显著高于单一注浆处理法。它克服了岩溶强发育区注浆质量控制难、可靠性不够的弱点，在一定程度上能代替昂贵桩板结构，从而减少工程造价。

3 桩板结构与注浆+板梁案例比较

3.1 工程概况

襄阳至荆门高速铁路，DK9+486～DK10+059 段路基，工点长573 m，前接李弯村隧道，后接鹿门寺隧道。全段分布有可溶岩，覆盖层主要为可塑～硬塑粉质黏土，厚约0.7～13.8 m。下伏灰岩线岩溶率22.87%，遇洞率77.14%，溶洞包含全充填型、半填充型及无填充型。溶洞充填物由软塑～硬塑状粉质黏土、强风化碎块状灰岩等组成。根据相关标准[6]，场地岩溶发育等级为岩溶强烈发育。

3.2 方案设计

方案一，采用桩板结构处理。根据相关规范[7]及工程经验设计：板宽16 m、板长20 m、板梁厚0.8 m、桩径0.8 m、桩间距5.5 m×5.5 m、正方形布置、桩长12 m，如图6～7 所示。

图6 DK9+670 桩板结构加固横断面设计图

图7 DK9+670 桩板结构加固平面设计图

方案二，采用注浆+板梁联合加固。根据规范[7]及工程经验设计：板宽16 m、板长20 m、板梁厚0.5 m、孔间距5 m、正方形布置、单孔注浆量12 m3、注浆至溶洞底板下2 m，如图8～9 所示。

图8 DK9+670 注浆+板梁处理横断面设计图

图9 DK9+670 注浆+板梁处理平面设计图

3.3 方案比较

根据该项目工经概算指标，对上述两个方案进行经济比较，如表1～2 所示。

表1 20 m 桩板结构数量及造价

由表1、表2 可知注浆+板梁方案的地基处理造价只有桩板结构方案的55%，经济性上具有十分明显的优势。安全性上，桩板结构方案占优，但方案二注浆加上板梁的安全储备后，安全性有了明显提升，能满足高铁的运营安全需求。因此综合分析后，该段路基岩溶处理选择了注浆+板梁联合处理方案。

表2 20 m 注浆+板梁处理数量及造价

4 结语

（1）岩溶注浆费用相对较低，但施工存在跑浆、漏浆的风险（岩溶强发育区更明显），对于高速铁路，岩溶注浆主要用于岩溶弱发育及中等发育的工况。

（2）钢筋混凝土桩板结构，具有施工质量可靠、安全性极高的特点，当前在高速铁路岩溶强发育区广泛采用。但桩板结构昂贵的造价，会降低路基相对桥梁的比较优势。

（3）注浆+板梁联合处理法，在安全性上克服了单一注浆法质量控制难、可靠性不够高的弱点。在经济性上经案例分析比较，注浆+板梁造价仅为桩板结构55%，经济优势十分明显。

（4）岩溶强发育区（非大型暗河、超大空溶洞或地下水极发育工况），注浆+板梁联合处理法可在一定程度上代替昂贵桩板结构对高铁岩溶路基进行地基加固。