地道橋橋頭路基塌陷整治技術(shù)

陸 賢 上海鐵路局工務(wù)處

1 工程概述

2006年發(fā)現(xiàn)京滬線滬寧段丹陽～奔牛區(qū)段內(nèi)運(yùn)河、惠濟(jì)、廟段、陵口、肇巷、彭家、東王、青陽等八座箱形地道橋橋頭路基沉陷、坍塌，破壞了線路結(jié)構(gòu)幾何狀態(tài)，嚴(yán)重威脅行車安全；地道橋內(nèi)沉降縫滲漏水，且夾帶泥砂流出，導(dǎo)致橋內(nèi)通行道路積水積污，影響附近居民出行，民眾抱怨，屢次上訪。據(jù)現(xiàn)場踏勘及調(diào)查橋涵設(shè)備病害整治歷史情況，發(fā)現(xiàn)該區(qū)段內(nèi)此種病害近幾年時(shí)有發(fā)生，以往均采用橋頭路基直接注漿，提高土壤密實(shí)度的原理進(jìn)行處理，但效果均不理想，滲漏水依舊，路基塌陷多次重現(xiàn)，治標(biāo)不治本。因此，科學(xué)的研究此類病害整治方法尤為必要。

2 整治方案

2.1 病害原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場勘探及此類橋涵設(shè)備結(jié)構(gòu)研究分析，此類病害的產(chǎn)生原因主要有兩個(gè)方面：

（1）沉降縫失效。沉降縫的防水主要依靠埋入式橡膠止水帶承擔(dān)。在沉降縫兩側(cè)箱體澆筑過程中混凝土與預(yù)埋橡膠止水帶不易密貼，又由于地道橋存在不均勻沉降、沉降縫施工時(shí)結(jié)構(gòu)未按設(shè)計(jì)要求布設(shè)等因素，形成空隙，地下水流出，滲漏水現(xiàn)象發(fā)生，沉降縫失效。而且埋入式橡膠止水帶位于混凝土內(nèi)部，很難修復(fù)及更換。

（2）地質(zhì)地貌原因。該區(qū)段內(nèi)地道橋位于地表水、地下水十分豐富的粉砂土地段，沿線路兩側(cè)是與路肩齊高的水田。路基土的空隙、裂隙為大氣降水、地下水以及農(nóng)田灌溉水提供了對路基土體產(chǎn)生如管涌、流砂等滲透破壞的通道；且立交為地道橋結(jié)構(gòu)，箱體周圍形成地下水下降漏斗，加大了地下水的流速，使箱側(cè)粉砂土長期遭受滲透與溶蝕破壞，大量路基粉砂土隨著地下水的流出而流失，橋頭路基形成空洞，進(jìn)而沉陷、坍塌，破壞了線路結(jié)構(gòu)幾何狀態(tài)。

從以上原因分析可以得出，整治該病害的根本方法是首先研究一種新型沉降縫，強(qiáng)堵地下水，阻止地下水的流出，進(jìn)而阻斷滲水通道；其次利用技術(shù)手段準(zhǔn)確定位因路基土流失而產(chǎn)生的空洞位置，對位注漿，消滅空洞，消除隱患。

2.2 方案

2.2.1 沉降縫

既有箱涵沉降縫重塑非常困難，牢固、有效的恢復(fù)功能需全方位研究，采用材料、安裝工藝均需可靠可行，因此設(shè)計(jì)如圖1所示強(qiáng)封式沉降縫結(jié)構(gòu)。

圖1 沉降縫堵漏結(jié)構(gòu)斷面圖

該設(shè)計(jì)理念分為三個(gè)部分：

（1）施工作業(yè)面的干燥處理。在沉降縫不斷滲漏水，潮濕的情況下，很難重塑有效的沉降縫，所以在重塑前，首先必須使施工作業(yè)面干燥。本設(shè)計(jì)采用在拆除原沉降縫，開槽闊縫的情況下，采用雙快堵漏水泥封堵沉降槽縫（預(yù)留注漿孔），暫時(shí)止水，再注入水溶性聚氨酯止水，使作業(yè)面干燥。

（2）沉降縫重塑。沉降縫徹底清理干凈，且基面干燥后，全斷面采用聚硫橡膠及橡膠止水帶（柔性材料）分層封閉。

（3）新的安裝工藝。止水帶兩側(cè)混凝土基面處首先用鋼板（其上預(yù)焊螺栓）與地道橋鋼筋混凝土中的既有鋼筋焊接，使基面絕對平整牢固；再在其上覆以橡膠止水帶，然后安裝壓鋼板，用螺栓擰緊，使止水帶牢固密貼。

此方法主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）基面絕對平整。鋼筋混凝土箱身基面處為鋼板與箱身鋼筋直接焊接，保證了基面的絕對平整，使橡膠止水帶能夠密貼在基面上；

（2）協(xié)調(diào)變形。中間止水仍然采用柔性材料，能夠協(xié)調(diào)兩側(cè)箱體的不均勻沉降；

（3）止水帶的牢固安裝。橡膠止水帶被上下兩塊鋼板壓死，并用預(yù)埋螺栓擰緊的方法安裝，防止了橡膠止水帶在動(dòng)荷載的反復(fù)加載下產(chǎn)生松動(dòng)的可能。

施工步驟如下：

（1）沉降縫兩側(cè)墻體鉆注漿孔（間距1m），向沉降縫外土體壓注水泥漿（加入適量水玻璃）。

（2）拆除原沉降縫所有材料。

（3）開槽闊縫。即沉降縫兩側(cè)砼部分鑿除，直至沉降縫兩側(cè)砼中鋼筋暴露（如圖1所示）。圖中鋼筋間距為10 cm，如果箱身側(cè)壁及擋墻側(cè)壁中鋼筋間距大于10 cm，可用其它鋼料襯墊。

（4）用堵漏水泥（雙快）封堵沉降縫槽縫并預(yù)留注漿通道。

（5）對沉降縫注入水溶性聚氨酯。

（6）將預(yù)埋鋼板P1焊接于沉降縫兩側(cè)的鋼筋上（φ12 cm螺栓預(yù)焊在P1板上）。

（7）用環(huán)氧膠泥封堵混凝土與預(yù)埋鋼板P1的間隙并預(yù)留壓水試驗(yàn)管。

（8）在止水帶與預(yù)埋鋼板P1之間涂抹聚硫橡膠并封堵沉降縫。

（9）鋪設(shè)橡膠止水帶，地面與側(cè)墻橡膠帶應(yīng)連貫鋪設(shè)，安裝壓鐵板P2，擰緊固定螺栓。

(10)進(jìn)行壓水試驗(yàn)（保持0.12 MPa壓力2 h檢驗(yàn)修復(fù)效果)，確保橡膠止水帶安裝質(zhì)量。

(11)用M10水泥砂漿封閉（內(nèi)掛細(xì)鋼筋網(wǎng)）。

2.2.2 橋頭路基空洞封堵

橋頭路基空洞可以通過高密度電阻率CT探測及成像技術(shù)，探明橋頭空洞位置，定位注漿，堵塞空洞及阻斷地下水的通路。

高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，基本原理與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，所不同的是高密度電法在觀測中設(shè)置了較高密度的測點(diǎn)，利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。當(dāng)測量結(jié)果送入微機(jī)后，還可對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果。

（1）探測成像

具體探測點(diǎn)布置如下：

在地道橋上的路基布置4條長為60 m的測線，每條測線位于枕木頭旁的碴肩上，碴肩面標(biāo)高定為探測剖面0標(biāo)高，探測深度5 m；4條測線點(diǎn)距皆為1 m，數(shù)據(jù)觀測采用可變斷面連續(xù)滾動(dòng)掃描測量方式，數(shù)據(jù)重復(fù)采集均方相對誤差不超過2%。探測工點(diǎn)測線布置如圖2所示。

圖2 地道橋箱體上路基縱剖面測線布置平面示意圖

探測成像如圖3所示。

圖3 彭家立交上行橋頭路基剖面探測結(jié)構(gòu)成像圖

圖3為京滬線滬寧段彭家立交高密度電阻率CT探測成像圖（圖中里程為原滬寧線里程），從圖中可以看出：在滬寧上行線K201+571～K201+631共60延長米范圍內(nèi)成層清晰，道床清潔。上部（H=0～1.6 m）：基床面除南京端16～19 m共3m范圍內(nèi)破損外，其余均比較完整，均為3層清晰的成層結(jié)構(gòu)，上兩層為清潔的道碴，最下層為完好的碎石土基床面；中部（H=1.6～2.5 m）：為大面積含水量適中的粉砂土，可以看出路基本體2.5 m以上成層結(jié)構(gòu)狀態(tài)良好，基本無破損、無擾動(dòng)；下部（H=2.5～5 m）：2.5 m以下路基土體有擾動(dòng)，為滲透破壞，且主要分布在南京端0~22 m范圍內(nèi)，見圖中箱體左側(cè)圓斑部位；箱體兩側(cè)富水豐富，滲流空隙發(fā)育，土體疏松，延展范圍2~3 m；上行線左側(cè)距箱體南京端3 m處有豎向斷裂的斑紋，為壓漿未能形成柱體，有下沉隱患。

（2）定位注漿

注漿法是通過鉆機(jī)，并利用注漿設(shè)備，分層均勻地將漿液注入路基土體中，以充填、擠密和滲透的方式排出土顆粒間的裂隙中的水和空氣，并占據(jù)其空間，使路基土體孔隙比減小，強(qiáng)度提高。這種方法不破壞持力層上層結(jié)構(gòu)，經(jīng)過壓力注漿加固后，路基土體強(qiáng)度、膠結(jié)性能、整體性、承載力均可顯著提高，從而使路基下沉、滑動(dòng)被基本控制，同時(shí)阻隔了地下水對路基土體的滲透，提高了土體的防滲、防侵蝕、抗破壞能力。

根據(jù)探測成像圖，查明箱體兩側(cè)空洞及路基孔隙準(zhǔn)確位置，對位注漿封堵。方法如圖4所示。

圖4 注漿管斷面布置圖

首先在線路及立交出入口的外側(cè)布置垂直注漿孔，注漿深度低于箱底2 m，從而封閉路基土體，防止注入漿液外溢。再在內(nèi)側(cè)布置斜向注漿孔，對位注漿，封堵空洞及充實(shí)路基土疏松孔隙。

3 結(jié)論

京滬線滬寧段丹陽～奔牛區(qū)段內(nèi)8座地道橋橋頭路基沉陷病害2006年采用以上方法綜合整治后，至今5年多檢測后無沉降縫滲漏及橋頭路基塌陷現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)良好，線路穩(wěn)定，證明了此方法整治此類病害的科學(xué)性和有效性，且與以往直接在橋頭路基盲目壓漿耗資巨大相比，具有很大的經(jīng)濟(jì)性。

強(qiáng)封式橡膠止水帶法此后又應(yīng)用于新長線K181+200等三座分節(jié)拼裝式矩形涵、上海火車站及杭州東火車站人行地道的沉降縫修復(fù)及止水工程中，均反映杜絕了沉降縫滲漏水現(xiàn)象，效果良好、有效。

根據(jù)以上案例的成功經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)封式止水帶法、高密度電阻率CT探測及成像技術(shù)結(jié)合定位注漿法技術(shù)可以在鐵路箱形立交、車站人行地下通道等滲漏水病害以及橋頭路基塌陷病害的整治中推廣。