高速鐵路路基結構性粉質黏土的工程處理措施

章敏

（京沈鐵路客運專線遼寧有限責任公司（哈大客專公司），沈陽 110006）

結構性粉質黏土天然狀態下處于堅硬狀態，結構性強，強度高，具有顆粒相對密度大、孔隙比大、飽和度低、液限塑限高等特點，但水敏感性強烈，浸水后土體快速軟化，常發生濕陷［1］。目前結構性粉質黏土在高速鐵路建設中仍按普通粉質黏土處理，其濕陷性可能對建設運營產生安全隱患。

對于濕陷性土體處理技術的研究主要集中在濕陷性黃土方面。GB 50025—2018《濕陷性黃土地區建筑規范》、TB 10035—2018《鐵路特殊土路基設計規范》等提出了常用的濕陷性黃土地基處理設計計算方法及施工工藝。蘇謙等［2］對鄭西客運專線DDC 樁處理濕陷性黃土的適用性及設計計算進行了研究，提出了DDC 樁的工后沉降計算模式。李玉強等［3］在寶蘭客運專線進行了用柱錘沖擴樁處理黃土地基的試驗研究，結果表明，復合地基能夠有效消除黃土的濕陷性，提高天然地基承載力達3 倍以上。齊甦等［4］提出了一種可以滿足隧道內小空間施工要求的無振動擠密濕陷性黃土地基處理技術。姚裕春等［5］對多種濕陷性黃土地基處理技術的效果進行了研究，認為路基樁板結構適用于處理中厚層和淺層濕陷性黃土，水泥土擠密樁適用于淺層濕陷性黃土，CFG 樁處理應采用小直徑小間距方案。

本文針對京沈高速鐵路阜新站的結構性粉質黏土，討論了建設和運營2個階段相應的工程處理措施。

1 建設期處理措施

1.1 勘察建議

依據京沈高速鐵路阜新站的相關試驗結果可知，結構性粉質黏土的濕陷系數隨孔隙比增大而增大，隨飽和度降低而增大，天然狀態下孔隙比大于0.6 且飽和度小于60%的粉質黏土具有濕陷性［6-8］。

目前的相關規范只要求針對黃土開展濕陷性試驗，建議對于物理性質指標達到上述條件的粉土、黏性土應增加濕陷性評判。

1.2 地基處理

由于鐵路工程位于開放的自然環境中且為帶狀分布，外界水環境如地下水、降雨等影響因素較多，要完全避免外界水環境影響鐵路基底是非常困難的。因此，消除結構性粉質黏土的濕陷性應作為高速鐵路地基處理的主要對策。

結構性粉質黏土的濕陷性類似于黃土，可按既有TB 10012－2019《鐵路工程地質勘察規范》中有關黃土規定進行濕陷性評價。參考TB 10106—2010《鐵路工程地基處理技術規程》并結合工程實際，歸納了結構性粉質黏土地基的處理措施，見表1。

2 運營期處理措施

2.1 處理方法

對于營業線，結構性粉質黏土的危害主要表現為遇水軟化產生沉降。目前運營線路常用處理軟土沉降的措施有高壓旋噴、花管注漿、袖閥管注漿等。高壓旋噴樁由于其壓力較大（≥20 MPa），施工中線路可能產生較大變形，一般只在普速和重載鐵路上應用。與花管注漿相比，袖閥管注漿可以較好地控制注漿范圍和注漿壓力，在線路變形可控的同時還可重復多次注漿。綜合考慮，運營高速鐵路可采用袖閥管注漿處理結構性粉質黏土。

表1 結構性粉質黏土處理措施

2.2 信息化施工

注漿過程中必然會造成水環境變化，而結構性粉質黏土極易被擾動。為保證線路正常運營，應建立高頻響應的信息化位移監測反饋系統，根據控制對策及時調整施工工藝，防止線路變形過大。

2.2.1 高頻響應監測系統

采用高精度物位計，建立秒級響應的全覆蓋豎向位移監測系統，實現線路沉降變形的實時顯示，如圖1所示。通過全站儀測量機器人對線路的橫向變形進行監測。高頻響應位移監測系統組成見表2。

圖1 DK534區段線路沉降變形狀態

表2 高頻響應位移監測系統組成

2.2.2 施工工藝調整對策

高頻響應的變形監測是實現信息化施工的基礎，在不同變形條件下采取合理的施工控制措施則是信息化施工的關鍵。根據軌道變形限值要求、線路變形狀態及趨勢、注漿參數與變形關聯分析等情況構建有效的工藝調整對策，見表3。

表3 工藝調整對策

3 現場應用

京沈高速鐵路DIK534+775—DIK534+956 區段路基位于阜新站附近，原地表覆蓋2.2～3.4 m 厚結構性粉質黏土，其下為頁巖。由于建設期缺乏對結構性粉質黏土的認知，并未采取針對性的地基處理。

運用高頻響應信息化的袖閥管注漿技術對結構性粉質黏土層進行處理。采用硫鋁酸鹽單液注漿，水灰比為 0.8∶1～1∶1。注漿設計斷面如圖2 所示，縱向間距1.5 m。為保證處理質量，注漿孔深入頁巖1.0 m。分2 次注漿，每次注漿量為設計量的1/2，注漿壓力不超過1.0 MPa。

圖2 阜新站結構性粉質黏土處理設計斷面

采用原位測試和變形觀測等手段進行綜合評價，結果表明（表4），處理后土體承載力顯著提高，線路無明顯沉降，處理效果良好。

表4 結構性粉質黏土處理效果

4 結論

1）建設期高速鐵路路基應對飽和度低于60%且孔隙比大于0.6的粉土、黏性土增加濕陷性試驗，評判濕陷性并根據試驗結果進行地基處理。

2）運營線路可采用袖閥管注漿加固技術對結構性粉質黏土進行處理。施工過程中應采用高頻響應的信息化施工技術嚴格控制線路變形。

本文提出的結構性粉質黏土工程處理措施已在京沈高速鐵路得到成功應用，可在類似工程中推廣應用。