一種巖溶強發育區高速鐵路路基基底處理方法

林志果

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司,湖北 武漢 430063）

0 引言

巖溶在我國廣泛分布，巖溶塌陷具有隱蔽性及突然性，各類工程都不同程度受到過巖溶塌陷的危害[1-3]。巖溶強發育區，在地下水長期侵蝕作用下，地基承載力降低，基巖完整性遭到破壞，溶洞、溶溝、溶槽等巖溶構造還存在突然塌陷的風險。高速鐵路時速快，對地基穩定及沉降變形的要求很高，巖溶地基的不良特性將嚴重影響高速鐵路的施工及運營安全。因此，深入了解高速鐵路穿越區的巖溶分布及發育規律，合理地對巖溶進行地基處理尤為重要[4]。

1 當前巖溶路基地基處理方法

當前鐵路巖溶路基地基處理方法主要有強夯、回填、換填、跨越、注漿及鋼筋混凝土樁板結構[5]。其中強夯、回填、換填、跨越、注漿常用于普速鐵路中，而高速鐵路等級高，其巖溶處理常采用注漿及鋼筋混凝土樁板結構。

1.1 注漿加固

巖溶路基注漿原則上以封閉土、石界面，形成隔水帷幕，阻隔上層滯水與巖溶水的聯系。一般注漿厚度不小于8 m，伸入基巖面以下不少于5 m，當5 m內遇溶洞時，應加固至溶洞底以下完整基巖不小于2.0 m。如巖溶頂板巖體破碎或遇溶洞以及巖溶很發育時，應加大注漿厚度。注漿孔間距一般為3～10 m。如圖1～2 所示。

圖1 巖溶路堤注漿加固橫斷面設計圖

巖溶注漿費用相對較低，但施工存在跑漿、漏漿的風險（巖溶強發育區更明顯），施工質量存在一定離散性，質量檢測也存在一定難度。因此對于高速鐵路，巖溶注漿主要用于巖溶弱發育及中等發育的工況。

圖2 巖溶路塹注漿加固橫斷面設計圖

1.2 鋼筋混凝土樁板結構

鋼筋混凝土樁板結構由鋼筋混凝土板梁及鉆孔灌注樁構成。板梁厚0.6～1.5 m，灌注樁樁徑0.8～1.25 m，正方形或矩形布置，樁間距5～10 m。鉆孔灌注樁穿過溶洞區進入巖溶底板（灰巖弱風化完整基巖）不小于1.5倍樁徑，樁底以下完整底板厚度不應小于5.0 m。如圖3所示。

圖3 巖溶地段樁板結構加固橫斷面設計圖

鋼筋混凝土樁板結構屬于典型的剛性樁地基，具有施工質量可靠、安全性極高的特點，當前在高速鐵路巖溶強發育區廣泛采用。但樁板結構造價昂貴，采用樁板結構加固的路基，造價往往高于同等長度的橋梁。這在一定程度上降低了路基相對橋梁的比較優勢。

2 注漿+板梁聯合處理法

針對巖溶強發育區采用樁板結構過于昂貴的特點，該文提出一種注漿+板梁聯合處理的方法。該方法在注漿的基礎上，在路基基底增設一塊0.4～0.6 m 厚的鋼筋混凝土薄板梁，如圖4～5 所示。增設的板梁能起到跨越、改善基底軟硬不均、調節應力擴散等作用，能消除注漿后殘存的局部缺陷所帶來的安全隱患。同時板梁是鋼筋混凝土結構，其具備一定韌性，能使路基避免出現突然塌陷類的脆性破壞。

圖4 巖溶路堤注漿+板梁聯合處理橫斷面設計圖

圖5 巖溶路塹注漿+板梁聯合處理橫斷面設計圖

綜上所述，注漿+板梁聯合處理法在安全性上顯著高于單一注漿處理法。它克服了巖溶強發育區注漿質量控制難、可靠性不夠的弱點，在一定程度上能代替昂貴樁板結構，從而減少工程造價。

3 樁板結構與注漿+板梁案例比較

3.1 工程概況

襄陽至荊門高速鐵路，DK9+486～DK10+059 段路基，工點長573 m，前接李彎村隧道，后接鹿門寺隧道。全段分布有可溶巖，覆蓋層主要為可塑～硬塑粉質黏土，厚約0.7～13.8 m。下伏灰巖線巖溶率22.87%，遇洞率77.14%，溶洞包含全充填型、半填充型及無填充型。溶洞充填物由軟塑～硬塑狀粉質黏土、強風化碎塊狀灰巖等組成。根據相關標準[6]，場地巖溶發育等級為巖溶強烈發育。

3.2 方案設計

方案一，采用樁板結構處理。根據相關規范[7]及工程經驗設計：板寬16 m、板長20 m、板梁厚0.8 m、樁徑0.8 m、樁間距5.5 m×5.5 m、正方形布置、樁長12 m，如圖6～7 所示。

圖6 DK9+670 樁板結構加固橫斷面設計圖

圖7 DK9+670 樁板結構加固平面設計圖

方案二，采用注漿+板梁聯合加固。根據規范[7]及工程經驗設計：板寬16 m、板長20 m、板梁厚0.5 m、孔間距5 m、正方形布置、單孔注漿量12 m3、注漿至溶洞底板下2 m，如圖8～9 所示。

圖8 DK9+670 注漿+板梁處理橫斷面設計圖

圖9 DK9+670 注漿+板梁處理平面設計圖

3.3 方案比較

根據該項目工經概算指標，對上述兩個方案進行經濟比較，如表1～2 所示。

表1 20 m 樁板結構數量及造價

由表1、表2 可知注漿+板梁方案的地基處理造價只有樁板結構方案的55%，經濟性上具有十分明顯的優勢。安全性上，樁板結構方案占優，但方案二注漿加上板梁的安全儲備后，安全性有了明顯提升，能滿足高鐵的運營安全需求。因此綜合分析后，該段路基巖溶處理選擇了注漿+板梁聯合處理方案。

表2 20 m 注漿+板梁處理數量及造價

4 結語

（1）巖溶注漿費用相對較低，但施工存在跑漿、漏漿的風險（巖溶強發育區更明顯），對于高速鐵路，巖溶注漿主要用于巖溶弱發育及中等發育的工況。

（2）鋼筋混凝土樁板結構，具有施工質量可靠、安全性極高的特點，當前在高速鐵路巖溶強發育區廣泛采用。但樁板結構昂貴的造價，會降低路基相對橋梁的比較優勢。

（3）注漿+板梁聯合處理法，在安全性上克服了單一注漿法質量控制難、可靠性不夠高的弱點。在經濟性上經案例分析比較，注漿+板梁造價僅為樁板結構55%，經濟優勢十分明顯。

（4）巖溶強發育區（非大型暗河、超大空溶洞或地下水極發育工況），注漿+板梁聯合處理法可在一定程度上代替昂貴樁板結構對高鐵巖溶路基進行地基加固。