时战峰，王振福

(1.陕西陕煤黄陵矿业公司，陕西黄陵714100;2.陕西地质工程总公司，陕西西安710054)

0 引言

陕煤黄陵矿业公司运煤铁路专用线K6+680～800里程处路基原垂直支挡结构为1 m厚浆砌石重力式挡墙，支挡结构悬空高度3.0 m。因河床挖砂下切1 m，支挡结构悬空高度变为4.0 m。受主动土压力增加、被动土压力减小的影响，垂直支挡结构发生外倾，引起铁路路基发生沉陷。沉陷长度120 m，最大沉陷量20 cm，沉陷的产生影响到运煤专用线的安全使用。铁路沉陷情况见图1。

图1 路基沉陷现场照片

针对铁路垂直支挡结构外倾引起路基沉陷的情况，设计采用预应力锚索框架梁限制路基垂直支挡结构继续外倾变形、采用花管注浆方法加固路基土体、提高路基抵抗变形能力的治理方案。2012年4～6月对该沉陷区进行了加固治理，加固支挡结构见图2。施工结束后对该沉陷区段进行了6个月的变形监测，治理后沉陷变形未再继续发展。本文对该沉陷区垂直支挡结构受力情况进行计算，提出该沉陷区治理设计方案。

图2 支挡结构加固照片

2 垂直支挡结构受力分析

2.1 计算参数

(1)土压力参数：c=5 kPa;φ =30°;γ =19 kN/m3。

2.2 主动土压力增加值

2.3 被动土压力减少值

(2)被动土压力减小值：

2.4 垂直支挡结构推力增加值

F=Ea+Ep=16.22+45.80=62(kN/m)，土压力计算图见图3。

图3 支挡结构土压力计算图

3 治理方案设计

3.1 治理总体思路

(1)采用预应力锚索框架梁支护体系，通过锚索施加的锚固预应力对垂直支挡结构产生锚固拉紧力，阻止垂直支挡结构外倾变形，达到防止铁路路基继续下沉变形的目的。

(2)采用花管注浆法沿斜坡面加固铁路路基以下地基，以增大路基土体粘聚力、内摩擦角和路基土体的抗剪强度，降低路基土体对支挡结构的主动土压力，提高路基土体的承载力、抗水浸的能力和路基土体抵抗变形的能力。

(3)治理设计方案立面图见图4、剖面图见图5。

图4 治理设计方案立面布置示意图

图5 治理设计方案剖面示意图

3.2 预应力锚索框架梁加固垂直支挡结构设计方案

(1)布置2排锚索，孔距1.5 m，排距2.0 m。1.5 m宽垂直支挡结构因河床下切1 m受到的推力增加值为：62 kN/m×1.50 m=93 kN。设计单根锚索最大拉应力200 kN，施加锁锚预应力值100 kN，垂直支挡结构受力安全系数为：100 kN/根×2根÷93 kN=2.15。

(2)锚索设计孔径150 mm，长度18.0 m，其中锚固段长度15 m、自由段长度3 m，倾角18°，锚索采用4根φS15.24钢绞线。自由段采用PVC管隔离，锚座采用OVM预埋式锚座、锚垫板，锚头用C30细石砼进行封固。预应力锚索结构见图6。

图6 预应力锚索结构示意图

(3)锚索采用二次注浆工艺。锚固体采用M30水泥砂浆，注浆压力0.6 MPa;自由段采用PC32.5纯水泥浆浇注，水灰比0.6，注浆压力0.3 MPa;浆液中添加R1－103型阻锈剂。

(4)框架梁布设为1.5 m×4.0 m框格状，格构横梁、竖柱规格设计为0.45 m×0.45 m方形砼梁，砼强度等级为C30。框架梁配筋为：主筋10根φ22钢筋，箍筋φ8@200。格构梁配筋见图7。

3.3 花管注浆法加固路基设计方案

(1)在坡脚处布置一排顶角分别为15°和26°的注浆花管，2种角度的注浆花管交叉布置，每种角度的注浆花管横向间距均为1.5 m，花管长度均为9 m。

图7 框架梁配筋示意图

(2)沿坡面布置8排顶角为26°的注浆花管，注浆花管呈梅花型布置，注浆花管横向、沿坡面斜长方向间距均为1.5 m，自坡脚向上前3排花管长度为9 m，后4排花管长度为6 m。

(3)在坡顶路肩上、距路肩外缘0.5 m处布置1排顶角为26°的注浆花管，注浆花管横向间距为1.5 m，花管长度为6 m。

(4)注浆花管为φ48 mm、壁厚3.5 mm焊接钢管。注浆材料为：水灰比为1的PC 32.5纯水泥浆液。

4 施工要求

4.1 预应力锚索施工要求

4.1.1 钻孔

先用潜孔锤钻进方法钻穿支挡墙体结构，再使用钻机采用干钻的方法钻进成孔。钻进过程如遇硬层干钻法无法钻进时，采用潜孔锤与干钻法交替的方法钻进，干钻法和潜孔锤无法钻进时方可采用注水工艺钻进。

4.1.2 锚索加工

锚索选用4根φS15.24钢绞线，注浆管选用φ25 mm塑料管。钢绞线截取长度大于设计长度1.5 m，注浆管截取长度大于设计长度1 m。根据架线环设计的间距尺寸，将钢绞线绑扎到架线环上，再将注浆管与钢绞线绑扎成一体。自由段选用套安PVC塑料管的方式隔离。

4.1.3 锚索安装

安放前先用与直径相同的探头探孔，对塌孔或掉块进行处理。在锚孔倾斜的垂直面搭设钢管导向架或人工运送操作平台。下索时用力均匀一致，防止锚索扭曲和转动。安放锚索时一同安入注浆管，同时在孔口自由段长度范围内安放1根φ140 mm PVC塑料管或波纹管。当推送锚索困难时，应将锚索抽出，对抽出的锚索应仔细的进行检查，对锚索出现的问题进行处理，必要时对钻孔进行再次清理。

4.1.4 锚孔注浆

采用二次注浆工艺。浆液用搅拌机搅拌，用高压注浆泵经锚索中的注浆管注入孔底，当浆液泵压力达到设计值时停止注浆。锚固体采用PO 42.5水泥配制的M30水泥砂浆，注浆压力0.6 MPa;自由段采用PC 32.5纯水泥浆浇筑，水灰比0.6，注浆压力0.3 MPa。浆液中添加R1－103型阻锈剂，用量按产品说明使用。

4.1.5 锚索张拉

锚索张拉分5级进行，每级荷载分别为设计拉力的 0.25、0.5、0.75、1.0、1.1 倍，最后一级需要稳定10～20 min，其余每级需要稳定5 min，张拉时应分别记录每一级钢绞线的伸长量。在每一级稳定时间内必须测读锚头位移3次。当张拉到最后一级荷载且变形稳定后，卸荷至锁定荷载锁定锚索。锚索锁定后，切除多余钢绞线。

4.1.6 封锚

锚索锁定后立即进行封锚浇筑施工，封锚前应将露头钢绞线、锚具、钢垫板表面的水泥浆及锈蚀物等清除干净，并将锚定板接触表面凿毛，涂刷一层与封锚砼水泥同等性质的水泥浆液，然后用C30砼浇筑锚固头封锚。

4.2 框架梁施工要求

(1)施工方法。框架梁钢筋采用现场绑扎、支挡结构墙面固定方式架设，自下而上分级支模，分级浇注砼的方法施工。浇筑框架梁时用塑料管套住锚索，保证锚索自由段的自由。安放锚定板时受力面应与锚索轴线保持垂直。

(2)钢筋安置。钢筋的搭接、间距、绑扎均要符合规范和设计要求。对于悬空的、容易产生移位的钢筋，要及时进行加固和固定。钢筋保护层采用预制好的垫块同钢筋一起固定，在支模时进行进一步的调整和固定。

(3)模板安设。首先对胎面进行整平，必要时，用砂浆找平。模板安置时必须用线绳进行校对，直至模板达到设计要求为止。模板的加固采用可调式拉杆固定，利用锚头螺栓和钢垫板，调节模板间距并夹紧模板，防止砼浇筑中出现跑模现象。

(4)砼浇筑。浇筑采用自下而上分层浇筑的方式，采用震动棒振捣。脱模时间≮24 h，脱模过程中严禁损坏棱角。脱模后定时浇水、覆盖防晒保湿养护。

4.3 花管注浆法加固路基施工要求

4.3.1 成孔

成孔前先人工揭开浆砌石面层，采用人工洛阳铲成孔方式钻进引孔，6 m长花管引孔深度5 m，9 m长花管引孔长度8 m，钻进过程如遇硬层人工无法成孔时采用机械潜孔锤或干钻的方法钻进，钻进中严禁向孔内注水。

4.3.2 花管加工

用大锤将钢管孔底端砸成角度为60°的锥形，在花管管体上每隔0.5 m梅花型对称钻设孔径3 mm的注浆孔。9 m长花管连接采用4根长15 cm的φ18钢筋以绑条焊接的方式连接。

4.3.3 花管安放

向引孔内放入注浆花管，采用潜孔锤锤击的方式完成最后1 m长度花管的安入。

4.3.4 注浆

注浆采用高压注浆泵注入法。注浆材料为PC 32.5纯水泥浆液，水泥浆液的水灰比为1，单桶水泥浆的搅拌时间≮5 min，经过筛后注入储浆桶备用。注浆压力0.7～1 MPa。注浆前应采用编织袋填充、堵实花管与孔口间隙，保证孔内注浆压力。

5 治理效果

2012年6月沉陷区治理结束后，连续对沉陷治理区进行了6个月的变形监测，治理后沉陷变形未再继续发展，说明治理方案设计合理，达到了治理沉陷的目的。

［1］ TB 10025－2006，铁路路基支挡结构设计规范［S］.

［2］ JGJ 79－2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［3］ 王洪庆，严译强，马健.云阳县滨江大道路基挡土墙变形分析与加固［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2012，39(2)：70 －73.

［4］ 谭彬建，俞敏，息飏，等.桂柳高速公路边坡预应力锚索加固方案设计［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2010，37(5)：73 －77.

［5］ 聂细生，李忠社.预应力锚索工程施工质量控制［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2005，32(11)：29 －31，33.

［6］ 林青.软土地基注浆加固实践［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2009，36(8)：54 －56，59.

［7］ 编委会.工程地质手册(第四版)［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007.160.

［8］ 陕西地质工程总公司.黄陵矿业集团铁路专用线K6+680～K6+800里程路基沉陷加固工程设计［R］.陕西西安：2012.