深厚軟基路堤新老鐵路搭接施工技術結合咬合水泥攪拌樁施工技術的研究

關博健，李琨琨，黃 穎

（中交二公局國際公司，陜西 西安）

引言

在鐵路新建項目中，采用新老路基搭接施工法是一種具有節省成本和時間的方法。它的主要特點是將新路堤建立在現有的老路堤之上，而不是將老路堤完全拆除。

這種方法的步驟和特點包括：路堤評估，包括對原有路堤填料的密實度，排水性，裂縫等情況進行檢測。同時也需要分析原有路基的荷載承受能力，以確保原有路堤能夠承受新路堤的額外荷載，保證新老路基形變一致。

1 工程概況

馬來西亞東海岸某項目施工中，存在著大量原有米軌鐵路與新鐵路重合的段落，為了降低成本，加快施工進度，考慮直接在原有路基基礎上進行新路基的填筑，進行新舊鐵路搭接施工。

搭接法主要包括：原有路基適用性評價、拓寬路基軟基處理、新老路基搭接臺階寬度選擇、填筑過程土工格柵設置等。

2 數值模擬

2.1 模型的建立

為了研究新老路基搭接施工路段的沉降量是否符合規范要求，采用PLAXIS 2D 有限元軟件模擬了施工完成后400 天的路基沉降，施工過程根據現場實際施工過程進行編制。馬東鐵路CH270-CH280 段與原有的米軌路基重合，根據現場檢測結果和實驗報告，既有米軌鐵路路基密實度和MPT 值合格，因此予以保留，進行搭接施工。選取此段CH270+100 處的截面積作為模型計算單元。DSM 樁、樁間軟土、回填砂、土工格柵、路基填料等均采用實體單元。模型網格以結構性網格劃分,單元采用四節點平面應變單元。由于鐵路中線兩邊路基具有對稱性，故只對一般路基進行建模，模型見圖1?，F場地下水水位較高，在這樣的軟土上進行路堤施工將導致孔壓升高。由于這種不排水行為，有效應力保持在一個較低的水平，所以采用了中期固結期，以保證路堤的安全施工在固結期間，超孔隙水壓力消散，這樣土體可以獲得必要的剪切強度來繼續施工過程。此外新舊填土結合效果也至關重要，如果結合效果不佳，甚至會導致邊坡失穩，產生重大危害。因此需要對原有路基兩側進行拓寬加固處理，待復合地基承載力達到設計標準后，在原路基邊坡上開挖臺階，再進行新路基填筑。根據現場地質情況和土層特點，本路段對加寬部分采用深層水泥攪拌樁(DSM)進行加固。

圖1 模型圖

2.2 土層和模型材料參數

數值模型使用土層模型采用了土體硬化模型，以適應不同類型的土壤。具體參數見表1～表3。

表1 土體參數

表2 材料參數

表3 無紡土工布、高強機織土工布和土工格柵延伸率參數

3 計算結果與分析

3.1 下路堤填筑變形分析

圖2 展示了在下路堤填筑結束后的30 天，路堤的橫向，豎向和整體位移的情況和邊坡的滑動趨勢。從圖中可以明顯看出，在下路堤填筑過程中和填筑完成后的幾天內。橫向位移主要集中在新路堤坡腳處，豎向位移主要集中在新老路堤的接觸面?？傮w來說，豎向是主要的沉降方向，且路堤出現了不均勻沉降。這可能會對下層DSM 樁基礎的穩定性產生負面影響。部分路基可能會下沉，而其他部分則可能會上升，由此損害路基的整體穩定性。由于在路基接觸面有相對滑動的趨勢，建議進行挖掘臺階并采用分級施工的方法。通過分級施工，將路基沉降分散到不同的區域，從而實現更均勻的沉降。這有助于減小沉降不均勻性和減輕路基變形問題。同時，降低路基不穩定的風險，保證路基平整度，有利于后期鐵路線上結構的施工。

圖2 無臺階填筑新路基沉降模擬圖

3.2 臺階開挖

DSM 打樁結束后，施工路基底層結構。底層結構填筑完成后，在原有路基上開挖臺階。首先清除老路基邊坡內壓實度不足的填土，再將原邊坡挖成臺階。每級臺階寬度最小2 m，高度最大1 m，以4%的坡率向內傾斜。當路基填筑高度較低時，可適當的減小臺階寬度和高度。但臺階寬度也應滿足攤鋪和壓實設備操作的需要，以便有利于機械施工。應該注意是削坡也應該滿足施工期間既有路基的穩定要求。

在原有路基開挖臺階的基礎上再進行下路堤填筑，圖3 展示了采用這種工藝填筑完成下路堤后30天，下路堤的橫，豎向和整體位移的情況和邊坡的滑動趨勢。相對滑動的趨勢仍然處于新舊鐵路搭接處，但整體的沉降更加均勻。臺階增加了新老路堤的接觸面，分散了路堤的承載力，路堤的承載能力得到了分散。各個臺階同時也充當了支撐點，減少路堤不均勻沉降的風險，從而降低路基下沉或隆起的可能性。

圖3 臺階開挖后填筑新路基沉降模擬圖

3.3 沉降分析

在路堤施工完成后，每隔七天觀察一次路基路肩的沉降量，得到施工完成后400 天的路基實際累計沉降量。與軟件模擬的相同時間內的沉降情況相比較，分析在馬東鐵路施工過程中，保留原有米軌鐵路路基，直接在此路基上搭接施工的可靠性和路基的整體穩定性。

3.3.1 增量位移

在新路基填筑完成30 天后，路基在剛填筑完成的一個月內，位移主要集中在新路基的填土處。在路肩部分沿著新老路基的接觸面有向下滑動的趨勢。此外路基整體下沉了0.2 mm 左右。

3.3.2 總位移

隨著時間的推移，路基的沉降逐漸減少并趨于均勻。圖4 顯示了路基填筑完成后400 天的沉降情況。仍主要集中在拓寬路基處?？梢娡貙挷糠致坊谴罱邮┕ぶ械谋∪醐h節，在填筑程中應分級分層填筑，必要時可增加支護錨桿等防護措施。

圖4 總位移圖

3.3.3 總沉降量對比

新老路基沉降實際數值與數值模擬對比曲線見圖5?？梢钥闯霾还苁强偝两盗窟€是單次沉降量，模擬沉降數值與實際沉降數值的變化趨勢基本吻合, 大概200 天后沉降量基本保持穩定值, 同時也驗證了數值模擬的合理性。

圖5 沉降量對比圖

4 結論

在新老路基的搭接施工中，新老路基的接觸面是施工中的薄弱環節。在施工中在，針對新老路堤的相對滑動趨勢，可在原有路堤上開挖臺階，增大接觸面面積。應當注意到是臺階高度不應超過1 m，寬度不少于2 m。在開挖過程中，每級臺階均應鋪設土工格柵，以增加路基受力整理性。在加寬路段，應針對地質條件采用適當方法（如深層水泥攪拌樁、塑料排水板或砂換填等）提前對地基進行加固，防止地基承載力不夠或沉降差異過大。

在搭接施工開工之前，根據前期的勘測和實驗數據，如土層內摩擦角、容重、粘聚力等土力學性質、樁基礎的承載力、布置規則等，可利用有限元軟件提前建模對后期沉降進行模擬。建模過程中應注意材料參數的準確性，選取適當的沉降模型和土層模型。由本文模型可知，模型的沉降數據能做到與后期的實際沉降數據基本吻合，驗證了數值模擬的合理性，計算結果有參考性。利用模型幫助我們預測和分析搭接路段路基的行為，對可能出現問題的步驟提前準備或對設計進行優化，可極大的減少返工，降低成本，減少工期。