摘要：随着我国社会和经济建设的快速发展，铁路运输在国民经济中的地位越来越显著。既有铁路由于建设时地质条件较差，建设标准较低，往往存在不同程度的路基病害，主要表现为翻浆冒泥、下沉、挤出变形和冻害。鉴于此，以某铁路某段填方路基沉降为研究背景，通过对勘察资料的分析，并采用数值模拟高压旋喷桩加固路基施工全过程，得出了路基下沉原因及针对此类路基病害的治理。
关键词：既有铁路；路基沉降；治理
客运高速、货运重载是当今世界各国铁路发展的两大趋势，而货运重载化已经成为大多数铁路大国货物运输现代化发展的重要标志。重载铁路由于轴重增大，速度提高，加剧了列车线路系统的动力相互作用，也使路基的变形和动力响应加剧。路桥过渡段在这种动力作用下将产生较大的差异沉降，给行车安全带来极为不利的影响，并且沉降差还会使列车高速通过时对线路产生较大的附加动力作用，又加剧沉降差发展，加速路基破坏。另外，由于历史的原因，既有铁路路桥过渡段路基设计标准较低，路基质量已不能满足要求。因此，将轮轨系统与路基系统放到整个系统中去考察，建立合理的分析模型，进行多方面的计算分析，总结重载铁路路桥过渡段路基变形与动力响应的变化规律，具有重要的理论意义和应用价值。同时，研究既有铁路路桥过渡段路基、轨道结构的加强措施，对维持线路几何形态、保证列车运营安全也有非常重要的现实意义。
一、慨述
列车高速行驶必须由高平顺性和稳定的轨下基础作保证，因此控制变形是轨下基础设计的关键。各种轨下结构形式的首要目的，是为高速线路提供一个平坦、均匀和稳定的轨下基础。有碴轨道轨下基础是由散体材料组成的道床和路基，它是整个线路结构中最薄弱、最不稳定的环节，是轨道变形的主要来源，它们在多次重复荷载作用下所产生的累积永久沉降将造成轨道不平顺，同时它们的刚度对轨道面弹性变形也起关键作用。对于铁路路基当路桥(涵)间沉降差达到一定程度，会破坏线路的平顺，危及行车安全和旅客的舒适度，并且沉降差还会使列车高速通过时产生对线路较大的附加动力作用，这种动力作用会加剧沉降差发展，加速路基破坏，还可能使过渡段处结构破坏，导致路基排水不良，积水下渗到路基内部，从而降低土体强度，使沉降增大。这种危害不仅增加维修养护的工作量和难度，而且影响线路上列车的运行速度，从而在整体上影响铁路的经济效益。
二、既有铁路路基沉降原因
该段路基两侧沉降量较小，中部沉降明显，最大沉降量达50cm，且逐年累计沉降呈增大趋势，通过综合分析，其沉降的原因主要有以下方面：地形地貌：路基所在区域地形低洼，加之北侧280m处有一水库，降雨及水库渗流将直接汇集于路基下侧，为地下水的升高创造了极为有利的地形条件。路基结构：本段路基的主要结构形式为路基上部为透水性较好的圆砾土，底部分布一层1-2m左右的冲积的粉土，该层粉土含水量较高，受季节影响大，相对隔水，通过降雨入渗及渗流进入路基本体的水很难排出，为路基沉降创造了条件。地下水：地下水位的上升将引起路基断面内软弱土层软化，导致软弱土层的压缩性增大，进而造成路基承载力下降。在列车长期荷载作用下，造成路基下沉。
1、治理方案,对于含有软弱地层路基或路堤的病害整治方法，常采用注浆及高压旋喷桩技术。注浆加固技术具有加固后的土体结石体强度高、透水性低，并且材料来源广泛的优点。但是该段铁路路基为填方路基，主要加固地层为粉质粘土夹圆砾和粉土，其本身压实度较高，根据多年注浆经验和现场实测效果，在被注土体为细砾粘土或粉土的情况下，由于压实度较高，注浆量较小，注浆效果较差。综合考虑，该段路基若采用注浆方案加固，无法达到控制地基沉降的目的。
单侧高压旋喷桩加固方案虽然现场施工方便，但加固后路堤内部强度不对称，数值模拟计算显示其两侧变形不均匀性较显著，并且考虑土体置换率要达到20％，旋喷桩间距太小，施工困难，无法达到控制地基沉降的目的。双侧斜向高压旋喷桩加固既有线路堤已有较为成熟的施工经验，其改善土体强度及抗渗性的作用较为显著，可多点施工、施工速度快，并考虑到对已出现裂缝进行注浆封闭，采用双侧斜向高压旋喷桩对该段路基进行加固是最为合理的。
2、有限元数值模拟。为了确定斜向高压旋喷桩倾斜角度最优组合，计算路基加固的情况选择模型，即最内侧旋喷桩分别为15°、25°、35°。参数定义与模型建立模型选取典型断面，采用二维有限元软件进行分析。根据现场实际尺寸建立模型；采用平面应变，结构单元选取15节点单元；赋予土体和旋喷桩材料属性；划分网格。模拟工况，工况三个分析步，依次为路基固结分析、旋喷桩施工、加载。选择曲线输出点，由于太中银路基加固问题主要考虑的是路基的沉降问题，因此选择道砟左侧、中间和右侧的点作为讨论路基沉降问题的参考点。模型边界条件采用地面支撑，即模型底部限制垂直及水平位移，模型两侧限制水平位移。
三、既有铁路路基沉降变形治理方案
1、治理难点。由于该段路基为既有线高填方路堤，在进行高压旋喷桩加固时有以下难点：受列车运营影响，在路基加固施工过程中，要随时监控轨道变形情况，防止由于轨面抬升造成列车运行安全隐患。该段路基软弱层埋置较深，通过高压旋喷桩治理时，需要较长桩置换掉深处的粉质粘土夹圆砾层，旋喷桩长的增加对施工要求极为严格。 路基坡面较高，且路基右侧中部没有平台，旋喷桩钻机就位困难，需要搭设较高脚手架。
2、治理措施。借鉴双侧高压旋喷桩治理路基的成功经验，当斜向高压旋 喷 桩的实施保证土体置换率达到20％左右时，在既有线上对路基下沉病害的治理效果显著，具体措施如下：对该段路基两侧各设置四排高压旋喷桩，高压旋喷桩沿线路方向中对中间距为1.0m，直径为0.6m，高压旋喷桩与水平向夹角分别为 25°、35°、45°、55°，旋喷桩设置到粉质粘土夹圆砾下部即可。
结论
路基结构中填料与原地面各层间的渗透性差异较大时，若路基填方底部分 布软弱层,该路基易产生沉降变形。 地下水位的上升将导致土质软化，土的压缩性增大，路基承载力下降。高压旋喷桩加固路基时，旋喷桩内侧角度选取25°时加固效果较明显。实践证明当斜向高压旋喷桩的实施保证土体的置换率达到 20％ 左右时，在既有线上对路基下沉病害的治理效果显著。
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