黃土地區(qū)寶蘭二線路基病害分析及整治措施

耿 煊

隴海鐵路寶雞—蘭州段增建第二線工程,修建基本與既有線走向相同,大部分經(jīng)過(guò)地形起伏、山勢(shì)陡峻、河流彎曲的渭河峽谷谷地,一般寬度100 m～120 m,局部地段寬度300 m～400 m。一邊是既有線,一邊是公路,中間是河床,使寶蘭二線修建遇到了很多困難。寶蘭二線為國(guó)家一級(jí)干線最初鋪設(shè)60 kg/m普通鋼軌,一次建成電氣化,2002年6月30日開通運(yùn)營(yíng)后,至2003年初鋪設(shè)60 kg/m無(wú)縫線路。2002年寶蘭二線所經(jīng)地區(qū)除了部分區(qū)段外,全線所經(jīng)的大部分地區(qū)降雨量較小,線路路基相對(duì)比較穩(wěn)定,變形量較小,基本上能滿足鐵路正常運(yùn)營(yíng)及行車速度的要求。

1 病害基本狀況

2003年甘肅大部分地區(qū)在夏、秋季降雨量比往年多,降雨次數(shù)頻繁,降雨時(shí)間比往年同期長(zhǎng),而在8月～10月份初,通常連續(xù)幾天處于陰雨天氣,使寶蘭二線路基填料經(jīng)常處于高含水量狀態(tài)。而寶蘭二線絕大部分經(jīng)過(guò)黃土地區(qū),路堤等土工構(gòu)筑物基本上都是用黃土填筑。黃土怕水,一旦受到雨水的浸濕,無(wú)論是新黃土還是老黃土的強(qiáng)度都會(huì)大幅度降低,對(duì)路基等土工構(gòu)筑物來(lái)說(shuō),會(huì)造成承載力不足,路基剛度降低,發(fā)生明顯的沉降變形,使線路結(jié)構(gòu)的幾何尺寸難以保證,線路結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。尤其是使用黃土填筑的路堤基床部分,直接受到雨水的浸濕作用,使基床表層軟化,造成道床下陷,形成道渣槽、道渣囊等路基病害,在很大的程度上影響了鐵路運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行,甚至對(duì)行車安全構(gòu)成了一定的威脅。

2 病害原因分析

為了探明寶蘭二線線路路基狀況,對(duì)寶蘭二線路基填土的狀況及工程性質(zhì)選取7個(gè)斷面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究,路基基床壓實(shí)系數(shù)測(cè)試結(jié)果[1]見(jiàn)表1。

表1 路基基床壓實(shí)系數(shù)測(cè)試結(jié)果(平均值)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和試驗(yàn)分析可知,該線路的路基病害產(chǎn)生的主要原因?yàn)?

1)填料選取的問(wèn)題。寶蘭二線路基絕大多數(shù)是用黃土填筑。本次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試主要是針對(duì)路基基床部分進(jìn)行,所測(cè)試的7個(gè)斷面中,基床部分基本上都是用C組填料填筑且未進(jìn)行土質(zhì)改良,直接用以粉土顆粒含量較高且塑性指數(shù)IP和液限IL均較高的黃土填筑基床等部分。

2)路基填筑壓實(shí)質(zhì)量未達(dá)到要求。規(guī)范[2]規(guī)定,基床表層壓實(shí)系數(shù)Kh達(dá)到0.91,底層Kh達(dá)到0.89。從表1可知:本次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)試的7個(gè)斷面,路堤基床表層、底層壓實(shí)系數(shù)都未達(dá)到規(guī)范[2]的要求。

3)雨水的浸濕。2003年8月～10月份,通常連續(xù)幾天處于陰雨天氣,使該線路基填料經(jīng)常處于高含水率狀態(tài),使黃土路基發(fā)生較大變形,出現(xiàn)較多病害現(xiàn)象。同時(shí),由于路基邊坡防護(hù)不力,邊坡土體密實(shí)度低,易發(fā)生邊坡土體被沖蝕、邊坡淺層土體溜坍等病害現(xiàn)象。

4)人為因素。人為因素主要包括設(shè)計(jì)和施工方面。設(shè)計(jì)方面,部分?jǐn)嗝娉叽绮缓侠?邊坡取值不當(dāng),排水、防護(hù)與加固不妥,未對(duì)高填路堤進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算,且施工工藝、填料未作特別要求說(shuō)明;施工方面,填筑順序不當(dāng),未在全寬范圍內(nèi)分層填筑,填筑厚度不符合規(guī)定,填料質(zhì)量不符合要求,水穩(wěn)定性差;不同性質(zhì)的填料混填,因不同土類的可壓縮性差異,形成不均勻沉降,路基填料含水量控制不嚴(yán),又無(wú)大型整平和碾壓設(shè)備,使壓實(shí)達(dá)不到要求;施工過(guò)程中未注意排水,遇雨天時(shí),路基積水嚴(yán)重,無(wú)法自行排水,有的積水浸入路基內(nèi)部,形成水囊,晴天施工時(shí)也未排除積水、未控制含水量就繼續(xù)填筑,以致造成隱患,施工單位責(zé)任心不強(qiáng),自檢控制不到位[3]。

3 病害整治措施

3.1 路基填料改良

根據(jù)規(guī)范[2]規(guī)定,C組填料應(yīng)進(jìn)行土質(zhì)改良后才可以作為基床填料。黃土的水穩(wěn)定性很差。結(jié)合寶中鐵路開展的科研結(jié)果表明,即使在壓實(shí)度很高,達(dá)到了規(guī)范[2]所規(guī)定的數(shù)值時(shí),填土等遇水作用時(shí),強(qiáng)度會(huì)大幅度降低,剛度也會(huì)降低很多。因此,即使填料壓實(shí)度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,但在雨季,路基會(huì)發(fā)生不同程度變形,為了保證安全,列車要限速運(yùn)行。

3.2 提高線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

寶蘭二線是國(guó)家Ⅰ級(jí)鐵路干線,列車行車速度與鐵路幾次提速之前相比有較大提高,因而對(duì)線路路基等勢(shì)必提出了更高的要求,尤其是線路幾何尺寸一定要保證。而要達(dá)到這一點(diǎn),除了線路結(jié)構(gòu)本身外,作為線路基礎(chǔ)的路基來(lái)說(shuō),要有足夠的強(qiáng)度,尤其是要有足夠的穩(wěn)定性。路基變形一方面要從總量上進(jìn)行控制,另外其短期內(nèi)所發(fā)生的變形更不能超限。

由于黃土具有許多特殊的物理力學(xué)性能,尤其是其水穩(wěn)定性比較差這個(gè)客觀事實(shí),這就要求在設(shè)計(jì)、修建行車速度比較高、行車密度比較大、列車荷載也比較大的鐵路干線來(lái)說(shuō),從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定到施工質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)管理等方面要進(jìn)一步提高。

3.3 加強(qiáng)路基防排水

1)若路基下沉量相對(duì)較小,但降雨時(shí)路基表面填料軟化嚴(yán)重,并伴有翻漿冒泥現(xiàn)象時(shí),可以使用復(fù)合土工膜封閉路基基床表面的方法處理,此種措施可以結(jié)合路基中修或大修時(shí)進(jìn)行。

2)若路基下沉量平均在200 mm左右,可以在路基基床部分設(shè)置灰土樁、雙灰樁等加固、加強(qiáng)路基,提高路基承載性能。

3)若路基沉降量過(guò)大(超過(guò)400 mm),路基渣囊較嚴(yán)重,可以在清除渣囊后,整平現(xiàn)有路基面,設(shè)置灰土樁、雙灰樁后,再用三七灰土填筑路基基床表層,恢復(fù)路拱利于今后路基面排水。也可以利用土工格柵加筋墊層法處理基床表層部分;路基填土高度大,下沉嚴(yán)重者,還可以同時(shí)采用復(fù)合土工膜封閉路基表面,防止雨水等進(jìn)一步浸濕路基。

4)做好路基周圍排水。盡量減小或防止地面積水等長(zhǎng)時(shí)間浸泡鐵路路基。

5)對(duì)路基邊坡填土密度較低者,可以采用漿砌片石骨架護(hù)坡、種植紫穗槐等措施防護(hù)、加固。

6)在雨季加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

7)對(duì)個(gè)別病害嚴(yán)重工點(diǎn),單獨(dú)、專門進(jìn)行研究,確定合理加固措施。

3.4 采用土工合成材料

在黃土路基半填半挖路段,由于在填挖結(jié)合部沉降量不同,產(chǎn)生一定的沉降差值,由此導(dǎo)致道路產(chǎn)生縱向裂縫。在路基填筑過(guò)程中,分層加入土工格柵,就可以減少填挖結(jié)合部位的沉降差;同時(shí)加強(qiáng)填挖路基的銜接,并保證路基的填筑質(zhì)量,避免填挖路基性質(zhì)差異所產(chǎn)生的危害。

3.5 減壓

減壓就是降低列車荷載對(duì)路基的作用,主要是通過(guò)改變路基和軌道的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn),方法主要有:加長(zhǎng)軌枕長(zhǎng)度和縮小軌枕的間距、使用重型鋼軌、加厚道床和設(shè)置墊層等[4]。

3.6 綜合治理

采用綜合方法,徹底根治病害。路基病害往往是多方面不利因素造成的,治理時(shí)要對(duì)癥下藥,不同的治理方法綜合使用,對(duì)病害徹底治理。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著更高標(biāo)準(zhǔn)鐵路(如客運(yùn)專線)建設(shè)的大規(guī)模開展,路基工程設(shè)計(jì)也由強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)變?yōu)橐宰冃慰刂圃O(shè)計(jì)?？刂坪头乐?jié)裣菪渣S土路基可能發(fā)生過(guò)大的不均勻變形,對(duì)路基病害的產(chǎn)生有著十分重要的作用[5]。在深厚濕陷性黃土區(qū)建設(shè)對(duì)沉降控制極為嚴(yán)格(在建的鄭西客運(yùn)專線為15 mm(30 mm))的高標(biāo)準(zhǔn)客運(yùn)專線缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),如何合理確定濕陷性黃土路基的設(shè)計(jì)原則和處理措施,提出可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)、質(zhì)量檢測(cè)方法和檢驗(yàn)指標(biāo),確保工后沉降滿足鋪設(shè)無(wú)碴軌道的要求,是濕陷性黃土地區(qū)客運(yùn)專線建設(shè)面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)[6]。

[1] 蘭州鐵路局,蘭州交通大學(xué).西北地區(qū)濕陷性黃土路基變形特點(diǎn)及加固措施研究(2004G029)[R].蘭州:蘭州鐵路局,蘭州交通大學(xué),2007.

[2] TB 10001-2005,鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 吳小紅.路基病害的成因及處治措施[J].山西建筑,2008,34(12):284-285.

[4] 黃書華,謝達(dá)文.鐵路路基病害整治技術(shù)[J].鐵道建筑,2008(9):64-66.

[5] 賈文君.濕陷性黃土地區(qū)水泥土擠密樁復(fù)合地基的承載力和變形特性研究[D].蘭州:蘭州交通大學(xué)碩士論文,2008.

[6] 錢征宇.濕陷性黃土地區(qū)鐵路的主要技術(shù)問(wèn)題及其工程措施[J].中國(guó)鐵路,2006(2):28-32.