隴海線新建河車站路基病害原因分析及處理措施

景文濤（甘肅綜合鐵道工程承包有限公司，甘肅 蘭州　730000）

隴海線新建河車站路基病害原因分析及處理措施

景文濤
（甘肅綜合鐵道工程承包有限公司，甘肅 蘭州730000）

介紹了隴海線新建河車站K1330+590—K1331+150段路基病害現狀、發(fā)生和發(fā)展情況，分析了病害產生的原因，針對病害情況提出了基床換填+灰土擠密樁和注漿2個處理方案，進行技術、經濟比較后，選用基床換填+灰土擠密樁處理方案，提高了基床的水穩(wěn)定性及承載能力，保證了路基的安全運營，可供類似工程借鑒。

既有鐵路車站；路基病害；原因分析；處理措施；方案比選

隴海線K1330+590—K1331+150段位于新建河車站內，屬于隴海下行線提速區(qū)段，列車最高運行速度為140 km/h。路堤邊坡高度約30 m，自2003年開通以來，路基累計下沉達到1 m。整治前存在的問題主要為：路基基床多處形成道砟囊，涵洞被拉裂，線路軌面平順度差，接觸網導高不足，接觸網支柱傾斜，信號電纜存在被拉斷的風險等。以上病害已經嚴重影響到行車安全（鐵路局對病害段落正線限速為60 km/h），如不采取整治措施，將會出現較大的行車中斷及運營安全事故。本文通過現場踏勘和資料收集，找到病害原因，并提出了基床換填+灰土擠密樁和注漿2種處理方案。經過方案比選，采用基床換填+灰土擠密樁處理方案，提高了基床的水穩(wěn)定性及承載能力，保證了路基的安全運營。

1　工程概況

新建河車站位于陜西省寶雞市鳳閣嶺鄉(xiāng)建河村境內，為渭河河谷及階地區(qū)，路基病害沉降段位于高填方路基。

1.1地層巖性

工程范圍內地層主要為第四系全新統沖積黏質黃土，其下為卵石土。

（1）黏質黃土：層厚約23～28 m，淺灰黃色、黃褐色，稍密，硬塑，Ⅱ級普通土，σ0=130 kPa，具Ⅱ級自重濕陷性，濕陷土層厚約9.5 m。

（2）卵石土：淺灰色，卵石成分以花崗巖為主，磨圓度較好，飽和，中密，Ⅱ級普通土，σ0=600 kPa。

1.2氣象水文及地震

該工點無地表水，地下水位埋深16～21 m，主要由渭河水及大氣降水補給。年平均降水量為491.6 mm。地震基本烈度為Ⅷ度。最大土壤凍結深度為1.0 m。

1.3原設計情況和既有線運營情況簡介

新建河車站為隴海下行線越行車站，由三股道組成，其中Ⅱ道為正線，三股道之間的線間距為5 m。線路以高路堤形式通過，左側路堤高約30 m。原設計路基填料為普通黃土，且從路基本體到基床均采用這一填料，設計要求基床表層壓實系數≥0.91，基床底層壓實系數≥0.89，路基本體壓實系數≥0.86。本段遠期（2013年）設計通過能力為165對/日、運能為4 230 萬t/年，客車數量為34對/日、貨車數量為34對/日。隨著我國經濟改革步伐的加快與深化，鐵路運能發(fā)生了大的變化，目前通過能力為 192.8對/日、運能為7 000萬 t/年，客車數量為 45對/日、貨車數量為 63 對/日。最新設計標準要求基床表層須選用A，B組填料，地基系數K30≥150 MPa/m，基床底層壓實系數≥0.93，路基本體壓實系數≥0.9［1］。舊標準難以滿足實際需要，因此引起路基下沉、基床不穩(wěn)定等諸多病害，鐵路維護費用也不斷增加。線路自開通運營以來路基下沉明顯，工務部門對下沉段落采用填補道砟來保持軌面標高，雖然經過多次抬道及撥道整治，線路的平順度及穩(wěn)定性依然較差，嚴重影響了列車的行駛，鐵路局對正線限速為60 km/h。

1.4病害現狀、發(fā)生及發(fā)展狀況

本段線路自2003年開通至2007年以來，路基下沉每年約20 cm，2007年5月對該段路堤坡面增設支撐暗溝及骨架護坡進行病害整治，路基下沉趨勢收斂，但后期仍有發(fā)展，2014年5月至2014年底觀測點處最大下沉量為4.2 cm。截止2014年底，累計下沉量達100 cm，道床厚度約1.6 m，軌面與路肩最大高差達到2 m。路基下沉造成隴海下行線 K1330+807第5節(jié)涵管處臺階開裂，縫隙處可見黃土。路基沉降導致線路運營狀況不良，平順度差，接觸網支柱產生傾斜，信號電纜存在被拉斷的風險。雖經抬道填砟整治，但接觸網立柱導高調整受限，無法恢復到該段線路的設計標高。抬道后為了保證路肩寬度及高度，采用干砌片石垛加高路肩。經過地質雷達測試，路基基床在1.5～2.5 m深度范圍內存在道砟囊。經土工試驗檢測，道砟囊含水率為35%～50%，呈流塑狀；路基土含水率為20%～35%，呈可塑～軟塑狀，承載力嚴重不足。地質雷達測試綜合結果，見表1，表中里程標記以K1331+000整公里標為基準，采用30 m皮尺量測。

表1　地質雷達測試綜合結果

2　病害原因分析

通過查閱以前的設計及施工資料、氣象資料、運營維修資料，結合土工試驗結果，基本可判斷該區(qū)域發(fā)生路基病害的原因如下：

1）原設計對路基本體和基床均采用了黃土填筑，基床填料標準較低，水穩(wěn)定性差。

2）在施工過程中對質量控制不嚴，填筑過厚，檢測時雖然土層表面壓實度合格，但內部填土不密實，為路基產生較大的工后沉降留下隱患。

3）由于路基填筑不密實，在列車荷載作用下，路基產生不均勻沉降。建河村雨水豐富，降雨時雨水不能及時排出路基面并長時間浸泡路基，而黃土填料水穩(wěn)性差，在下滲的雨水作用下，填料被軟化，抗剪強度下降，導致路基承載能力降低。經多次補填道砟作業(yè)，在雨水和列車荷載持續(xù)作用下，路基繼續(xù)下沉，并將補填的道砟壓入路基基床內，形成道砟囊［2］。

4）近年來隨著重載及提速列車的大量開行，路基內應力水平、分布狀態(tài)和作用方式發(fā)生了顯著改變，由于既有鐵路路基設計承載力偏小，在列車提速后引起的動應力作用下，使得已存在的病害更加嚴重［3］。

5）新建河車站位于山區(qū)，交通不便，加之高填方，給維護工作帶來了極大的困難，導致病害段落養(yǎng)護不足。

經過現場踏勘發(fā)現路基邊坡骨架護坡完整，未出現鼓裂現象。K1330+807涵洞裂縫已于2013年修補完成后并未出現新的裂紋，且涵洞頂路基邊坡完整，未出現張拉裂縫。通過走訪調查、沉降觀測及結合地質雷達報告，綜合判斷路基本體沉降已趨于穩(wěn)定，路基病害主要集中在基床部位。

3　設計方案比選

根據病害分析和病害發(fā)生部位，并結合改建既有線路基應按新建線標準設計和基床厚度為2.5 m［1］的規(guī)定，本次設計為徹底解決路基病害，以處理整個基床為原則，結合局部路基本體不密實的現象，提出了基床換填+灰土擠密樁［4-6］和注漿2個設計方案。

3.1基床換填+灰土擠密樁方案

對整個基床進行換填處理，路基頂面以下1.5 m范圍內換填碎石土，1.5～2.5 m范圍內換填三七灰土。滿足碎石土地基系數K30≥150 MPa/m，三七灰土壓實系數K≥0.93［1］。對局部不密實的路基本體采用灰土擠密樁加固，樁徑0.4 m，間距1.5 m，采用梅花形布置，樁長3～6.5 m。于路肩寬度和高度不足地段修筑L形鋼筋混凝土擋墻，對一般段落路堤采用干砌片石護肩防護。換填及灰土擠密樁處理橫斷面見圖1。

3.2注漿方案

對整個基床及局部不密實的路基本體進行注漿加固，注漿材料選用水泥和水玻璃的速凝漿液［4-5］。水泥漿水灰比（按重量）為1∶1，水玻璃的濃度為15～20°Be'，水泥漿與水玻璃設計的綜合配比（按體積）為1∶0.5，注漿孔間距1.5 m，孔徑10 cm，采用梅花形布置。于路肩寬度和高度不足地段修筑L形鋼筋混凝土擋墻。

圖1　換填及灰土擠密樁處理橫斷面（單位：m）

3.3方案優(yōu)缺點分析

1）基床換填 +灰土擠密樁方案的優(yōu)點是通過對基床進行換填及對路基本體進行灰土擠密樁的加固，能提高路基承載力、防止雨水下滲、保證路肩寬度及高度，施工質量容易控制，可徹底根除路基病害。缺點是施工過程中要封閉兩股道并陸續(xù)拆除站內3條線路，對行車影響大，同時需要較大的材料堆放場地。

2）注漿方案的優(yōu)點是通過對基床及路基本體進行注漿加固，同樣能提高路基承載力、防止雨水下滲、保證路肩寬度及高度，注漿均勻程度較高，可有效解決路基病害。缺點是施工過程中要封閉兩股道，對行車影響大，且注漿質量不易控制。在施工過程中需加強道床冒漿與軌面高程的監(jiān)測，必須采取一系列安全保障措施和應急預案，確保施工安全和運營安全。

3.4實施方案的確定

對2個方案經過工程造價的計算，得出注漿方案總投資為703.02萬元，基床換填+灰土擠密樁方案總投資為653.58萬元。方案審查時提出注漿方案，由于道砟囊含水量大，注漿效果不佳，且注漿時容易跑漿，注漿壓力不易控制，解決不了高道床的問題。本著“一次整治、不留后患”原則，確定基床換填 +灰土擠密樁作為整治方案，該方案投資較低，工藝簡單，施工質量容易控制，且站場內具備材料堆放的條件。

4　基床換填+灰土擠密樁方案施工順序及注意事項

4.1施工順序

1）拆除1道、Ⅱ道線路及道砟，挖除道砟囊，保持3道正常行車。

2）對于1道左側路肩高程低于設計高程的段落于路肩處設置L形鋼筋混凝土擋墻。

3）對1道和Ⅱ道一半路基進行換填或灰土擠密樁施工，于Ⅱ道中心采用1∶0.5坡率放坡開挖，換填完成之后進行硬路肩的施工。其中對 K1330+756—K1330+790段Ⅱ道中心一半路基對路基本體采用灰土擠密樁加固。

4）鋪設1道線路，1道行車，拆除3道，于3道右側修筑L形鋼筋混凝土擋墻，并對3道、Ⅱ道剩余路基進行換填或灰土擠密樁及硬路肩的施工。其中對K1330+756—K1330+790段Ⅱ道中心剩余的一半路基及K1330+550—K1330+600段Ⅱ道、3道兩線間對路基本體采用灰土擠密樁加固。

5）最后鋪設Ⅱ道、3道線路，恢復正常通車運營。

4.2注意事項

1）換填厚度及材料要求：碎石土厚1.5 m，三七灰土厚1 m，并做成向外側4%排水橫坡。嚴格控制碎石土及三七灰土的壓實指標。

2）L形擋土墻立壁板胸坡及背坡坡率均采用1∶0，墻身采用 C30混凝土澆筑。擋土墻設計參數：重度19 kN/m3，內摩擦角35°，承載力200 kPa，基底摩擦系數0.35。擋墻受力主筋采用 HRB400鋼筋，直徑為22 mm，間距20 cm。立壁板每隔2 m上下左右交錯設置直徑0.1 m的PVC管泄水孔，保證緊挨底板處有一排泄水孔，管長與立壁同寬，排水坡為4%。擋土墻底板表面應做成4%向內排水坡。在墻后底板至距墻頂0.5 m范圍內鋪設一層0.3 m厚砂夾卵石反濾層，并應在距墻頂0.5 m范圍夯填不小于0.3 m厚的三七灰土隔水層。擋土墻沿線路縱向每隔10 m設伸縮縫一道，縫寬0.02 m，縫內全斷面填塞瀝青麻筋。底板下鋪10 cm厚碎石墊層，夯實至底板設計高程，整平后澆筑擋墻底板。墻頂應設置欄桿，擋墻施工時應預埋好U形螺栓。

3）K1330+756—K1330+790段Ⅱ道中心灰土擠密樁樁長為3 m，K1330+550—K1330+600段Ⅱ道、3道兩線間灰土擠密樁樁長為6.5 m。

4）在施工過程中要經常檢查樁位、樁徑、樁長、樁孔垂直度，土料的含水率、拌合均勻程度等。樁孔定位偏差不超過5 cm，樁孔垂直度偏差不宜大于1.5%。樁體平均壓實系數≥0.97，樁間土的平均擠密系數≥0.93。

5　實施效果

路基加固完成之后，通過沉降觀測樁進行了連續(xù)6個月的觀測，每月2次，其沉降速率＜2 mm/月，路基已基本趨于穩(wěn)定。鋼軌高低及水平偏差均＜3 mm，軌道平順度較好，運營狀況良好。

6　結語

鐵路路基基床是路基上部受列車動力作用和氣候變化影響較大的土層，其狀態(tài)直接影響到列車運行的平穩(wěn)和速度的提高，基床對填料的要求比路基本體高，通過對隴海下行線新建河車站路基病害的現狀分析，證實了這一要求。針對病害原因，通過方案比選，采用基床換填+灰土擠密樁方案加固路基能提高基床的水穩(wěn)定性及承載能力，保證了路基的安全運營。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10001—2005鐵路路基設計規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［2］楊有海，蘇在朝，夏瓊.黃土地區(qū)既有鐵路基床病害整治加固技術研究［J］.路基工程，2006（4）：141-142.

［3］彭華，張鴻儒.鐵路路基病害類型、機理及檢測與整治技術［J］.工程地質學報，2005，13（2）：195-199.

［4］楊廣慶，李三妮，葉朝良，等.石灰鋼渣擠密樁混合料配比研究［J］.鐵道建筑，2014（3）：121-123.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB 10106—2010鐵路工程地基處理技術規(guī)程［S］.北京：中國鐵道出版社，2010.

［6］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.JGJ 79—2012建筑地基處理技術規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

（責任審編趙其文）

Cause Analysis and Treatment Measures of Subgrade Diseases of Xinjianhe Station on Lanzhou-Lianyungang Railway

JING Wentao
（Gansu Synthetical Railway Engineering Contracting Co.，Ltd.，Lanzhou Gansu 730000，China）

T he present situation，occurrence and development condition，causes of subgrade diseases of Xinjianhe station located in K1330+590—K1331+150 on Lanzhou-Lianyungang Railway were described and analyzed.T he treatment schemes of subgrade bed replacement+lime-soil compaction pile and grouting were put forward.After comparison the technical and the economic with the two schemes，the scheme of subgrade bed replacement+lime-soil compaction pile was applied，which improved the water stability and the bearing capacity of the subgrade bed，ensured the safety operation of the subgrade.It may provide a reference for similar projects.

Existing railway station；Subgrade diseases；Cause analysis；T reatment measures；Scheme comparison

景文濤（1983— ），男，工程師。

U216.41+7

B

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.22

1003-1995（2016）07-0088-04

2016-02-25；

2016-04-12