京通線路基凍脹及春融翻漿冒泥整治

郭勝

(北京鐵路局工務(wù)處，北京100844)

京通線路基凍脹及春融翻漿冒泥整治

郭勝

(北京鐵路局工務(wù)處，北京100844)

針對京通線(北京—通遼)路基凍脹及春融翻漿冒泥病害，開展了室內(nèi)土樣顆粒分析及原狀土含水率、凍脹、滲透性等試驗(yàn)，并通過地質(zhì)雷達(dá)法和高密度電法進(jìn)行了物探分析，查明了路基凍結(jié)層地下水分布情況，闡明了病害產(chǎn)生的原因。提出了鋪設(shè)PVC(聚氯乙烯)毛細(xì)排水板隔水保溫和增設(shè)密井暗管降低地下水位的整治措施，并在現(xiàn)場多處試用。連續(xù)3年觀測結(jié)果表明整治效果良好。

路基;凍脹;翻漿冒泥;病害整治

1　概述

京通線K61—K64，K158—K161，K165—K168，K183—K188，K219—K220等路基挖方地段，路基基床為黃土質(zhì)黏性土或泥頁巖互層。每年冬季線路凍害較嚴(yán)重，在3～10 m范圍內(nèi)路基不均勻凍脹變形普遍超過20 mm，給線路維修養(yǎng)護(hù)工作帶來較大困難。如2012年冬，京通線K184+620—K184+780岔區(qū)多處發(fā)生凍脹，最大凍脹變形達(dá)到40 mm，對行車安全危害極大。特別是在每年4月中上旬的春融季節(jié)，由于氣溫上升較快，凍脹地段凍土表層迅速融化，使基床表層黏性土含水率驟然升高，不能及時(shí)排除。這使基床表層處于塑性狀態(tài)，承載力降低，列車通過時(shí)，基床翻漿冒泥，軌道幾何尺寸難以保持，多次發(fā)生軌道幾何尺寸嚴(yán)重超限的情況。如2013年4月19日K63+830—K63+840曲線上股基床翻漿冒泥造成水平偏差達(dá)30 mm;2012年4月14日K186+000—K186+030曲線上股基床冒泥造成水平偏差達(dá)30 mm;2005年4月1日，K184+640—K184+646翻漿冒泥造成線路水平偏差達(dá)40 mm。上述病害反復(fù)發(fā)生，對行車安全造成較大安全隱患。本文探討京通線路基凍脹及春融翻漿冒泥病害產(chǎn)生的機(jī)理及整治措施。

2　路基凍脹及春融翻漿冒泥原因分析

土體凍脹影響因素主要有土質(zhì)、負(fù)溫總量和土體含水量。其中土質(zhì)是內(nèi)因，負(fù)溫和水分是外因。當(dāng)3個(gè)條件都具備時(shí)路基不可避免地發(fā)生凍脹。因此，在京通線選取部分典型地段進(jìn)行土樣試驗(yàn)和物探分析，以確定土體性質(zhì)和土體含水情況。

2.1室內(nèi)試驗(yàn)分析

在京通線K184+700處取土樣進(jìn)行了室內(nèi)顆粒分析及原狀土含水率、界限含水率、相對質(zhì)量密度、擊實(shí)、凍脹、滲透性等試驗(yàn)(試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1、表2)。結(jié)果表明，京通線凍脹地段土質(zhì)以粉粒和黏粒為主，為粉質(zhì)黏土。土樣塑性指數(shù)17.4，滲透系數(shù)3.2×10－7cm/s，含水率為17.20%～19.26%，凍脹率2.2%，屬于凍脹強(qiáng)敏感性土。

表1　京通線路基凍脹地段土樣顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果%

表2　京通線路基凍脹地段土樣物理力學(xué)參數(shù)

2.2物探分析

2013年春季，通過地質(zhì)雷達(dá)法和高密度電法分別對京通線凍脹和翻漿冒泥較嚴(yán)重的K165+400—K166 +100和K184+600—K184+800路基進(jìn)行了探測，探測結(jié)果見圖1。地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果表明在路基面0.6 m以下2.5 m以上范圍內(nèi)含水量普遍較大，路基體內(nèi)沿線路方向含水量不均勻。高密度電法探測結(jié)果表明路基體內(nèi)凍結(jié)層厚度達(dá)1.5 m。

上述分析表明，京通線發(fā)生不均勻凍脹的原因主要是由于部分挖方地段土質(zhì)為黏性土或風(fēng)化的泥頁巖互層，土體含水量較高，滲水性差，凍脹敏感，且土體內(nèi)含水不均勻，因而會產(chǎn)生不均勻凍脹。同時(shí)，在春季氣溫回升時(shí)，由于凍結(jié)層較厚，凍結(jié)層表層和底層融化時(shí)間不同，表層土體先融化，而底層未融化形成隔水層，從而使表層土體含水量升高，處于塑性狀態(tài)，承載力降低。這樣在列車反復(fù)荷載作用下，產(chǎn)生春融翻漿冒泥病害。

圖1　京通線K184+600—K184+800探測結(jié)果

3　路基凍脹及春融翻漿冒泥整治

京通線路基凍脹及春融翻漿冒泥主要產(chǎn)生在挖方地段的路塹內(nèi)或半填半挖的站場?；餐馏w為原狀黏性土，含水量高，凍脹敏感。整治上述病害應(yīng)從基床換填弱凍脹土、增設(shè)保溫隔水層、增設(shè)排水系統(tǒng)、降低地下水位等方面考慮?？紤]到換填基床所需要的換填厚度大、投資高、施工安全風(fēng)險(xiǎn)大等缺點(diǎn)，舍棄了該方案。重點(diǎn)探討增設(shè)保溫隔水層和增設(shè)密井暗管2種方案。

3.1K 63+490—K 63+620鋪設(shè)毛細(xì)排水板

①利用不小于150 min的施工封閉點(diǎn)，將施工地段軌排頂起;②人工清砟至軌枕底下35 cm處，鋪設(shè)5 cm厚中粗砂墊層;③鋪設(shè)PVC保溫毛細(xì)排水板(見圖2、圖3);④排水板上方鋪設(shè)10 cm厚中粗砂墊層;⑤回填道砟至設(shè)計(jì)標(biāo)高;⑥恢復(fù)開通線路。

3.2K 184+620—K 184+780增設(shè)密井暗管(圖4)

1)開挖深水溝。開挖至軌面以下2.3 m處，水溝斷面為梯形，頂面寬1 m，下部寬60 cm。

2)開挖檢查井。檢查井采用120 cm×100 cm的長方形截面，底部開挖至新建暗管下25 cm處，頂面高出基床表面20 cm。檢查井間距為5.2 m，井壁為C30鋼筋混凝土。檢查井主要用于暗管堵塞時(shí)能下井疏通。

圖2　鋪設(shè)PVC毛細(xì)排水板平面示意

圖3　基床保溫整治剖面(單位:cm)

3)施作排水溝底部墊層。采用碎石鋪砌溝底，厚10 cm。

4)鋪設(shè)無紡布。沿新建水溝四周密貼鋪設(shè)土工布，要求土工布刺破強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度不小于400 N，CBR(Clifornia Bearing Ratio)頂破強(qiáng)度不小于1.5 kN，用量不小于400 g/m2。土工布主要起到過濾作用，防止地層中細(xì)顆粒流失，形成空洞。

5)施作排水暗管。排水暗管采用直徑30 cm的混凝土管，沿管身全長均勻設(shè)置進(jìn)水口，進(jìn)水口直徑為5 cm，梅花形布置，間距1 m。每根排水管長度為2 m，排水管接頭采用專用接頭連接，防止漏水。排水暗管全長包裹一層單向透水無紡布作為過濾層。

6)回填無砂混凝土。回填至基床表面下20 cm處，地下水能通過其孔隙進(jìn)入排水管。

7)施作隔離層。在土工布上方施作20 cm厚的碎石隔離層。

8)施作檢查井井蓋。檢查井井蓋采用鋼筋混凝土材料，施工時(shí)確保井蓋密貼。

9)施作引流暗管。引流暗管為直徑30 cm的鑄鐵管，與排水暗管連接，將地下水引流至路基體外既有排水系統(tǒng)。

4　結(jié)語

通過近3年京通線7處鋪設(shè)PVC毛細(xì)排水板隔水保溫和增設(shè)密井暗管降低地下水位的整治效果看，兩者均能將路基不均勻凍脹控制在10 mm以內(nèi)，并消除春融基床翻漿冒泥病害，效果良好。如2種整治方法同時(shí)使用，可控制路基不均勻凍脹至5 mm以內(nèi)，效果更佳。通過鋪設(shè)PVC毛細(xì)排水板隔水保溫和增設(shè)密井暗管降低地下水位的路基凍脹整治措施，可為類似的凍害整治工程借鑒。

［1］田亞護(hù)，劉建坤，彭麗云．動靜荷載作用下細(xì)粒土的凍脹特性實(shí)驗(yàn)研究［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，2010，32(12):1882-1887．

［2］中華人民共和國鐵道部．TB 10621—2009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］．北京:中國鐵道出版社，2010．

［3］李向群．吉林省公路凍害原因分析及處理方法研究［D］．吉林:吉林大學(xué)，2006．

［4］霍凱成，黃繼業(yè)，羅國榮．路基凍脹機(jī)制及凍害防范整治措施探討［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21(7):1099-1103．

［5］吳紫汪．土的凍脹性實(shí)驗(yàn)研究［M］//中國科學(xué)院蘭州冰川凍土研究所集刊第3號．北京:科學(xué)出版社，1981．

［6］趙富軍．哈大客專路基凍脹變形特征及防治措施［J］．鐵道建筑，2016(9):86-90．

(責(zé)任審編 李付軍)

Treatment of Frost-heaving and Mud Pumping Caused by Spring Thaw for Beijing－Tongliao Railway Subgrade

GUO Sheng
(Permanent Way Department of Beijing Railway Administration，Beijing 100844，China)

In view of the subgrade diseases of frost-heaving and m ud pum ping caused by spring thaw，the laboratory experiments on soil sample particle analysis and natural soil water content ratio，frost-heaving and permeability and so on were conducted．The geophysical analysis methods such as geo logical radar method and high-density resistivity method were app lied to detect the distribution of groundw ater in subgrade frozen layer．The causes of subgrade diseases were analyzed．T he diseases treatments such as laying PVC(Polyvinyl Chloride)capillary drainage plates to separate water and keep warm，and setting dense well closed drainage system to lower the ground water lever were provided．The treatm ents were on trial and had good effect which was proved by observation results in three years．

Subgrade;Frost-heaving;Mud pumping;Diseases treatment

U213．1+4

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．26

1003-1995(2016)11-0101-03

2016-04-25;

2016-06-29

郭勝(1966—)，男，高級工程師。