大西高速鐵路季節(jié)性凍土區(qū)路基凍害成因及整治措施

李尚飛

（大秦鐵路股份有限公司 太原高鐵工務(wù)段，山西 太原 030013）

大西高速鐵路季節(jié)性凍土區(qū)路基凍害成因及整治措施

李尚飛

（大秦鐵路股份有限公司 太原高鐵工務(wù)段，山西 太原 030013）

以大（同）西（安）高速鐵路高速綜合試驗(yàn)段為例，對(duì)季節(jié)性凍土區(qū)路基凍害主要成因、整治措施及其效果進(jìn)行研究。針對(duì)高速綜合試驗(yàn)段路基含水量高、細(xì)顆粒含量大、所處區(qū)域長(zhǎng)期低溫而導(dǎo)致路基出現(xiàn)凍脹進(jìn)行分析，采用封閉軌面滲水裂縫、清理電纜槽泄水孔、增設(shè)基床表層排水孔和基床底層排水盲溝等措施進(jìn)行整治。分析對(duì)比病害整治區(qū)段同一位置的年度最大凍高數(shù)據(jù)，證明提出的路基凍害整治措施可行并有效。

大西高速鐵路；季節(jié)性凍土區(qū)；路基凍害；整治措施；高速綜合試驗(yàn)段

0 引言

高寒地區(qū)路基凍害一直是交通工程中存在的主要問題，也是影響凍土地區(qū)鐵路和公路各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及行駛穩(wěn)定性的控制因素。特別是在季節(jié)性凍土地區(qū)，路基隨季節(jié)變化而反復(fù)出現(xiàn)凍脹融沉現(xiàn)象，容易產(chǎn)生不均勻凍脹，從而導(dǎo)致路基高低不平，嚴(yán)重影響行車安全。我國(guó)季節(jié)性凍土分布很廣，約占國(guó)土面積的53.5%。研究季節(jié)性凍土地區(qū)路基土體的凍脹機(jī)理，分析其影響因素，尋求合理有效的防治措施，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-6]。

1 路基凍害概況

高速綜合試驗(yàn)段（K164+800—K251+466）起自原平西站，經(jīng)忻州西、陽(yáng)曲西站至歇子寨大橋臺(tái)尾，正線全長(zhǎng)86.666 km，其中路基長(zhǎng)16.798 km，占19.38%。2015年冬季是大西高速鐵路開通后的首個(gè)凍融期，進(jìn)入凍害爆發(fā)期，動(dòng)態(tài)檢查車檢測(cè)出的偏差處所急劇上升，全線Ⅱ級(jí)偏差平均每日增加10個(gè)，Ⅰ級(jí)偏差平均每日增加25個(gè)。進(jìn)入凍害穩(wěn)定期后，全線發(fā)生凍害47處，其中路塹地段占81%，累計(jì)4 266 m，平均凍高5.9 mm，初期監(jiān)測(cè)最大凍高15.0 mm。

2 路基凍脹原因[7-10]

（1）基床中含有細(xì)顆粒?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，基床表層級(jí)配碎石中含有大量黏性顆粒，顆粒粒徑對(duì)土體凍脹影響顯著，為基床凍脹提供了條件。

（2）低溫時(shí)段長(zhǎng)。根據(jù)忻州氣象局資料，忻州地區(qū)歷年最冷月平均氣溫-8.8 ℃。忻州地區(qū)2015年10月—2016年4月平均氣溫偏低，其中2016年1月24日的氣溫為-16.8 ℃，接近歷史最低氣溫。

（3）水分補(bǔ)給。路基中水分的含量是凍脹產(chǎn)生的重要因素，水的來源主要是地下水和大氣降水。由于路基封閉層存在混凝土裂縫，大氣降水滲入基床，導(dǎo)致路基中含水量升高。

高速綜合試驗(yàn)段的路基含水量高、細(xì)顆粒含量大，且所處區(qū)域長(zhǎng)期低溫，導(dǎo)致路基發(fā)生嚴(yán)重凍害。

3 整治措施

路基凍害整治措施橫斷面示意見圖1。根據(jù)軌面防水、路基內(nèi)排水的原則，采用縫隙封堵、疏通基床表層排水和基床底層盲溝排水措施，并對(duì)凍害嚴(yán)重路段進(jìn)行凍脹監(jiān)測(cè)，檢驗(yàn)凍害整治效果。

3.1 軌面滲水裂縫封閉

根據(jù)高速鐵路無砟軌道離縫發(fā)生和發(fā)展特點(diǎn)，采用變形協(xié)調(diào)能力強(qiáng)、粘結(jié)性能好，并具有一定自愈合能力的密封材料，對(duì)封閉層出現(xiàn)的溫縮型裂縫和封閉層與底座板、底座板與軌道板間的施工型離縫進(jìn)行整治。

3.2 電纜槽泄水孔清理

清理電纜槽泄水孔、線間集水井橫向排水管和基床表層泄水孔，使其排水暢通，更換損壞的排水管，使路基中的水能夠及時(shí)排出。

3.3 增設(shè)基床表層排水孔

基床表層底部按泄水坡度垂直線路方向鉆孔，成孔后清孔，并安裝透水土工布包裹的開孔排水管至線間，排水管間距2 m。

圖1 路基凍害整治措施橫斷面示意圖

3.4 基床底層排水盲溝施工

排水盲溝剖面示意見圖2。

圖2 排水盲溝剖面示意圖

（1）測(cè)量放樣。根據(jù)排水施工平面定位布置圖，進(jìn)行施工測(cè)量放線，在地面定出排水溝的開挖邊線，增設(shè)施工平面和高程控制樁，并根據(jù)溝槽設(shè)計(jì)及土質(zhì)情況計(jì)算出開槽寬度和深度。

（2）開挖溝槽。測(cè)量放線后開挖溝槽。挖深由測(cè)量人員檢測(cè)進(jìn)行高程控制。采用以機(jī)械為主、人工為輔施工。開槽時(shí)應(yīng)同時(shí)采取防水、排水措施，避免槽底進(jìn)水浸泡。應(yīng)盡量縮短開槽的暴露時(shí)間。開槽后不能立即進(jìn)行下一道工序，應(yīng)保留10～30 cm的挖深，待下道工序施工前整修為設(shè)計(jì)槽底高程，同時(shí)應(yīng)預(yù)留約20 cm，采用人工清挖。嚴(yán)禁擾動(dòng)槽底，如果發(fā)生超挖，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行回填。開槽過程中應(yīng)經(jīng)常檢查槽幫是否穩(wěn)定，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)變形、裂縫或支撐走動(dòng)，必須立即停止施工進(jìn)行處理。

（3）夯實(shí)溝槽土基。溝槽開挖達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，溝底土基采用打夯機(jī)配合人工進(jìn)行夯實(shí)，并進(jìn)行找坡處理。

（4）基床底層橫向排水管安裝。在側(cè)溝路基側(cè)及下部設(shè)置盲溝，并間距2 m鉆設(shè)橫向排水孔，成孔后安裝排水管。排水管直徑100 mm，管體開孔，采用透水土工布包裹。

（5）澆筑混凝土墊層。在排水盲溝槽底鋪土工布，上澆5 cm厚C25混凝土，并再次對(duì)墊層頂面進(jìn)行坡度檢驗(yàn)，以保證水溝排水通暢。

（6）混凝土排水管安裝。按設(shè)計(jì)鋪設(shè)管長(zhǎng)4 m的混凝土管，并采用混凝土澆筑固定，同時(shí)在混凝土管表面采用砂漿順坡，使下滲水能順利流入混凝土管。

（7）敷設(shè)土工布。將土工布鋪入溝內(nèi)。鋪放土工布時(shí)溝面上應(yīng)留有土工布卷邊，以包裹碎石填料。土工布之間的搭接長(zhǎng)度應(yīng)留30 cm，以保證過濾效果。土工布敷設(shè)時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓潭ù胧?，防止充填碎石時(shí)土工布移動(dòng)。

（8）碎石充填。墊層達(dá)到一定強(qiáng)度后，選用粒徑為5～10 cm的碎石鋪滿溝槽。

（9）原有水溝結(jié)構(gòu)恢復(fù)。碎石回填完畢后，在碎石頂部鋪設(shè)保溫板，進(jìn)行水溝鋼筋綁扎和模板支護(hù)，而后測(cè)量、放線，保證水溝溝底坡度與原有水溝順接，最后對(duì)水溝進(jìn)行澆筑。

4 高速綜合試驗(yàn)段路基凍害整治效果

分析對(duì)比病害整治區(qū)段軌道檢查車2015年和2016年同一位置的年度最大凍高數(shù)據(jù)（見圖3），發(fā)現(xiàn)2016年最大凍高比2015年有明顯降低，滿足線路安全運(yùn)營(yíng)要求，證明該路基凍害整治措施可行并有效。

5 結(jié)論

（1）綜合試驗(yàn)段（K164+800—K251+466）的路基凍害產(chǎn)生原因是路基中細(xì)顆粒含量較多、路基含水量較高、區(qū)域溫度低且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。

圖3 同一位置的年度最大凍高數(shù)據(jù)

（2）采用“軌面裂縫封閉+疏排基床表層滯水+修建排水盲管”的凍害整治措施可行，有效解決了路基凍害問題。

[1] 閆宏業(yè)，蔡德鉤，張千里，等. 鐵路路基凍害防治 保溫技術(shù)研究[J]. 鐵道建筑，2015(1)：51-55.

[2] 馬榮田，仇鵬，歐志強(qiáng). 季節(jié)性凍土區(qū)鐵路客運(yùn)專 線路塹路基凍害成因分析及對(duì)策研究[J]. 鐵道建 筑，2014(6)：101-106.

[3] 郭銳. 季節(jié)性凍土區(qū)運(yùn)營(yíng)線路基凍害防治技術(shù)[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2012.

[4] 馬紅絳. 蘭新鐵路路基凍害的影響因素和整治措施 研究[D]. 蘭州：蘭州交通大學(xué)，2011.

[5] 夏瓊，楊有海，竇順. 蘭新鐵路路基凍脹特征及凍 害整治措施研究[J]. 冰川凍土，2011(1)：164-170.

[6] 王秋枝. 季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基凍害及其防治措 施[J]. 鐵道勘察，2009(3)：22-25.

[7] 倪鐵山. 季凍區(qū)鐵路路基凍害原因分析與整治措施 研究[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2009.

[8] 程愛君，葉陽(yáng)升. 多年凍土地區(qū)路基凍害分析及防 治措施[J]. 鐵道建筑，2006(7)：60-61.

[9] 李清輝. 蘭新客專無砟軌道黃土路基沉降加固技術(shù)[J]. 中國(guó)鐵路，2016(12)：25-28.

[10] 張海明. 太原南站站場(chǎng)路基沉降病害檢測(cè)及整治 技術(shù)[J]. 中國(guó)鐵路，2016(8)：33-36.

Causes o f Frost Heaving o f Subgrade in Seasonal Frosted Sections of Datong-Xi’an HSR & Solutions

LI Shangfei
（Taiyuan HSR Track Maintenance Depot，Daqin Railway Co Ltd，Taiyuan Shanxi 030013，China）

This paper takes the Comprehensive HS Test Section of Datong-Xi'an HSR as an example and looks into the main causes of frost heaving of sub grade in seasonal frosted sections and solutions of the problem. Given the fact that the high water content and high fine particle content in the comprehensive HS test section and the long-term low temperature in the area lead to the frost heave of the sub grade, this article proposes solutions such as sealing water leaking cracks on the rail surface, cleaning the drainage openings in cable trough and opening drainage holes on the surface of the sub grade bed and blind ditches of drainage on the bottom layer of sub grade.It also compares the maximum height of frost heave in one year at a location in the section with that of another,and con firms that the solutions put forward in the paper are workable and effective.

Datong-Xi'an HSR；seasonal frosted sections；frost heaving of sub grade；solutions for treatment；comprehensive HS test section

U216

A

1001-683X（2017）09-0109-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.09.109

高鐵聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1434211）；鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心項(xiàng)目（2016YJ032）

李尚飛（1988—），男，助理工程師，本科。E-mail：825330892@qq.com

責(zé)任編輯 李葳

2017-06-11