無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路基設(shè)計(jì)方法

陳偉志，李安洪，李楚根，吳沛沛，丁兆峰

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路基設(shè)計(jì)方法

陳偉志，李安洪，李楚根，吳沛沛，丁兆峰

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

我國(guó)“一帶一路”發(fā)展規(guī)劃中涉及大面積的鹽漬土區(qū)域，高速鐵路線位往往穿越鹽質(zhì)荒漠，沿線不含鹽優(yōu)質(zhì)路基填料極其匱乏，亟需研究粗顆粒鹽漬土作為高速鐵路無(wú)砟軌道路基填料的可用性。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、理論探索，提出了一種無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路基設(shè)計(jì)方法，內(nèi)容主要包括采用不同最大粒徑、含鹽量、溶陷系數(shù)及鹽脹系數(shù)的粗顆粒鹽漬土構(gòu)筑無(wú)砟軌道路基，基床底層運(yùn)用上結(jié)構(gòu)層與下結(jié)構(gòu)層的雙結(jié)構(gòu)層進(jìn)行設(shè)計(jì)；以基底隔斷層、基床隔斷層、倒L型防護(hù)層、滲水排鹽盲溝作為隔鹽排鹽系統(tǒng)，形成具有堵疏兼?zhèn)涞淖棼}、排鹽功能；通過(guò)容許鹽脹變形法對(duì)基床底層上結(jié)構(gòu)層、下結(jié)構(gòu)層進(jìn)行理論計(jì)算，確保無(wú)砟軌道路基抗隆起變形滿足設(shè)計(jì)要求；對(duì)高速列車摩擦力或制動(dòng)力可能造成基床隔斷層復(fù)合土工膜產(chǎn)生相對(duì)滑移或拉伸破壞，采用最小滑動(dòng)摩擦系數(shù)法進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。該方法可實(shí)現(xiàn)粗顆粒鹽漬土在無(wú)砟軌道路基領(lǐng)域的首次應(yīng)用。

無(wú)砟軌道；粗顆粒鹽漬土；路基結(jié)構(gòu)；雙結(jié)構(gòu)層；隔斷層

隨著“一帶一路”戰(zhàn)略實(shí)施，中國(guó)高速鐵路走出海外勢(shì)在必行，然而，海外高速鐵路工程設(shè)計(jì)依然面臨著各種復(fù)雜地質(zhì)條件，鹽漬土就是其中之一。鹽漬土是一類不同程度鹽堿化土的總稱[1]，具有溶陷性、鹽脹性和腐蝕性等特殊工程特性[1～2]，甚至比凍土、膨脹土和黃土更特殊、更復(fù)雜，在各國(guó)干旱、半干旱地區(qū)及濱海區(qū)域廣泛分布，鹽漬土危害給各國(guó)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[3]。

鹽漬土一般包括粗顆粒鹽漬土和細(xì)顆粒鹽漬土，粗顆粒鹽漬土力學(xué)特性較好[4]，在高速公路建設(shè)中已有作為路基填料的工程先例，如王強(qiáng)[5]從改變鹽漬土路基結(jié)構(gòu)的方面，在考慮防治鹽漬土路基鹽脹、溶陷等病害的基礎(chǔ)上，提出了“上隔下疏”的新型鹽漬土公路路基結(jié)構(gòu)形式；張莎莎等[6]通過(guò)開(kāi)展多次凍融循環(huán)條件下的大型路堤模型試驗(yàn)，研究了粗顆粒鹽漬土作為公路路基填料的可行性；包衛(wèi)星等[7]基于5 mm 篩法配制鹽分，研究了砂類鹽漬土的鹽脹變化、融陷特性及其作為公路路堤填料的可用性。

在高速鐵路領(lǐng)域，粗顆粒鹽漬土作為路基填料，特別是作為無(wú)砟軌道路基填料，在全世界范圍內(nèi)尚無(wú)先例可循。我國(guó)“一帶一路”發(fā)展規(guī)劃中涉及大面積的鹽漬土區(qū)域，高速鐵路線位往往穿越鹽質(zhì)荒漠，沿線不含鹽的優(yōu)質(zhì)路基填料極其匱乏，亟需解決粗顆粒鹽漬土作為高速鐵路無(wú)砟軌道路基填料面臨的技術(shù)難題。為此，本文通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、理論探索，提出了一種無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路基結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。

1 路堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1主體結(jié)構(gòu)

無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路堤結(jié)構(gòu)設(shè)置在地基上方，在豎向上主要包括基底隔斷層、路堤本體、基床底層下結(jié)構(gòu)層、基床底層上結(jié)構(gòu)層、基床隔斷層、基床表層，路堤結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路堤結(jié)構(gòu)Fig.1 Embankment structure of the coarse grained saline soil in ballastless track

1.2細(xì)部結(jié)構(gòu)

(1)隔斷層

在路堤本體基底及基床表層底部設(shè)置隔斷層，即基底隔斷層與基床隔斷層，隔斷層由線路中心以4%的坡度向兩側(cè)對(duì)稱鋪設(shè)至邊坡相交?；赘魯鄬哟髽訄D見(jiàn)圖2。

圖2 基底隔斷層Fig.2 Separation layer of the subgrade base

由圖2可知，基底隔斷層包括從下至上依次鋪設(shè)的0.2 m厚的碎石層、0.05 m厚的第一中粗砂層、復(fù)合土工膜及0.1 m厚的第二中粗砂層?；赘魯鄬拥膬?yōu)勢(shì)在于阻斷了鹽漬土地基有害鹽向無(wú)砟軌道路堤遷移的趨勢(shì)，避免基底有害鹽侵蝕路堤結(jié)構(gòu)；另一方面，基底隔斷層的碎石層可以降低毛細(xì)水上升高度，甚至消除毛細(xì)水上升，并可將聚集在路堤基底的水鹽排除至兩側(cè)排水溝。

基床隔斷層大樣圖見(jiàn)圖3。由圖3可知，基床隔斷層包括從下至上依次設(shè)置的0.05 m厚的第一中粗砂層、復(fù)合土工膜及0.1 m厚的第二中粗砂層。基床隔斷層阻斷了基床底層鹽分向基床表層遷移的趨勢(shì)，保證基床表層不受鹽分侵蝕。此外，已有研究表明[1]，水分滲入是影響鹽漬土溶陷的主要因素，基床隔斷層還可防止雨水滲入基床底層、路堤本體等下部結(jié)構(gòu)，避免了粗顆粒鹽漬土路堤產(chǎn)生溶陷病害。

圖3 基床隔斷層Fig.3 Separation layer of the base bed

上述復(fù)合土工膜采用兩布一膜(上下為無(wú)紡?fù)杆屯凉げ?，中間為隔水土工膜)，并應(yīng)具有抗酸堿腐蝕性。其他技術(shù)要求，如重量不小于800 g/m2，幅寬不小于7.0 m，縱橫向抗拉強(qiáng)度不小于25 kN/m，CBR頂破強(qiáng)度不小于3.6 kN/m，最大延伸率不大于30%，撕破強(qiáng)度不小于0.6 kN，耐靜水壓不小于0.6 MPa；滲透系數(shù)不大于10～11 cm/s；土工膜厚度不小于0.5 mm，幅與幅之間的搭接寬度不小于0.3 m。

(2)路堤本體

路堤本體填筑在基底隔斷層上方，路堤本體采用最大粒徑不大于7.5 cm的粗顆粒鹽漬土進(jìn)行填筑；所述粗顆粒鹽漬土與施工用水的含鹽量總和不大于K，K取值與粗顆粒鹽漬土的鹽脹、溶陷特性有關(guān)，在無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)K可取1.5%；且粗顆粒鹽漬土的溶陷系數(shù)及鹽脹系數(shù)應(yīng)小于0.01，其他技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足文獻(xiàn)[8]要求。

(3)基床結(jié)構(gòu)

無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路堤基床底層采用雙結(jié)構(gòu)層進(jìn)行設(shè)計(jì)，即基床底層下結(jié)構(gòu)層與基床底層上結(jié)構(gòu)層。在設(shè)計(jì)時(shí)，基床底層下結(jié)構(gòu)層、基床底層上結(jié)構(gòu)層及基床隔斷層的厚度總和為2.3 m，基床底層上結(jié)構(gòu)層與基床隔斷層的厚度總和不小于1.0 m。

基床底層下結(jié)構(gòu)層設(shè)置在路堤本體上方，基床底層下結(jié)構(gòu)層由最大粒徑不大于6 cm的粗顆粒鹽漬土進(jìn)行填筑；粗顆粒鹽漬土與施工用水的含鹽量總和不大于M1，M1取值與粗顆粒鹽漬土的鹽脹、溶陷特性有關(guān)，在無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)M1可取1.5%；且粗顆粒鹽漬土的溶陷系數(shù)及鹽脹系數(shù)應(yīng)小于0.01，其他技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足文獻(xiàn)[8]要求。

基床底層上結(jié)構(gòu)層設(shè)置在基床底層下結(jié)構(gòu)層上方，基床底層上結(jié)構(gòu)層由最大粒徑不大于6 cm的粗顆粒鹽漬土進(jìn)行填筑，粗顆粒鹽漬土與施工用水的含鹽量總和不大于M2，M2取值與粗顆粒鹽漬土的鹽脹、溶陷特性有關(guān)，在無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)M2可取0.3%；且粗顆粒鹽漬土的溶陷系數(shù)及鹽脹系數(shù)應(yīng)小于0.005，其他技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足文獻(xiàn)[8]要求。

基床表層設(shè)置在基床隔斷層上方，基床表層采用不含鹽天然卵石(或砂礫石)并摻3%(重量比)水泥或開(kāi)山塊石進(jìn)行填筑，基床底層厚度為0.4 m；其他技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足文獻(xiàn)[8]要求。

(4)附屬設(shè)施

護(hù)肩、基床隔斷層與擋水緣的相對(duì)位置關(guān)系如圖4所示。由圖4可知，在設(shè)計(jì)中護(hù)肩底面設(shè)置在基床隔斷層復(fù)合土工膜上方，可確?；脖韺优潘〞?；擋水緣頂面設(shè)置在基床隔斷層復(fù)合土工膜下方，可充分發(fā)揮基床隔斷層的隔斷作用。

圖4 相對(duì)位置關(guān)系Fig.4 Relationship of the relative position

路堤兩側(cè)邊坡坡腳外設(shè)置反壓護(hù)道，反壓護(hù)道頂面寬度不少于3 m、高度不小于1.0 m，反壓護(hù)道頂面設(shè)置2%的橫向排水坡，反壓互道的填料要求、壓實(shí)方法與路堤本體保持一致。反壓互道外側(cè)設(shè)置排水溝，排水溝尺寸根據(jù)當(dāng)?shù)刈畲蠼涤炅窟M(jìn)行設(shè)計(jì)，且排水溝應(yīng)具有耐酸堿腐蝕性能。

坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置在兩側(cè)路堤邊坡和反壓護(hù)道邊坡上，在植物可以生長(zhǎng)地段，邊坡坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)采用土工網(wǎng)墊客土撒草籽、人字形截水骨架內(nèi)客土撒草籽、空心磚客土撒草籽等形式，沿線路縱向每隔10～15 m設(shè)1道橫向排水槽；在植物難以生長(zhǎng)的地段，邊坡坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)采用漿砌片石、片石混凝土等形式。

1.3抗隆起設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)[1]認(rèn)為鹽漬土產(chǎn)生鹽脹的土層厚度一般在2 m以內(nèi)。因此，無(wú)砟軌道高速鐵路路堤主要以控制基床底層鹽脹變形為主，基床底層鹽脹變形設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求，即：

式中：Sη1，Sη2——基床底層下結(jié)構(gòu)層和基床底層上結(jié)構(gòu)層的鹽脹量；

η1，η2——基床底層下結(jié)構(gòu)層和基床底層上結(jié)構(gòu)層的鹽脹系數(shù)；

H1，H2——基床底層下結(jié)構(gòu)層和基床底層上結(jié)構(gòu)層的厚度；

[Sη]——無(wú)砟軌道路基面的容許鹽脹量。

在基床底層設(shè)計(jì)中，采取了不同含鹽量指標(biāo)控制的基床底層下結(jié)構(gòu)層與基床底層上結(jié)構(gòu)層，并以容許鹽脹量作為基床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制目標(biāo)，即容許鹽脹變形法，可有效控制粗顆粒鹽漬土鹽脹變形對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的危害。

1.4抗滑動(dòng)設(shè)計(jì)

高速列車運(yùn)行過(guò)程中，主要阻力是列車與鋼軌之間的摩擦力，而在列車制動(dòng)減速過(guò)程中，起主要作用的是列車制動(dòng)力。高速列車摩擦力及制動(dòng)力均可能在基床隔斷層的復(fù)合土工膜與第一中粗砂層或第二中粗砂層界面之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)力Fs。若復(fù)合土工膜與粗砂層界面之間的滑動(dòng)摩擦力flt;Fs，復(fù)合土工膜可能產(chǎn)生相對(duì)滑移或拉伸破壞，導(dǎo)致基床隔斷層喪失隔斷作用。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，復(fù)合土工膜與粗砂層界面之間的滑動(dòng)摩擦力f滿足下式要求：

式中：Fs——高速列車在復(fù)合土工膜與中粗砂層界面之間產(chǎn)生的相對(duì)滑動(dòng)力；

f——復(fù)合土工膜與中粗砂層之間的界面滑動(dòng)摩擦力；

m——安全系數(shù)，可取1.1～1.3。

即復(fù)合土工膜與中粗砂層界面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ滿足如下要求(本文稱為“最小滑動(dòng)摩擦系數(shù)法”)：

式中：N1——列車荷載的正壓力；

N2——軌道結(jié)構(gòu)自重的正壓力；

N3——基床表層的正壓力。

2 路塹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1主體結(jié)構(gòu)

在中鹽、強(qiáng)鹽或極強(qiáng)鹽鹽漬土地區(qū)，有害鹽對(duì)路塹基床危害大，基床結(jié)構(gòu)應(yīng)采取特殊處理措施。無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路塹結(jié)構(gòu)如圖5所示。由圖5可見(jiàn)，路塹結(jié)構(gòu)主要包括倒L型防護(hù)層、縱向滲水排鹽盲溝、基底隔斷層、基床底層下結(jié)構(gòu)層、基床底層上結(jié)構(gòu)層、基床隔斷層、基床表層。

圖5 無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路塹結(jié)構(gòu)Fig.5 Cutting structural of coarse grained saline soil in ballastless track

2.2細(xì)部結(jié)構(gòu)

(1)隔斷措施

為避免鹽漬土地區(qū)有害鹽侵蝕基床結(jié)構(gòu)，采取了船槽隔斷式系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)，具體措施包括：①路塹基床挖出換填兩側(cè)邊坡設(shè)置倒L型防護(hù)層；②路塹基床基底設(shè)置基底隔斷層。

倒L型防護(hù)層采用漿砌片石或片石混凝土等材料砌筑，厚度不小于0.3 m，邊坡坡率不小于1∶0.75，所用水泥砂漿應(yīng)具有抗酸堿腐蝕性能。倒L型防護(hù)層可阻止基床結(jié)構(gòu)兩側(cè)鹽漬土的水鹽侵入。

路塹基底隔斷層設(shè)置在基床挖出換填底面，由線路中心以4%的坡度向兩側(cè)對(duì)稱鋪設(shè)，細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與圖2類似，文中不再贅述?；赘魯鄬幼钄嗔嘶驳撞葵}漬土地基有害鹽向無(wú)砟軌道基床遷移。

路塹基床隔斷層設(shè)置在基床表層底部，由線路中心向兩側(cè)按4%的坡度進(jìn)行對(duì)稱鋪設(shè)，細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與圖3類似，文中不再贅述。基床隔斷層的抗滑動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足式(2)、式(3)要求?；哺魯鄬又饕δ苁亲钄嗔嘶驳讓欲}分向基床表層遷移的趨勢(shì)，也可避免路基面水分滲入基床底層。

(2)疏鹽系統(tǒng)

為了及時(shí)有效地排除路塹基床基底水鹽，避免有害聚集于基床底部，設(shè)計(jì)了疏鹽系統(tǒng)，具體措施包括：①路塹基床基底兩側(cè)設(shè)置縱向滲水排鹽盲溝；②沿線路縱向間隔設(shè)置橫向滲水排鹽盲溝。

縱向滲水排鹽盲溝大樣圖見(jiàn)圖6。由圖6可知，縱向滲水排鹽盲溝設(shè)計(jì)采用梯形溝，溝深大于0.3 m，底寬不小于0.3 m，兩側(cè)坡率為1∶1，縱向坡度不小于3‰，單面坡長(zhǎng)度不大于200 m；縱向滲水排鹽盲溝出水口應(yīng)引入路堤地段排水溝或橫向滲水排鹽盲溝；橫向滲水排鹽盲溝溝底高程至少比縱向滲水排鹽盲溝溝底高程低a，a為縱向滲水排鹽盲溝溝深?？v向滲水排鹽盲溝采用直徑80 mm的抗酸堿腐蝕的塑料盲管或PVC花管置于溝底中心上方，縱向滲水排鹽盲溝其他部位采用潔凈碎石填充。

圖6 縱向滲水排鹽盲溝Fig.6 Longitudinal seepage and drainage ditch

橫向滲水排鹽盲溝大樣圖見(jiàn)圖7。由圖7可見(jiàn)，橫向滲水排鹽盲溝也采用梯形溝，溝深大于0.6 m，底寬不小于0.6 m，兩側(cè)坡率1∶1；橫向滲水排鹽盲溝設(shè)置在路塹基床底部，橫向坡度不小于2%；橫向滲水排鹽盲溝出水口設(shè)置在背山側(cè)，出水口高程至少比百年洪水位高程高1 m。橫向滲水排鹽盲溝采用耐酸堿腐蝕的直徑200 mm鋼筋混凝土排水管置于溝底中心上方，橫向滲水排鹽盲溝其他部位采用潔凈碎石填充。

圖7 橫向滲水排鹽盲溝Fig.7 Transverse seepage and drainage ditch

文中設(shè)計(jì)的疏鹽系統(tǒng)，不僅有效利用縱向滲水排鹽盲溝和橫向滲水排鹽盲溝及時(shí)排除基底富鹽，也可與隔斷系統(tǒng)形成了堵疏兼?zhèn)涞淖棼}、排鹽功能。

(3)基床結(jié)構(gòu)

鹽漬土地區(qū)無(wú)砟軌道路塹基床底層也采用雙結(jié)構(gòu)層進(jìn)行設(shè)計(jì)，即基床底層下結(jié)構(gòu)層與基床底層上結(jié)構(gòu)層。在設(shè)計(jì)時(shí)，基底隔斷層、基床底層下結(jié)構(gòu)層、基床底層上結(jié)構(gòu)層及基床隔斷層的厚度總和不小于基底必要的換填厚度，其中基床底層上結(jié)構(gòu)層與基床隔斷層的厚度總和不小于1.0 m。

基底隔斷層上方依次設(shè)置基床底層下結(jié)構(gòu)層、基床底層上結(jié)構(gòu)層；基床底層上結(jié)構(gòu)層、下結(jié)構(gòu)層的粗顆粒鹽漬土最大粒徑、含鹽量、溶陷系數(shù)及鹽脹系數(shù)等控制指標(biāo)與路堤結(jié)構(gòu)基床底層上結(jié)構(gòu)層、下結(jié)構(gòu)層一致。

基床底層下結(jié)構(gòu)層與基床底層上結(jié)構(gòu)層的鹽脹量控制目標(biāo)應(yīng)滿足式(1)要求，以消除粗顆粒鹽漬土鹽脹變形對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的危害。

基床表層設(shè)置在基床隔斷層上方，其設(shè)計(jì)方法與路堤基床表層設(shè)計(jì)類似。

(4)附屬設(shè)施

護(hù)肩、基床隔斷層與排水溝的相對(duì)位置關(guān)系如圖8所示。由圖8可知，在設(shè)計(jì)中護(hù)肩底面設(shè)置在基床隔斷層復(fù)合土工膜上方，排水溝封閉層頂面設(shè)置在基床隔斷層復(fù)合土工膜下方。

圖8 相對(duì)位置關(guān)系Fig.8 Relationship of the relative position

3 工程應(yīng)用

3.1設(shè)計(jì)案例

伊朗德伊高速鐵路(以下簡(jiǎn)稱“徳伊高鐵”)從德黑蘭市既有站引出，經(jīng)庫(kù)姆至伊斯法罕，線路總長(zhǎng)約406 km，沿線穿越鹽漬荒漠區(qū)域?，F(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查表明，不含鹽的優(yōu)質(zhì)路基填料采集難度大，河水或地下水也含有有害鹽，冬季過(guò)后地表常有浮鹽。以徳伊高鐵DK72+200斷面(路堤)為例進(jìn)行應(yīng)用說(shuō)明，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為雙線CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道，設(shè)計(jì)時(shí)速300 km/h，填方高度3.20 m，路基面寬度為13.2 m，無(wú)砟軌道路基面的容許鹽脹量設(shè)定為4 mm。

參照上述無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路堤結(jié)構(gòu)進(jìn)行DK72+200斷面設(shè)計(jì)，基床底層上結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)厚度為1.0 m，其余與前文所述類似，此處不再贅述。該段附近取土場(chǎng)粗顆粒土含鹽量指標(biāo)見(jiàn)表1。在考慮施工用水含鹽的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基床底層上結(jié)構(gòu)層、基床底層下結(jié)構(gòu)層、路堤本體的含鹽量與鹽脹系數(shù)測(cè)試，結(jié)果也列于表1中，由表1可見(jiàn)路基各部位粗顆粒鹽漬土與施工用水的含鹽量指標(biāo)可滿足技術(shù)要求。

表1 粗顆粒鹽漬土指標(biāo)測(cè)試

根據(jù)上述理論公式進(jìn)行基床底層抗隆起與基床隔斷層抗滑動(dòng)檢算。

(1)基床底層抗隆起檢算

根據(jù)上述設(shè)計(jì)及表1參數(shù)可知，H1=1.0 m，H2=1.3 m，η1=0.0005，η2=0.0026，代入式(1)可得：

Sη1+Sη2=η1H1+η2H2

=3.88(mm)≤[Sη]=4.0 mm

滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)基床隔斷層抗滑動(dòng)檢算

一般情況下，高速列車緊急制動(dòng)力遠(yuǎn)大于運(yùn)行過(guò)程中列車與鋼軌之間的摩擦力，因此基床隔斷層抗滑動(dòng)檢算時(shí)主要考慮高速列車緊急制動(dòng)力。在檢算過(guò)程中，高速列車按50 t考慮，列車至平均減速度取1.0 m/s2，即Fs=50 kN；結(jié)合文獻(xiàn)[8]可知，對(duì)雙線CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道而言，N1=125.2 kN，N2=42.5 kN，N3=24.8 kN；安全系數(shù)m取1.3，由式(2)可得：

因此，設(shè)計(jì)的基床隔斷層復(fù)合土工膜與中粗砂層之間的界面滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ應(yīng)不小于0.338。

3.2討論

(1)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)

文獻(xiàn)[8]認(rèn)為高速鐵路基床及基床以下部位不得采用鹽漬土作填料。然而，在中國(guó)高速鐵路“走出去”戰(zhàn)略落地實(shí)施中，高速鐵路線位往往穿越鹽質(zhì)荒漠，沿線不含鹽的優(yōu)質(zhì)路基填料極其匱乏，尤其是在中亞、西亞地區(qū)。因此，在該地區(qū)修建高速鐵路，只能以粗顆粒鹽漬土作為路基填料。然而，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)以粗顆粒鹽漬土填筑高速鐵路無(wú)砟軌道路基的先例。

本文提出的無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路基結(jié)構(gòu)采用不同的最大粒徑、含鹽量、溶陷系數(shù)及鹽脹系數(shù)等對(duì)路基不同部位進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，還設(shè)有基底隔斷層、基床隔斷層、倒L型防護(hù)層、滲水排鹽盲溝等隔鹽排鹽系統(tǒng)，屬于創(chuàng)新型路基結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了新型無(wú)砟軌道路基結(jié)構(gòu)發(fā)展，不僅在國(guó)內(nèi)具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值，也可解決中國(guó)高鐵“走出去”面臨的技術(shù)難題。

(2)理論計(jì)算

在海外工程設(shè)計(jì)中，咨詢單位尤其重視設(shè)計(jì)的理論計(jì)算報(bào)告，新型結(jié)構(gòu)若無(wú)相應(yīng)的理論支撐，一般難以應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。

無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路基結(jié)構(gòu)的變形主要包括壓縮變形、溶陷變形、鹽脹變形。一般情況下，粗顆粒鹽漬土路基主體的壓縮變形只要按文獻(xiàn)[8]要求通過(guò)分層碾壓施工即可滿足要求。粗顆粒鹽漬土溶陷變形主要是水分滲入引起的，本文采用基底隔斷層、基床隔斷層進(jìn)行防水構(gòu)造設(shè)計(jì)，可避免水分侵入路基主體，避免溶陷變形發(fā)生。無(wú)砟軌道變形控制要求嚴(yán)格[8～9]，基床底層鹽脹變形是路基隆起變形控制設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，粗顆粒鹽漬土鹽脹變形主要通過(guò)不同的含鹽量、鹽脹系數(shù)指標(biāo)進(jìn)行控制設(shè)計(jì)，在理論上，本文主要采用容許鹽脹變形法對(duì)基床底層上結(jié)構(gòu)層、下結(jié)構(gòu)層進(jìn)行鹽脹分析。

針對(duì)高速列車摩擦力或制動(dòng)力可能造成基床隔斷層復(fù)合土工膜產(chǎn)生相對(duì)滑移或拉伸破壞，本文也進(jìn)行了理論分析，并提出了最小滑動(dòng)摩擦系數(shù)法進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。

(3)實(shí)踐檢驗(yàn)

本文提出的路基結(jié)構(gòu)是一種創(chuàng)新型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，擁有足夠的理論計(jì)算支撐，并結(jié)合伊朗徳伊高鐵建設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用闡釋，徳伊高鐵粗顆粒鹽漬土路基設(shè)計(jì)文件成果得到了意大利ITALFERR咨詢公司的認(rèn)可，上述設(shè)計(jì)實(shí)踐表明本文的設(shè)計(jì)方法具有可行性和國(guó)際認(rèn)可度。然而，由于各地粗顆粒鹽漬土或多或少存在差異，因此，本文設(shè)計(jì)方法有待進(jìn)一步檢驗(yàn)，特別是進(jìn)行大型模型試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證。

4 結(jié)論

(1)無(wú)砟軌道粗顆粒鹽漬土路堤結(jié)構(gòu)主要包括基底隔斷層、路堤本體、基床底層下結(jié)構(gòu)層、基床底層上結(jié)構(gòu)層、基床隔斷層、基床表層；路塹結(jié)構(gòu)主要包括倒L型防護(hù)層、縱向滲水排鹽盲溝、基底隔斷層、基床底層下結(jié)構(gòu)層、基床底層上結(jié)構(gòu)層、基床隔斷層、基床表層。

(2)提出采用不同最大粒徑、含鹽量、溶陷系數(shù)及鹽脹系數(shù)的粗顆粒鹽漬土進(jìn)行無(wú)砟軌道路基構(gòu)筑，基床底層運(yùn)用上結(jié)構(gòu)層與下結(jié)構(gòu)層的雙結(jié)構(gòu)層進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了粗顆粒鹽漬土在無(wú)砟軌道路基領(lǐng)域首次應(yīng)用。

(3)以基底隔斷層、基床隔斷層、倒L型防護(hù)層、滲水排鹽盲溝等作為隔鹽排鹽系統(tǒng)，阻斷鹽漬土有害鹽向無(wú)砟軌道路基遷移，也可及時(shí)排除基底富鹽，形成了堵疏兼?zhèn)涞墓δ堋?/p>

(4)通過(guò)容許鹽脹變形法對(duì)基床底層上結(jié)構(gòu)層、下結(jié)構(gòu)層進(jìn)行理論計(jì)算，確保無(wú)砟軌道路基抗隆起變形滿足設(shè)計(jì)要求。

(5)對(duì)高速列車摩擦力或制動(dòng)力可能造成基床隔斷層復(fù)合土工膜產(chǎn)生相對(duì)滑移或拉伸破壞，采用最小滑動(dòng)摩擦系數(shù)法進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。

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責(zé)任編輯

：張明霞

Designmethodsofcoarsegrainedsalinesoilsubgradeinballastlesstrack

CHEN Weizhi, LI Anhong, LI Chugen, WU Peipei, DING Zhaofeng

(ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.Ltd.,Chengdu,Sichuan610031,China)

A large number of saline soil area is involved in the development program of the Belt and Road Initiatives of China. The alignment of high-speed railway frequently crosses the salty desert, but it is difficult to find the favorable material of subgrade without the salt along alignment. To study the application of coarse grained saline soil in ballastless track subgrade of high-speed railway, a design method of ballastless track of coarse grained saline soil subgrade is derived with technological innovation and theoretical exploration. Different coarse particle size, salinity, subsidence coefficient and salt expansion coefficient of coarse grained saline soil was used to build the ballastless track subgrade. The base bottom layer is designed with the upper structural layer and the lower structural layer. The separation layer of subgrade base and base bed, inverted L-type protective layer, seepage and drainage ditch are used as a system, which are in charge of resistance salt and drainage salt. To ensure the ascension deformation of ballastless track subgrade to meet the design requirements, the deformation of the upper structural layer and the lower structural layer is calculated with the allowing salt expansion method. To avoid the relative slip or tensile damage of the composite geo-membrane in separation layer caused by the friction or braking force of high-speed train, the minimum sliding friction coefficient is adopted to the design. This method realizes the first application of the coarse grained saline soil in the field of ballastless track subgrade.

ballastless track; coarse grained saline soil; subgrade structural; double structural layer; separation layer

10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.2017.06.09

TU433

A

1000-3665(2017)06-0058-06

2017-04-10;

2017-05-16

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(51209006)

陳偉志(1985-)，男，博士，工程師，主要從事高速鐵路路基及地基處理設(shè)計(jì)研究。E-mail：chenweizhi55@163.com