結(jié)合工程實踐,分析了路基凍害及路肩缺失的主要原因,并結(jié)合工程實際,提出了相應(yīng)的病害整治措施:(1)路基凍害主要原因是路基填料較差,地下水位較高,本工程采用挖除凍結(jié)深度范圍內(nèi)路基土換填防凍脹填料進(jìn)行徹底治理;(2)路肩下沉、缺失主要原因是路基填料差,導(dǎo)致前期沉降較大,同時長期受雨水沖刷,本工程采用透水性好的干砌片石垛、格賓石籠對既有路肩進(jìn)行加寬、加固。
既有線; 基床凍害; 路肩加固
U216.41+7 A
[定稿日期]2022-05-09
[作者簡介]蒲文奎(1985—),男,本科,工程師,研究方向為鐵路建設(shè)、施工安全。
既有線由于受當(dāng)時的經(jīng)濟(jì)條件、修建技術(shù)及施工機(jī)械設(shè)備的影響,從路基本體到路基附屬結(jié)構(gòu)物的修建標(biāo)準(zhǔn)一般都比較低,從而導(dǎo)致運營之后路基病害頻發(fā)[1]。既有線路基病害影響線路質(zhì)量,威脅線路運輸安全[2]。既有線路基病害有多種類型及不同的發(fā)生機(jī)理,因此,了解病害發(fā)生的類型及機(jī)理是治理路基病害的關(guān)鍵。本文以青海省內(nèi)茶卡支線鐵路為例,分析了該鐵路路基病害機(jī)理并提出相應(yīng)的治理措施。
1 工程概況
1.1 既有線概況
茶卡支線位于青海省,始建于1978年5月,1979年3月鋪軌通車。為單線、內(nèi)燃鐵路,設(shè)計時速為60~80 km/h。既有線路基面實測的現(xiàn)狀寬度6~7.5 m不等,邊坡多呈裸露狀態(tài),未設(shè)防護(hù)。
1.2 工程地質(zhì)概況
茶卡支線鐵路走行于茶卡盆地區(qū),第四系覆蓋層較厚,沿線地層主要為第四系人工填土,沖積、洪積及湖積粉土、砂類土及圓礫土。沿線地表水主要為察汗諾站附近低洼處分布的湖塘等,水深一般小于5 m,水量隨季節(jié)變化明顯。其余地表水主要為沖溝內(nèi)徑流,水量受降雨影響大。地下水主要分布于沿線河流及其支流的各級階地砂礫石層中,水量較豐富,水位埋藏較淺,接受河水和大氣降水補給。
茶卡支線分布在茶卡鹽湖附近,采用茶卡氣象局資料數(shù)據(jù),多年平均氣溫3.3 ℃,最低-31.3 ℃,最高31.6 ℃,最熱月平均15.2 ℃,最冷月平均-10.0 ℃;年平均降水量263.9 mm,年最大降水量為426.8 mm,年最小降水量為122.8 mm,最大積雪厚度約11 cm,最大季節(jié)性凍土深度約123 cm。
1.3 既有線病害概況
根據(jù)工務(wù)段歷年秋檢及養(yǎng)護(hù)維修的資料看,茶卡支線目前較為嚴(yán)重的病害主要有基床凍脹,路肩下沉及缺失等。
根據(jù)凍脹觀測資料,茶卡支線全線均存在凍脹問題,其中K4+400~K5+200、K11+400~K11+700、K12+400~K12+700約1.4 km凍脹比較嚴(yán)重,凍起高度可達(dá)40~50 mm。
根據(jù)路肩調(diào)查資料,茶卡支線普遍存在路肩寬度不足、下沉等現(xiàn)象,全線有多處路肩寬度小于0.6 m、道床厚度大于0.5 m的段落(圖1、圖2)。
2 病害治理設(shè)計方案
2.1 基床凍脹
2.1.1 原因分析
2.1.1.1 氣候因素
溫度變化是發(fā)生基床凍害的外部條件[3]。茶卡地區(qū)多年平均最低氣溫-31.3 ℃,,最冷月平均-10.0 ℃;每年有較長時間氣溫位于0 ℃以下,最大季節(jié)性凍土深度約123 cm。
2.1.1.2 填料性質(zhì)差
填料粒徑組成及含水量是其凍脹特性的決定性因素,細(xì)粒含量越高,土的凍脹敏感性越高。茶卡支線修建時間、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低,基床多為粘土、黃土等細(xì)粒土填料,滲透系數(shù)小、持水能力強(qiáng)、凍脹率大。
2.1.1.3 地下水水位高
水是凍脹三要素之一:K4+400~K5+200位于沼澤地區(qū),路堤兩側(cè)坡腳外常年可見地表水,K11+400~K11+700、K12+400~K12+700段地下水位較高,既有線地勢低洼、無有效排水設(shè)施、填料滲透性差,導(dǎo)致路堤本體含水率高,凍脹率大。
2.1.2 凍害治理方案
路基凍害一旦形成,治理難度很大,一般很難根除,只有提高本體防凍能力才能有效治理路基凍害[4]。
茶卡支線圖定貨車2對/日,旅游旺季開行旅客列車1對/日,與相關(guān)管理部門溝通后,可以將線路中斷行車一個月。因此,為徹底治理凍害,采用在斷道期間挖除換填防凍脹填料的措施對3處凍害嚴(yán)重地段進(jìn)行處理。
(1)挖除換填防凍脹填料:對K4+400~K5+200、K11+400~K11+700、K12+400~K12+700凍害嚴(yán)重地段,凍結(jié)深度范圍內(nèi)自上而下挖除換填碎石土,要求細(xì)顆粒含量不大于10%,壓實后滲透系數(shù)不小于1×10-5 m/s。工點最大季節(jié)性凍土深度為123 cm,設(shè)計換填深度1.3 m,其中基床表層厚0.5 m,表層以下至最大凍結(jié)深度厚0.8 m。為便于排水,換填底面向外設(shè)置4%的排水橫坡。
(2)壓實標(biāo)準(zhǔn)按下列要求執(zhí)行:基床表層,地基系數(shù)K30(MPa/m)≥150,壓實系數(shù)不小于0.95;基床表層以下,地基系數(shù)K30(MPa/m)≥130,壓實系數(shù)不小于0.93。
(3)基床表層底面設(shè)置一層復(fù)合土工膜進(jìn)行隔水,復(fù)合土工膜上下夾鋪中粗砂墊層。
(4)K4+400~K5+200兩側(cè)距沼澤地較近,因此兩側(cè)邊坡自路肩至坡腳全部邊坡用干砌片石護(hù)坡進(jìn)行防護(hù),見圖3。
(5)K11+400~K11+700、K12+400~K12+700自換填深度范圍內(nèi)邊坡用干砌片石護(hù)坡進(jìn)行防護(hù);兩側(cè)邊坡自換填底部至地面設(shè)置2 m寬護(hù)道,見圖4。
2.1.3 施工要求
施工應(yīng)在斷道時間進(jìn)行,并根據(jù)斷道時間和人員配置情況,合理安排好拆除線路、換填樁施工和恢復(fù)線路與振搗等工序,以保證施工安全和行車安全。
K4+400~K5+200、K11+400~K11+700、K12+400~K12+700 3處凍害段落于2021年9月底完成換填施工,目前施工完成后已經(jīng)過一個冬季,經(jīng)觀測換填段凍脹高度明顯減小。
2.2 路肩下沉、缺失
2.2.1 原因分析
(1)茶卡支線建成年代較早,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,路堤填料性質(zhì)差,導(dǎo)致路基前期沉降大,多次補砟侵占了既有路肩部分,造成現(xiàn)有路肩寬度不足。
(2)由于路基邊坡大部分段落未設(shè)防護(hù)、路肩未硬化,邊坡長期受雨水沖刷易導(dǎo)致溜塌,造成路肩缺失。
2.2.2 治理方案
本次擬對全線路肩進(jìn)行加固,由于路堤本體填料較差,在治理時需保證治理措施不能影響路基基床排水。因此設(shè)計將混凝土護(hù)肩和漿砌片石護(hù)肩排除,對干砌片石、格賓石籠進(jìn)行了分析對比,優(yōu)缺點對比見表1。
經(jīng)綜合分析后,采用格賓石籠+干砌片石垛的綜合治理方式對路肩進(jìn)行加固。
(1)對既有路肩寬度不小于0.6 m且道床厚度不大于0.5 m的地段,因格賓石籠厚度一般不小于0.5 m,為減少對路肩的擾動,采用0.3 m厚的干砌片石垛進(jìn)行加固,干砌片石垛外側(cè)坡率為1∶1,頂面與既有路肩平齊,見圖5。
(2)對既有路肩寬度不小于0.6 m且道床厚度大于0.5 m、既有路肩寬度小于0.6 m的地段,為減少對路肩的開挖,采用格賓石籠對既有路肩進(jìn)行加固。
石籠規(guī)格2 m(長)×0.6 m (寬)× h(高),高度(h)0.5~1.0 m,根據(jù)路肩實際情況具體確定。
格賓石籠頂面高程:既有道床厚度不大于0.5 m時,石籠頂面與既有路肩平齊;既有道床厚度大于0.5 m時,石籠頂面距道床頂面為0.5 m見圖6、圖7。
(3)既有線存在部分段落路肩寬度不小于1 m及低路堤地段,采取原位加固路肩、加強(qiáng)排水等措施進(jìn)行處理。
(4)為便于維修人員行走,干砌片石垛及格賓石籠頂面設(shè)2 cm厚砂漿抹面找平層,然后鋪設(shè)鋼筋混凝土步行板。
2.2.3 施工要求
施工應(yīng)在天窗時間進(jìn)行,并根據(jù)天窗時間和人員配置情況,合理安排好基槽開挖、砌筑片石或格賓石籠等工序,施工工具、材料及其他用品應(yīng)堆放在安全的地方并有專人看守,嚴(yán)禁施工機(jī)具、材料及臨時設(shè)施侵入鐵路限界,以保證施工安
全和既有線運營安全。
3 結(jié)束語
本文以既有線茶卡支線為例,分析了茶卡支線鐵路路基病害發(fā)生的原因,提出了相應(yīng)的治理措施,得出了結(jié)論:
(1)既有線路基病害中,多是由于路基填料性質(zhì)較差、排水不暢所導(dǎo)致的,在病害治理中,根據(jù)病害原因及類型,選擇合適的方式改良填料或防排水措施。
(2)路基凍害主要是由路基填料較差、地下水位較高引起的,本文采用挖除凍結(jié)深度范圍內(nèi)路基土換填防凍脹填料進(jìn)行徹底治理。
(3)路肩下沉、缺失主要由于路基填料差,導(dǎo)致前期沉降較大,同時長期受雨水沖刷溜坍導(dǎo)致的,本文采用透水性好的干砌片石垛、格賓石籠對既有路肩進(jìn)行加固。
參考文獻(xiàn)
[1] 郭戰(zhàn)偉.既有線路基加固及病害防治措施[J].鐵道建筑,2005(10):24-25.
[2] 楊若芳,郭雅靜.既有線路基基床病害調(diào)查簡介[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計通訊,1981(4):30-33.
[3] 田學(xué)偉.東北某鐵路路基基床病害及提速改造基床加固措施初探[J].路基工程,2014,(02):217-220.
[4] 鐵路特殊路基設(shè)計規(guī)范: TB10035—2018[S].北京: 中國鐵道出版社,2018.