中老鐵路萬(wàn)象平原路基工程“立體分層”設(shè)計(jì)

雷沖 李斌 馬騫

摘要 中老鐵路是“一帶一路”標(biāo)志性工程，是泛亞鐵路的重要組成部分。為將中老鐵路打造為安全、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的鐵路，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)綜合各項(xiàng)自然環(huán)境因素開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。文章結(jié)合萬(wàn)象平原區(qū)水文、地質(zhì)條件，提出了萬(wàn)象平原區(qū)路基工程的“立體分層”設(shè)計(jì)理念，該設(shè)計(jì)方案在確保中老鐵路安全運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)上，既滿足綠色通道的景觀需求，也節(jié)省了工程投資，設(shè)計(jì)的成果和經(jīng)驗(yàn)可為平原區(qū)、河湖內(nèi)澇區(qū)等項(xiàng)目路基工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞 中老鐵路；萬(wàn)象平原；路基工程；“立體分層”設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U212文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）05-0090-03

0 引言

目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求增長(zhǎng)已明顯放緩，新一輪的產(chǎn)能過(guò)剩矛盾日趨明顯。中國(guó)高鐵在境外市場(chǎng)的擴(kuò)張，也成為應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)放緩舉措的重要組成部分。中國(guó)正在加快鐵路“走出去”步伐，響應(yīng)國(guó)家對(duì)外開(kāi)放大局。在拓展境外鐵路建設(shè)市場(chǎng)的同時(shí)，境外鐵路項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)階段也應(yīng)因地制宜，打造更為經(jīng)濟(jì)、合理、安全、高效的精品工程，從而進(jìn)一步提升我國(guó)鐵路的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

1 項(xiàng)目背景

在“一帶一路”的合作倡議下，針對(duì)中國(guó)與周邊鐵路的互聯(lián)互通工程，開(kāi)展了中國(guó)與東南亞互聯(lián)互通的泛亞鐵路通道研究，形成了東、中、西三大通道的規(guī)劃，其中包括中老鐵路在內(nèi)的中線通道是路徑最短、最為便捷的通道[1-2]。中老鐵路是泛亞鐵路通道的重要組成部分，由我國(guó)昆明至老撾萬(wàn)象，是第一條以中方為主投資建設(shè)、采用中國(guó)鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并與中國(guó)鐵路網(wǎng)直接連通的跨國(guó)鐵路，全長(zhǎng)1 035 km[3-4]。

中老鐵路連接中老兩國(guó)，并通過(guò)在萬(wàn)象設(shè)置的準(zhǔn)、米軌換裝場(chǎng)與泰國(guó)米軌鐵路網(wǎng)的連接，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)—中南半島鐵路的互聯(lián)互通，是“一帶一路”的標(biāo)志性工程；中老鐵路完全采用中國(guó)鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的成套輸出，是中國(guó)鐵路“走出去”的典范工程[5]。

2 工程概況

中老鐵路磨萬(wàn)段（老撾段）北起中國(guó)磨丁，南至老撾首都萬(wàn)象，正線建筑長(zhǎng)度414.332 km，設(shè)計(jì)時(shí)速160 km/h，

正線橋梁162座59.774 km、隧道75座196.705 km，橋隧比62.60%。沿途設(shè)有磨丁、孟塞、瑯勃拉邦、萬(wàn)榮、萬(wàn)象等共計(jì)車站31個(gè)（其中口岸站1個(gè)、中間站8個(gè)、客運(yùn)站1個(gè)、會(huì)讓站21個(gè)）。正線路基長(zhǎng)153.253 km，占正線建筑長(zhǎng)度37.4%，以萬(wàn)榮VangVieng至萬(wàn)象Vientiane段最為集中，長(zhǎng)101.16 km。路基工程主要工程量為土石方、擋墻、錨固樁、錨桿框架梁、水泥攪拌樁、CFG樁等。具體工程數(shù)量詳見(jiàn)表1。

3 路基工程難點(diǎn)

中老鐵路老撾段路基工程主要工點(diǎn)類型有陡坡路基、深路塹高邊坡、高路堤；特殊土路基主要有軟土及松軟土路基和膨脹土路基；不良地質(zhì)路基主要有巖溶、順層路塹等。段內(nèi)路基工程主要工點(diǎn)類型及分布范圍詳見(jiàn)表2。

路基工程中又以萬(wàn)榮至萬(wàn)象段最為特殊，該段地處河谷平原及緩丘區(qū)，受區(qū)域自然環(huán)境因素影響，路基工程設(shè)計(jì)中主要難點(diǎn)如下。

3.1 環(huán)保要求高

鐵路沿線為熱帶雨林區(qū)，動(dòng)植物資源豐富，自然生態(tài)環(huán)境較好，環(huán)境敏感區(qū)及自然保護(hù)區(qū)分布較多，環(huán)境保護(hù)要求高；因中老鐵路老撾段在建設(shè)過(guò)程中備受海內(nèi)外社會(huì)各界的高度關(guān)注，生態(tài)環(huán)境保護(hù)又作為全球共識(shí)，因此建設(shè)期的環(huán)保問(wèn)題則是關(guān)注的焦點(diǎn)，在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中不允許出現(xiàn)環(huán)保相關(guān)問(wèn)題。

3.2 填料匱乏

萬(wàn)榮至萬(wàn)象段多為平原，為節(jié)省工程投資，路基工程占比較大；受萬(wàn)象市沖積平原的地貌影響，其地勢(shì)普遍較低，又緊鄰湄公河，路基工程則以填方為主，填料需求量相應(yīng)增加，區(qū)域內(nèi)填挖分布不均勻，填料極其缺乏，符合路基基床要求的填料更加匱乏。

3.3 低海拔

萬(wàn)象平原海拔高程約為160～180 m，其間分布有長(zhǎng)圓狀丘包，地形平坦開(kāi)闊，公路網(wǎng)相對(duì)較發(fā)達(dá)，沼澤湖泊廣泛分布，雨季極易受湄公河水位倒灌影響，且洪水位普遍偏高，致使整個(gè)平原形成內(nèi)澇。

3.4 降雨量大

老撾氣候炎熱，雨季長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，各地年平均降水量在1 250～3 750 mm之間，90%的降雨量集中在雨季，平均年降雨量達(dá)到3 000 mm。尤其老撾首都萬(wàn)象市降雨導(dǎo)致的內(nèi)澇在鐵路沿線地區(qū)最為嚴(yán)重。沿線各地氣象情況詳見(jiàn)表3。

3.5 軟土、松軟土分布廣泛

萬(wàn)象平原區(qū)域內(nèi)湄公河的支流眾多，水網(wǎng)和沼澤地密布，松軟土及軟土主要分布于萬(wàn)象平原和丘間谷地。且平原區(qū)內(nèi)軟土、砂土液化問(wèn)題較為突出，軟土厚度深、范圍廣，對(duì)路基工程影響較大。

4 主要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)

結(jié)合萬(wàn)象平原地形、地質(zhì)及湄公河水文情況等基礎(chǔ)資料，考慮該區(qū)域地下水位較高，在線路兩側(cè)設(shè)置取土坑挖取填料極其困難，難以實(shí)施。經(jīng)實(shí)地調(diào)查分析和數(shù)次方案的優(yōu)化比選，最終采用“立體分層”設(shè)計(jì)（如圖1所示），以確保該區(qū)域路基工程設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)、合理，又能避免路基工程不受湄公河倒灌的影響。

4.1 基底設(shè)計(jì)

結(jié)合萬(wàn)象平原區(qū)路基基底軟土深度不一的特性，根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，針對(duì)不同深度、不同軟土性質(zhì)，分別采用“基底換填+水泥攪拌樁、CFG樁等復(fù)合型樁基”進(jìn)行地基加固的方法，對(duì)路基基底進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，防止原地基在上部荷載及受洪水浸泡軟化雙重作用下發(fā)生失穩(wěn)。

4.1.1 水泥攪拌樁加固

水泥攪拌樁樁徑φ50 cm，采用正三角形布置，樁間距1.1～1.2 m，加固深度結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，應(yīng)打穿軟弱土層，樁底置于持力層內(nèi)不小于0.5 m（如圖2所示）。樁身采用普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量擬為被加固土體質(zhì)量的12%～15%，粉煤灰摻入量宜為水泥重量的20%，水泥漿水灰比根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁試驗(yàn)及水質(zhì)復(fù)查報(bào)告綜合確定，一般為0.45～0.55。要求水泥加固土試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28 d齡期立方體抗壓強(qiáng)度不小于1.2 MPa，90 d齡期強(qiáng)度不小于1.6 MPa。樁頂鋪設(shè)0.4 m厚的碎石墊層夾一層50 kN/m雙向拉伸塑料土工格柵，并在加固區(qū)內(nèi)間隔50～100 m設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)斷面。

4.1.2 CFG樁加固

CFG樁樁徑φ50 cm，采用正方形布置，間距1.6 m，加固深度結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，應(yīng)打穿軟弱土層，樁底置于持力層內(nèi)不小于0.5 m（如圖3所示）。CFG樁采用長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注法施工。樁體混合料試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d立方體抗壓強(qiáng)度平均值不小于15 MPa。樁頂設(shè)置直徑為1 m的樁帽，采用C35混凝土現(xiàn)澆。樁頂鋪設(shè)0.6 m厚的碎石墊層夾二層50 kN/m雙向土工格柵。并在加固區(qū)內(nèi)間隔50～100 m設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)斷面。

4.2 填料設(shè)計(jì)

結(jié)合萬(wàn)象平原地形及地質(zhì)條件，考慮路基填料匱乏的外部因素，對(duì)路基填料進(jìn)行了分層設(shè)計(jì)。針對(duì)路基本體填料按五年一遇內(nèi)澇洪水位標(biāo)高加0.5 m安全高進(jìn)行劃分，安全高以下部分（洪水浸泡層）采用不易風(fēng)化硬塊石或水穩(wěn)性好的滲水性填料進(jìn)行分層填筑，防止路基本體填料長(zhǎng)期受洪水浸泡而致使力學(xué)性質(zhì)變差發(fā)生垮塌。安全高以上部分路基本體則考慮填料匱乏的外部因素，路基采用“普通填料或改良土”進(jìn)行分層填筑，以節(jié)省工程投資。當(dāng)上下兩層填料粒徑相差較大時(shí)，在分界面上鋪設(shè)厚30 cm的碎石墊層，使其本體工程銜接過(guò)渡。

4.3 邊坡設(shè)計(jì)

結(jié)合萬(wàn)象平原區(qū)路基填方高度普遍偏高的情況，對(duì)邊坡進(jìn)行了分級(jí)設(shè)計(jì)，分級(jí)高度按百年一遇內(nèi)澇洪水位加0.5 m安全高確定，并于上、下級(jí)邊坡銜接處設(shè)置寬2 m的護(hù)道；針對(duì)安全高以下邊坡，采用放緩邊坡坡率至1∶1.75的方式進(jìn)行放坡填筑，安全高以上上級(jí)邊坡按常規(guī)1∶1.5進(jìn)行放坡填筑。該邊坡設(shè)計(jì)既可節(jié)省填方量、提升坡面整體穩(wěn)定性，又便于現(xiàn)場(chǎng)施工及后期維修養(yǎng)護(hù)。

4.4 坡面防護(hù)設(shè)計(jì)

受湄公河水位倒灌沖刷影響，路基兩側(cè)坡面根據(jù)邊坡分級(jí)標(biāo)高對(duì)上、下兩級(jí)邊坡進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。針對(duì)下級(jí)邊坡采用“袋裝反濾層+干砌片石護(hù)坡+墁石基礎(chǔ)”進(jìn)行防護(hù)，該設(shè)計(jì)可有效避免洪水沖刷鐵路主體路基工程、防止填料中細(xì)顆粒流失，同時(shí)可快速排出路基本體內(nèi)裂隙水。針對(duì)上級(jí)邊坡，考慮不受洪水沖刷影響，坡面則采用“人字形截水骨架+灌木草籽”進(jìn)行防護(hù)，該設(shè)計(jì)方案既可保證鐵路沿線通道進(jìn)行綠化的要求，又裝飾了沿線環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

中老鐵路作為區(qū)域“典范工程”，在萬(wàn)象平原區(qū)路基設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)反復(fù)研判，蹚出了一條因地制宜與技術(shù)創(chuàng)新相結(jié)合的設(shè)計(jì)之道，終結(jié)了老撾首都萬(wàn)象長(zhǎng)期遭受洪水倒灌致使交通中斷的歷史。自2021年年底開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，首都萬(wàn)象至中老兩國(guó)邊境的旅途時(shí)間由2 d縮短至3 h。其服務(wù)范圍覆蓋了東南亞近10個(gè)國(guó)家和地區(qū)，正逐步使老撾由“陸鎖國(guó)”變?yōu)椤瓣懧?lián)國(guó)”。萬(wàn)象平原內(nèi)澇區(qū)“立體分層”設(shè)計(jì)的路基工程，也持續(xù)保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，為客貨運(yùn)輸量不斷增加、列車荷載作用頻次不斷增加提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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