正蓝旗至黑城子铁路路基设计研究
2011-09-03郭培军张亚东
郭培军，张亚东
(1.内蒙古集通铁路 (集团)有限责任公司，呼和浩特 010050;
2.铁三院内蒙古铁道勘察设计院有限公司，呼和浩特 010050)
1 概述
正蓝旗至黑城子铁路(简称蓝黑线)是正蓝旗至张家口铁路(简称蓝张线)的北段一期工程，蓝张线是国家中长期铁路网规划的国铁Ⅰ级铁路，北起内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗境内锡林浩特至多伦铁路的正蓝旗车站，南至河北省张家口市，与京包铁路接轨于沙岭子站。
蓝张线的修建将成为内蒙古东部地区与张家口地区煤炭运输的便捷通道，使内蒙古东部地区运往张家口地区以及北京方向的货流将不绕行集宁、大同，将成为内蒙古锡盟地区煤炭外运的便捷通道。
正蓝旗至黑城子铁路作为蓝张线北段一期工程北起内蒙古自治区锡林郭勒盟正蓝旗境内既有锡多铁路的正蓝旗车站，从该站南咽喉引出后，绕过上都电厂后继续向西南延伸，在DK24+695处上跨县道502，在DK26+789处以特大桥跨越闪电河后折向南，为了保护古城遗址并满足环保要求线路离该遗址200 m，然后继续向南在黑城子矿区工业广场的西侧设黑城子站(装车站)，站中心里程为DK35+600。正蓝旗至黑城子线路全长为36.223 km，改建既有锡多下行线3.679 km，全部位于锡林郭勒盟正蓝旗境内。
2 路基工程概况
本线线路全长39.902 km(包含改建既有锡多下行线 3.679 km)，其中中桥及以上桥梁共 5座/1 392.51延长米，本线路基长度共38.509 km，占全线长度的96.51%，其中区间路基长度为32.486 km，占全线长度的81.41%。
全线个别路基设计工点12处，14 520延长米，占全线总长的36.39%，占全线路基长度的44.70%。其中:路堤坡面防护6处，4204.2延长米;雪害路基4处，8130延长米;软土路基(浸水)1处，1506.4延长米;浸水路基1处，680.2延长米。
路基填方长度29.98 km，挖方长度8.50 km。区间总断面方为264.986 4×104m3，施工方为194.016 2×104m3，其中填方总量为200.288 8×104m3，挖方总量为64.967 6×104m3。平均每公里区间断面方为8.164 5×104m3。
全线区间路基防护M7.5浆砌片石111 675 m3，平均3 437.63 m3/km;C15混凝土4 678 m3，平均144.00 m3/km;包坡碎石土100 459 m3，平均3 092.38 m3/km。
3 路基设计基本原则
3.1 路基面形状
路基面为三角形路拱，由路基面中心线向两侧设4%横坡，曲线加宽时，路基面仍保持三角形。
3.2 路基面宽度
根据《铁路路基设计规范》(TB10001—2005)中关于路基宽度的计算方法，计算确定直线段路基面宽度见表1，表2。
表1 直线地段单线路基面宽度 m
区间曲线地段的路基面宽度，在曲线外侧按下表数值加宽，加宽值在缓和曲线范围内线性递减。
表2 曲线地段路基面加宽值 m
3.3 路基基床设计标准
路基基床分为表层和底层，表层厚度0.6 m，底层厚度1.9 m，总厚度2.5 m。
基床底层的顶部和基床以下填料的顶部应设4%的人字排水坡。
半填半挖路基，将路基面下1.0 m范围内予以挖除换填，填料应符合基床要求，挖方顶面设4%的向外排水坡。
路肩宽度路堤段不小于0.8 m，路堑段不小于0.6 m。
4 一般路基设计原则
由于本线一般路基地段线路主要以填方通过，因此一般路基主要采取路堤坡面防护。
地层:闪电河断陷盆地，地表第四系全新统冲洪积层(Q4
al+pl)粉砂、细砂、中砂。
工程措施如下。
地面横坡率为1∶5～1∶2.5时，地面挖2.0 m宽台阶。一般地段路堤基底清除表层0.3 m厚种植土。
路堤边坡坡率:0～8 m，1∶1.5;8～20 m，1 ∶1.75。
路基基床表层采用A组填料，基床底层A、B组填料，基床以下采用A、B、C组(粉细砂除外)填料。
边坡坡面采用M7.5水泥砂浆砌片石带截水槽拱型骨架护坡防护，骨架厚度为0.4 m，骨架内碎石土包坡，辅以播撒草籽防护。且边坡平铺双向拉伸经编涤纶土工格栅进行加固，每层间距0.6 m，宽度2.5 m。
5 特殊路基设计原则
本线重点特殊路基主要包括:雪害路基、软土路基和浸水路基。
5.1 雪害路基(图1)
DK3+760.00～DK10+700为雪害路基。本工点地貌特征:固定、半固定沙丘地貌，位于闪电河右岸二级阶地上，在半固定岗状、垄状沙丘边缘，沙丘表层植被覆盖率30% ～50%，以草为主。
线路以挖方通过，中心最大挖深9.0 m，边坡最大挖深11.0 m。
图1 雪害路基(单位:m)
地层:闪电河断陷盆地，局部表覆第四系全新统风积(Q4eol)细砂，下为第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)粉土、细砂、中砂、细角砾土。
工程措施如下。
路堑边坡坡率:h≤2 m，1∶4;2 m＜h≤6 m，1 ∶1.75;h＞6 m，1 ∶2，一坡到顶。
路堑基床表层换填0.5 m A组土+0.1 m中粗砂+两布一膜，基床底层换填0.5 m A、B组土。
路堑坡面防护:h≤3 m时，边坡坡面采用M7.5水泥砂浆砌片护坡防护。h＞3 m时，边坡坡面采用M7.5水泥砂浆砌片石带截水槽拱形骨架护坡防护，骨架厚0.4 m，骨架内卵石土包坡。
路堑两侧设梯形侧沟，沟深0.8 m，底宽0.4 m，厚0.35 m。采用M7.5水泥砂浆砌片石砌筑，10～20 m设一道伸缩缝，每隔2 m设φ5 cm的PVC泄水管。
于线路右侧距离坡脚20～30 m范围设高度2.0 m的浆砌片石挡雪墙防护。
同时，于线路左侧100 m右侧300 m范围内，对地面风蚀严重的处所设置树枝条方格沙障防护。
5.2 软土路基(图2)
DK24+751.80～DK26+258.15为软土路基，同时也是浸水路基。
本工点地貌特征:冲洪积平原，为闪电河右岸阶地及漫滩，地形平坦，地势开阔，地表为草地。雨季地表为沼泽。
线路以填方通过，中心最大填高13.8 m，边坡最大填高13.6 m。
地层:粉土(Q4al+pl) 灰黑色，潮湿～饱和，稍密，含淤泥，夹细砂夹层。厚度1.8～2.1 m。基本承载力σ0=90 kPa;细砂(Q4al+pl) 黄褐色，潮湿-饱和，稍密，成分以石英、长石为主。厚度0～2.6 m。基本承载力σ0=150 kPa。
水文资料:H1/100=1 327.90 m，v=1.49 m/s。
采用防护高程=设计水位+波浪侵袭高+壅水高+0.5 m=1 328.90 m。
工程措施如下。
(1)基底处理:挖除基底淤泥层，回填砂夹石。
(2)路基基床表层采用A组填料，基床底层A、B组填料，基床以下采用A、B、C组填料。防护高程以下采用渗水土填筑。
(3)路堤边坡坡度:0～8 m，1∶1.5;8～20 m，1 ∶1.75。防护高程以下放缓一级;并于防护高程处设2.0 m宽护道。
(4)路堤防护高程以上坡面采用M7.5水泥砂浆砌片石带截水槽拱形骨架护坡，骨架厚0.4 m，骨架内碎石包坡，播撒草籽。
(5)防护高程以下坡面采用M7.5浆砌片石护坡防护，厚0.35 m，下设碎石垫层，厚0.15 m，采用勺形基础。
图2 软土路基(单位:m)
5.3 浸水路基(图3)
DK27+319.85～DK28+000为浸水路基。
本工点位于冲洪积平原，为闪电河右岸阶地及漫滩，地形平坦，地势开阔，地表为草地。线路以填方通过，中心最大填高8.2 m，边坡最大填高8.0 m。
水文资料:H1/100=1 327.90 m，v=1.49 m/s。
工程措施如下。
(1)采用防护高程=设计水位+波浪侵袭高+壅水高+0.5 m=1 328.90 m。
(2)路基基床表层采用A组填料，基床底层采用A、B组填料，基床以下采用A、B、C组填料，防护高程以下采用渗水土填筑。
(3)路堤边坡坡度:0～8 m，1∶1.5;8～20 m，1 ∶1.75。防护高程以下放缓一级;并于防护高程处设2.0 m宽护道。
(4)路堤防护高程以上坡面采用M7.5水泥砂浆砌片石带截水槽拱形骨架护坡，骨架厚0.4 m，骨架内碎石包坡，播撒草籽。
(5)防护高程以下坡面采用M7.5浆砌片石护坡防护，厚0.35 m，下设碎石垫层，厚0.15 m，采用勺形基础。
图3 浸水路基(单位:m)
6 结语
铁路特殊路基处理措施及方法是否得当，直接决定了铁路路基建成后的运营稳定及安全，因此对于特殊路基的处理，在设计、施工及日后的运营养护过程当中应综合考虑路基自身特点以及地质、气象、水文等相关因素，采取科学经济合理的措施进行处理，从而有效保证铁路路基稳定及运营安全。
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