无砟轨道铁路路基冻胀问题探讨

季靠荣

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

在冻土地区建设无砟轨道铁路客运专线，路基的冻胀问题是近几年来随着高速铁路的建设和投入运营逐步显现并备受关注的问题。

无砟轨道对路基变形量和差异变形量的控制与以往有砟轨道控制标准间存在的差别，是一个数量级的差别。无砟轨道要求控制变形在5～15 mm(30 mm)，而有砟轨道是5～30 cm。因为高速铁路无砟轨道对平顺性的严格要求，需要控制局部(短距离)差异变形造成的折角＜1/1000。正是这种差异和平顺性的严格要求，需要对无砟轨道路基的冻胀问题重新认识并加深研究［1-2］。

1 无砟轨道路基冻胀问题

现有的一些规范中，不冻胀土是以冻胀率≤1%界定的。如《铁路特殊路基设计规范》［3］中表7.1.19中关于季节性冻土的冻胀分级。

对于无砟轨道路基而言，这个冻胀率≤1%的界限存在着不适用的问题。当冻土厚度达到1.5 m以上时，如按1%的冻胀率，其冻胀量就可能超过15 mm。也就是可能超过了无砟轨道对路基差异变形量和平顺性的控制值，尽管冻胀率未超过1%，但其冻胀已经危及高速铁路的安全稳定。在部分冻土地区，冻结深度最大可超过2.5 m。所以无砟轨道路基不冻胀土的界定，需要有新的定义或规定，需要根据最大冻结深度和无砟轨道路基允许的冻胀量来制定相应的界限冻胀率。同时，就需要对与土的冻胀率有关的含水量和细粒土含量等加深研究。找到适应高速铁路无砟轨道路基工程的土体冻胀分类方法和标准，也就是要试验研究适用于无砟轨道路基的不冻胀土。

哈大客运专线是中国冻土地区第一条无砟轨道铁路，客运专线建成时轨道不平顺地段的复测统计结果说明，冻胀具有普遍性。

沈大段最大冻结深度0.93～1.48 m。76.1%的路基发生不同程度的冻胀，最大冻胀23 mm，冻胀量0～10 mm地段占70.8%，冻胀量10 mm以上地段占5.3%。

哈沈段最大冻结深度1.37～2.05 m。路基轨道抬高值＜5 mm的地段占78.5%，冻胀量＞10 mm的地段占2.9%;冻胀量5～10 mm的地段占18.6%。

哈大线设计和施工执行了《铁路特殊路基设计规范》(TB 10035—2006)7.1.19条，冻结深度范围的路基填筑材料为冻胀率≤1%的级配碎石和A，B组填料(不冻胀土)。经过核查取样试验，含水率在2% ～15%之间，细颗粒含量大部分 ＜15%，个别最大达21.1%。统计级配碎石样品101个，细颗粒含量超过(不冻胀土)标准的有56个;统计不冻胀填料样品76个，细颗粒含量超过(不冻胀土)标准的有30个。可见，细颗粒含量不超过标准的样品和超过标准的样品比例接近1∶1。

哈大线冻胀核查资料也说明了以冻胀率≤1%界定不冻胀土，对于无砟轨道路基而言，其适用性是存在问题的。有必要针对无砟轨道路基制定专门的不冻胀土的标准，从土的成分、级配、细颗粒含量、含水率等多方面开展试验研究。同时，还需要研究填料经压实后细颗粒含量的变化以及级配碎石掺水泥填料压实后细颗粒含量的变化。

哈大客运专线建成时，对路基冻胀问题进行了勘察和治理。同时也引起了之后对冻土地区无砟轨道路基设计、施工的高度关注，相关单位也进行着多方面的试验研究。

哈大线路基冻胀的主要原因，固然是地表水下渗或地下水聚集。但填料本身的细颗粒含量或压实后填料的细颗粒含量，应该是决定性的因素之一。因此，无砟轨道路基防冻胀应该主要采取地表水防渗、疏排地下水和严格控制填料及其压实后的细颗粒含量等工程措施。

2 无砟轨道路基防冻胀设计

目前，部分无砟轨道路基的设计，已经采取了一些改进的方法。如加强地表水防渗和地下水疏排，调整、减少细颗粒含量等。更为彻底的，是在冻结深度内采用混凝土基床的结构措施。针对无砟轨道路基防冻胀问题，提出下列参考原则或路基结构措施［4-5］。

1)综合考虑排水、防渗、防冻胀的需要，在无砟轨道底座下，用0.3 m厚钢筋混凝土作为基床表层，两侧的基床表层填料下部设置防水层(如两布一膜)，从电缆槽下穿过，与泄水孔或水沟相接。防渗材料嵌入混凝土基床的预留槽内，使得地表下渗的水，不再向下部基床渗透。在路堤地段，对基床作完整的地面防渗。如图1。

图1 无砟轨道路基基床表层防渗结构示意

2)在路堑和低路基地段，可以在冻结深度以下设置盲沟，疏排地下水，降低地下水位。同时在路堑地段对基床增加侧向防渗，使得地表水经过侧面土体的渗水以及侧沟缝隙下渗的水被隔离，并经过盲沟排出。侧向防渗材料与基床表层防渗材料在侧沟或其泄水孔部位搭接，形成立体防渗结构。如图2所示。哈大客运专线路基冻胀统计资料显示，冻胀量大的地段或冻胀发生频率高的地段是路堑地段。而路堑与路堤的差别主要在于路堑基床侧面，有侧沟缝隙和路堑地表汇水下渗至侧沟下，可以侧向渗入基床，显然比路堤地段基床多了水的渗入面。这就是上述现象的主要原因之一。

图2 无砟轨道路堑基床防渗结构示意

3)为防止结构缝局部渗水，轨道底座接缝须与钢筋混凝土基床接缝错开。钢筋混凝土基床的接缝，可采取叠瓦式(或嵌入式)结构，如图3所示。上部接缝必须填塞防渗材料，瓦槽缝用于承接并从横向排出局部接缝可能少量下渗的水。

图3 叠瓦式混凝土基床接缝防排水结构示意

4)研究适用于无砟轨道路基的不冻胀土标准，建议参照有关渗水土的标准，尤其是要注重细颗粒含量以及压实后细颗粒含量的控制标准和质量监测、验收标准。

3 结论

现有的一些规范中，不冻胀土是以冻胀率≤1%界定的。对于无砟轨道路基而言，需要试验研究适用于无砟轨道路基的不冻胀土。建议参照有关渗水土的标准。特别注意在减少细颗粒含量的同时，调整孔隙率监测、验收标准。

防冻胀设计，主要采取地表水防渗、疏排地下水和严格控制填料及其压实后的细颗粒含量等工程措施。路堑防渗还需要增加侧向防渗，形成对路堑基床的立体防渗结构。基床防渗，需要注意细节和系统协调，如结构缝处理、防渗层搭接以及接触网基础等。在冻结深度大的地区，轨道底座下的基床表层可采用0.3 m厚钢筋混凝土，使轨道下基床表层无冻胀，并有利于下部基床全面防渗。

［1］石刚强，张先军.严寒地区客运专线路基冻胀影响因素及防治技术［J］.铁道建筑，2011(6):93-95.

［2］中华人民共和国铁道部.TB 10621—2009 高速铁路设计规范(试行)［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［3］中华人民共和国铁道部.TB 10035—2006 铁路特殊路基设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2006.

［4］铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册［M］.北京:中国铁道出版社，1999.

［5］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50007—2011 建筑地基基础设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.