浅谈季节性冻土地区高速铁路路基防排水设计

李峰

【摘要】 本文结合新建吉林至珲春铁路重点控制工程JHSKⅡ标路基排水的施工实践，阐述了季节性冻土地区高速铁路路基防排水设计情况。

【关键词】 季节性冻土路基防排水地表排水基床排水地下排水

1、前言

随着我国铁路经济的发展，全国各地加速铁路建设，我国东北地区的高速铁路项目近年来也陆续开工和通车，而东北地区冬季漫长，属于季节性冻土地区，如何处理严寒地区的防冻胀问题是路基施工的一大难点，路基防排水则是处理防冻胀问题的关键。本文以新建吉林至珲春铁路重点控制工程JHSKⅡ标路基排水施工为例浅谈季节性冻土地区高速铁路路基防排水设计。

2、工程概况

新建吉林至珲春铁路设计时速为250km/h，全线铺设有砟轨道，重点控制工程JHSKⅡ标位于威虎岭剥蚀中低山区，山顶多呈浑圆状，冲沟发育，属浅切割区，植被发育，森林茂密。本区属北亚温带湿润半湿润大陆性季风气候。按照对铁路工程影响的气候分区，该区为严寒地区。夏季短促温暖，冬季漫长酷寒，春季干旱多风，秋季凉爽，四季分明。年平均气温4.0～6.8℃，1月平均气温-10.3～-23.4℃；极端最低气温-29.2～-42.5℃，年平均降水量528～670mm，主要集中于6～8月。土壤最大冻结深度：184cm，每年从10月开始冻结，次年4月开始融化。

3、路基排水总体设计

路基应有良好、完善的排水系统。排水设备应布置合理，与桥涵、隧道、车站等排水设备衔接配合，有足够的过水能力，保证水流畅通。排水工程应结合具体条件，适当加强路基的横向排水设施，并及时实施，防止在施工期间因地表水及地下水的侵入而造成路基松软和坡面坍塌。

3.1地表排水设计

（1）对路基有危害的地面水，通过设置侧沟、天沟、排水沟及边坡平台截水沟，将水拦截引排至路基范围以外，防止水流冲刷路基。

（2）侧沟、天沟、排水沟或截水沟排水设施过水截面尺寸根据流量计算。并考虑路基面排水、边坡排水和附属排水系统的衔接。

（3）当路堤边坡采用截水骨架护坡时，两侧边坡截水槽即为路堤顺边坡向的横向排水槽。采用混凝土空心砖植草防护地段设顺边坡向的横向排水槽，深0.2m，间距10.0m左右，采用C25混凝土预制构件。

图1 截水骨架护坡

（4）排水沟：路堤地面横坡明显地段，排水沟可在上方一侧设置，若地面横坡不明显，宜在路基两侧设置。排水沟平面应尽量采用直线，如必须转弯时，其半径不小于10～20m，排水沟的长度根据实际需要而定。排水沟一般采用梯形沟，膨胀岩土地区路堤坡脚平台及排水沟下设三七灰土垫层。排水沟出口位置应保证将水引排至路基以外，防止冲刷路基。

图2排水沟

（5）侧沟：侧沟采用C25钢筋混凝土矩形盖板沟，侧沟盖板采用钢筋混凝土预制。膨胀岩（土）地段，侧沟及侧沟平台下部均需设置三七灰土垫层。

图3侧沟

（6）天沟：路堑地面横坡明显地段，可在上方一侧设置天沟，若地面横坡不明显，宜在路基两侧设置。当路堑顶部无弃土堆时，天沟内边缘至堑顶距离不宜小于5m。天沟采用钢筋混凝土预制板；膨胀岩（土）、顺层地段堑顶至天沟采用混凝土封闭，堑顶封闭平台及天沟下设三七灰土垫层。对于堑顶坡面较陡的天沟，采用矩形天沟。

图4天沟

（7）平台截水沟：路堑边坡平台截水沟采用0.40m×0.40m的矩形溝，一般采用混凝土浇筑。

图5平台截水沟

（8）路堑侧沟的水流不宜经隧道排出。隧道洞口的反坡排水结合隧路刚性过渡段的设置，起点水沟断面取0.4m深。在深长路堑和反坡排水困难的地段，当侧沟深超过1.50m、宽超过0.80m，以及谷地路堑地段，通过增设涵洞及采用钢筋混凝土排水沟，将侧沟水尽快引排至路基外。

（9）排水沟、天沟下设置砂浆找平垫层，接缝水泥砂浆强度不低于M10。

3.2基床防排水设计

（1）基床及护肩排水

1）基床表水经护肩顶面汇流于路堑侧沟或路堤两侧拦水坎或截水槽，路堤地段表水再经路堤边坡的横向排水槽（每隔10m一处）或截水槽引入排水沟或路堤坡脚外。

2）路基基床底层顶部设0.2m厚中粗砂内夹铺一层两布一膜复合土工膜隔断层。

3）电缆槽采用横向排水，分别于中隔板、外侧壁下部设泄水孔，底部设洗净碎石排水层，沿电缆沟底及护肩底处分别设置泄水孔（φ0.08m），纵向每2.0m设一个，将电缆沟及基床底积水引排至侧沟。

重点强调两点，一是路肩底处泄水孔，应放置在基床底层顶面两布一膜的上方；二是如果电缆槽两道泄水孔口高于电缆槽底，导致电缆槽内积水并下渗，需在电缆槽底浇筑一定厚度M10水泥砂浆，以使电缆槽内底部，沿线路方向和横向排水顺畅不积水。

电缆槽与表层级配碎石、接触网基础或护肩衔接处存在施工缝隙时，采用C25混凝土填充密实。每节电缆槽纵向连接处填塞M10水泥砂浆或沥青砂浆，以防电缆槽内积水下渗。

4）接触网基础顶面不得高于路肩阻碍路基面上水的排出。

（2）基床及护肩排水细部设计图

1）图6、图7分别为路堤和路堑护肩排水详图。

图6 路堤护肩排水详图

2）若路肩底泄水孔排水不畅，电缆槽内积水下渗会加重路基冻胀，鉴于此考虑，在未施工电缆槽地段，需在电缆槽下部及靠线路一侧包裹一层两布一膜隔水层，防止电缆槽内积水下渗。详细设计见图8。

图7 路堑护肩排水详图

图8 电缆槽下部及靠线路侧包裹一层两布一膜隔水层设计图

3.3地下水防排水设计

对于路基有危害之地下水（基岩裂隙水、浅层滞水），通常会导致路堑基床积水、基底软化、路基冻胀、边坡渗水、边坡挂冰、边坡冻胀变形、边坡溜坍等病害，根据其性质和特征设置明沟、边坡支撑渗沟、截水渗沟等防排水设施，特别是顺层路堑、膨胀岩（土）路堑、地下水发育路堑须加强引排水措施。

（1）支撑渗沟

1）支撑渗沟的深度a≥冻结深度+0.25m，设置位置应结合现场开挖边坡的高度、地层岩性、风化破碎程度和地下水发育情况综合考虑设置。

2）支撑渗沟断面采用矩形，沿线路纵向间距按照具体工点设计。两侧及尾端设置厚0.1m的无砂混凝土板，板后铺设一层透水土工布；支撑渗沟内充填干砌片石，基础采用M10浆砌片石砌筑；最下一层基底铺C25混凝土防渗层，防渗层与坡面最近距离a满足冻结深度+0.25m。

3）支撑渗沟位于主骨架之间，当支撑渗沟直接与侧沟平台下渗沟相接时，渗沟设在边坡防护基础外侧，埋深满足a=冻结深度+0.25m。当支撑渗沟与挡墙相接时，盲沟设在墙趾相接处，与挡墙之间均以洗净碎石充填。挡墙内埋设PVC排水管将支撑渗沟水引排到侧沟平台下盲沟。PVC管口包透水土工布。平台下渗沟管底高程低于挡墙内排水管口不小于0.2m。

当支撑渗沟与桩板墙相连时，支撑渗沟设在板的位置，在满足板底至开挖线最小距离a的情况下，按1：0.5的坡度开挖，宽度与支撑渗沟相同，用干砌片石回填，与盲沟相接。

4）支撑渗沟顶部设0.3m厚的M10浆砌片石，上部培土，厚度0.3m。

图10 支撑渗沟详图

（2）截水渗沟

1）截水渗沟设在侧沟平台下，渗沟宽1.2m。其中外侧设无砂混凝土板厚0.1m，内充填洗净碎石，下设C25混凝土基础，厚0.2m，其上设φ0.315PVC带孔双壁波纹渗水管，在渗沟四周铺设一层土工布反滤层。渗水管顶埋深不小于冻结深度+0.25m。

2）横穿路基的排水管，采用直径为0.5m的预制钢筋混凝土圆管，管底纵坡为5‰，基础为C25混凝土。

3）为保证冬季排水通畅，渗沟出水口采用掩埋式锥体保温出口。保温出口应选择距线路一定距离、地势开阔、落差大、而且朝阳避风的地点，形成一个既能保温又能泄水的蓄水带，自然的向低洼处排水。

4）保温出口为顶宽3.0m，两侧及出水端部坡率1：2的錐体，其端部边坡及两侧边坡，于XPS保温板外夯填黏性土，厚1.0m。保温出口四周边坡（端部、顶部及两侧）均采用种植紫穗槐防护。

5）于保温出口处设明沟，底部0.8m，厚0.15m，沟深不小于1.0m，采用C25钢筋混凝土预制板拼装。

6）每30m设一处圆形检查井，检查井采用预制拼装式，井盖、井身及基础采用C25钢筋混凝土现浇。

7）基床换填底与截水渗沟横向需贯通，且截水渗沟基础顶应高于基床换填底，以便尽快疏干基床中积水，详见图11。若基床换填底高于截水渗沟基础顶面，需按要求加深截水渗沟。若施工中基床换填未与截水渗沟贯通，需挖除基床换填与截水渗沟间原状土，按图11施工。

8）截水渗沟应分段开挖分段施工，长大拉槽施工会影响堑坡稳定，严重时会导致堑坡滑塌。

9）截水渗沟进水部分圆管埋设位置应尽量远离填方坡脚，在路堤坡脚挖槽会对路堤稳定产生不利影响。

图11 路堑截水渗沟与基床换填设计图

4、结论

在季节性冻土地区，不光要有完善的地面排水系统，还要有地下排水系统，并且要把两者有机的结合起来，形成合理的路基结构，与桥涵、隧道、车站等排水设备衔接配合。排水工程应结合具体条件，适当加强路基的横向排水设施，并提前施工，避免在施工期间因地表水及地下水的侵入而造成路基松软和坡面坍塌。本次地面排水与地下排水相结合的路基排水设计的运用取得了很好的效果，也为今后季节性冻土地区的高速铁路路基防排水设计积累了经验。