寒冷地区客运专线路基冻胀变形观测方案研究

2014-11-09夏健

山西建筑 2014年1期

关键词：含水量轨道路基

夏健

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142)

1 路基冻胀产生的机理及危害

寒冷地区路基冻胀主要原因为路基本体或地下水在冬季受低温影响，温度较高的水通过土体的孔隙向温度较低的土层方向转移、聚集，在温差聚水作用下，水分迅速聚集并逐渐形成聚冰层。路基表层水分不断增加，结冰后土体膨胀增大，形成路基冻胀。

客运专线列车行车速度高，对线路平顺性、旅客舒适度等要求高。路基本体不均匀冻胀后引起轨道几何形态指标超限，影响旅客乘坐舒适度，极端情况下危及行车安全。

2 路基冻胀变形观测实施的意义

寒冷地区客运专线路基防冻胀设计主要从控制路基基床填料细颗粒含量、地表水封水、地下水处理等三方面进行。为评估气温、路基填料含水量对路基冻胀的影响，了解路基本体内水分的迁移、不同深度范围土体冻胀的过程和冻胀量，从而为东北地区客运专线路基防冻胀设计提供详实的基础资料，迫切需要对路基冻胀变形的机理、过程进行全面、系统的观测。

3 路基冻胀变形观测实施方案研究

3．1 项目概况

盘锦至营口铁路客运专线地处辽宁省西部，起自秦沈客专盘锦北站，止于哈大客专下夹河线路所，线路全长89．314 km，设计时速350 km，采用我国自主研发的Ⅲ型板式无砟轨道。沿线主要城市的主要气象要素如表1所示。

表1 沿线主要城市的主要气象要素表

3．2 冻胀变形观测方案

3．2．1 自动观测

自动观测主要包括地温观测、含水量观测、冻胀变形观测。均采用自动观测，该方法能够全天候、实时、自动化监测及报警，能够远程控制和数据处理。1)地温监测。无砟轨道底座板边缘地温元件自路基级配碎石顶面以下0．2 m垂直向下布设至两倍最大冻结深度处;路基护肩下地温元件自护肩底面以下0．2 m垂直向下布设至两倍最大冻结深度处;路基坡脚处设一处地温观测点，与路基本体范围内测试数据相比较。2)含水量监测。无砟轨道底座板边缘含水量元件自路基级配碎石顶面以下0．2 m垂直向下布设。路基护肩下含水量元件自护肩底面以下0．2 m垂直向下布设。3)冻胀变形观测。冻胀变形观测分定点冻胀变形观测和纵向连续冻胀变形观测两部分。a．定点冻胀变形监测。无砟轨道底座板边缘冻胀计自路基级配碎石顶面以下0．2 m布设。锚头埋深:一般路堤地段2 m，低路堤地段混凝土板顶面深度。b．纵向连续冻胀变形监测。在不同换填深度及路涵过渡段上布设连续位移元件，监测路基面的冻胀变形。上述自动观测方案中观测元器件埋设方法见图1。4)自动变形观测元器件主要性能指标。经过对国内外仪器设备公司进行的大量调研工作，通过指标性能、技术参数以及技术服务等方面的调研分析对比，结合以往科研试验采用的传感器情况，本项目试验传感器主要技术指标如下:a．地温传感器:精度:0．01度;测量范围:－40℃～+60℃。b．含水量传感器:土壤容积含水量0%～100%;电导率(ECb)0～1 200;温度－40℃～+60℃。c．冻胀计:量程100 mm，分辨率0．01 mm。5)自动变形观测元器件埋设。为防止传感器在施工过程中被破坏，无砟轨道底座边缘下的元器件在铺设表层封堵材料前，在相应位置钻孔成φ100 mm的孔，将传感器置于孔中，用与路基填筑相同的土回填并采用穿心锤夯实，做好导线的保护工作;在护肩相应位置设置钻孔平台，钻孔成φ100 mm的孔，将传感器置于孔中，回填夯实，并做好护肩与边坡的恢复工作。6)自动变形观测数据采集、传输。远程自动监测系统由数据采集、数据传输、数据处理三大子系统组成，如图2所示。

图1 一般路堤断面元器件布置图

图2 远程自动监测系统结构示意图

3．2．2 人工观测

1)观测方案。人工观测基准点利用线路上铺设的CPⅢ点。无砟轨道地段每个观测断面布设4个冻胀观测点，分别位于轨道底座板左右肩上。

2)观测精度。沉降变形测量按变形测量三等规定执行，主要变形测量等级及精度如表2，表3所示。

表2 变形测量等级及精度要求 mm

表3 测网主要技术要求 mm

3．3 冻胀变形观测实施方案

1)自动观测。所有元器件埋设后必须至少测试5次初始读数，剔除异常读数后作为初始读数。各测试项目的观测频率如下:2012年6月～9月:1次/d;2012年10月～2013年5月:12次/d。特殊情况下加大观测频率。连续长期观测时间不少于3年。

2)人工观测。结合本项目沿线历年气象资料及每次观测所需的时间，人工观测时间计划如下:第一次:2012年11月5日～2012年11月12日;第二次:2012年12月5日～2012年12月10日;第三次:2013年1月18日～2013年1月23日;第四次:2013年3月1日～2013年3月5日;第五次:2013年3月25日～2013年3月30日;第六次:2013年4月20日～2013年4月25日。