陇海线新建河车站路基病害原因分析及处理措施

景文涛（甘肃综合铁道工程承包有限公司，甘肃 兰州　730000）

陇海线新建河车站路基病害原因分析及处理措施

景文涛
（甘肃综合铁道工程承包有限公司，甘肃 兰州730000）

介绍了陇海线新建河车站K1330+590—K1331+150段路基病害现状、发生和发展情况，分析了病害产生的原因，针对病害情况提出了基床换填+灰土挤密桩和注浆2个处理方案，进行技术、经济比较后，选用基床换填+灰土挤密桩处理方案，提高了基床的水稳定性及承载能力，保证了路基的安全运营，可供类似工程借鉴。

既有铁路车站；路基病害；原因分析；处理措施；方案比选

陇海线K1330+590—K1331+150段位于新建河车站内，属于陇海下行线提速区段，列车最高运行速度为140 km/h。路堤边坡高度约30 m，自2003年开通以来，路基累计下沉达到1 m。整治前存在的问题主要为：路基基床多处形成道砟囊，涵洞被拉裂，线路轨面平顺度差，接触网导高不足，接触网支柱倾斜，信号电缆存在被拉断的风险等。以上病害已经严重影响到行车安全（铁路局对病害段落正线限速为60 km/h），如不采取整治措施，将会出现较大的行车中断及运营安全事故。本文通过现场踏勘和资料收集，找到病害原因，并提出了基床换填+灰土挤密桩和注浆2种处理方案。经过方案比选，采用基床换填+灰土挤密桩处理方案，提高了基床的水稳定性及承载能力，保证了路基的安全运营。

1　工程概况

新建河车站位于陕西省宝鸡市凤阁岭乡建河村境内，为渭河河谷及阶地区，路基病害沉降段位于高填方路基。

1.1地层岩性

工程范围内地层主要为第四系全新统冲积黏质黄土，其下为卵石土。

（1）黏质黄土：层厚约23～28 m，浅灰黄色、黄褐色，稍密，硬塑，Ⅱ级普通土，σ0=130 kPa，具Ⅱ级自重湿陷性，湿陷土层厚约9.5 m。

（2）卵石土：浅灰色，卵石成分以花岗岩为主，磨圆度较好，饱和，中密，Ⅱ级普通土，σ0=600 kPa。

1.2气象水文及地震

该工点无地表水，地下水位埋深16～21 m，主要由渭河水及大气降水补给。年平均降水量为491.6 mm。地震基本烈度为Ⅷ度。最大土壤冻结深度为1.0 m。

1.3原设计情况和既有线运营情况简介

新建河车站为陇海下行线越行车站，由三股道组成，其中Ⅱ道为正线，三股道之间的线间距为5 m。线路以高路堤形式通过，左侧路堤高约30 m。原设计路基填料为普通黄土，且从路基本体到基床均采用这一填料，设计要求基床表层压实系数≥0.91，基床底层压实系数≥0.89，路基本体压实系数≥0.86。本段远期（2013年）设计通过能力为165对/日、运能为4 230 万t/年，客车数量为34对/日、货车数量为34对/日。随着我国经济改革步伐的加快与深化，铁路运能发生了大的变化，目前通过能力为 192.8对/日、运能为7 000万 t/年，客车数量为 45对/日、货车数量为 63 对/日。最新设计标准要求基床表层须选用A，B组填料，地基系数K30≥150 MPa/m，基床底层压实系数≥0.93，路基本体压实系数≥0.9［1］。旧标准难以满足实际需要，因此引起路基下沉、基床不稳定等诸多病害，铁路维护费用也不断增加。线路自开通运营以来路基下沉明显，工务部门对下沉段落采用填补道砟来保持轨面标高，虽然经过多次抬道及拨道整治，线路的平顺度及稳定性依然较差，严重影响了列车的行驶，铁路局对正线限速为60 km/h。

1.4病害现状、发生及发展状况

本段线路自2003年开通至2007年以来，路基下沉每年约20 cm，2007年5月对该段路堤坡面增设支撑暗沟及骨架护坡进行病害整治，路基下沉趋势收敛，但后期仍有发展，2014年5月至2014年底观测点处最大下沉量为4.2 cm。截止2014年底，累计下沉量达100 cm，道床厚度约1.6 m，轨面与路肩最大高差达到2 m。路基下沉造成陇海下行线 K1330+807第5节涵管处台阶开裂，缝隙处可见黄土。路基沉降导致线路运营状况不良，平顺度差，接触网支柱产生倾斜，信号电缆存在被拉断的风险。虽经抬道填砟整治，但接触网立柱导高调整受限，无法恢复到该段线路的设计标高。抬道后为了保证路肩宽度及高度，采用干砌片石垛加高路肩。经过地质雷达测试，路基基床在1.5～2.5 m深度范围内存在道砟囊。经土工试验检测，道砟囊含水率为35%～50%，呈流塑状；路基土含水率为20%～35%，呈可塑～软塑状，承载力严重不足。地质雷达测试综合结果，见表1，表中里程标记以K1331+000整公里标为基准，采用30 m皮尺量测。

表1　地质雷达测试综合结果

2　病害原因分析

通过查阅以前的设计及施工资料、气象资料、运营维修资料，结合土工试验结果，基本可判断该区域发生路基病害的原因如下：

1）原设计对路基本体和基床均采用了黄土填筑，基床填料标准较低，水稳定性差。

2）在施工过程中对质量控制不严，填筑过厚，检测时虽然土层表面压实度合格，但内部填土不密实，为路基产生较大的工后沉降留下隐患。

3）由于路基填筑不密实，在列车荷载作用下，路基产生不均匀沉降。建河村雨水丰富，降雨时雨水不能及时排出路基面并长时间浸泡路基，而黄土填料水稳性差，在下渗的雨水作用下，填料被软化，抗剪强度下降，导致路基承载能力降低。经多次补填道砟作业，在雨水和列车荷载持续作用下，路基继续下沉，并将补填的道砟压入路基基床内，形成道砟囊［2］。

4）近年来随着重载及提速列车的大量开行，路基内应力水平、分布状态和作用方式发生了显著改变，由于既有铁路路基设计承载力偏小，在列车提速后引起的动应力作用下，使得已存在的病害更加严重［3］。

5）新建河车站位于山区，交通不便，加之高填方，给维护工作带来了极大的困难，导致病害段落养护不足。

经过现场踏勘发现路基边坡骨架护坡完整，未出现鼓裂现象。K1330+807涵洞裂缝已于2013年修补完成后并未出现新的裂纹，且涵洞顶路基边坡完整，未出现张拉裂缝。通过走访调查、沉降观测及结合地质雷达报告，综合判断路基本体沉降已趋于稳定，路基病害主要集中在基床部位。

3　设计方案比选

根据病害分析和病害发生部位，并结合改建既有线路基应按新建线标准设计和基床厚度为2.5 m［1］的规定，本次设计为彻底解决路基病害，以处理整个基床为原则，结合局部路基本体不密实的现象，提出了基床换填+灰土挤密桩［4-6］和注浆2个设计方案。

3.1基床换填+灰土挤密桩方案

对整个基床进行换填处理，路基顶面以下1.5 m范围内换填碎石土，1.5～2.5 m范围内换填三七灰土。满足碎石土地基系数K30≥150 MPa/m，三七灰土压实系数K≥0.93［1］。对局部不密实的路基本体采用灰土挤密桩加固，桩径0.4 m，间距1.5 m，采用梅花形布置，桩长3～6.5 m。于路肩宽度和高度不足地段修筑L形钢筋混凝土挡墙，对一般段落路堤采用干砌片石护肩防护。换填及灰土挤密桩处理横断面见图1。

3.2注浆方案

对整个基床及局部不密实的路基本体进行注浆加固，注浆材料选用水泥和水玻璃的速凝浆液［4-5］。水泥浆水灰比（按重量）为1∶1，水玻璃的浓度为15～20°Be'，水泥浆与水玻璃设计的综合配比（按体积）为1∶0.5，注浆孔间距1.5 m，孔径10 cm，采用梅花形布置。于路肩宽度和高度不足地段修筑L形钢筋混凝土挡墙。

图1　换填及灰土挤密桩处理横断面（单位：m）

3.3方案优缺点分析

1）基床换填 +灰土挤密桩方案的优点是通过对基床进行换填及对路基本体进行灰土挤密桩的加固，能提高路基承载力、防止雨水下渗、保证路肩宽度及高度，施工质量容易控制，可彻底根除路基病害。缺点是施工过程中要封闭两股道并陆续拆除站内3条线路，对行车影响大，同时需要较大的材料堆放场地。

2）注浆方案的优点是通过对基床及路基本体进行注浆加固，同样能提高路基承载力、防止雨水下渗、保证路肩宽度及高度，注浆均匀程度较高，可有效解决路基病害。缺点是施工过程中要封闭两股道，对行车影响大，且注浆质量不易控制。在施工过程中需加强道床冒浆与轨面高程的监测，必须采取一系列安全保障措施和应急预案，确保施工安全和运营安全。

3.4实施方案的确定

对2个方案经过工程造价的计算，得出注浆方案总投资为703.02万元，基床换填+灰土挤密桩方案总投资为653.58万元。方案审查时提出注浆方案，由于道砟囊含水量大，注浆效果不佳，且注浆时容易跑浆，注浆压力不易控制，解决不了高道床的问题。本着“一次整治、不留后患”原则，确定基床换填 +灰土挤密桩作为整治方案，该方案投资较低，工艺简单，施工质量容易控制，且站场内具备材料堆放的条件。

4　基床换填+灰土挤密桩方案施工顺序及注意事项

4.1施工顺序

1）拆除1道、Ⅱ道线路及道砟，挖除道砟囊，保持3道正常行车。

2）对于1道左侧路肩高程低于设计高程的段落于路肩处设置L形钢筋混凝土挡墙。

3）对1道和Ⅱ道一半路基进行换填或灰土挤密桩施工，于Ⅱ道中心采用1∶0.5坡率放坡开挖，换填完成之后进行硬路肩的施工。其中对 K1330+756—K1330+790段Ⅱ道中心一半路基对路基本体采用灰土挤密桩加固。

4）铺设1道线路，1道行车，拆除3道，于3道右侧修筑L形钢筋混凝土挡墙，并对3道、Ⅱ道剩余路基进行换填或灰土挤密桩及硬路肩的施工。其中对K1330+756—K1330+790段Ⅱ道中心剩余的一半路基及K1330+550—K1330+600段Ⅱ道、3道两线间对路基本体采用灰土挤密桩加固。

5）最后铺设Ⅱ道、3道线路，恢复正常通车运营。

4.2注意事项

1）换填厚度及材料要求：碎石土厚1.5 m，三七灰土厚1 m，并做成向外侧4%排水横坡。严格控制碎石土及三七灰土的压实指标。

2）L形挡土墙立壁板胸坡及背坡坡率均采用1∶0，墙身采用 C30混凝土浇筑。挡土墙设计参数：重度19 kN/m3，内摩擦角35°，承载力200 kPa，基底摩擦系数0.35。挡墙受力主筋采用 HRB400钢筋，直径为22 mm，间距20 cm。立壁板每隔2 m上下左右交错设置直径0.1 m的PVC管泄水孔，保证紧挨底板处有一排泄水孔，管长与立壁同宽，排水坡为4%。挡土墙底板表面应做成4%向内排水坡。在墙后底板至距墙顶0.5 m范围内铺设一层0.3 m厚砂夹卵石反滤层，并应在距墙顶0.5 m范围夯填不小于0.3 m厚的三七灰土隔水层。挡土墙沿线路纵向每隔10 m设伸缩缝一道，缝宽0.02 m，缝内全断面填塞沥青麻筋。底板下铺10 cm厚碎石垫层，夯实至底板设计高程，整平后浇筑挡墙底板。墙顶应设置栏杆，挡墙施工时应预埋好U形螺栓。

3）K1330+756—K1330+790段Ⅱ道中心灰土挤密桩桩长为3 m，K1330+550—K1330+600段Ⅱ道、3道两线间灰土挤密桩桩长为6.5 m。

4）在施工过程中要经常检查桩位、桩径、桩长、桩孔垂直度，土料的含水率、拌合均匀程度等。桩孔定位偏差不超过5 cm，桩孔垂直度偏差不宜大于1.5%。桩体平均压实系数≥0.97，桩间土的平均挤密系数≥0.93。

5　实施效果

路基加固完成之后，通过沉降观测桩进行了连续6个月的观测，每月2次，其沉降速率＜2 mm/月，路基已基本趋于稳定。钢轨高低及水平偏差均＜3 mm，轨道平顺度较好，运营状况良好。

6　结语

铁路路基基床是路基上部受列车动力作用和气候变化影响较大的土层，其状态直接影响到列车运行的平稳和速度的提高，基床对填料的要求比路基本体高，通过对陇海下行线新建河车站路基病害的现状分析，证实了这一要求。针对病害原因，通过方案比选，采用基床换填+灰土挤密桩方案加固路基能提高基床的水稳定性及承载能力，保证了路基的安全运营。

［1］中华人民共和国铁道部.TB 10001—2005铁路路基设计规范［S］.北京：中国铁道出版社，2007.

［2］杨有海，苏在朝，夏琼.黄土地区既有铁路基床病害整治加固技术研究［J］.路基工程，2006（4）：141-142.

［3］彭华，张鸿儒.铁路路基病害类型、机理及检测与整治技术［J］.工程地质学报，2005，13（2）：195-199.

［4］杨广庆，李三妮，叶朝良，等.石灰钢渣挤密桩混合料配比研究［J］.铁道建筑，2014（3）：121-123.

［5］中华人民共和国铁道部.TB 10106—2010铁路工程地基处理技术规程［S］.北京：中国铁道出版社，2010.

［6］中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

（责任审编赵其文）

Cause Analysis and Treatment Measures of Subgrade Diseases of Xinjianhe Station on Lanzhou-Lianyungang Railway

JING Wentao
（Gansu Synthetical Railway Engineering Contracting Co.，Ltd.，Lanzhou Gansu 730000，China）

T he present situation，occurrence and development condition，causes of subgrade diseases of Xinjianhe station located in K1330+590—K1331+150 on Lanzhou-Lianyungang Railway were described and analyzed.T he treatment schemes of subgrade bed replacement+lime-soil compaction pile and grouting were put forward.After comparison the technical and the economic with the two schemes，the scheme of subgrade bed replacement+lime-soil compaction pile was applied，which improved the water stability and the bearing capacity of the subgrade bed，ensured the safety operation of the subgrade.It may provide a reference for similar projects.

Existing railway station；Subgrade diseases；Cause analysis；T reatment measures；Scheme comparison

景文涛（1983— ），男，工程师。

U216.41+7

B

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.22

1003-1995（2016）07-0088-04

2016-02-25；

2016-04-12