寺河牵引线段铁路路基沉降与变形机理研究

李 慧 军

(山西勤丰基础工程有限公司,山西 晋城　048006)



寺河牵引线段铁路路基沉降与变形机理研究

李 慧 军

(山西勤丰基础工程有限公司,山西 晋城048006)

结合寺河牵引线段铁路的地质结构及变形特征，采用综合勘察技术查明了路基沉降与变形原因，对沉降因素进行了归纳总结和机理分析，并提出了路基沉降与变形的防治对策，为铁路路基勘察设计及施工提供了依据。

铁路，路基，沉降变形，防治对策

1　概述

在铁路运行过程中经常出现线路沉降、变形等灾害，须对基础进行整治。轻则需调整轨道几何尺寸，严重的要拆除轨道结构重新施工，从而造成成本增加[1]。寺河牵引线段铁路SDK1+450～SDK1+720公里段路基出现较大范围的沉降与变形，严重影响了该铁路正常运行的安全。为此，深入开展该路段路基沉降与变形机理及防治对策的研究对保证该铁路安全运营具有重要的意义。

2　寺河牵引线段地质结构及变形特征

2.1地形地貌

该变形路基线路在一个南北较窄东西较宽的簸箕状洼地的中下部通过，路基的修筑抬高了地面线，形成了填方路基边坡[2]。

寺河牵引线段建于2000年左右，长270 m，坡高30 m左右，坡度30°，坡体以粉质粘土、风化泥岩砂岩碎屑为主，回填时间约15年。地面标高介于573.5 m～575.1 m之间，坡脚标高543 m左右，后缘高程574 m，相对高差31 m，纵向坡体长约60 m，横向宽度约320 m。

2.2地层岩性

这种特征的岩土结构，在外界因素的触发下，边坡易在中上部填土与下伏原状土接触面上产生软弱层，易导致坡体变形失稳。

2.3地质构造与地震

区内构造简单，断层不发育，属于山西高原稳定地块区。

2.4气象与水文

寺河属暖温带半干旱大陆性季风气候，四季分明，夏秋湿润多雨，冬季干燥寒冷。据多年的气象资料统计：年最大降水量1 014.4 mm(1956年)，最小265.7 mm(1997年)，日最大降水量176.4 mm(1956年7月30日)，时最大降水量59.2 mm，年平均降水量628.2 mm，年平均蒸发量1 827.8 mm，超过降水量的3倍。

2.5路基沉降变形特征

该坡体破坏变形主要表现为地面裂缝、地面塌陷，围墙开裂，砌石坡面鼓胀，坡脚排水洪沟倾斜变形等现象。坡面顶部路基平台(即牵出线与侯月线之间部分)上部出现严重的平行线路的不连续裂缝，且处于不断发展状态。

南侧大涵洞全长120.5 m，A11-A33变形长度为84 m，变形段整体沿边坡方向向下滑动0.42 m，两节拱顶之间最大位移量0.07 m，A23监测变形量5 mm/140 d。涵洞变形段全部位于本线路下，沿边坡方向向下滑动1.624 m，两节拱顶之间最大位移量0.11 m，A62监测变形量4 mm/34 d。由于路基顶部排水设施不完善，降水下渗导致整个坡体路基下方的填土出现多层含水量较高地段。

其厚度不一，薄的仅数十厘米，厚的可达数米，多呈可塑～软塑状，主要集中于4.0 m～9.0 m，18.0 m～22.0 m以及23.0 m～26.0 m处。如此大量多层存在的处于可塑～软塑状态的软弱层填土显然是坡体变形的主要原因。

3　路基沉降与变形机理

3.1路基发生沉降与变形因素分析

经过现场调查与勘探资料分析，铁运路基边坡的变形破坏受多种条件和因素的制约和影响，这些条件和因素主要包括地形地貌，地层结构，大气降雨，人类活动等[3]。

1)地貌特征。

该段路基为斜坡地貌上的填方路基，二元地貌特征为发生沉降变形提供了基础条件[4]。

2)地层结构。

上部地层、下部地层等等。通过勘察，部分钻孔含水量较高，见表1，表2。土层的湿陷系数大于0.015，对填土层自重湿陷量及总湿陷量进行统计计算见表3。考虑土层主要为人工填土，均匀性差，人为因素大，变异大，修正系数取值1。

表1　部分探井特征表

3)大气降雨。

该区降水主要集中在每年的7月、8月，常以暴雨形式出现。2013年8月～9月发生强降水导致坡体含水量增高。

4)人类活动。

边坡的主体为人工夯填土，受地表水下渗影响，含水量逐年递增，土体力学性能下降，含水量的增加，导致部分土体发生塑性变形。

表2　部分钻孔特征表

表3　湿陷量、自重湿陷量一览表　mm

3.2填土的物理力学性质

边坡土体主要由填土组成，勘察期间共取了105组土样做室内实验，其土层的主要物理力学性质见表4，表5。

表5　软弱层物理力学性质统计表

3.3路基发生沉降与变形机理

坡体的土体为填方粘性土，近乎均质。坡体变形的主要原因是地表水排泄条件很差，在雨季常常会被雨水浸泡，浸泡时间最长会持续数月，雨水下渗，填土的表层迅速饱和且具有可塑性，坡体中的土体软化。并且下伏的原状土层受水软化强度降低，使地下水易富集于接触带以及坡体土粘粒含量高的层位，并对接触带进行泥化、软化，降低力学强度，形成软弱带，使坡体在自重的作用下，向临空方向发生蠕动或变形[5]。

随着时间的不断延续，在连续降雨作用下，坡体的土体抗剪强度急剧降低，后缘的裂缝又进一步发育且有贯通的可能，利用雨水的下渗，底部的软弱层最终贯通形成滑带。当遇高强度长时间暴雨时土体饱水，软弱带含水量增加，当软弱带的下滑力大于抗滑力时，坡体将向临空方向移动并发生整体滑动。

地面和砌筑护面开裂现象持续不断，底部贯通的涵洞裂缝变形加剧，说明坡体处于蠕动变形状态；整体边坡前缘有倾斜，局部地面有鼓胀裂缝，坡体处于变形或蠕动状态，整体属于相对不稳定状态。

4　防治对策

由于山区堆积的填土路基边坡填料在施工中没有采取有效措施，在经历多年雨季降水入渗后，填土路基发生变形，吸取相关工程的经验教训后，对寺河牵引线段铁路路基采取以下工程措施：

1)路基边坡采用浆砌石截水护坡、支撑渗沟、抗滑桩等防护[6]。加强路基排水系统的设置，如吊沟、边坡渗沟、急流槽、暗沟等，并与涵洞形成完整的排水系统，保证路基工程周围的排水畅通。修缮恢复坡顶、坡脚的所有截排水设施及其周边裂缝、破损处，以阻断地表水下渗通道，增设泄排水及放水等设施。2)土体多层软弱带加速了边坡的变形破坏，须对坡后因变形扰动的土体进行注浆[7]、挤密、补强措施。3)以稳固土体坡面种草植树，布设位移监测系统，构成三纵三横的监测断面，监测治理过程及以后的坡体地表变形，同时也可利用现有的地表位移监测点，随时监测坡体变形及位移，指导治理工程的施工。

5　结语

1)通过分析得到地基沉降与变形的原因主要是坡体的二元地层结构，这种特征的土层结构在外界因素的触发下，边坡易在中上部填土与下伏原状土接触面上产生软弱层，导致坡体变形失稳。2)通过研究认为采用注浆加固及抗滑的综合措施能有效防治该段路基沉降变形。同时也为具有类似地层结构的路基沉降变形防治提供了经验。用压浆来整治既有铁路路基地质病害,具有施工简单、对行车干扰少、投资少、见效快的特点,符合我国国情。3)设计与施工密切配合，利用注浆是保证整治效果和控制投资的重要措施，对施工质量和效果进行监控与检查是必要的。

[1]TB 10012—2007，铁路工程地质勘察规范[S].

[2]铁道第二勘察设计院.复杂地质艰险山区修建大能力南昆铁路干线成套技术[M].成都:电子科技大学出版社，2002.

[3]陈建发.郑西客运专线渑池至灵宝段地质综合勘察技术[J].铁道工程学报，2007(10):12-15.

[4]TB 10027—2012，铁路工程不良地质勘察规程[S].

[5]铁建设[2006]158号，客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南[S].

[6]TB 10621—2009，高速铁路设计规范(试行)[S].

[7]边学成，程翀，王复明，等.高速铁路路基沉降高聚物注浆修复后动力性能及长期耐久性的试验研究[J].岩土工程学报，2014，36(3):562-568.

Study on railway subgrade settlement and deformation mechanism of Si River traction section

Li Huijun

(ShanxiQinfengFoundationEngineeringCo.,Ltd,Jincheng048006,China)

Combining with geological structure and deformation characteristics of Si River traction railway section, applying comprehensive surveying technologies, the paper investigates the subgrade settlement and deformation causes, carries out settlement factor summary and mechanism analysis, and finally puts forward subgrade settlement and deformation preventing countermeasures, which has provide some basis for railway subgrade survey design and construction.

railway, subgrade, settlement deformation, preventive countermeasures

1009-6825(2016)23-0146-02

2016-06-02

李慧军(1976- )，男，工程师

U416.1

A