大准铁路K30+050～K31+200段路基冻害整治技术研究

李晏　王富昆

摘要随着铁路运营时间的推移，既有线路基状态存在着参差不齐的情况，部分路基可能存在有各种各样的严重病害。以大准线K30+050～K31+200路基病害为例，对路基部分病害的产tk）i，因进行分析，并对病害整治方案进行研究。

关键词：大准铁路；路基；病害原因；整治技术

中图分类号：u2

文献标识码A

文章编号2095-6363（2017）04-0077-03

铁路路基病害问题一直困扰着我国铁路技术人员，给我国经济造成了巨大的损失，同时给铁路的正常运营和维护造成了极大的困难。其中，铁路路基冻害是一个具有挑战性的难题，迫切需要铁路相关技术人员来解决。大准铁路作为我国第二条开行万吨的列车铁路，在大同市一准格尔旗薛家湾的煤炭运输线上起着关键的作用。因此，铁路沿线路基病害问题不容忽视，需要重点关注。

根据大准铁路公司的维修养护资料，大准铁路经过多年的运营，从2005年以来，沿线铁路路基病害正逐渐显现出来，主要表现为冻胀变形不均匀、路基下沉、翻浆冒泥等形式，并且冻胀常常伴随着路基沉陷、路基出现淤泥等病害，曾造成翻车事故。尤其是2013年一2014年间单股轨道冻胀量值最大达27mm，虽经运营维修部门的日常养护和简单处理操作，仍旧无法达到根治病害的目的，列车安全运行受到严重的影响。所以，治理大准铁路的病害问题是非常重要的，虽然有很多种治理方法可以选择进行施工，但是这些方法要求的施工环境比较苛刻，对既有线正常运营会产生较大的影响。如何在不影响正常运营的情况下，是铁路技术人员探索的问题，也是有效治理其路基冻害的一个难题。

1.路基病害及原因分析

1.1主要病害

该段路基位于十九沟车站站场区。该区段路基病害主要为停车股道之间积水、排水不畅问题而造成的冻胀病害。该站场区路基为三股道布设，基床路拱向两侧为2%。其中在K30+080～K30+168区段为四股道，正线位于第Ⅱ股道，两侧为第1、3股道；该段线路区段内，在第1股道外侧后期修建有整修车辆临时停靠线，端头设有机械设备库房。

小里程左侧区段：根据现场调查发现，在临时停靠线与第1股道之间属于低洼区域，有淤泥积水痕迹，地面潮湿目前水流无法正常排出路基场区。四条股道之间没有完善的排水设施，造成排水不畅，雨季地表雨水在股道之间漫流、淤积。全区段在第l、3股道外侧设有路基侧沟排水，但3条股道之间没有完善的排水设施，造成排水不畅，雨季地表雨水在股道之间漫流、淤积，最大冻胀量达15mm～18mm。

1.2原因分析

在K30+080～K30+168区段路基病害形成的主要原因为排水不畅而造成的。站场区股道之间较大的汇水区域没有完整的排水系统，地表水汇集后，漫流、淤积，基床路拱受长期运营已经不平整，地表水下渗后聚集在路基道碴陷槽内并浸蚀路基本体，致使填料的力学性能降低，路基承载力而造成路基软弱而发生下沉变形等病害。由于路基基床填料以粉质粘土等细颗粒土为主，受水浸泡后易形成路基承载下降或变形下沉，冬季产生冻胀，夏季出现融化下沉等病害，长期反复作用将使路基条件恶化。

该地区年最低温度大约为-30百度C，基床表面不平整，排水不畅，无法排除地下水。又由于出露地层从上至下以此为黄土、块碎石土、泥岩风化物及强风化泥岩，降雨宜积存于泥岩（风化物）项部，故导致在线路路床以下积水，造成地表水汇集基床细颗粒土表层，冬季容易结冰使路基鼓胀，从而抬高股道，造成冻害；夏季解冻后路基又产生融化下沉、翻浆冒泥等病害。

2.路基病整治措施

2.1盖板排水沟

在K30+132～K31+168段左侧、K30+450～K31+180段左侧K30+080～K31+190段右侧设置C20片石混凝土盖板水沟，总长度1866m，排水沟自两端开挖外接水沟（或由c1）80cm钢筋混凝土管）引出，引沟可根据现场具体地形条件灵活设置。盖板水沟断面呈矩形，宽度0.8m，深度2.0m，厚30cm，采用C20混凝土浇筑。侧沟顶设C25钢筋混凝土盖板，板厚8cm。排水沟两侧设置砾石反滤层，反滤层厚度40cm。排水沟沟壁上设置中100渗水孔，间距1m，梅花形布置。

由于该排水渗沟兼起排水和疏干排水孔的施工空间，故断面尺寸较大，水沟较深。为防止水沟在两侧土压力下发生破坏，在水沟中设置肋墙支撑，肋墙沿水沟方向间距2m，肋墙采用C25钢筋混凝土现浇。

2.2疏干排水孔

在K30+080～K30+450段右侧侧沟内上倾布设一排疏干排水孔，孔深12m，孔口距沟顶1.5m，水平间距1m，仰角为5。，共370孔；在K30+450～K31+050段右侧侧沟内上倾布设一排疏干排水孔，孔深13m，孔口距沟顶1.5m，水平间距1m，仰角为5°，共600孔；在K31+050～K31+190段右侧侧沟内上倾布设一排疏干排水孔，孔深14m，孔口距沟顶1.5m，水平间距1m，仰角为5°，共140孔；在K30+132～K30+168段左侧侧沟内上倾布设一排疏干排水孔，孔深12m，孔口距沟顶1.4m，水平间距1m，仰角为5°，共34孔；在K30+250～K30+450段左侧坡体上上倾布设一排疏干排水孔，孔深14m，孔口距线路轨面2.45m，水平间距1m，仰角为5。，共200孔；在K30+450～K31+180段左侧侧沟内上倾布设一排疏干排水孔，孔深12m，孔口距沟顶1.4m，水平间距1m，仰角为5°，共730孔；将路基中地下水排至该新建侧沟或中或坡体外排出。排水孔终孔孔径为φ110mm，内置中φ100高强透水软管。

2.3灰土桩

灰土桩的主要原理是先成孔后填土，根据《建筑地基处理技术规范（GB50007 2001）》通过钻孔设备成孔，目的是横向挤密桩间土，然后在桩孔内填入灰土与活性掺合料，并与桩孔形成桩体，提高桩间土的强度。在K30+080～K31+180段路基左右侧各设置两排灰土桩，上排桩与竖向夹角75°，桩长4.5m；下排桩与竖向夹角65°，桩长3.5m，沿线路方向间距1m，灰土桩桩径采用φ300mm，各490孔。桩顶标高为基床标高。利用生石灰的吸水特性，将基床浅层3m范围内的填料含水量进行有效降低，同时灰土桩身与经加固的桩间土结合为一体，对路基填料的特性進行改善。灰土桩的主要固化剂为生石灰，掺合料选用粉煤灰。生石灰与掺合料的体积比为1：2，桩项0.5m范围内生石灰用量可酌情减少1/3。当基床中粉质粘土的含水量大于30%时，生石灰的比例可适当增加。当施工完成的灰土桩，必须要用加固的密封材料，密封材料的含水量要适当，为了地面水早期不侵入桩顶，桩身也能够维持较高的强度，因此，密封材料的高度应该比原来的更高一些。

2.4挡土墙

在K30+920～K31+050段将右侧原有挡墙，拆除后在新建水沟外侧重新设置挡土墙，墙高3.5m，顶宽0.75m，胸坡坡率1：0.15，背坡坡率1：0.05，基底设置反坡坡率为0.1：1，挡土墙总长102m；挡土墙采用C20混凝土现场浇筑。

3.施工注意事项

3.1疏干排水孔施工

1）首先开挖水沟，再开挖基坑，然后对开挖后的基坑实施临时性支护。为了保证基坑的安全，排水孔两侧要采用木支撑或者是钢支撑进行支护。如果遇到坍塌严重的地方，可以采用短锚杆以及临时喷射混凝土支护，若遇到特殊情况，应及时与设计单位进行沟通，以便确定支护方案。在水沟开挖完以后还可以进行排水孔施工，透水软管及PVC管应该预留在水沟砌体的部分。

2）必须保证疏干排水孔按设计施工，误差不大于10cm。因此造孔过程中注意钻孔偏移，应随时调整，力求按设计方向钻孔。如遇现场实际断面与设计断面不相同时，应以现场尺寸来确定排水孔孔口位置，在坡面或多功能侧沟中的，同时可以确定排水孔的长度。

3）在埋深较浅的地方和在路基体内设置排水孔，钻孔过程对线路影响较大，因此成孔严禁采用开水钻，防止水进入路基，造成路基下沉。对于有可能发生塌孔的地段，采用的方法是跟管钻进，以免影响线路的正常运行。

4）因岩土工程受多种因素影响较为复杂，一般要求动态设计、信息化施工，因此钻孔过程中应该随时观察出碴情况，确定其粘粒的含量以及含水量，以便进行现场研究后作出调整深度、排水孔间距等的决策。

3.2灰土桩施工

1）为了提高施工的效率，不影响施工进度，首先要清理施工现场，使施工过程中更方便快捷，其次保证地下的电力设施以及相关的电力线路保持通畅。同时还要注意不要让场地大量积水汇聚而引起流通不畅，如果要保证不出现此类情况，首先要做好相关的排水措施，确保地表水排水通畅，还要对材料的堆放以及现场堆放道碴安排计划。其次在现场进行土体采样，并在实验室测定其各项指标，如含水率，孔隙率等指标，作出试验报告，判断是否满足施工要求。

2）根据《建筑地基处理技术规范（GB500072001）》表明，灰土桩成桩施工的工艺包括机械与人工夯实成桩、螺旋反压与沉管反插成桩等。当基床顶面的填料存在较大的含水量时，应该每成桩一个然后间隔一个，不宜连续成桩。灰土桩施工可采用洛阳铲或机械成孔，成孔孔径300mm，根据上述规范规定，3：7灰土夯填后孔径不小于300mm。成孔过程中要防止冲孔伤人，确保施工人员的安全。成孔完成后，软式的排水管应该马上顺直安放，使排水通畅。安放前，在排水管的端部安装导向帽，又因为透水软管刚度不大，用钢丝紧紧绑扎并将软管放在导向帽上。软式排水管管外层强力特多龙纱宜减少照射时间，在拆箱后尽量避免暴晒，且低于48h。

3）对于高强度的基床填料，生石灰应该减少其用量，不然土的结构将会遭到破坏，加固效果受到较大的影响。当桩孔开始夯填时，地下水会向下渗入孔内，因此应该采取必要措施。比如消除地下水的渗入，或者是用抽水泵抽调孔内的水，才能进行填料配制。配制时孔内灰土体积比例为3：7，填料厚度不超过400mm，而且还要应该进行人工压实。根据现场实际情况以及相关规范规定，对灰土桩的桩位实际情况做少量调整，其偏差不宜大于0.5d。在进行拌合前应充分过筛灰土，粒径不应超过15mm。为了使生石灰与掺合料反应充分，应该选用新鲜的生石灰块作为石灰材料，生石灰的储存与保管中应该注意防火防水防雨等相关措施，进入场地的生石灰，应该做到随时可以取用。根据相关规范规定，其中在石灰材料的有效含量的部分中，应该高于70%的氧化钙含量，但是其中消石灰的含量要小于15%。为确保灰土桩的施工质量，应控制灰土桩的桩身密度。掺合料的含水量应该保持一个平衡度，不宜过多也不宜过少，过多会造成冲孔现象，过少又会造成不易夯实的现象，当炉渣或粉煤灰等掺合料被使用时，应该控制在30%左右的含水量。灰土桩施工参数、填料配制等相关要求可以结合规范进行参考。

4）施工过程中要加强管理并且制定管理规章制度，确保施工顺利进行和施工质量的高效完成以及保障施工人员的安全。同时，施工过程时难免会造成污染问题比如粉尘污染问题等，不仅会影响施工的进度，还会干扰既有线的列车，所以环境问题要特别注意。施工时如果出现环境污染问题，要采取一些相应的防治措施，如给施工人员配备防尘用品，利用喷水对扬尘进行及时清理。还需注意控制设备噪音等问題。

3.3盖板排水沟施工

1）当开设计标高的开挖已经达到斜坡末端时，必须保证沟渠底部平坦，排水的坡度一定要得到保证。总体上以目前线路排放是就近排放的原则，主要还是以排水系统为主。当水沟基底为含水量高的粉质粘土时，基础承载力的施工要求就不能达到。所以，必须采用砂砾石换填基础，基础换填厚度为0.5m～1m，目的是提高基础承载能力。

2）为了保证安全，必须分段作业进行开挖，要采用跳槽支撑，比如临时木结构支撑。支撑的基本特点是要便于拆卸和安装，并可重复使用。开挖以及施工一段后（以10m为宜），根据相关要求规定，要继续对相邻段进行开挖，钢筋砼肋墙强度必须达到设计强度的75%以上。

3）排水孔和外侧反滤层要设置在盖板水沟两侧，而且盖板排水沟发挥渗水功能的关键措施是反滤层，它不但可以使水沟的排水效果得到保证，而且还可以防止淤泥堵塞。尽管较小的工作量，施工反滤层时必须严格按设计要求施工，如果不按照要求施工，施工质量下降，直接会影响排水沟的排水效果。

4）在清洗筛选以后的砂砾石，颗粒小于0.15mm的含量不超过5%，砾石粒径5mm～20mm。

3.4挡土墙

1）挡土墙施工的主要过程：测量放线、基坑开挖、墙体和基础施工、排水孔和护壁施工、混凝土养护和模板拆除、墙背回填土工作。

2）在雨季时，现场施工人员必须对地面进行防水以及排水措施，尤其是在挡土墙坡脚的施工时必须做好防水和排水措施，同时还要做好安全生产准备工作，以防挡土墙的坡脚出现大量积水甚至被水浸泡，造成不必要的经济损失。

3）在施工现场，要对地形地貌、地质条件进行审查和校对。墙体采用C20混凝土砌筑，水平通缝不应该穿过墙身，而且混凝土强度要达到设计要求，还要对胸坡和墙顶进行抹面。

4）根据地质条件，相应的沉降缝在挡土墙中要被设置，宽度在2cm～3cm，缝内采用有机复合材料填充，比如沥青木板和马絮等材料。

3.5施工中其他配合

1）在位于主干线和路边两侧设置灰土桩时，这样距线路更靠近，为安全起见，建议在天窗点时进行施工灰土桩，为确保火车的安全运行，建议在基坑出现大面积塌方时，应该对火车进行限速45kin/h，但是于一般情况下，在盖板排水沟施工过程中不可以对列车进行限速。

2）施工前有关部门应该知道四电的具体位置，其中包括通信、信号电缆的具体位置。在拆改四电时，为了避免施工的影响，应该挑出架高，施工结束后再恢复在原地。部分单独列出的费用，在具体施工中应相应支付。

3）在施工中应有关部门和单位对生产安全质量进行监督管理以及保障技术标准全过程准确无误，确保项目施工安全，高质高效。

4.结论

目前，完成了大准线K30+050～K31+200的路基病害整治工程，经过各个方面的运营检测以及管理监督，使大准铁路路基病害治理达到了理想的要求。针对大准铁路复杂繁重的运输任务，我们务必提出新的施工技术，系统地完善经济实用的改造方案，确保不受到现有线路运行的影响。对大准线K30+050～K31+200的路基的处理措施，经过专家们的沟通详细交流之后，认为该措施可行，也为此线路的类似病害治理提供相关的参考意见。