滬昆線杭州地區(qū)粉沙土路基病害的整治探討

許建華 上海鐵路局杭州工務(wù)段

滬昆線杭州地區(qū)鐵路路基地質(zhì)條件為東海杭州灣入海口沉積泥砂所形成的地基。粉砂土路基分布范圍主要為兩段雙線路基：杭州站至蕭山西站間，該段路基建于1936年，目前列車運行最高時速為120km/h。杭州東站至蕭山站間，該段路基建于1991年，目前列車運行最高時速為200km/h。杭州站至蕭山西站間的路堤高度為0m～1.0m，路基狀態(tài)良好。杭州東站至蕭山西間的路堤高度為1m～5m，出現(xiàn)了路基邊坡沖刷、陷穴和基床液動等路基病害，特別是滬昆線K201～K211路基高度在2m～5m的片石護(hù)坡地段，路基邊坡粉土流失和發(fā)生陷穴的情況比較嚴(yán)重，對路基的穩(wěn)定性造成了一定的影響。因此，對杭州地區(qū)粉砂土路基病害發(fā)生原因的分析和采取合理的整治方法值得探討。

1 路基病害類型和特點

粉砂土路基病害比較典型的地段是滬昆線K201～K211。該段路基位于錢塘江鐵路第二大橋南端，路基采用粉砂土填筑，路堤高度為1m～5m。鐵路于1991年開通，線路運營后的第二年的汛期，曾在K210+200的路肩被水沖空直徑達(dá)3m的大洞，造成行車中斷。1992年對該段路基進(jìn)行了全面整治，整治方法為：在軌道道碴范圍的基床面鋪填隔水布，在路肩夯填塑性粘土，路堤高度在2m以上的路基邊坡增設(shè)漿砌片石護(hù)坡。通過整治，路基砂土流失有所減緩。但是，隨著時間的變遷，路基還是慢慢產(chǎn)生砂土流失現(xiàn)象。目前路基具體狀況詳見表1。

從表中可以看出，當(dāng)路堤高度小于2m、邊坡坡度大于1：2時，路基路基狀態(tài)一般。當(dāng)路堤高度大于2m時，路基狀態(tài)不良，出現(xiàn)了病害，主要表現(xiàn)為邊坡沖刷、陷穴和基床液動等幾種病害，病害主要發(fā)生在路堤邊坡采用漿砌片石防護(hù)地段。

表1 滬昆線K201~K211粉砂土路基狀態(tài)情況調(diào)查表

2 路基病害原因分析

2.1 地形地貌

杭州灣屬濱海平原地區(qū)，地勢平坦，開闊，交通便利，多為農(nóng)田廠房。

2.2 地層巖性

杭州灣地層為軟土成因類型，屬濱海平原，三角洲相。該段路基基礎(chǔ)的土層深度在20m～35m，其地層巖性：

（1）1.al+mQ4 人工填土。主要成分為角礫土；

（1）2.al+mQ4 粉土，稍密，飽和；

（1）3.al+mQ4 粉砂，褐灰色，稍密，飽和；

（2）mQ4 淤泥質(zhì)黏土，褐灰色，流塑；

（3）1.al+mQ3 黏土，褐灰色，軟塑；

（3）2.al+mQ3 粉砂，灰褐色，中密，飽和；

（3）3.al+mQ3 粉土，灰褐色，稍密，飽和；

（3）4.al+mQ3 粉砂，細(xì)砂，灰褐色，中密，飽和；

（3）5.al+mQ3 粉質(zhì)黏土，軟塑；

（3）6.al+mQ3 細(xì)砂，中密，飽和；

（4）alQ3 細(xì)圓礫土，中密，飽和。

2.3 水文地質(zhì)條件

杭州市地處中北亞熱帶過渡區(qū)，溫暖濕潤，四季分明，光照充足，雨量豐沛。杭州市年平均氣溫15.3℃～17℃，年平均降水量在1100mm～1600mm之間，年雨日130天～160天 。出現(xiàn)日降水量≥50mm的暴雨日，年平均2天～5天。6月為最多，9月次之。地下水主要為第四系空隙潛水，較發(fā)育，水位埋深0.3m～0.7m。地下水、地表水對混凝土無侵蝕性。

2.4 病害原因分析

根據(jù)現(xiàn)場開挖調(diào)查發(fā)現(xiàn)，片石護(hù)坡地段粉砂土路基病害主要出現(xiàn)被沖刷的溝槽和陷穴（見圖1）。

圖1 滬昆線K201~K211漿砌片石護(hù)坡地段粉砂土路基病害整治施工示意圖（單位：m）

2.4.1 產(chǎn)生病害的原因

基床面隔水布表面上的雨水沿著路肩片石墻內(nèi)側(cè)滲入隔離網(wǎng)平臺后，以三種方式進(jìn)行流動：

(1)水直接越過平臺沿邊坡流向坡腳時，由于既有漿砌片石下沒有鋪設(shè)反濾層，造成邊坡表面粉砂土沖刷，形成溝槽，這種情況最普遍。

(2)水在該平臺停留后向路基深處滲透尋找出水口，如向坡腳擋墻下部滲出，把砂土帶出，結(jié)果形成很深的有出口的空洞，如下K209+711路肩墻腳下查到一處3.3m深洞。

(3)水沿坡面某個填土不實位置停頓下來連土往下陷，造成陷穴。這種陷穴發(fā)展到一定時候就穩(wěn)定下來，向下發(fā)展速度比較緩慢。

從調(diào)查數(shù)據(jù)看，路基嚴(yán)重沖刷地段沿線路方向大約平均10m左右發(fā)生一處沖刷溝槽。因此，由于路堤基床坡面的水具備一定的動能和勢能，水在路肩和柵欄網(wǎng)間的流水過渡得不到有效封閉而直接滲入漿砌片石下的粉砂土路基表面，造成路基沖刷和陷穴。

2.4.2 基床液動下沉病害的產(chǎn)生原因

造成基床液動的原因是：在列車的作用下，鋪設(shè)于路拱面以下的隔水布被道碴頂破，雨水穿過隔水布滲入基床的粉砂土層內(nèi)，使得粉砂土處于飽和狀態(tài)。這種飽和粉砂在列車動力作用的瞬間，砂粒相互脫離接觸，力求達(dá)到新的穩(wěn)定位置，從而發(fā)生重新排列。但這時空隙中的水又暫時不能排走，結(jié)果空隙水壓力增大，砂的有效壓力減小，摩擦力隨之減低。當(dāng)空隙水壓力增大至土粒的全應(yīng)力時，土粒懸浮，砂的抗剪強度完全喪失。因此基床產(chǎn)生液動現(xiàn)象，粉砂成為流體，在列車動載荷的作用下從路肩擠出，導(dǎo)致道床下沉。

從下行K204+148基床產(chǎn)生液動現(xiàn)象的道床邊坡下所取粉砂土樣品分析，其平均粒徑d50＜0.22mm，有效粒徑d10＜0.085mm，粘土棵粒含量＜15%。因此，該處基床粉砂土具備產(chǎn)生液動條件。

3 路基病害整治措施

3.1 邊坡沖刷

路堤高度大于2m以上采用漿砌片石護(hù)坡時，關(guān)鍵是反濾層設(shè)計。

反濾層的徑粒度和厚度的選擇必須滿足兩個條件：一是反濾層要有較好的滲水性，其滲透系數(shù)應(yīng)大于被保護(hù)土的滲透系數(shù)；二是徑粒度的大小既能阻止雨水將粉砂土從中吸出，又能滿足本身不被雨水沖走。根據(jù)1：1.5的堤坡率，選擇徑粒度直徑在3mm～15mm的各種徑?；旌纤槭^為適宜，鋪設(shè)厚度在200mm～300mm。

對于坡面被沖刷成的溝槽及有底的陷穴，采用粘土和粉砂混合后的改良土進(jìn)行夯填處理。路基坡腳采用片石砼擋土墻加固處理，墻內(nèi)側(cè)夯填30mm厚碎石層，墻身每隔1m設(shè)Φ50mmPVC管泄水孔1處（見圖1）。

3.2 陷穴

對于出水孔伸入路堤內(nèi)部深處或徑路基本體內(nèi)從路基坡腳擋土墻出水的陷穴，采用灌注C10砼的方法進(jìn)行封閉。C10砼的配合比：32.5R水泥：砂：碎石=1：2.6 ：4。在灌注中應(yīng)邊配合攪拌邊灌注，做到連續(xù)灌注，灌實灌滿（見圖1）。

3.3 基床下沉

對已下沉的基床部位，采用換填中沙和基床面加防水布隔水處理。設(shè)置防水布時的路拱排水坡率要大于4%，防止肩高內(nèi)低，排水不暢。防水布上下必須夯填300mm中沙，防止布被道碴頂破。路肩采用夯填0.5m厚級配碎石層，并伸至防水布內(nèi)200mm。排水坡率按2%設(shè)置，其高度不得高于防水布面，防止水倒流于基床內(nèi)。

4 結(jié)束語

通過對杭州地區(qū)粉砂土路基病害的原因分析和整治方法的探討，筆者認(rèn)為：該地區(qū)按目前列車運營的情況，粉砂土路基病害主要發(fā)生在路堤高度2m以上的地段，主要表現(xiàn)為邊坡沖刷和路基本體內(nèi)陷穴等幾種病害。路堤在2m以下時，基床在雨季排水不良或遇底下水時，容易產(chǎn)生液動下沉病害。粉砂土路基病害的發(fā)生和發(fā)展有其隱蔽性、緩慢性和突發(fā)性，對行車安全具有威脅性。因此，摸清該區(qū)域粉砂土路基發(fā)病規(guī)律，做到及時檢查、及時發(fā)現(xiàn)、及時整治，對確保鐵路運營的絕對安全具有重要意義。