黃土地區寶蘭二線路基病害分析及整治措施

耿 煊

隴海鐵路寶雞—蘭州段增建第二線工程,修建基本與既有線走向相同,大部分經過地形起伏、山勢陡峻、河流彎曲的渭河峽谷谷地,一般寬度100 m～120 m,局部地段寬度300 m～400 m。一邊是既有線,一邊是公路,中間是河床,使寶蘭二線修建遇到了很多困難。寶蘭二線為國家一級干線最初鋪設60 kg/m普通鋼軌,一次建成電氣化,2002年6月30日開通運營后,至2003年初鋪設60 kg/m無縫線路。2002年寶蘭二線所經地區除了部分區段外,全線所經的大部分地區降雨量較小,線路路基相對比較穩定,變形量較小,基本上能滿足鐵路正常運營及行車速度的要求。

1 病害基本狀況

2003年甘肅大部分地區在夏、秋季降雨量比往年多,降雨次數頻繁,降雨時間比往年同期長,而在8月～10月份初,通常連續幾天處于陰雨天氣,使寶蘭二線路基填料經常處于高含水量狀態。而寶蘭二線絕大部分經過黃土地區,路堤等土工構筑物基本上都是用黃土填筑。黃土怕水,一旦受到雨水的浸濕,無論是新黃土還是老黃土的強度都會大幅度降低,對路基等土工構筑物來說,會造成承載力不足,路基剛度降低,發生明顯的沉降變形,使線路結構的幾何尺寸難以保證,線路結構失穩。尤其是使用黃土填筑的路堤基床部分,直接受到雨水的浸濕作用,使基床表層軟化,造成道床下陷,形成道渣槽、道渣囊等路基病害,在很大的程度上影響了鐵路運輸的正常進行,甚至對行車安全構成了一定的威脅。

2 病害原因分析

為了探明寶蘭二線線路路基狀況,對寶蘭二線路基填土的狀況及工程性質選取7個斷面進行現場實測研究,路基基床壓實系數測試結果[1]見表1。

表1 路基基床壓實系數測試結果(平均值)

通過現場調查和試驗分析可知,該線路的路基病害產生的主要原因為:

1)填料選取的問題。寶蘭二線路基絕大多數是用黃土填筑。本次現場測試主要是針對路基基床部分進行,所測試的7個斷面中,基床部分基本上都是用C組填料填筑且未進行土質改良,直接用以粉土顆粒含量較高且塑性指數IP和液限IL均較高的黃土填筑基床等部分。

2)路基填筑壓實質量未達到要求。規范[2]規定,基床表層壓實系數Kh達到0.91,底層Kh達到0.89。從表1可知:本次現場調查測試的7個斷面,路堤基床表層、底層壓實系數都未達到規范[2]的要求。

3)雨水的浸濕。2003年8月～10月份,通常連續幾天處于陰雨天氣,使該線路基填料經常處于高含水率狀態,使黃土路基發生較大變形,出現較多病害現象。同時,由于路基邊坡防護不力,邊坡土體密實度低,易發生邊坡土體被沖蝕、邊坡淺層土體溜坍等病害現象。

4)人為因素。人為因素主要包括設計和施工方面。設計方面,部分斷面尺寸不合理,邊坡取值不當,排水、防護與加固不妥,未對高填路堤進行穩定性驗算,且施工工藝、填料未作特別要求說明;施工方面,填筑順序不當,未在全寬范圍內分層填筑,填筑厚度不符合規定,填料質量不符合要求,水穩定性差;不同性質的填料混填,因不同土類的可壓縮性差異,形成不均勻沉降,路基填料含水量控制不嚴,又無大型整平和碾壓設備,使壓實達不到要求;施工過程中未注意排水,遇雨天時,路基積水嚴重,無法自行排水,有的積水浸入路基內部,形成水囊,晴天施工時也未排除積水、未控制含水量就繼續填筑,以致造成隱患,施工單位責任心不強,自檢控制不到位[3]。

3 病害整治措施

3.1 路基填料改良

根據規范[2]規定,C組填料應進行土質改良后才可以作為基床填料。黃土的水穩定性很差。結合寶中鐵路開展的科研結果表明,即使在壓實度很高,達到了規范[2]所規定的數值時,填土等遇水作用時,強度會大幅度降低,剛度也會降低很多。因此,即使填料壓實度達到了設計要求,但在雨季,路基會發生不同程度變形,為了保證安全,列車要限速運行。

3.2 提高線路設計標準

寶蘭二線是國家Ⅰ級鐵路干線,列車行車速度與鐵路幾次提速之前相比有較大提高,因而對線路路基等勢必提出了更高的要求,尤其是線路幾何尺寸一定要保證。而要達到這一點,除了線路結構本身外,作為線路基礎的路基來說,要有足夠的強度,尤其是要有足夠的穩定性。路基變形一方面要從總量上進行控制,另外其短期內所發生的變形更不能超限。

由于黃土具有許多特殊的物理力學性能,尤其是其水穩定性比較差這個客觀事實,這就要求在設計、修建行車速度比較高、行車密度比較大、列車荷載也比較大的鐵路干線來說,從技術標準的確定到施工質量、運營管理等方面要進一步提高。

3.3 加強路基防排水

1)若路基下沉量相對較小,但降雨時路基表面填料軟化嚴重,并伴有翻漿冒泥現象時,可以使用復合土工膜封閉路基基床表面的方法處理,此種措施可以結合路基中修或大修時進行。

2)若路基下沉量平均在200 mm左右,可以在路基基床部分設置灰土樁、雙灰樁等加固、加強路基,提高路基承載性能。

3)若路基沉降量過大(超過400 mm),路基渣囊較嚴重,可以在清除渣囊后,整平現有路基面,設置灰土樁、雙灰樁后,再用三七灰土填筑路基基床表層,恢復路拱利于今后路基面排水。也可以利用土工格柵加筋墊層法處理基床表層部分;路基填土高度大,下沉嚴重者,還可以同時采用復合土工膜封閉路基表面,防止雨水等進一步浸濕路基。

4)做好路基周圍排水。盡量減小或防止地面積水等長時間浸泡鐵路路基。

5)對路基邊坡填土密度較低者,可以采用漿砌片石骨架護坡、種植紫穗槐等措施防護、加固。

6)在雨季加強運營維護。

7)對個別病害嚴重工點,單獨、專門進行研究,確定合理加固措施。

3.4 采用土工合成材料

在黃土路基半填半挖路段,由于在填挖結合部沉降量不同,產生一定的沉降差值,由此導致道路產生縱向裂縫。在路基填筑過程中,分層加入土工格柵,就可以減少填挖結合部位的沉降差;同時加強填挖路基的銜接,并保證路基的填筑質量,避免填挖路基性質差異所產生的危害。

3.5 減壓

減壓就是降低列車荷載對路基的作用,主要是通過改變路基和軌道的結構來實現,方法主要有:加長軌枕長度和縮小軌枕的間距、使用重型鋼軌、加厚道床和設置墊層等[4]。

3.6 綜合治理

采用綜合方法,徹底根治病害。路基病害往往是多方面不利因素造成的,治理時要對癥下藥,不同的治理方法綜合使用,對病害徹底治理。

4 結語

隨著更高標準鐵路(如客運專線)建設的大規模開展,路基工程設計也由強度控制設計變為以變形控制設計。控制和防止濕陷性黃土路基可能發生過大的不均勻變形,對路基病害的產生有著十分重要的作用[5]。在深厚濕陷性黃土區建設對沉降控制極為嚴格(在建的鄭西客運專線為15 mm(30 mm))的高標準客運專線缺乏實踐經驗,如何合理確定濕陷性黃土路基的設計原則和處理措施,提出可靠的設計參數、質量檢測方法和檢驗指標,確保工后沉降滿足鋪設無碴軌道的要求,是濕陷性黃土地區客運專線建設面臨的嚴峻考驗[6]。

[1] 蘭州鐵路局,蘭州交通大學.西北地區濕陷性黃土路基變形特點及加固措施研究(2004G029)[R].蘭州:蘭州鐵路局,蘭州交通大學,2007.

[2] TB 10001-2005,鐵路路基設計規范[S].

[3] 吳小紅.路基病害的成因及處治措施[J].山西建筑,2008,34(12):284-285.

[4] 黃書華,謝達文.鐵路路基病害整治技術[J].鐵道建筑,2008(9):64-66.

[5] 賈文君.濕陷性黃土地區水泥土擠密樁復合地基的承載力和變形特性研究[D].蘭州:蘭州交通大學碩士論文,2008.

[6] 錢征宇.濕陷性黃土地區鐵路的主要技術問題及其工程措施[J].中國鐵路,2006(2):28-32.