一種預(yù)制L形支擋結(jié)構(gòu)在既有鐵路路基整治工程中的應(yīng)用

冷長明，郭紹影

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600)

1 概述

鐵路路基是條帶狀結(jié)構(gòu)工程，沿線經(jīng)過的區(qū)域工程地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，受到氣候環(huán)境常年變化影響，并且既有線路基由于受修建時(shí)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件的限制，加之近年來隨著重載及提速列車的大量開行，路基內(nèi)應(yīng)力水平、分布狀態(tài)和作用方式顯著改變，導(dǎo)致各種病害的產(chǎn)生，或使已存在的病害更加嚴(yán)重，嚴(yán)重影響著列車的安全運(yùn)行。維修這些變形與病害，使路基本體與附屬設(shè)備各部分都保持完好狀態(tài)，提高其強(qiáng)度與穩(wěn)定性，提高其抵御災(zāi)害和滿足運(yùn)輸條件的能力，才能確保軌道的暢通無阻，長期穩(wěn)定、快速、經(jīng)濟(jì)、高效能、安全與舒適的運(yùn)營［1］。

路肩的作用是保護(hù)道床穩(wěn)定和路基面完整，為接觸網(wǎng)立柱、聲屏障、電纜槽等設(shè)備提供必要的設(shè)置空間，是工務(wù)維修人員的通行通道。加寬路肩是既有鐵路改擴(kuò)建、電氣化改造、提速改造、工務(wù)維修工程的加強(qiáng)措施之一，對既有道床的穩(wěn)定有明顯作用。路肩寬度不足為既有鐵路路基常見的病害之一。

2 路肩寬度不足原因分析

既有線路肩寬度不足的成因總結(jié)為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的變化、路基下沉、自然營力的侵蝕、工務(wù)維修需要、既有線改造等原因。

2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的變化［2-5］

由于歷史原因，線路修建時(shí)采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行規(guī)范有較大差異，使之不滿足現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(1)現(xiàn)行《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10001—2005)規(guī)定時(shí)速160 km及以內(nèi)的Ⅰ、Ⅱ級線路的路肩寬度為:路堤不應(yīng)小于0.8 m，路塹不應(yīng)小于0.6 m;《新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》鐵建設(shè)函［2005］285號規(guī)定，時(shí)速200 km的客貨共線鐵路的路肩寬度應(yīng)不小于1.0 m。

(2)《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10001—99)規(guī)定路肩寬度:Ⅰ級鐵路，一般情況下，路堤不得小于0.8 m，路塹不得小于0.6 m，困難條件下，路堤不得小于0.6 m，路塹不得小于0.4 m;Ⅱ級鐵路的路堤不得小于0.6 m，路塹不得小于0.4 m;Ⅲ級鐵路的路堤和路塹均不得小于0.4 m。

(3)《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TBJ1—96)規(guī)定路肩寬度:Ⅰ、Ⅱ級鐵路的路堤不得小于0.6 m，路塹不得小于0.4 m，Ⅲ級鐵路的路堤和路塹均不得小于0.4 m。

2.2 路基下沉

既有鐵路路基由于修建時(shí)的填料及壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求低、路基填筑高度較大、基床未設(shè)封排水層、基底存在特殊土層及近年來隨著重載及提速列車的大量開行等原因，易導(dǎo)致路基下沉［6］。

路基下沉以后，為了保持軌道的平順性，往往通過填補(bǔ)道砟的方式增加道床厚度，使軌道保持原有的高程及縱向坡度，從而使道床底面寬度增大，在既有路基面寬度不變的情況下，導(dǎo)致路肩寬度不足，病害嚴(yán)重地段甚至產(chǎn)生溜砟的現(xiàn)象，從而影響道床的穩(wěn)定。

2.3 自然營力的侵蝕

沒有經(jīng)過加固的既有線路肩，路肩部位如果填料松散，尤其是以粉土、粉細(xì)砂填筑的路肩，易被雨水沖刷、風(fēng)蝕，使路肩寬度變窄。

2.4 工務(wù)維修需要

為方便線路維修作業(yè)，尤其是以小型枕底清篩機(jī)為主的養(yǎng)路機(jī)械化上道的需要，既有的路肩寬度難以提供足夠的空間，工務(wù)段對管內(nèi)路基做出規(guī)劃，逐步加寬路肩。

2.5 既有線改造

既有線電氣化改造及提速改造工程，既有的路肩寬度往往不滿足設(shè)計(jì)的要求，需要加寬;另外既有線改造工程中的線路抬道使道床厚度增加，道床底面變寬，導(dǎo)致路肩寬度也不足。

3 路肩加寬方案的研究

3.1 傳統(tǒng)路肩加寬技術(shù)［7－9］

路堤常采用的路肩加寬處理措施有設(shè)置路肩擋砟墻、路堤邊坡填土幫寬、坡腳設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)+填土、邊 坡放陡+填土等，見圖1。

圖1 路堤常用的路肩加寬措施

路塹常用的路肩加寬處理措施有邊坡擴(kuò)挖、坡腳設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)、邊坡放陡、改變側(cè)溝形式、側(cè)溝加蓋板等。

3.2 方案比較

3.2.1 路肩擋砟墻

土質(zhì)基床由于受列車荷載動應(yīng)力的影響，當(dāng)擋砟墻修建過高時(shí)，易發(fā)生外擠現(xiàn)象，對于較嚴(yán)重的路基下沉和路肩寬度不足不宜采用，一般適用于路肩加寬量不大于0.6 m，路基沉降量不超過0.5 m時(shí)的路肩加寬整治。擋砟墻工程量較小，但擋砟墻基坑的開挖和長時(shí)間的砌體施工對既有線行車干擾較大。

3.2.2 填土幫寬

當(dāng)路肩加寬量超過0.6 m，路基沉降量超過0.5 m時(shí)，可采用填土幫寬的方式加寬路肩。路基邊坡幫填土易引起新征用地;幫填后的路基邊坡需恢復(fù)防護(hù)，加寬部分的填筑體一般要求分層加鋪土工格柵加固，工程量大;幫填土施工對既有線行車干擾較大;如遇特殊地基地段時(shí)，需對幫填范圍基底進(jìn)行加固處理。

3.2.3 坡腳設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)

當(dāng)路基用地范圍不足提供幫填的條件時(shí)，可在坡腳處設(shè)置擋墻后向上幫寬。坡腳擋墻及路基邊坡幫填土的工程量大;幫填后的路基邊坡需恢復(fù)防護(hù);擋墻基坑開挖會挖損破壞既有路基坡腳，施工難度大，對既有線行車干擾較大;擋墻對基底地基承載力要求高，不滿足時(shí)需加固處理。

3.2.4 邊坡放陡

當(dāng)路基用地范圍不足提供幫填的條件時(shí)，也可放陡邊坡填筑，放陡后的邊坡需對其深層錨固，提高其穩(wěn)定性;該方法施工難度大，施工工藝復(fù)雜，工程量大，對既有線行車干擾較大，一般不建議采用。

3.2.5 預(yù)制 L形支擋結(jié)構(gòu)［10－11］

當(dāng)路肩加寬量不大于1.5 m，路基沉降量不超過1.0 m時(shí)，可采用L形支擋結(jié)構(gòu)加寬整治。L形支擋結(jié)構(gòu)(圖2)具有如下特征。

圖2 預(yù)制L形支擋結(jié)構(gòu)加寬路肩

(1)L形支擋結(jié)構(gòu)為分節(jié)預(yù)制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)耐久、堅(jiān)實(shí)、體積小、可重復(fù)利用;結(jié)構(gòu)采用集中預(yù)制，便于安裝、拆卸，可實(shí)現(xiàn)快速施工，縮短工期;直接在路基面兩側(cè)采用小型機(jī)具施工，對既有線行車干擾小;針對既有鐵路路基病害的嚴(yán)重程度，可采用不同的結(jié)構(gòu)物尺寸。

(2)位于L形支擋結(jié)構(gòu)底面的底板，相當(dāng)于結(jié)構(gòu)物的擴(kuò)大基礎(chǔ)，可有效減小結(jié)構(gòu)物的埋置深度，由此減小基坑開挖量，對既有線運(yùn)營安全影響小;另外，底板相當(dāng)于結(jié)構(gòu)物的卸荷平臺，有利于結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定。

(3)位于L形支擋結(jié)構(gòu)側(cè)面的直墻能夠充分利用結(jié)構(gòu)物高度，除了能夠加寬路肩寬度的作用外，還可起到抬高既有鐵路路基面的效果，見圖3。

(4)L形支擋結(jié)構(gòu)可結(jié)合設(shè)置基床封閉層，用于整治由于路基面上的降水下滲、壓實(shí)度不足等引起的道床沉陷、路基下沉等病害的整治工程，見圖3。

(5)L形支擋結(jié)構(gòu)由于具有不需新征用地，對行車干擾小，機(jī)械化程度高等特點(diǎn)，所以經(jīng)濟(jì)效益顯著，尤其是對于填高較大的路基，體現(xiàn)的更明顯。

圖3 L形支擋結(jié)構(gòu)加寬路肩及抬高路基面

4 預(yù)制L形支擋結(jié)構(gòu)技術(shù)要求

4.1 結(jié)構(gòu)物構(gòu)造及尺寸

L形支擋結(jié)構(gòu)為分節(jié)預(yù)制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，必要時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸與配筋需通過計(jì)算確定，可參照路肩懸臂式擋墻的設(shè)計(jì)計(jì)算［12］。支擋結(jié)構(gòu)的高度一般為0.5～1.5 m，底板寬度一般不大于直墻高度，每節(jié)預(yù)制塊的寬度0.4～0.5 m為宜，厚度一般不小于0.2 m，若采用較大尺寸時(shí)，塊體較重，安裝施工難度大，不宜采用。

直墻底部位于底板上方位置應(yīng)預(yù)留泄水孔，直墻兩側(cè)預(yù)留上下貫通的拼裝孔，見圖4。

圖4 L形支擋結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意

4.2 結(jié)構(gòu)安裝要求

在既有線路肩部位安裝時(shí)，開挖基坑時(shí)為防止基坑坑壁坍塌影響既有線行車安全，根據(jù)實(shí)際需要，在靠近既有線一側(cè)設(shè)置臨時(shí)支擋工程。

泄水孔的作用是快速排出基床中的水，所以墻背填料宜為滲水填料。若基床設(shè)置封閉層結(jié)構(gòu)，應(yīng)將封閉層邊緣延伸至底板面之上，使截水通過底面經(jīng)泄水孔排出。

開挖后的基坑底部往往不夠平整且相對松散，為了使基底平整堅(jiān)實(shí)，需對基底土做加固處理，一般為了減少開挖基坑的深度，用夯填碎石比較理想，也可挖除基底部分土換填灰土墊層或碎石墊層。

結(jié)構(gòu)平整的擺放于基坑后，將粗骨料混凝土注入預(yù)留的拼裝孔里，將各節(jié)預(yù)制L形支擋結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體。

由于安裝L形支擋結(jié)構(gòu)引起既有防護(hù)拆除時(shí)，安裝完畢后需恢復(fù)原有防護(hù)。

5 結(jié)語

路肩寬度不足為既有鐵路路基常見病害，傳統(tǒng)的加寬路肩寬度的主要技術(shù)在環(huán)境、安全、工效、經(jīng)濟(jì)、工時(shí)上存在較多問題。預(yù)制L形支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、構(gòu)造簡單、安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)安全、快速、高效、經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用于既有鐵路路肩寬度不足及路基下沉等整治工程中。

預(yù)制L形支擋結(jié)構(gòu)結(jié)合設(shè)置基床封閉層，用于整治道床沉陷、路基下沉等病害的效果更加顯著。該結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于朔黃鐵路整治整修工程中，用于整治路肩寬度不足，路基面下沉等病害，累計(jì)整治段落約180處，累計(jì)長度達(dá)20余km，整治效果顯著，圖5(a)、(b)為預(yù)制L形支擋結(jié)構(gòu)在既有鐵路朔黃線整治工程中的應(yīng)用。

圖5 L形支擋結(jié)構(gòu)在既有鐵路朔黃線整治工程中的應(yīng)用

［1］鐵道部運(yùn)輸局.鐵運(yùn)［2008］96號 鐵路路基大維修規(guī)則［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10001－2005鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)函［2005］285號 新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10001—99 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［5］中華人民共和國鐵道部.TBJ1—96 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，1996.

［6］何華武.中國鐵路既有線200 km/h等級提速技術(shù)［M］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［7］鐵道部工務(wù)局.鐵路工務(wù)技術(shù)手冊·路基［M］.北京:中國鐵道出版社，1993.

［8］中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司譯.鐵路土工建筑物手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［9］劉建坤，等.鐵路路基養(yǎng)護(hù)維修［M］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［10］冷長明.某線路橋過渡段下沉成因分析及整治措施研究［J］.中國水運(yùn)，2008(9):217-219.

［11］中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.既有鐵路朔黃、黃萬線病害整治方案研究［R］.北京:中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2007.

［12］中華人民共和國鐵道部.TB10025—2006 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.