淺談青阜線膨脹土路基設計

顧　寧

(中鐵上海設計院集團合肥有限公司，安徽　合肥　230000)

淺談青阜線膨脹土路基設計

顧寧

(中鐵上海設計院集團合肥有限公司，安徽合肥230000)

顧寧(1981—)，男，工程師，主要從事鐵路設計工作。

摘要：膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形的特性，作為鐵路路基填料具有一定的危害性。文章以青阜線徐樓至青町段增建二線工程為例，介紹了膨脹土作為路基填料的設計方法及施工要求。

關鍵詞：鐵路路基；青阜線；膨脹土；設計；施工

0引言

膨脹土主要是由親水性礦物組成，主要成份是蒙脫石和伊利石，為一種高塑性粘土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發育等特性，性質極不穩定，在我國河南、河北、江蘇、安徽等地均有不同程度的分布。

近年來，隨著我國鐵路的高速發展，新建、改建鐵路項目眾多，不可避免地會在膨脹土分布地區修建鐵路，膨脹土對鐵路路基造成的破壞不可低估，且造成破壞后難以修復，嚴重影響了行車安全及行車速度。因此，在膨脹土分布地區研究鐵路路基的設計方法具有重要意義。本文以改建國鐵青阜線為工程實例淺談其路基的設計方法。

1工程概況

青阜線位于安徽省北部，起于淮北市烈山區，往西南經過淮北市濉溪縣、亳州市渦陽、利辛兩縣至阜陽市，線路橫跨安徽西北平原，是華東地區重要的運煤通道，同時也是京滬線(華東-通道)、陸橋通道與京九通道、華東二通道之間一條重要的聯絡線，增建二線工程徐樓至青町段線路全長37.3 km，其中路基段長33.0 km，占全線比例的88.5%，見圖1。

圖1　青阜線青龍山至青町段增建二線工程平面示意圖

2氣候及地質條件

工程所在地區屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，主要特征為四季分明、氣候溫和、雨量適中。平均氣溫14.5 ℃~15.7 ℃，極端最低氣溫為-20 ℃，極端最高氣溫為40 ℃，平均降水量830~910 mm。地區內冷暖氣團交替頻繁，旱澇、霜凍、干熱風、大風及連陰雨等災害性氣象時有發生。

工程沿線第四系地層厚度較大，揭露地層為第四系全新統、上更新統、中更新統沖積的黏土、粉質黏土、粉土和粉砂層。特殊巖土為表層的黏土、粉質黏土，具弱膨脹性，沿線均有分布，厚度為1.0~6.0 m，自由膨脹率Fs為2.0%~53.0%，蒙脫石含量M為13%~39%，陽離子交換C.E.C為111~286 mmol/kg，作為路基填料時應采取相應的改良措施。

3路基設計基本要求

膨脹土對工程建筑的破壞作用，具有多次反復性和長期潛在危險性的特點，為降低其破壞作用，線路在通過膨脹土地區路基設計宜低填少挖，局部高填深挖地段應進行充分的方案比選，采用線路繞避或以橋帶路的方式通過。在青阜線工程設計過程中，現場一般地段為低填方路基，在跨越河流兩側高填方處，采用了延長橋梁陸域長度以降低路基填筑高度的方案，實踐證明此方案是切實可行的，有效地保障了路基的穩定性。

膨脹土路基邊坡易發生坍塌滑坡等現象，工程設計中應盡量減少土體擾動，加強其穩定性，同時注意防水保濕。青阜線改建為增建二線工程，從既有線路基狀況來看，基床病害主要表現為路基下沉、翻漿冒泥、基床鼓起及擠推側溝等情況，在二線工程設計過程中，加強了路基排水及邊坡防護措施，同時注意新老土體的整體性，做到防患于未然。

4路基設計

4.1　基床

膨脹土路基基床病害分布范圍廣、易多發，治理難度大，嚴重影響了列車通行安全及通行速度，因此，在設計時應加強對基床病害的防治措施，因地制宜，就地取材，在控制工程造價的同時有針對性地采取相應措施預防基床病害。

4.1.1換填滲水土

根據《鐵路路基設計規范》，路基填料根據土質類型和滲水性可分為滲水土和非滲水土，A、B組填料中，細粒土含量<10%、滲透系數>10-3cm/s巨粒土、粗粒土(細砂除外)為滲水土，其余為非滲水土。滲水土在鐵路建設中的應用非常廣泛，且有較為成熟的理論。為加強路基排水，縮短基床降水浸泡時間，青阜線路基設計中，路堤填方地段基床表層考慮換填0.6 m厚滲水土，底部設4%的橫向排水坡，兩側路肩采用干砌片石防護，片石路肩與滲水土之間設置透水無紡布；低矮路基和路塹地段基床外側同時增置縱向排水溝，排水溝深度一般為0.8~1.0 m，大于滲水土換填厚度，并沿滲水土底部間隔1.0 m設置泄水孔，以盡快排除基床積水，減少因積水浸泡而誘發基床病害，見圖2。

圖2　增建線路路堤標準橫斷面示意圖

4.1.2石灰改良土

膨脹土在填料分組中為C、D組料，根據《鐵路路基設計規范》，Ⅰ級鐵路基床底層應選用A、B組填料，否則應采取土質改良或加固措施。土質改良可分為物理改良和化學改良，物理改良是通過摻入碎石等改變其粒徑大小；化學改良是通過摻入石灰、水泥、粉煤灰等固化劑材料以提高工程土體的性能。石灰改良土因其良好的穩定性和低廉的工程造價而在工程中被廣泛應用。在膨脹土中摻入生石灰不僅能有效降低膨脹土的漲縮率，還能提高膨脹土的強度，增強基床土的水穩定性。土體改良厚度應根據基床設計結構高確定，青阜線設計中填方路基為基床底層1.6 m，低矮路基填土高小于基床厚度地段，地表或基床表層下方考慮0.5 m厚土體改良，改良土中生石灰摻入重量比一般為4%~6%，以實驗數據為準，青阜線路基填土通過改良實驗，最終確定生石灰摻入比為6%。

4.1.3其他有關措施

在其他年降水量較多或強膨脹土分布地區，為阻斷降水對路基基床的影響，可采用滲水料與帶膜土工布相結合的方式保護路基基床，土工布一般埋設深度為0.4~0.5 m，頂部和底部分別設0.1~0.2 m厚的砂墊層。此外，工程區域內應加強路基基床排水，必要時增設滲水暗溝。

4.2　路基邊坡

膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮、反復脹縮變形等特性，路基邊坡極易發生坍塌，在設計過程中應采取相應的措施，予以加固防護。

4.2.1土工格柵

土工格柵因其具有獨特的性能與功效，在土壤中能夠提供有效的力的承擔與擴散的連鎖系統，因而被廣泛應用于各類路基補強。改建青阜線增建二線工程路基設計，為增強新老土體粘合性及自身土體邊坡的穩定性，在路基搭接處及邊坡外側設置了層隔0.6 m的雙向土工格柵，幅寬≥3.0 m，搭接長度≥0.5 m。同時，并以草灌相結合的方式對路基邊坡進行了沖刷防護，進一步增強了路基穩定性。

4.2.2骨架護坡

骨架護坡因其經濟、美觀，同時又能有效地對邊坡起到支護作用，而被廣泛的應用到邊坡防護工程中去。青阜線路基設計中，當邊坡高度>3.0 m時，采用了3.0×3.0 m的拱形截水骨架護坡，骨架埋深0.4 m，外露截水槽0.1 m，骨架內同時以草灌相結合的方式防護路基土體，在控制工程造價的同時，有效增強了高填方路基的穩定性，見圖3。

圖3　漿砌片石拱型截水骨架內種植灌木、撒草籽護坡示意圖

4.2.3坡腳加固

路基坡腳常年受地表水沖刷，同時也是應力集中區，相比其他部位更容易發生坍塌滑坡，膨脹土坍塌滑坡具有層層向上牽引帶動的特點，一旦坡腳發生坍塌滑坡，從而會帶動整個路基坡面發生滑坡。因此，在膨脹土地區對路基坡腳進行加固是很有必要的。在青阜線工程設計中，一般地段路基坡腳設置了0.7×1.0 m的片石矮腳墻，局部高填方地段設置了1.2~1.6 m寬的片石混凝土擋墻，墻背設0.3 m厚砂夾卵石反濾層，在起到排水作用的同時也對膨脹土往復脹縮變形起到減緩對擋土墻的擠壓作用。路基矮腳墻及擋墻的設置，既加固了路基坡腳，有效制止了路基坍塌滑坡，同時又節約工程用地。

5施工要求

在膨脹土分布地區進行路基施工，應加強施工管理，嚴格按照有關技術規程進行規范作業。

路基施工應盡量避免在雨天作業，邊坡防護及路基加固做到快挖快填，不能立即實施的，應預留施工保護層，同時做好防護加固設施的碎石反濾層及泄水孔設置工作，以免泄水孔阻塞，造成排水不暢，從而導致護坡變形、開裂，擋墻擠壓、位移等情況。

工程范圍內應做好地面防排水設施，注意施工用水的排泄工作，尤其是地勢低洼，易積水、匯水地段，土石方施工前應做好路基排水，設置橫向排水坡，防止路基積水，影響路基工程施工質量。

路基填筑過程中，應采用重型壓路機分層碾壓至要求的壓實密度，并注意兩作業區之間的縱向搭接，碾壓完成后做好土體的防風、保濕、防水等方面工作。

6結語

綜上所述，膨脹土路基具有一定的危害性，一旦產生病害后期難以修復，所以在設計過程中應給予足夠重視，著重表現在基床處理、坡面防護及坡腳加固等方面。設計人員應嚴格遵守相關設計規范要求，根據工程實際情況，采取積極有效的應對措施，優化膨脹土路基及邊坡的設計治理方案，在確保工程安全性、經濟性的同時，將膨脹土路基病害降到最小程度。

參考文獻

[1]陳雷.膨脹土路基設計及施工綜述[J].路基工程，2001(5)：35-37.

[2]郭書云.鐵路膨脹土路基的設計研究[J].山西建筑，2009(15)：270-271.

[3]TB 10001-2005，鐵路路基設計規范[S].

[4]鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊——路基[M].北京：中國鐵道出版社，1995.

Discussions on Expansive Soil Embankment Design of Qingfu Line

GU Ning

(China Railway Shanghai Design Institute Group Hefei Co.，Ltd.，Hefei，Anhui，230000)

Abstract：The expansive soils have the characteristics of water-absorption swelling，dehydration shrink-age as well as repeated expansion and contraction deformation，and it has certain dangers as the rail-way embankment fillers.With new second line construction of Qingfu Line Xulou-Qingting Segment as the example，this article introduced the design methods and construction requirements of expansive soil as embankment fillers.

Key Words：Railway embankment；Qingfu Line；Expansive soil；Design；Construction

收稿日期：2015-02-08

文章編號：1673-4874(2015)02-0049-04

中圖分類號：U213.1+4

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.013

作者簡介