寺河牽引線段鐵路路基沉降與變形機理研究

李 慧 軍

(山西勤豐基礎工程有限公司,山西 晉城　048006)

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寺河牽引線段鐵路路基沉降與變形機理研究

李 慧 軍

(山西勤豐基礎工程有限公司,山西 晉城048006)

結合寺河牽引線段鐵路的地質結構及變形特征，采用綜合勘察技術查明了路基沉降與變形原因，對沉降因素進行了歸納總結和機理分析，并提出了路基沉降與變形的防治對策，為鐵路路基勘察設計及施工提供了依據。

鐵路，路基，沉降變形，防治對策

1　概述

在鐵路運行過程中經常出現線路沉降、變形等災害，須對基礎進行整治。輕則需調整軌道幾何尺寸，嚴重的要拆除軌道結構重新施工，從而造成成本增加[1]。寺河牽引線段鐵路SDK1+450～SDK1+720公里段路基出現較大范圍的沉降與變形，嚴重影響了該鐵路正常運行的安全。為此，深入開展該路段路基沉降與變形機理及防治對策的研究對保證該鐵路安全運營具有重要的意義。

2　寺河牽引線段地質結構及變形特征

2.1地形地貌

該變形路基線路在一個南北較窄東西較寬的簸箕狀洼地的中下部通過，路基的修筑抬高了地面線，形成了填方路基邊坡[2]。

寺河牽引線段建于2000年左右，長270 m，坡高30 m左右，坡度30°，坡體以粉質粘土、風化泥巖砂巖碎屑為主，回填時間約15年。地面標高介于573.5 m～575.1 m之間，坡腳標高543 m左右，后緣高程574 m，相對高差31 m，縱向坡體長約60 m，橫向寬度約320 m。

2.2地層巖性

這種特征的巖土結構，在外界因素的觸發下，邊坡易在中上部填土與下伏原狀土接觸面上產生軟弱層，易導致坡體變形失穩。

2.3地質構造與地震

區內構造簡單，斷層不發育，屬于山西高原穩定地塊區。

2.4氣象與水文

寺河屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候，四季分明，夏秋濕潤多雨，冬季干燥寒冷。據多年的氣象資料統計：年最大降水量1 014.4 mm(1956年)，最小265.7 mm(1997年)，日最大降水量176.4 mm(1956年7月30日)，時最大降水量59.2 mm，年平均降水量628.2 mm，年平均蒸發量1 827.8 mm，超過降水量的3倍。

2.5路基沉降變形特征

該坡體破壞變形主要表現為地面裂縫、地面塌陷，圍墻開裂，砌石坡面鼓脹，坡腳排水洪溝傾斜變形等現象。坡面頂部路基平臺(即牽出線與侯月線之間部分)上部出現嚴重的平行線路的不連續裂縫，且處于不斷發展狀態。

南側大涵洞全長120.5 m，A11-A33變形長度為84 m，變形段整體沿邊坡方向向下滑動0.42 m，兩節拱頂之間最大位移量0.07 m，A23監測變形量5 mm/140 d。涵洞變形段全部位于本線路下，沿邊坡方向向下滑動1.624 m，兩節拱頂之間最大位移量0.11 m，A62監測變形量4 mm/34 d。由于路基頂部排水設施不完善，降水下滲導致整個坡體路基下方的填土出現多層含水量較高地段。

其厚度不一，薄的僅數十厘米，厚的可達數米，多呈可塑～軟塑狀，主要集中于4.0 m～9.0 m，18.0 m～22.0 m以及23.0 m～26.0 m處。如此大量多層存在的處于可塑～軟塑狀態的軟弱層填土顯然是坡體變形的主要原因。

3　路基沉降與變形機理

3.1路基發生沉降與變形因素分析

經過現場調查與勘探資料分析，鐵運路基邊坡的變形破壞受多種條件和因素的制約和影響，這些條件和因素主要包括地形地貌，地層結構，大氣降雨，人類活動等[3]。

1)地貌特征。

該段路基為斜坡地貌上的填方路基，二元地貌特征為發生沉降變形提供了基礎條件[4]。

2)地層結構。

上部地層、下部地層等等。通過勘察，部分鉆孔含水量較高，見表1，表2。土層的濕陷系數大于0.015，對填土層自重濕陷量及總濕陷量進行統計計算見表3。考慮土層主要為人工填土，均勻性差，人為因素大，變異大，修正系數取值1。

表1　部分探井特征表

3)大氣降雨。

該區降水主要集中在每年的7月、8月，常以暴雨形式出現。2013年8月～9月發生強降水導致坡體含水量增高。

4)人類活動。

邊坡的主體為人工夯填土，受地表水下滲影響，含水量逐年遞增，土體力學性能下降，含水量的增加，導致部分土體發生塑性變形。

表2　部分鉆孔特征表

表3　濕陷量、自重濕陷量一覽表　mm

3.2填土的物理力學性質

邊坡土體主要由填土組成，勘察期間共取了105組土樣做室內實驗，其土層的主要物理力學性質見表4，表5。

表5　軟弱層物理力學性質統計表

3.3路基發生沉降與變形機理

坡體的土體為填方粘性土，近乎均質。坡體變形的主要原因是地表水排泄條件很差，在雨季常常會被雨水浸泡，浸泡時間最長會持續數月，雨水下滲，填土的表層迅速飽和且具有可塑性，坡體中的土體軟化。并且下伏的原狀土層受水軟化強度降低，使地下水易富集于接觸帶以及坡體土粘粒含量高的層位，并對接觸帶進行泥化、軟化，降低力學強度，形成軟弱帶，使坡體在自重的作用下，向臨空方向發生蠕動或變形[5]。

隨著時間的不斷延續，在連續降雨作用下，坡體的土體抗剪強度急劇降低，后緣的裂縫又進一步發育且有貫通的可能，利用雨水的下滲，底部的軟弱層最終貫通形成滑帶。當遇高強度長時間暴雨時土體飽水，軟弱帶含水量增加，當軟弱帶的下滑力大于抗滑力時，坡體將向臨空方向移動并發生整體滑動。

地面和砌筑護面開裂現象持續不斷，底部貫通的涵洞裂縫變形加劇，說明坡體處于蠕動變形狀態；整體邊坡前緣有傾斜，局部地面有鼓脹裂縫，坡體處于變形或蠕動狀態，整體屬于相對不穩定狀態。

4　防治對策

由于山區堆積的填土路基邊坡填料在施工中沒有采取有效措施，在經歷多年雨季降水入滲后，填土路基發生變形，吸取相關工程的經驗教訓后，對寺河牽引線段鐵路路基采取以下工程措施：

1)路基邊坡采用漿砌石截水護坡、支撐滲溝、抗滑樁等防護[6]。加強路基排水系統的設置，如吊溝、邊坡滲溝、急流槽、暗溝等，并與涵洞形成完整的排水系統，保證路基工程周圍的排水暢通。修繕恢復坡頂、坡腳的所有截排水設施及其周邊裂縫、破損處，以阻斷地表水下滲通道，增設泄排水及放水等設施。2)土體多層軟弱帶加速了邊坡的變形破壞，須對坡后因變形擾動的土體進行注漿[7]、擠密、補強措施。3)以穩固土體坡面種草植樹，布設位移監測系統，構成三縱三橫的監測斷面，監測治理過程及以后的坡體地表變形，同時也可利用現有的地表位移監測點，隨時監測坡體變形及位移，指導治理工程的施工。

5　結語

1)通過分析得到地基沉降與變形的原因主要是坡體的二元地層結構，這種特征的土層結構在外界因素的觸發下，邊坡易在中上部填土與下伏原狀土接觸面上產生軟弱層，導致坡體變形失穩。2)通過研究認為采用注漿加固及抗滑的綜合措施能有效防治該段路基沉降變形。同時也為具有類似地層結構的路基沉降變形防治提供了經驗。用壓漿來整治既有鐵路路基地質病害,具有施工簡單、對行車干擾少、投資少、見效快的特點,符合我國國情。3)設計與施工密切配合，利用注漿是保證整治效果和控制投資的重要措施，對施工質量和效果進行監控與檢查是必要的。

[1]TB 10012—2007，鐵路工程地質勘察規范[S].

[2]鐵道第二勘察設計院.復雜地質艱險山區修建大能力南昆鐵路干線成套技術[M].成都:電子科技大學出版社，2002.

[3]陳建發.鄭西客運專線澠池至靈寶段地質綜合勘察技術[J].鐵道工程學報，2007(10):12-15.

[4]TB 10027—2012，鐵路工程不良地質勘察規程[S].

[5]鐵建設[2006]158號，客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術指南[S].

[6]TB 10621—2009，高速鐵路設計規范(試行)[S].

[7]邊學成，程翀，王復明，等.高速鐵路路基沉降高聚物注漿修復后動力性能及長期耐久性的試驗研究[J].巖土工程學報，2014，36(3):562-568.

Study on railway subgrade settlement and deformation mechanism of Si River traction section

Li Huijun

(ShanxiQinfengFoundationEngineeringCo.,Ltd,Jincheng048006,China)

Combining with geological structure and deformation characteristics of Si River traction railway section, applying comprehensive surveying technologies, the paper investigates the subgrade settlement and deformation causes, carries out settlement factor summary and mechanism analysis, and finally puts forward subgrade settlement and deformation preventing countermeasures, which has provide some basis for railway subgrade survey design and construction.

railway, subgrade, settlement deformation, preventive countermeasures

1009-6825(2016)23-0146-02

2016-06-02

李慧軍(1976- )，男，工程師

U416.1

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