大準鐵路K30+050～K31+200段路基凍害整治技術研究

李晏　王富昆

摘要隨著鐵路運營時間的推移，既有線路基狀態存在著參差不齊的情況，部分路基可能存在有各種各樣的嚴重病害。以大準線K30+050～K31+200路基病害為例，對路基部分病害的產tk）i，因進行分析，并對病害整治方案進行研究。

關鍵詞：大準鐵路；路基；病害原因；整治技術

中圖分類號：u2

文獻標識碼A

文章編號2095-6363（2017）04-0077-03

鐵路路基病害問題一直困擾著我國鐵路技術人員，給我國經濟造成了巨大的損失，同時給鐵路的正常運營和維護造成了極大的困難。其中，鐵路路基凍害是一個具有挑戰性的難題，迫切需要鐵路相關技術人員來解決。大準鐵路作為我國第二條開行萬噸的列車鐵路，在大同市一準格爾旗薛家灣的煤炭運輸線上起著關鍵的作用。因此，鐵路沿線路基病害問題不容忽視，需要重點關注。

根據大準鐵路公司的維修養護資料，大準鐵路經過多年的運營，從2005年以來，沿線鐵路路基病害正逐漸顯現出來，主要表現為凍脹變形不均勻、路基下沉、翻漿冒泥等形式，并且凍脹常常伴隨著路基沉陷、路基出現淤泥等病害，曾造成翻車事故。尤其是2013年一2014年間單股軌道凍脹量值最大達27mm，雖經運營維修部門的日常養護和簡單處理操作，仍舊無法達到根治病害的目的，列車安全運行受到嚴重的影響。所以，治理大準鐵路的病害問題是非常重要的，雖然有很多種治理方法可以選擇進行施工，但是這些方法要求的施工環境比較苛刻，對既有線正常運營會產生較大的影響。如何在不影響正常運營的情況下，是鐵路技術人員探索的問題，也是有效治理其路基凍害的一個難題。

1.路基病害及原因分析

1.1主要病害

該段路基位于十九溝車站站場區。該區段路基病害主要為停車股道之間積水、排水不暢問題而造成的凍脹病害。該站場區路基為三股道布設，基床路拱向兩側為2%。其中在K30+080～K30+168區段為四股道，正線位于第Ⅱ股道，兩側為第1、3股道；該段線路區段內，在第1股道外側后期修建有整修車輛臨時?？烤€，端頭設有機械設備庫房。

小里程左側區段：根據現場調查發現，在臨時停靠線與第1股道之間屬于低洼區域，有淤泥積水痕跡，地面潮濕目前水流無法正常排出路基場區。四條股道之間沒有完善的排水設施，造成排水不暢，雨季地表雨水在股道之間漫流、淤積。全區段在第l、3股道外側設有路基側溝排水，但3條股道之間沒有完善的排水設施，造成排水不暢，雨季地表雨水在股道之間漫流、淤積，最大凍脹量達15mm～18mm。

1.2原因分析

在K30+080～K30+168區段路基病害形成的主要原因為排水不暢而造成的。站場區股道之間較大的匯水區域沒有完整的排水系統，地表水匯集后，漫流、淤積，基床路拱受長期運營已經不平整，地表水下滲后聚集在路基道碴陷槽內并浸蝕路基本體，致使填料的力學性能降低，路基承載力而造成路基軟弱而發生下沉變形等病害。由于路基基床填料以粉質粘土等細顆粒土為主，受水浸泡后易形成路基承載下降或變形下沉，冬季產生凍脹，夏季出現融化下沉等病害，長期反復作用將使路基條件惡化。

該地區年最低溫度大約為-30百度C，基床表面不平整，排水不暢，無法排除地下水。又由于出露地層從上至下以此為黃土、塊碎石土、泥巖風化物及強風化泥巖，降雨宜積存于泥巖（風化物）項部，故導致在線路路床以下積水，造成地表水匯集基床細顆粒土表層，冬季容易結冰使路基鼓脹，從而抬高股道，造成凍害；夏季解凍后路基又產生融化下沉、翻漿冒泥等病害。

2.路基病整治措施

2.1蓋板排水溝

在K30+132～K31+168段左側、K30+450～K31+180段左側K30+080～K31+190段右側設置C20片石混凝土蓋板水溝，總長度1866m，排水溝自兩端開挖外接水溝（或由c1）80cm鋼筋混凝土管）引出，引溝可根據現場具體地形條件靈活設置。蓋板水溝斷面呈矩形，寬度0.8m，深度2.0m，厚30cm，采用C20混凝土澆筑。側溝頂設C25鋼筋混凝土蓋板，板厚8cm。排水溝兩側設置礫石反濾層，反濾層厚度40cm。排水溝溝壁上設置中100滲水孔，間距1m，梅花形布置。

由于該排水滲溝兼起排水和疏干排水孔的施工空間，故斷面尺寸較大，水溝較深。為防止水溝在兩側土壓力下發生破壞，在水溝中設置肋墻支撐，肋墻沿水溝方向間距2m，肋墻采用C25鋼筋混凝土現澆。

2.2疏干排水孔

在K30+080～K30+450段右側側溝內上傾布設一排疏干排水孔，孔深12m，孔口距溝頂1.5m，水平間距1m，仰角為5。，共370孔；在K30+450～K31+050段右側側溝內上傾布設一排疏干排水孔，孔深13m，孔口距溝頂1.5m，水平間距1m，仰角為5°，共600孔；在K31+050～K31+190段右側側溝內上傾布設一排疏干排水孔，孔深14m，孔口距溝頂1.5m，水平間距1m，仰角為5°，共140孔；在K30+132～K30+168段左側側溝內上傾布設一排疏干排水孔，孔深12m，孔口距溝頂1.4m，水平間距1m，仰角為5°，共34孔；在K30+250～K30+450段左側坡體上上傾布設一排疏干排水孔，孔深14m，孔口距線路軌面2.45m，水平間距1m，仰角為5。，共200孔；在K30+450～K31+180段左側側溝內上傾布設一排疏干排水孔，孔深12m，孔口距溝頂1.4m，水平間距1m，仰角為5°，共730孔；將路基中地下水排至該新建側溝或中或坡體外排出。排水孔終孔孔徑為φ110mm，內置中φ100高強透水軟管。

2.3灰土樁

灰土樁的主要原理是先成孔后填土，根據《建筑地基處理技術規范（GB50007 2001）》通過鉆孔設備成孔，目的是橫向擠密樁間土，然后在樁孔內填入灰土與活性摻合料，并與樁孔形成樁體，提高樁間土的強度。在K30+080～K31+180段路基左右側各設置兩排灰土樁，上排樁與豎向夾角75°，樁長4.5m；下排樁與豎向夾角65°，樁長3.5m，沿線路方向間距1m，灰土樁樁徑采用φ300mm，各490孔。樁頂標高為基床標高。利用生石灰的吸水特性，將基床淺層3m范圍內的填料含水量進行有效降低，同時灰土樁身與經加固的樁間土結合為一體，對路基填料的特性進行改善。灰土樁的主要固化劑為生石灰，摻合料選用粉煤灰。生石灰與摻合料的體積比為1：2，樁項0.5m范圍內生石灰用量可酌情減少1/3。當基床中粉質粘土的含水量大于30%時，生石灰的比例可適當增加。當施工完成的灰土樁，必須要用加固的密封材料，密封材料的含水量要適當，為了地面水早期不侵入樁頂，樁身也能夠維持較高的強度，因此，密封材料的高度應該比原來的更高一些。

2.4擋土墻

在K30+920～K31+050段將右側原有擋墻，拆除后在新建水溝外側重新設置擋土墻，墻高3.5m，頂寬0.75m，胸坡坡率1：0.15，背坡坡率1：0.05，基底設置反坡坡率為0.1：1，擋土墻總長102m；擋土墻采用C20混凝土現場澆筑。

3.施工注意事項

3.1疏干排水孔施工

1）首先開挖水溝，再開挖基坑，然后對開挖后的基坑實施臨時性支護。為了保證基坑的安全，排水孔兩側要采用木支撐或者是鋼支撐進行支護。如果遇到坍塌嚴重的地方，可以采用短錨桿以及臨時噴射混凝土支護，若遇到特殊情況，應及時與設計單位進行溝通，以便確定支護方案。在水溝開挖完以后還可以進行排水孔施工，透水軟管及PVC管應該預留在水溝砌體的部分。

2）必須保證疏干排水孔按設計施工，誤差不大于10cm。因此造孔過程中注意鉆孔偏移，應隨時調整，力求按設計方向鉆孔。如遇現場實際斷面與設計斷面不相同時，應以現場尺寸來確定排水孔孔口位置，在坡面或多功能側溝中的，同時可以確定排水孔的長度。

3）在埋深較淺的地方和在路基體內設置排水孔，鉆孔過程對線路影響較大，因此成孔嚴禁采用開水鉆，防止水進入路基，造成路基下沉。對于有可能發生塌孔的地段，采用的方法是跟管鉆進，以免影響線路的正常運行。

4）因巖土工程受多種因素影響較為復雜，一般要求動態設計、信息化施工，因此鉆孔過程中應該隨時觀察出碴情況，確定其粘粒的含量以及含水量，以便進行現場研究后作出調整深度、排水孔間距等的決策。

3.2灰土樁施工

1）為了提高施工的效率，不影響施工進度，首先要清理施工現場，使施工過程中更方便快捷，其次保證地下的電力設施以及相關的電力線路保持通暢。同時還要注意不要讓場地大量積水匯聚而引起流通不暢，如果要保證不出現此類情況，首先要做好相關的排水措施，確保地表水排水通暢，還要對材料的堆放以及現場堆放道碴安排計劃。其次在現場進行土體采樣，并在實驗室測定其各項指標，如含水率，孔隙率等指標，作出試驗報告，判斷是否滿足施工要求。

2）根據《建筑地基處理技術規范（GB500072001）》表明，灰土樁成樁施工的工藝包括機械與人工夯實成樁、螺旋反壓與沉管反插成樁等。當基床頂面的填料存在較大的含水量時，應該每成樁一個然后間隔一個，不宜連續成樁?；彝翗妒┕た刹捎寐尻栫P或機械成孔，成孔孔徑300mm，根據上述規范規定，3：7灰土夯填后孔徑不小于300mm。成孔過程中要防止沖孔傷人，確保施工人員的安全。成孔完成后，軟式的排水管應該馬上順直安放，使排水通暢。安放前，在排水管的端部安裝導向帽，又因為透水軟管剛度不大，用鋼絲緊緊綁扎并將軟管放在導向帽上。軟式排水管管外層強力特多龍紗宜減少照射時間，在拆箱后盡量避免暴曬，且低于48h。

3）對于高強度的基床填料，生石灰應該減少其用量，不然土的結構將會遭到破壞，加固效果受到較大的影響。當樁孔開始夯填時，地下水會向下滲入孔內，因此應該采取必要措施。比如消除地下水的滲入，或者是用抽水泵抽調孔內的水，才能進行填料配制。配制時孔內灰土體積比例為3：7，填料厚度不超過400mm，而且還要應該進行人工壓實。根據現場實際情況以及相關規范規定，對灰土樁的樁位實際情況做少量調整，其偏差不宜大于0.5d。在進行拌合前應充分過篩灰土，粒徑不應超過15mm。為了使生石灰與摻合料反應充分，應該選用新鮮的生石灰塊作為石灰材料，生石灰的儲存與保管中應該注意防火防水防雨等相關措施，進入場地的生石灰，應該做到隨時可以取用。根據相關規范規定，其中在石灰材料的有效含量的部分中，應該高于70%的氧化鈣含量，但是其中消石灰的含量要小于15%。為確?；彝翗兜氖┕べ|量，應控制灰土樁的樁身密度。摻合料的含水量應該保持一個平衡度，不宜過多也不宜過少，過多會造成沖孔現象，過少又會造成不易夯實的現象，當爐渣或粉煤灰等摻合料被使用時，應該控制在30%左右的含水量?；彝翗妒┕?、填料配制等相關要求可以結合規范進行參考。

4）施工過程中要加強管理并且制定管理規章制度，確保施工順利進行和施工質量的高效完成以及保障施工人員的安全。同時，施工過程時難免會造成污染問題比如粉塵污染問題等，不僅會影響施工的進度，還會干擾既有線的列車，所以環境問題要特別注意。施工時如果出現環境污染問題，要采取一些相應的防治措施，如給施工人員配備防塵用品，利用噴水對揚塵進行及時清理。還需注意控制設備噪音等問題。

3.3蓋板排水溝施工

1）當開設計標高的開挖已經達到斜坡末端時，必須保證溝渠底部平坦，排水的坡度一定要得到保證?？傮w上以目前線路排放是就近排放的原則，主要還是以排水系統為主。當水溝基底為含水量高的粉質粘土時，基礎承載力的施工要求就不能達到。所以，必須采用砂礫石換填基礎，基礎換填厚度為0.5m～1m，目的是提高基礎承載能力。

2）為了保證安全，必須分段作業進行開挖，要采用跳槽支撐，比如臨時木結構支撐。支撐的基本特點是要便于拆卸和安裝，并可重復使用。開挖以及施工一段后（以10m為宜），根據相關要求規定，要繼續對相鄰段進行開挖，鋼筋砼肋墻強度必須達到設計強度的75%以上。

3）排水孔和外側反濾層要設置在蓋板水溝兩側，而且蓋板排水溝發揮滲水功能的關鍵措施是反濾層，它不但可以使水溝的排水效果得到保證，而且還可以防止淤泥堵塞。盡管較小的工作量，施工反濾層時必須嚴格按設計要求施工，如果不按照要求施工，施工質量下降，直接會影響排水溝的排水效果。

4）在清洗篩選以后的砂礫石，顆粒小于0.15mm的含量不超過5%，礫石粒徑5mm～20mm。

3.4擋土墻

1）擋土墻施工的主要過程：測量放線、基坑開挖、墻體和基礎施工、排水孔和護壁施工、混凝土養護和模板拆除、墻背回填土工作。

2）在雨季時，現場施工人員必須對地面進行防水以及排水措施，尤其是在擋土墻坡腳的施工時必須做好防水和排水措施，同時還要做好安全生產準備工作，以防擋土墻的坡腳出現大量積水甚至被水浸泡，造成不必要的經濟損失。

3）在施工現場，要對地形地貌、地質條件進行審查和校對。墻體采用C20混凝土砌筑，水平通縫不應該穿過墻身，而且混凝土強度要達到設計要求，還要對胸坡和墻頂進行抹面。

4）根據地質條件，相應的沉降縫在擋土墻中要被設置，寬度在2cm～3cm，縫內采用有機復合材料填充，比如瀝青木板和馬絮等材料。

3.5施工中其他配合

1）在位于主干線和路邊兩側設置灰土樁時，這樣距線路更靠近，為安全起見，建議在天窗點時進行施工灰土樁，為確保火車的安全運行，建議在基坑出現大面積塌方時，應該對火車進行限速45kin/h，但是于一般情況下，在蓋板排水溝施工過程中不可以對列車進行限速。

2）施工前有關部門應該知道四電的具體位置，其中包括通信、信號電纜的具體位置。在拆改四電時，為了避免施工的影響，應該挑出架高，施工結束后再恢復在原地。部分單獨列出的費用，在具體施工中應相應支付。

3）在施工中應有關部門和單位對生產安全質量進行監督管理以及保障技術標準全過程準確無誤，確保項目施工安全，高質高效。

4.結論

目前，完成了大準線K30+050～K31+200的路基病害整治工程，經過各個方面的運營檢測以及管理監督，使大準鐵路路基病害治理達到了理想的要求。針對大準鐵路復雜繁重的運輸任務，我們務必提出新的施工技術，系統地完善經濟實用的改造方案，確保不受到現有線路運行的影響。對大準線K30+050～K31+200的路基的處理措施，經過專家們的溝通詳細交流之后，認為該措施可行，也為此線路的類似病害治理提供相關的參考意見。