鐵路路基季節(jié)性凍土基床設(shè)計研究淺析

袁報 王潤民 莊德華

摘 要：季節(jié)性凍土地區(qū)鐵路路基基床設(shè)計，需要結(jié)合不同的鐵路等級、地質(zhì)特征、地下水埋深、凍脹類型情況等進行綜合考慮，設(shè)計復(fù)雜，效率低下。對季節(jié)性凍土地區(qū)運行線路進行調(diào)研，有針對性對基床加固設(shè)計進行研究，并完成季節(jié)性凍土地區(qū)新建鐵路單線雙線設(shè)計時速≤160公里的客貨共線鐵路路基基床標準設(shè)計。

關(guān)鍵詞：季節(jié)性凍土;設(shè)計凍深;有害凍脹深度

0 概述

我國幅員遼闊，季節(jié)性凍土面積占國土面積超過50%[1]。

季節(jié)性凍土地區(qū)路基基床在冬季降雨、降雪等凍融循環(huán)作用下，由于基床填料不合格、排水不暢或排水系統(tǒng)失效等因素導(dǎo)致的基床翻漿冒泥、路肩塌陷及外擠、局部溜坍等基床問題。

杜曉燕、張玉芝、劉華等[2～6]針對季節(jié)性凍土區(qū)高速鐵路路基凍脹，有限元計算手段驗證，填料換填以及路路橋過渡段路基變形特征分析等進行了深入的研究。

房建宏，陳志國，武立波等[7～9]依托公路項目展開了大量的路基防凍脹技術(shù)研究。

普速鐵路的研究反而相對較少。

1 設(shè)計凍深確定

結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范，對標準凍結(jié)深度、土的類別對凍深的影響系數(shù)、凍脹性對凍深的影響系數(shù)、周圍環(huán)境對凍深的影響系數(shù)、地形環(huán)境對凍深的影響系數(shù)等進行分析[10～12]，計算設(shè)計凍深，見表1。

通過計算，普速鐵路最大凍深2.4m，小于基床厚度2.5m。

2 季節(jié)性凍土地區(qū)調(diào)研

2019年三季度赴沈陽鐵路局和哈爾濱鐵路局進行實地考察調(diào)研。季節(jié)性路基凍害主要集中在哈爾濱鐵路管轄范圍。

2.1 凍害概況及整治方案

2.1.1錦州工務(wù)段

①凍害情況：存在凍害的有Ⅰ級鐵路沈山線、溝海線，Ⅱ級鐵路高新線，最大凍脹引起的軌面高程變化為5～10mm，凍害不嚴重，主要為路基表層輕微凍害。

②整治方案：一般采取秋季提前預(yù)墊板，凍害起時墊板找細，春季凍害回落期撤板的措施，對路基基床結(jié)構(gòu)沒有采取相關(guān)整治措施。

2.1.1大慶工務(wù)段

①凍害情況：將路基凍害分級管理。按照輕微凍害、一般凍害、嚴重凍害、冰錐或冰丘四個等級進行管理，見表2。

②形成路基凍脹病害的基本原因有以下幾種：

A.路基基床面不平整，積水凍結(jié)膨脹形成凍脹病害。統(tǒng)計2018年11月至2019年10月部分數(shù)據(jù)。見表3。

B.碎石或混砂道床墊層不潔，污染嚴重，混入泥土量較多，遇積水產(chǎn)生凍脹，凍脹量10～20mm左右，發(fā)現(xiàn)19處。

C.地表水、地下水或淺層潛水對路基土的不均勻浸濕，多產(chǎn)生低矮路堤以及塹、堤相接的零斷面和路塹地段。

D.路堤填土不均勻及路塹基底土質(zhì)差異。

E.路基不同朝向形成的不均勻凍脹。

③ 路基凍害常用整治方法

A.保溫方法：XPS板保溫護道、草皮（或泥炭）保溫護道。

B.降低地下水位方法：縱橫向滲水盲溝、滲水暗溝（暗管）、排水溝、增設(shè)橫向排水涵、管。

C.改良路基土質(zhì)方法：基床表層換填、打入式灰土擠密樁、路基注漿或注鹽等。

D.截排水方法：對于路基上游側(cè)存在冰錐、冰丘的地段，可采取遠離路基的擋水埝、截水溝、凍結(jié)溝、儲冰溝（場）等措施，阻止冬季地下水向路基滲透產(chǎn)生的凍害。

E.阻斷毛細水上升方法：采用換填粗砂或碎石層、鋪設(shè)氯丁橡膠板、線路抬道等阻斷措施進行整治。

3 通用圖編制

3.1通用圖范圍

適用于季節(jié)性凍土地區(qū)新建鐵路單線雙線設(shè)計時速≤160公里的客貨共線鐵路路基基床設(shè)計，改建鐵路參照執(zhí)行。

3.2主要內(nèi)容及特點

①包括的基床加固類型系統(tǒng)全面：分兩冊，每冊分別納入21種基床加固措施，類型系統(tǒng)全面。通過調(diào)研及計算統(tǒng)計，有害凍脹深度（或防凍層厚度）hf≤2.4m，綜合施工分層厚度考慮取值，依據(jù)路基基床范圍的地質(zhì)和地下水埋深情況，針對一般路堤、路塹和低矮路堤對基床的要求不同，并提供基床加固措施一覽表，包括路基類型、地質(zhì)情況、地下水情況、有害凍脹深度（或防凍層厚度）和處理措施及備注，便于使用者根據(jù)項目實際情況選擇加固措施。同時也納入了地區(qū)適應(yīng)性較強、實踐證明效果顯著的新結(jié)構(gòu)、新材料，如裝配式盲溝、保溫材料及保溫出口結(jié)構(gòu)等。

②提出了基床加固設(shè)計原則： 詳細說明如何根據(jù)鐵路等級、有害凍脹深度（或防凍層厚度）、基床結(jié)構(gòu)、工程類型、工程及水文地質(zhì)條件、氣候條件、環(huán)境保護及景觀要求等條件，選用適宜的工程措施。

③基床設(shè)計措施的組成內(nèi)容詳細完整：集中各基床結(jié)構(gòu)類型設(shè)計內(nèi)容主要包括設(shè)計說明和設(shè)計圖。設(shè)計說明包括基床設(shè)計依據(jù)、適用范圍、設(shè)計原則、工程措施、基床土工材料技術(shù)指標、施工技術(shù)要求、質(zhì)量批檢要點等;設(shè)計圖包括代表性橫斷面圖、各細節(jié)大樣圖、土工材料連接圖、防排水材料與接觸網(wǎng)立柱接口圖、裝配式盲溝詳細設(shè)計圖和保溫出口平縱橫面設(shè)計圖等。

3.3效益

①經(jīng)濟效益巨大：目前我院季節(jié)性凍土地區(qū)的鐵路，各設(shè)計生產(chǎn)院和施工、監(jiān)理單位均已采用本圖集，規(guī)范化、標準化的推進有利于提高工效、節(jié)約人力資源、確保工程質(zhì)量、減少基床病害，更有利于后期運營維護成本的降低;新施工工藝的推廣提高了施工效率，節(jié)約資源;基床結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化節(jié)省了工程材料，減少了工程投資;基床加固設(shè)計工程在鐵路投資中所占比重大，應(yīng)用的長期經(jīng)濟效益巨大。

②社會效益顯著：本圖設(shè)計中認真貫徹當前的鐵路技術(shù)政策，在保障安全、健康環(huán)保、節(jié)約資源、減少運營養(yǎng)護、提高旅客視覺舒適度等方面均具有突出的社會效益。

4結(jié)束語

通過在川藏線、沈吉線、臨港疏港鐵路等多條鐵路路基基床設(shè)計中應(yīng)用、提高了設(shè)計效率、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證設(shè)計質(zhì)量，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

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