北方高速铁路路基防冻胀及补强措施

北方高速铁路路基防冻胀及补强措施
钟文亮
【摘要】北方高速铁路路基冻胀普遍存在,直接影响铁路运行速度及安全.通过分析路基产生冻胀原因,提出了相应的方法,对已发生冻胀的路基提出了冻胀补强的方法,将路基冻胀控制在设计允许范围之内,可为今后类似工程提供经验.
【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2015(000)005
【总页数】3页(P103-105)
【关键词】高速铁路;路基;冻胀
【作者】钟文亮
【作者单位】中铁十一局集团第一工程有限公司湖北襄阳441104
【正文语种】中文
【中图分类】U213.4
随着我国铁路发展,高速铁路在北方地区开始大量修建,由于普通铁路在北方运行速度和技术标准较低,无法满足高速铁路要求,故高速铁路在北方修建属于一项新的技术及挑战。

目前高速铁路路基在北方地区产生冻胀普遍存在,路基冻胀导致路基不稳固,路基的冻胀也导致了线路不平稳,严重影响铁路运行速度和运行安全。

路基的冻胀直接影响我国在东北修建高速铁路的发展,解决及预防路基的冻胀，把路基冻胀控制在设计允许范围内成为在北方修建高速铁路的先决条件。

吉图珲高速铁路位于东北吉林省内,气候寒冷,年冰雪覆盖期长达半年之久,最低气温
达-35 ℃左右,最大冻胀深度1.71 m。

DK224+669～DK227+750段路基修建于
农田之中，该段路基具一下特点：
(1)段路基地表水丰富,常年浸水。

(2)该段路基冬季持续冰雪覆盖,受高寒影响。

3.1 地表水及地下水对路基冻胀的影响
地表水及地下水均会造成填料含水率过大,土中水分是引起土体冻胀的必要条件,土
体中存在的水分将会引起冻胀,只有当土体孔隙中全部挤满冰体并使土颗粒移位后,
土体才会冻胀。

(1)地表水浸入路基,造成路基填料含水量过大,土质中的含水量大小是产生路基冻胀的直接因素,只有当路基土体中的含水量大于其起始冻胀含水量(见表1)是才会发生路基冻胀,为预防路基冻胀应采取防止地表水的浸入措施。

(2)地下水常年存在于土壤当中,对路基慢慢渗入,如不及时排出将会导致路基填料含水量过大引起冻胀。

为防止路基冻胀,必须采取降低地下水位及将地下水引出的措施。

3.2 填料对路基冻胀影响
填料中细颗粒含量对路基冻胀影响十分显著,而细颗粒是指粒径小于0.075 mm的
颗粒。

填料中细颗粒含量小于5%为非冻胀土[2]；细颗粒含量小于15%的粗粒土
属于不冻胀或冻胀性很小的土；细颗粒含量超过15%时,冻胀性就显著表现出来了。

故为防路基冻胀应选用渗水性强的土质作为填料，并严格控制细颗粒含量。

3.3 人为因素对路基冻胀的影响
人为因素主要为施工过程中未合理安装泄水管、未合理设置排水坡度及未严格控制土质中细颗粒含量,导致地表水的浸入无法及时排出,造成路基土质含水量过大导致
路基冻胀。

4.1 地表水及地下水处理措施
(1)为防止地表水渗入路基,引发路基冻胀,需采取有效措施避免地表水下渗及下渗水及时排出。

在基床表层与底层之间增设一层砂夹两布一膜不透水土工布层,有效阻隔地表水渗
入基床底层,护肩在两布一膜位置增设一排PVC排水管,排水管安设于土工布之上,
便于渗入地表水及时排出。

(2)路堑地段为防止地下水渗入路基,采用降低水位及引排措施。

在路堑侧沟外侧两侧设置渗水盲沟,地下水渗入盲沟再向路基外引出,盲沟沟底必须
低于路堑底部,有效阻隔地下水渗入路堑底部。

为了使地下水冬季能顺利排出,盲沟
设置深度必须大于最大冻胀深度，且还需进行保温处理。

4.2 填料控制措施
针对北方高寒地区,填料选用需考虑其渗水性能,严格控制细颗粒土的含量,故填料选用从上到下依次为：基床表层为级配碎石，基床底层为非冻胀性A、B组填料，底层依次往下为A、B组填料，A、B组填料或C组碎石、砾石类填料，渗水土填料。

A、B组填料压实后细颗粒含量不大于5%,级配碎石压实后渗透系数不小于5×10-
5 m/s[3]。

4.3 农田地区控制措施
农田地区水田灌溉水充足，极易渗入路基基底引发冻胀,需采取有效措施防止路基
侧向水渗入路基基底。

在路基坡脚两侧设置护坡道,防止坡脚积水渗入基底,基底进行渗水土换填措施,有效防止路基基底发生冻胀。

4.4 防冻胀补强控制措施
由于人为因素未能按标准施工,将会对路基冻胀产生影响,需对其进行路基防冻胀补强,消除路基潜在冻胀风险。

现场对DK224+669～DK227+750段路基填筑完成后冬季进行了冻胀观测,观测
方法为首先在路基左右侧及中心相应里程段埋设混凝土冻胀桩,然后用电子水准仪观测各个点不同时间段的相对标高,最后统计数据,根据数据进行原因分析。

表2为冻胀大于8 mm测量数据。

根据表2中冻胀大于8 mm观测点在对应里程路基上进行挖孔(孔深3 m),检测挖出每层填料的含水率、压实质量及填料中细颗粒含量,检测结果发现
DK224+674～DK224+690、DK24+890～DK24+910、DK226+435～
DK226+550段路基填料及压实质量均合格,且基床表层级配碎石及基床底层含水率小于起始冻胀含水量率,但中粗砂层两侧含水率大于起始冻胀含水量率,从表中可以看出发生冻胀变形均为路基两侧,说明路基地表水下渗至基床底层顶部两布一膜上时由于基床顶层设置4%排水坡度,水在两布一膜上顺着坡度向路基两侧排出,又由于排水管不通畅导致两侧积水引发冻胀。

DK225+349～DK25+500段基床表层级配碎石层填料及压实质量均合格且含水率小于起始冻胀含水量率,但中粗砂层两侧含水率大于起始冻胀含水量率,基床底层压实质量合格但细颗粒含量大于5%小于15%且含水率大于起始冻胀含水率,所以冻胀变形由基床底层顶部两布一膜上的排水管不通畅和和基床底层细颗粒含量偏大造成。

下面对各种产生冻胀原因制定相应冻胀补强措施：
(1)基床底层顶部两布一膜上排水不通畅防冻胀补强措施。

①排水不通畅普遍地段,将路基护肩拆除重做,在电缆槽外侧,两布一膜隔断层以上铺设0.1 m厚无砂混凝土板,上铺设一层塑料防水布,塑料防水布以上重新施作护肩,无砂混凝土板纵向每隔2 m设置一PVC排水管(半管),如图1所示,以保证基床表层的水能顺畅排出。

②个别地方排水不通畅,沿基床表层底部每隔3 m将混凝土护肩切开,切至两布一膜隔断层,切开宽度10 cm,切槽范围采用洗净碎石填充,0.6 m以上外覆一层0.1 m厚混凝土,0.6 m以下直接裸露洗净碎石,两布一膜上放置PVC管(半管)深至电缆槽下,
保证基床表层水顺畅排出。

(2)路基本体填料细颗粒超标地段防冻胀补强措施。

在路基面以下1.4 m、2.4 m处两侧增设侧向仰斜排水孔,纵向间距2.0 m,深度至路基中心线,排水斜孔孔径一般采用110 mm,钻孔仰角为3°,孔内设RCP-Y10G(A)排水管,排水管管身及端头采用透水土工布包裹。

泄水孔于水平方向的夹角成3°,管径100 mm,环刚度≥16 kPa,管壁孔隙率≥80%。

这样既能保证土体里面水顺利排出,还能确保土质通风,使填土含水率降低,有效防止路基冻胀发生。

北方高速铁路路基施工必须采取有效措施进行防冻胀,主要措施为填料选用及防排水,施工过程中要杜绝人为因素发生,一旦发生要及时进行防冻胀补强,确保路基质量,将冻胀量控制在设计允许范围内。

【相关文献】
[1] 程爱军.铁路路基填料的冻胀分类研究[D].北京：中国铁道科学研究院,2006：21.
[2] 中铁四局集团有限公司.TB 10751-2010 高速铁路路基工程施工质量验收标准[S].北京：中国铁道出版社,2010:79.
[3] 赵润涛,李季宏,李曙光.客运专线路基工程的防冻胀处理措施[J].铁道勘察,2011(4):70-71.。