史忠貴 上海鐵路局阜陽(yáng)工務(wù)段

1 概況

阜陽(yáng)工務(wù)段管內(nèi)京九正線延長(zhǎng)357.835 km，站線215.531 km ，正線路堤長(zhǎng)度為330.391 km，站線路堤長(zhǎng)度為215.226 km，膨脹土填筑路堤長(zhǎng)度106.465 km。路基填土沉落較快，主要是在施工時(shí)路基壓實(shí)度不足造成的。加之當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)施工時(shí)對(duì)膨脹土的特性認(rèn)識(shí)不足，造成該線通車運(yùn)營(yíng)后，連年整治邊坡坍塌，翻漿冒泥等路基病害。膨脹土（又稱裂隙粘土）在管內(nèi)分布廣泛，因這種土具有明顯的脹縮性，超固結(jié)性和多裂隙性，在工程上主要表現(xiàn)為失水收縮開裂，吸水膨脹軟化，反復(fù)變形和強(qiáng)度大幅度衰減等特征。

2 病害表現(xiàn)形式

2.1 翻漿冒泥

發(fā)生于基床土質(zhì)不符合要求的部位，如粘粒含量過高的填土和泥質(zhì)軟巖的路塹，其表層遇水軟化成泥漿，因列車的振動(dòng)而擠入道碴空隙，使道床臟污，減小彈性。通常表現(xiàn)在雨季，雨季后延緩一段時(shí)間，至旱季道床形成干硬的泥結(jié)碎石，其上翻漿基本來(lái)自基面，扒開道床，一般可發(fā)現(xiàn)深度不大于50 cm的碴囊，軌面有較頻繁的輕微變化，主要集中表現(xiàn)在地下水發(fā)育或長(zhǎng)期積水地段，陷槽深度一般在0.25～0.5 m之間。春雪及夏雨后，陷槽處所頻繁出現(xiàn)。

2.2 基床下沉外擠

基床軟化下沉引起基床土及底砂從道床坡角擠出，路肩上拱外擠，側(cè)溝傾斜開裂。由于基床軟化下沉及路基本體壓密下沉而引起軌面下沉，工務(wù)部門只能采取墊碴搗固維持軌面日常養(yǎng)護(hù)。路基內(nèi)有道碴囊及軟臥層，隨著地表水的不斷滲入，下沉產(chǎn)生的道碴越來(lái)越多（一般都大于50 cm），當(dāng)軟臥層較薄時(shí)，能很快地發(fā)展為路基外擠。造成路肩隆起或側(cè)溝被擠。

由于內(nèi)外側(cè)所受側(cè)壓力不均，通常在軌下表現(xiàn)為非對(duì)稱的馬鞍型道碴囊、黃砂擠出、路基變形，導(dǎo)致線路水平、高低、方向有較頻繁、較大的變化。

2.3 路基坡面病害

主要集中在中等膨脹土地段，主要是因?yàn)榕蛎浉稍飼r(shí)易崩裂，降雨季節(jié)地表水沿裂隙下滲，土體含水量飽和，土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨之下降甚至喪失，造成邊坡溜塌。

沖蝕是伴隨著剝落而發(fā)生的。膨脹土由于表層由于晴雨交替，反復(fù)干縮濕化碎裂成松散土粒，在重力及地表涇流沖刷的作用下，一方面松散土粒從上坡下落后堆積于下坡及平臺(tái)，另一方面沿坡面形成溝狀沖蝕現(xiàn)象。發(fā)生弱膨脹性土區(qū)段較多。嚴(yán)重時(shí)枕頭處路肩沖空，嚴(yán)重的造成既有片石路肩破損和路肩邊坡坍塌。

3 原因分析

3.1 膨脹土的特性

通過對(duì)路基病害進(jìn)行成因分析，了解到本段路基病害發(fā)生的本質(zhì)原因是土質(zhì)問題，由于膨脹土特殊的性質(zhì)，吸水膨脹、失水收縮性能。反復(fù)脹縮后的土體會(huì)使裂隙發(fā)育、結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度衰減，膨脹性加大，對(duì)既有線鐵路運(yùn)營(yíng)工程造成巨大的危害。

3.2 大氣降水

京九線我段管內(nèi)氣候溫和，四季分明，屬季風(fēng)暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，年平均降水量800～1500 mm，雨量多集中在5～9月份，約占全年降雨量的百分之八十，降雨特點(diǎn)是突發(fā)性強(qiáng)，歷時(shí)長(zhǎng)，雨量大，時(shí)空分布不均，破壞性強(qiáng)。

3.3 排水條件

京九線我段管內(nèi)的線路，雖屬淮河水系，但鐵路沿線并沒有與之平行的河流，且由于管內(nèi)線路在路基修筑時(shí)在鐵路兩側(cè)就地取土筑路，路基兩側(cè)因取土形成的取土坑既深又長(zhǎng)，目前已經(jīng)成為當(dāng)?shù)鼐用竦酿B(yǎng)魚塘，雨季取土坑內(nèi)積水因無(wú)河流與之相連無(wú)法排泄，只能靠自然揮發(fā)和滲入地下來(lái)消耗積水，兩側(cè)積水使路基長(zhǎng)期處于水的浸泡之下。

4 路基病害整治

4.1 整治依據(jù)

選用土工格室和土工布（排水板）進(jìn)行綜合整治的依據(jù)：

（1）土工格室工作原理。因?yàn)槁坊餐猎诹熊噭?dòng)荷載作用下沉降的同時(shí)向兩側(cè)擴(kuò)張，并伴有路肩的隆起，因此在基床面下方存在著一個(gè)拉伸變形區(qū)域，如果將土工格室布置在這個(gè)區(qū)域，將產(chǎn)生拉力，提高基礎(chǔ)的承載力，格室底部再加上排水板，可以增強(qiáng)基面的排水性能，格室兩側(cè)依次設(shè)置碎石反濾層，確保置換層的排水通暢。

（2）土工格室的作用。土工格室是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的一種高密度聚氯乙烯土工合成材料，它具有三維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。由于網(wǎng)狀方格中強(qiáng)化的PE條通過強(qiáng)力焊接后產(chǎn)生的橫向限制力以及土工格室壁的摩擦力，使得格室內(nèi)填方共同形成一彈性結(jié)構(gòu)橋，使格室上部的荷載通過這一結(jié)構(gòu)層時(shí)進(jìn)行應(yīng)力擴(kuò)散，從而改善了下部地基的受力狀態(tài)，減少了變形。

（3）土工布的作用。土工布是一種新型的巖土工程材料。由于它具有突出的高抗拉強(qiáng)度，高抗腐蝕性、良好的整體性和水理性等工程特性，因而置于土體內(nèi)部，路基基床面層100 mm砂墊層上，能夠加強(qiáng)和保護(hù)路基基床士體的作用。

4.2 土工格室性能

整治采用的土工格室為北京燕山石化公司樹脂應(yīng)用研究所研制開發(fā)的G100型。格室可折疊，展開后為呈蜂窩狀的三維結(jié)構(gòu)。

土工格室厚度為100 mm，由改性共聚丙稀制成，接縫用超聲波焊接，材料橫載面為矩形，均質(zhì)，230C時(shí)的抗拉強(qiáng)度為25.6 MPa，焊縫剝離強(qiáng)度≥117.4 N/cm。排水板縱向10%延伸率時(shí)的抗拉強(qiáng)度≥100 kN/m，橫向≥120 kN/m。

5 土工格室組合體整治膨脹土路基病害

5.1 路基病害概況

京九下行線K800+000-K801+000段經(jīng)調(diào)查，軌下基床下沉外擠，形成陷槽，深度均在300 mm以上，軟臥層厚約150 mm，線路外側(cè)有一段為土質(zhì)平臺(tái)，基面長(zhǎng)期積水，無(wú)法排除，又引起基床翻漿冒泥，軌面月下沉量為60-90 mm，線路養(yǎng)護(hù)工區(qū)勞力難以養(yǎng)護(hù)維修。為此，我們確定選用土工格室組合體進(jìn)行整治，土工格室組合體的設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 土工格室組合體的設(shè)計(jì)

5.2 施工要求

施工本著保證效果、節(jié)約成本的原則，根據(jù)病害實(shí)際情況，并根據(jù)開挖后路基斷面實(shí)際情況，對(duì)上述地段采用土工格室組合體（即：墊砂、鋪排水板、鋪土工格室）的方法，對(duì)基床病害進(jìn)行綜合整治。

5.3 基床整治

挖開道床及部分基床至設(shè)計(jì)深度（以內(nèi)側(cè)鋼軌枕底為準(zhǔn)）不少于700 mm，鏟平基面，并向外預(yù)留不小于4%的橫向排水坡；回填中粗砂，厚度100 mm，并做夯拍處理，設(shè)好排水坡；鋪設(shè)排水板，然后其上再回填100 mm厚的中粗砂。排水板在鋪設(shè)時(shí)要展平，板上下不得留有棄碴等硬物，并做好板之間的接口搭接，要求搭接不得少于50 cm。

鋪土工格室，厚度100 mm，并做夯拍處理，設(shè)好排水坡。土工格柵鋪設(shè)時(shí)要用人工攤開拉伸、鋪平，幅與幅之間縱向連接，采取密貼排放。鋪好后不能留有褶皺，在每幅的接頭處用“U”型釘固定。等全部整平后才回填黃砂，并夯拍密實(shí)（見圖2）?；靥钪写稚埃穸?00 mm，并做夯拍處理，設(shè)好排水坡；最后回填道碴，厚度300 mm，恢復(fù)道床，并搗固密實(shí)。

圖2 土工格室鋪設(shè)后的實(shí)景圖片

5.4 增設(shè)片石路肩及側(cè)溝

格室兩側(cè)依次設(shè)置碎石反濾層，確保置換層的排水通暢。土質(zhì)平臺(tái)地段增設(shè)片石側(cè)溝，其流水面高程在格室下排水板面出口處0.2 m以下。開挖后的地段，同步恢復(fù)干砌片石路肩（頂面標(biāo)高為軌頂下 0.85 m，邊坡坡率 1：1.0），每 15 m設(shè)一沉將縫，縫寬20-30 mm，砌體尺寸符合要求，頂面用100#水泥砂漿抹面，砂漿配合比正確，并確保養(yǎng)生周期。

5.5 整治效果

京九線下行K800+000-K801+000段路基病害整治完成后，經(jīng)過半年多的運(yùn)營(yíng)，月下沉量減少90%，同時(shí)軌面沉降量較為均勻；對(duì)于該地段的勞力投入減少60%。通過采用土工格室組合體方法，路基病害不但得到了很好的整治，而且也提高了該段路基的承載力，同時(shí)因?yàn)榕潘宓淖饔檬辜庸躺皦|層下的基床土的動(dòng)應(yīng)力得到改善，這樣基床軟弱層只需挖去相當(dāng)于格室深度的部分和增加其下排水砂墊層，與傳統(tǒng)的換填法相比，置換厚度減少，而且土工格室質(zhì)量輕，運(yùn)輸方便，強(qiáng)度高，特別是能在狹小的空間里操作，減少了換填法置換深度大、勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工難度大的問題。

6 幾點(diǎn)思考

（1）膨脹土路基病害整治應(yīng)以排水固結(jié)為主，對(duì)地下水豐富的地段，尤其應(yīng)以疏導(dǎo)的排泄為主，并兼以改良膨脹土結(jié)構(gòu)及提高強(qiáng)度，應(yīng)綜合考慮引起病害的各項(xiàng)因素，制定綜合整治方案。

（2）膨脹土路基無(wú)論翻漿冒泥還是下沉擠出病害的整治，可根據(jù)病害發(fā)展的輕微、一般、嚴(yán)重程度三個(gè)等級(jí)及外部條件，分別采取換砂、墊砂鋪布、土工格室組合體三種方法對(duì)癥進(jìn)行綜合整治。必要時(shí)可以用三合土、石灰樁等措施，盡可能增強(qiáng)地基承載力和減小地表水對(duì)基面的影響。

（3）應(yīng)用土工格室組合體不但可以綜合整治膨脹土路基病害，也可以改良軟土類結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度不足，地基沉降量大等問題，減少氣候?qū)ε蛎浲恋母煽s濕脹的影響，可取得較好的整治效果。