單留毅

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西西安 710043)

蘭州至新疆第二雙線新疆段正線長(zhǎng)713.4 km，是國(guó)家“八縱八橫”鐵路主骨架的主要組成部分。本線建成后將實(shí)現(xiàn)新疆與內(nèi)地快速客運(yùn)的連接。

蘭新第二雙線新疆段無(wú)砟軌道長(zhǎng)軌靜態(tài)精調(diào)時(shí)發(fā)現(xiàn)DK1236+059—DK1236+215段的路基面高程偏高，最高點(diǎn)比原設(shè)計(jì)高程高48.3 mm，超過(guò)無(wú)砟軌道自身調(diào)整范圍，軌道平順性不能滿足規(guī)范或列車運(yùn)營(yíng)要求。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、勘探測(cè)試結(jié)果分析路基隆起變形的原因，并提出相應(yīng)工程整治措施。

1 工程概況

蘭新第二雙線為Ⅰ級(jí)鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速200 km，正線采用CRTSⅠ型雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。本段路基形式為路塹(圖1)，最大挖方約為8 m。

圖1 路基現(xiàn)場(chǎng)

2010年7月至2013年5月依次完成路塹開(kāi)挖、地基處理、基床底層填筑、側(cè)溝施工，路基表層級(jí)配碎石填筑、支承層施工、路基防凍脹補(bǔ)強(qiáng)、道床板施工。該段路基在勘測(cè)及路基開(kāi)挖填筑施工期間均未見(jiàn)地下水。2012年6月至7月發(fā)現(xiàn)地下水后，在路塹兩側(cè)增設(shè)了滲水暗溝。

2013年10月，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行無(wú)砟軌道長(zhǎng)軌靜態(tài)精調(diào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)DK1236+059—DK1236+215段的路基面高程偏高，設(shè)置觀測(cè)樁測(cè)量路基面高程變化。至2013年12月，發(fā)現(xiàn)左線路基面先逐漸抬高48.3 mm，然后快速下降至10.2 mm，隨后反轉(zhuǎn)上升至24.5 mm，再逐漸下降恢復(fù)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，見(jiàn)圖2。路基抬升段肉眼都能明顯看到鋼軌的不平順、路肩封閉層拉開(kāi)、側(cè)溝和路塹邊坡開(kāi)裂、道床板伸縮縫拉開(kāi)［1］。

圖2 左線路基面高程變化曲線(實(shí)測(cè)值)

2 路基變形原因分析

2.1 地勢(shì)高差為地下水的運(yùn)移提供了條件

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，DK1236+059—DK1236+215段向大里程(烏魯木齊方向)約1 km外的舒緩沖溝內(nèi)有南北向的蘆葦叢，低洼處地表泛堿，溝心地面潮濕，地面高程比路基高程高出10 m左右。路基兩側(cè)滲溝及檢查井底大部分有潮濕或積水現(xiàn)象，滲溝出口及中間3處檢查井干燥無(wú)水，滲溝排水不暢。這是因?yàn)榈貏?shì)高差為地下水從上游向下游運(yùn)移提供了條件，地下水是下游路基滲水的主要來(lái)源。

2.2 泥巖膨脹性是路基變形的物質(zhì)基礎(chǔ)和關(guān)鍵因素

鉆孔GYBDZ-6在泥巖與圓礫土分界面處有滲水，GYBDZ-7在砂巖夾層有滲水，GYBDZ-8在砂巖與礫巖分界面處有滲水，其余鉆孔、試坑未見(jiàn)地下水。詳見(jiàn)圖3。由勘探結(jié)果分析可知，地下水透過(guò)滲水性較好的砂礫層向下游運(yùn)移。

從鉆孔和試坑中取樣送實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試泥巖的主要物理力學(xué)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表1。左側(cè)試坑最大變形處泥巖巖樣見(jiàn)圖4。

圖3 勘探點(diǎn)平面布置

表1 泥巖主要物理力學(xué)指標(biāo)

圖4 最大變形處泥巖巖樣(左側(cè)試坑)

1)泥巖膨脹性

依據(jù)國(guó)內(nèi)外大量關(guān)于膨脹土(巖)判別及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［2］，結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析可知:從蒙脫石含量可判定測(cè)試泥巖膨脹性為弱至中等［3］;從液限、塑限、塑性指數(shù)、自由膨脹率等指標(biāo)可判定其膨脹性為強(qiáng)至極強(qiáng)［4-6］。因此，可將該段路基泥巖的膨脹性判定為強(qiáng)至極強(qiáng)。

2)泥巖膨脹量

因路塹基床底層以上填筑了級(jí)配碎石及水泥改良土，合計(jì)厚度為2.7 m，基床表層以上支撐層及道床板厚度為0.56 m，合計(jì)基床范圍內(nèi)換填厚度為3.26 m，地基泥巖位于基底以下。根據(jù)《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》(GB 50112—2013)，采用建筑物在使用期間經(jīng)常有水浸濕地基時(shí)的膨脹量計(jì)算公式計(jì)算

式中:Se為地基土的膨脹變形量，mm;Ψe為經(jīng)驗(yàn)系數(shù);δepi為基礎(chǔ)底面下第i層土在其平均自重壓力與平均附加壓力之和作用下的膨脹率，由室內(nèi)試驗(yàn)確定，%;hi為第i層土的計(jì)算厚度，mm。hi為根據(jù)泥巖膨脹力確定的膨脹深度和大氣影響深度綜合確定的厚度扣除基床范圍內(nèi)換填厚度后的高度值。

路基泥巖膨脹量的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，泥巖引起的路基膨脹量在5.1～48.3 mm。路基泥巖膨脹量計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值基本相符。路基隆起變形量主要為泥巖遇水引起的膨脹量。

表2 DK1236+059——DK1236+215段泥巖膨脹量計(jì)算結(jié)果

3 整治措施及效果

3.1 整治措施

通過(guò)對(duì)路基變形成因的分析可以看出，泥巖遇水引起膨脹是形成路基變形的根本原因。路基治理措施應(yīng)遵循排除地下水的原則。

1)路塹左側(cè)排水措施

DK1236+262處路塹左側(cè)與線路66°方向開(kāi)挖明溝及滲水暗溝，橫斷面示意如圖5。里程范圍均為GzK0+000—GzK0+062。明溝、滲溝平面布置如圖6。

圖5 路塹左側(cè)排水設(shè)施橫斷面示意

圖6 明溝、滲溝平面布置

2)路塹右側(cè)排水措施

DK1236+262處路塹右側(cè)與線路垂直方向開(kāi)挖明溝及滲水暗溝，里程范圍均為GyK0+000—GyK0+050。

3)路塹工程截水措施

DK1236+262左、右側(cè)側(cè)溝平臺(tái)位置設(shè)置檢查井，左側(cè)深7.0 m，右側(cè)深6.4 m，分別將大里程側(cè)滲水暗溝水引入檢查井中。兩檢查井之間橫向開(kāi)挖寬1.5 m、高2.0 m的橫向洞，洞內(nèi)施作滲水暗溝。

3.2 整治效果

目前排水系統(tǒng)主體工程已基本完成。據(jù)觀測(cè)，路基面變形已趨于穩(wěn)定，整治措施合理可行，且效果明顯。

4 結(jié)論

1)路基基底以下泥巖遇水膨脹是路基變形的根本原因。

2)對(duì)于可能存在地下水作用和影響的泥巖段，勘察期間需查清泥巖的膨脹性、地下水來(lái)源和徑流渠道。設(shè)計(jì)時(shí)必須采取防排水措施，以避免泥巖遇水膨脹引起路基變形。

3)對(duì)于有地下水活動(dòng)的膨脹巖(土)路塹工程，盡可能保持施工工序的連續(xù)性、完整性。施工期間應(yīng)避免新鮮泥巖長(zhǎng)期裸露、暴曬，同時(shí)做好路塹工程地表水排泄及保證地下水徑流通道暢通。

4)采取的截、排水整治措施可以消除路基變形。

［1］中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司．蘭州至烏魯木齊第二雙線新疆段路基軌道高程異常分析報(bào)告［R］．西安:中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2013．

［2］蘭州交通大學(xué)．蘭州至烏魯木齊第二雙線DK1236+059—+215隆起變形成因試驗(yàn)研究及分析報(bào)告［R］．蘭州:蘭州交通大學(xué)，2013．

［3］鐵道部第一勘察設(shè)計(jì)院．鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)(修訂版)［M］．北京:中國(guó)鐵道出版社，1999．

［4］蘇永華，趙明華，劉曉明．軟巖膨脹崩解試驗(yàn)及分形機(jī)理［J］．巖土力學(xué)，2005，26(5):728-732．

［5］王小軍．膨脹巖的判別與分類和隧道工程［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1995(2):44-48．

［6］孫曉明，武雄，何滿潮，等．強(qiáng)膨脹性軟巖的判別與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［J］．巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(1):128-132．