顧　寧

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)合肥有限公司，安徽　合肥　230000)

淺談青阜線膨脹土路基設(shè)計(jì)

顧寧

(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)合肥有限公司，安徽合肥230000)

顧寧(1981—)，男，工程師，主要從事鐵路設(shè)計(jì)工作。

摘要：膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形的特性，作為鐵路路基填料具有一定的危害性。文章以青阜線徐樓至青町段增建二線工程為例，介紹了膨脹土作為路基填料的設(shè)計(jì)方法及施工要求。

關(guān)鍵詞：鐵路路基；青阜線；膨脹土；設(shè)計(jì)；施工

0引言

膨脹土主要是由親水性礦物組成，主要成份是蒙脫石和伊利石，為一種高塑性粘土，一般承載力較高，具有吸水膨脹、失水收縮和反復(fù)脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育等特性，性質(zhì)極不穩(wěn)定，在我國河南、河北、江蘇、安徽等地均有不同程度的分布。

近年來，隨著我國鐵路的高速發(fā)展，新建、改建鐵路項(xiàng)目眾多，不可避免地會在膨脹土分布地區(qū)修建鐵路，膨脹土對鐵路路基造成的破壞不可低估，且造成破壞后難以修復(fù)，嚴(yán)重影響了行車安全及行車速度。因此，在膨脹土分布地區(qū)研究鐵路路基的設(shè)計(jì)方法具有重要意義。本文以改建國鐵青阜線為工程實(shí)例淺談其路基的設(shè)計(jì)方法。

1工程概況

青阜線位于安徽省北部，起于淮北市烈山區(qū)，往西南經(jīng)過淮北市濉溪縣、亳州市渦陽、利辛兩縣至阜陽市，線路橫跨安徽西北平原，是華東地區(qū)重要的運(yùn)煤通道，同時也是京滬線(華東-通道)、陸橋通道與京九通道、華東二通道之間一條重要的聯(lián)絡(luò)線，增建二線工程徐樓至青町段線路全長37.3 km，其中路基段長33.0 km，占全線比例的88.5%，見圖1。

圖1　青阜線青龍山至青町段增建二線工程平面示意圖

2氣候及地質(zhì)條件

工程所在地區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，主要特征為四季分明、氣候溫和、雨量適中。平均氣溫14.5 ℃~15.7 ℃，極端最低氣溫為-20 ℃，極端最高氣溫為40 ℃，平均降水量830~910 mm。地區(qū)內(nèi)冷暖氣團(tuán)交替頻繁，旱澇、霜凍、干熱風(fēng)、大風(fēng)及連陰雨等災(zāi)害性氣象時有發(fā)生。

工程沿線第四系地層厚度較大，揭露地層為第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)沖積的黏土、粉質(zhì)黏土、粉土和粉砂層。特殊巖土為表層的黏土、粉質(zhì)黏土，具弱膨脹性，沿線均有分布，厚度為1.0~6.0 m，自由膨脹率Fs為2.0%~53.0%，蒙脫石含量M為13%~39%，陽離子交換C.E.C為111~286 mmol/kg，作為路基填料時應(yīng)采取相應(yīng)的改良措施。

3路基設(shè)計(jì)基本要求

膨脹土對工程建筑的破壞作用，具有多次反復(fù)性和長期潛在危險(xiǎn)性的特點(diǎn)，為降低其破壞作用，線路在通過膨脹土地區(qū)路基設(shè)計(jì)宜低填少挖，局部高填深挖地段應(yīng)進(jìn)行充分的方案比選，采用線路繞避或以橋帶路的方式通過。在青阜線工程設(shè)計(jì)過程中，現(xiàn)場一般地段為低填方路基，在跨越河流兩側(cè)高填方處，采用了延長橋梁陸域長度以降低路基填筑高度的方案，實(shí)踐證明此方案是切實(shí)可行的，有效地保障了路基的穩(wěn)定性。

膨脹土路基邊坡易發(fā)生坍塌滑坡等現(xiàn)象，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少土體擾動，加強(qiáng)其穩(wěn)定性，同時注意防水保濕。青阜線改建為增建二線工程，從既有線路基狀況來看，基床病害主要表現(xiàn)為路基下沉、翻漿冒泥、基床鼓起及擠推側(cè)溝等情況，在二線工程設(shè)計(jì)過程中，加強(qiáng)了路基排水及邊坡防護(hù)措施，同時注意新老土體的整體性，做到防患于未然。

4路基設(shè)計(jì)

4.1　基床

膨脹土路基基床病害分布范圍廣、易多發(fā)，治理難度大，嚴(yán)重影響了列車通行安全及通行速度，因此，在設(shè)計(jì)時應(yīng)加強(qiáng)對基床病害的防治措施，因地制宜，就地取材，在控制工程造價(jià)的同時有針對性地采取相應(yīng)措施預(yù)防基床病害。

4.1.1換填滲水土

根據(jù)《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，路基填料根據(jù)土質(zhì)類型和滲水性可分為滲水土和非滲水土，A、B組填料中，細(xì)粒土含量<10%、滲透系數(shù)>10-3cm/s巨粒土、粗粒土(細(xì)砂除外)為滲水土，其余為非滲水土。滲水土在鐵路建設(shè)中的應(yīng)用非常廣泛，且有較為成熟的理論。為加強(qiáng)路基排水，縮短基床降水浸泡時間，青阜線路基設(shè)計(jì)中，路堤填方地段基床表層考慮換填0.6 m厚滲水土，底部設(shè)4%的橫向排水坡，兩側(cè)路肩采用干砌片石防護(hù)，片石路肩與滲水土之間設(shè)置透水無紡布；低矮路基和路塹地段基床外側(cè)同時增置縱向排水溝，排水溝深度一般為0.8~1.0 m，大于滲水土換填厚度，并沿滲水土底部間隔1.0 m設(shè)置泄水孔，以盡快排除基床積水，減少因積水浸泡而誘發(fā)基床病害，見圖2。

圖2　增建線路路堤標(biāo)準(zhǔn)橫斷面示意圖

4.1.2石灰改良土

膨脹土在填料分組中為C、D組料，根據(jù)《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，Ⅰ級鐵路基床底層應(yīng)選用A、B組填料，否則應(yīng)采取土質(zhì)改良或加固措施。土質(zhì)改良可分為物理改良和化學(xué)改良，物理改良是通過摻入碎石等改變其粒徑大小；化學(xué)改良是通過摻入石灰、水泥、粉煤灰等固化劑材料以提高工程土體的性能。石灰改良土因其良好的穩(wěn)定性和低廉的工程造價(jià)而在工程中被廣泛應(yīng)用。在膨脹土中摻入生石灰不僅能有效降低膨脹土的漲縮率，還能提高膨脹土的強(qiáng)度，增強(qiáng)基床土的水穩(wěn)定性。土體改良厚度應(yīng)根據(jù)基床設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)高確定，青阜線設(shè)計(jì)中填方路基為基床底層1.6 m，低矮路基填土高小于基床厚度地段，地表或基床表層下方考慮0.5 m厚土體改良，改良土中生石灰摻入重量比一般為4%~6%，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，青阜線路基填土通過改良實(shí)驗(yàn)，最終確定生石灰摻入比為6%。

4.1.3其他有關(guān)措施

在其他年降水量較多或強(qiáng)膨脹土分布地區(qū)，為阻斷降水對路基基床的影響，可采用滲水料與帶膜土工布相結(jié)合的方式保護(hù)路基基床，土工布一般埋設(shè)深度為0.4~0.5 m，頂部和底部分別設(shè)0.1~0.2 m厚的砂墊層。此外，工程區(qū)域內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)路基基床排水，必要時增設(shè)滲水暗溝。

4.2　路基邊坡

膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮、反復(fù)脹縮變形等特性，路基邊坡極易發(fā)生坍塌，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)采取相應(yīng)的措施，予以加固防護(hù)。

4.2.1土工格柵

土工格柵因其具有獨(dú)特的性能與功效，在土壤中能夠提供有效的力的承擔(dān)與擴(kuò)散的連鎖系統(tǒng)，因而被廣泛應(yīng)用于各類路基補(bǔ)強(qiáng)。改建青阜線增建二線工程路基設(shè)計(jì)，為增強(qiáng)新老土體粘合性及自身土體邊坡的穩(wěn)定性，在路基搭接處及邊坡外側(cè)設(shè)置了層隔0.6 m的雙向土工格柵，幅寬≥3.0 m，搭接長度≥0.5 m。同時，并以草灌相結(jié)合的方式對路基邊坡進(jìn)行了沖刷防護(hù)，進(jìn)一步增強(qiáng)了路基穩(wěn)定性。

4.2.2骨架護(hù)坡

骨架護(hù)坡因其經(jīng)濟(jì)、美觀，同時又能有效地對邊坡起到支護(hù)作用，而被廣泛的應(yīng)用到邊坡防護(hù)工程中去。青阜線路基設(shè)計(jì)中，當(dāng)邊坡高度>3.0 m時，采用了3.0×3.0 m的拱形截水骨架護(hù)坡，骨架埋深0.4 m，外露截水槽0.1 m，骨架內(nèi)同時以草灌相結(jié)合的方式防護(hù)路基土體，在控制工程造價(jià)的同時，有效增強(qiáng)了高填方路基的穩(wěn)定性，見圖3。

圖3　漿砌片石拱型截水骨架內(nèi)種植灌木、撒草籽護(hù)坡示意圖

4.2.3坡腳加固

路基坡腳常年受地表水沖刷，同時也是應(yīng)力集中區(qū)，相比其他部位更容易發(fā)生坍塌滑坡，膨脹土坍塌滑坡具有層層向上牽引帶動的特點(diǎn)，一旦坡腳發(fā)生坍塌滑坡，從而會帶動整個路基坡面發(fā)生滑坡。因此，在膨脹土地區(qū)對路基坡腳進(jìn)行加固是很有必要的。在青阜線工程設(shè)計(jì)中，一般地段路基坡腳設(shè)置了0.7×1.0 m的片石矮腳墻，局部高填方地段設(shè)置了1.2~1.6 m寬的片石混凝土擋墻，墻背設(shè)0.3 m厚砂夾卵石反濾層，在起到排水作用的同時也對膨脹土往復(fù)脹縮變形起到減緩對擋土墻的擠壓作用。路基矮腳墻及擋墻的設(shè)置，既加固了路基坡腳，有效制止了路基坍塌滑坡，同時又節(jié)約工程用地。

5施工要求

在膨脹土分布地區(qū)進(jìn)行路基施工，應(yīng)加強(qiáng)施工管理，嚴(yán)格按照有關(guān)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行規(guī)范作業(yè)。

路基施工應(yīng)盡量避免在雨天作業(yè)，邊坡防護(hù)及路基加固做到快挖快填，不能立即實(shí)施的，應(yīng)預(yù)留施工保護(hù)層，同時做好防護(hù)加固設(shè)施的碎石反濾層及泄水孔設(shè)置工作，以免泄水孔阻塞，造成排水不暢，從而導(dǎo)致護(hù)坡變形、開裂，擋墻擠壓、位移等情況。

工程范圍內(nèi)應(yīng)做好地面防排水設(shè)施，注意施工用水的排泄工作，尤其是地勢低洼，易積水、匯水地段，土石方施工前應(yīng)做好路基排水，設(shè)置橫向排水坡，防止路基積水，影響路基工程施工質(zhì)量。

路基填筑過程中，應(yīng)采用重型壓路機(jī)分層碾壓至要求的壓實(shí)密度，并注意兩作業(yè)區(qū)之間的縱向搭接，碾壓完成后做好土體的防風(fēng)、保濕、防水等方面工作。

6結(jié)語

綜上所述，膨脹土路基具有一定的危害性，一旦產(chǎn)生病害后期難以修復(fù)，所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)給予足夠重視，著重表現(xiàn)在基床處理、坡面防護(hù)及坡腳加固等方面。設(shè)計(jì)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，根據(jù)工程實(shí)際情況，采取積極有效的應(yīng)對措施，優(yōu)化膨脹土路基及邊坡的設(shè)計(jì)治理方案，在確保工程安全性、經(jīng)濟(jì)性的同時，將膨脹土路基病害降到最小程度。

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Discussions on Expansive Soil Embankment Design of Qingfu Line

GU Ning

(China Railway Shanghai Design Institute Group Hefei Co.，Ltd.，Hefei，Anhui，230000)

Abstract：The expansive soils have the characteristics of water-absorption swelling，dehydration shrink-age as well as repeated expansion and contraction deformation，and it has certain dangers as the rail-way embankment fillers.With new second line construction of Qingfu Line Xulou-Qingting Segment as the example，this article introduced the design methods and construction requirements of expansive soil as embankment fillers.

Key Words：Railway embankment；Qingfu Line；Expansive soil；Design；Construction

收稿日期：2015-02-08

文章編號：1673-4874(2015)02-0049-04

中圖分類號：U213.1+4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.013

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