秦其輝

（中鐵上海設(shè)計院集團有限公司,上海 200070）

0 引言

馬拉維Marka-Bangula鐵路是馬拉維南部塞納鐵路走廊的一個區(qū)段，是馬拉維南北鐵路骨干線的組成部分。馬拉維作為內(nèi)陸國，通過恢復(fù)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施功能與南部非洲發(fā)展共同體（SADC）國家實現(xiàn)互聯(lián)互通是其促進經(jīng)濟發(fā)展和貿(mào)易往來的重要保障。

1 工程概況

Marka-Bangula鐵路重建工程全長71.66 km，路基總長70.56 km，占線路總長的98.46%。區(qū)間路基長度65.50 km，占線路全長的91.40%，車站路基長度5.06 km。目前大部分軌道缺失，路堤植被茂盛，大部分橋涵結(jié)構(gòu)被洪水沖毀。

1.1 地形地貌

該項目位于馬拉維東南部，沿線地貌單元主要為山前平原和丘陵山地。山前平原包括沖湖積平原及山前傾斜平原。沖湖積平原地形平坦開闊，地面植被發(fā)育，河流湖泊分布其中，地面高程20～50 m。山前傾斜平原地形較開闊，地勢總體由線路左側(cè)向右側(cè)傾斜，略有起伏，地面高程30～80 m。丘陵山地地形起伏較大，植被較發(fā)育，地面高程60～480 m，地勢總體呈南低北高。

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 地層巖性

沿線地層主要為第四系全新統(tǒng)沖湖積（Qhal+l）粉土、砂類土、碎石類土；第四系更新統(tǒng)坡洪積（Qpdl+pl）黏性土、砂類土、含礫砂類土等；元古代（X）片麻巖、花崗巖、石英巖等。

1.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

馬拉維地質(zhì)構(gòu)造情況復(fù)雜，沿Shire河分布一系列北西向、北東向斷裂，屬于東非裂谷構(gòu)造的南支部分，這些斷層構(gòu)造控制了主要河谷的走向。該項目深路塹規(guī)模小，因此構(gòu)造對項目的影響較小。

1.3 氣象、水文條件

1.3.1 氣象

馬拉維屬熱帶草原氣候，年平均氣溫在20 ℃左右。雨季從11月一直持續(xù)到次年4月，95%的年降水量發(fā)生在此期間。年平均降雨量從725 mm到2 500 mm不等。

1.3.2 水文

鐵路沿線地表主要有Shire河、Rou河水系，局部分布細小支流，水位隨季節(jié)變化大，雨季河水暴漲漫過河岸，旱季水量較小。2015年1月鐵路項目所在的恩桑杰地區(qū)遭受了百年一遇的洪水。

2 既有路基情況

馬拉維鐵路路基缺少必要的防護設(shè)備，汛期路堤和路塹頻繁發(fā)生滑塌[1]。沿線既有路基大部分被毀，少量保留基本形狀路基以低矮路提為主，路塹地段較少，全線有8～10 km左右為半填半挖路基，部分高邊坡坡面防護圬工脫落，也無明顯排水設(shè)施，未被洪水淹沒區(qū)域路堤基本保持完好，未發(fā)現(xiàn)下沉開裂溜塌等現(xiàn)象。

路基面寬度基本維持在3.5～5.0 m之間；路肩寬度0～1.0 m之間；土質(zhì)已完全侵入道碴；基床表層厚度0.3～0.5 m，基床底層與路基本體填料一致。路堤邊坡坡率基本維持在1∶1.5～1∶2.5之間，路塹巖質(zhì)邊坡坡率基本維持在1∶0.3～1∶1.0之間，未發(fā)現(xiàn)土質(zhì)路塹邊坡，路堤邊坡防護類型均為植草綠化防護，路塹邊坡多無防護，偶有落石段漿砌片石防護，未發(fā)現(xiàn)任何支擋類型。路堤、路塹兩側(cè)均未發(fā)現(xiàn)排水溝等排水系統(tǒng)。

2.1 既有路基主要病害分析

水是威脅鐵路路基穩(wěn)定的最大危險源，是引發(fā)鐵路路基和橋梁病害的根源。

2.1.1 臨河路基病害

部分臨河路基的水害嚴(yán)重，部分路基汛期被沖毀，路基填料基本被掏空，基巖出露，鋼軌懸空無防護，巖質(zhì)為花崗片麻巖，表面風(fēng)化破碎嚴(yán)重，多有落石發(fā)生。

2.1.2 泛濫平原路基病害

部分位于河流沖積平原的路基標(biāo)高較低，洪水期間淹沒嚴(yán)重，局部洪水位高過現(xiàn)有軌面5 m以上，洪水過后，多數(shù)路基被洪水淹沒、沖毀或者白沙掩埋。

2.1.3 路基排水不暢病害

鐵路路基填方段多為低填情況，甚至多處出現(xiàn)鋼軌與地面等高情況，造成填方段路基面積水，排水困難等情況。路塹地段鐵路兩側(cè)未設(shè)置水溝和截水溝，造成雨季水流沖刷路基。

2.1.4 河流改道

2015年馬拉維恩桑杰地區(qū)暴發(fā)洪水，Ruo河自然改道為東西流向，形成了新的河道，沖走大部分路基和鋼軌。

2.2 既有路基病害整治設(shè)計措施

項目所在地區(qū)雨季降雨集中，降雨量大，持續(xù)時間長，應(yīng)考慮其對路基工程的影響。對于既有線路基，原則上以原位病害整治或重建為主，部分洪水位較高地段，可采用原位抬高縱斷面進行處理，同時設(shè)置排水溝并合理布設(shè)過水管、涵，預(yù)留足夠的過水通道，對水害地段加強路基邊坡防護和排水設(shè)計。

2.2.1 臨河水害路基

既有路基被洪水嚴(yán)重損毀，洪水位較高，無法利用既有通道，需要對線路進行改線處理。改線路基按新建路基標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，其余線路均利用既有線位，沖毀路基均采用原位重建處理，如圖1所示。洪水位較高時，既有線縱斷面進行抬高；對洪水位以下路基邊坡加強防護，采取適當(dāng)?shù)姆浪?、防沖刷措施，在迎水面?zhèn)确雷o標(biāo)高以下路基坡面可采用漿砌片石、石籠等圬工措施防護，坡腳設(shè)置防沖刷基礎(chǔ)。

圖1 沖毀段路基設(shè)計圖

2.2.2 泛濫平原路基病害

泛濫平原線路縱斷面抬至洪水位以上，路基按照浸水路基設(shè)計，洪水位以下路基邊坡采用漿砌片石、石籠等圬工措施防護。如圖2所示。

圖2 泛濫平原區(qū)路基設(shè)計圖

2.2.3 路基排水不暢病害

針對低矮路堤和路塹區(qū)間，在路基兩側(cè)增加排水溝、截水溝等排水設(shè)施，并提高填方段線路縱斷面標(biāo)高，適當(dāng)增設(shè)排水涵等排水設(shè)施。

2.2.4 其他病害

路肩寬度不足地段，采用護肩墻加寬或?qū)扔新坊M行幫寬處理，有條件時盡量采用單側(cè)幫寬。為使幫填部分與既有路基本體新老土體銜接緊密，應(yīng)沿既有路堤坡面挖成寬度不小于1 m的臺階，加鋪土工格柵，加強路基整體作用。

3 路基恢復(fù)設(shè)計要點

3.1 路基橫斷面設(shè)計

路基沖毀嚴(yán)重，且洪水位較高，原位重建困難，對線路進行改線，改線路基按新建路基標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。新建路基面形狀應(yīng)設(shè)計為三角形，兩側(cè)橫向排水坡不宜小于4%[2]。在曲線加寬時，路基面仍保持三角形。區(qū)間直線地段路基面寬度采用5.5 m。曲線地段，由于軌道結(jié)構(gòu)物超高引起道砟層底面寬度增大，導(dǎo)致路基面寬度需在曲線外側(cè)加寬，曲線外側(cè)加寬可按表1取值[3]。路基結(jié)構(gòu)層中各層填料的頂面及底面均應(yīng)設(shè)不小于4%的人字排水橫坡，可將聚集在結(jié)構(gòu)層內(nèi)的水較快地排出，有利于保持路基結(jié)構(gòu)層的強度和穩(wěn)定性。

表1 曲線地段路基面加寬值

3.2 路基結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 路基結(jié)構(gòu)層及厚度

路基結(jié)構(gòu)層是路基上部受列車動力作用和水文氣候變化影響較大的土層，其狀態(tài)直接影響列車運行的平穩(wěn)和速度的提高[4]。因此應(yīng)對結(jié)構(gòu)層厚度、填料等做出優(yōu)化設(shè)計，合理選用路基結(jié)構(gòu)層厚度及填料類型。在滿足20 t軸載的前提下路基結(jié)構(gòu)層可分為基床面層、上基層和下基層。其中基床面層SB組填料厚度為0.2 m，上基層A組填料厚度為0.25 m，下基層B組填料厚度為0.45 m。

3.2.2 填料類型設(shè)計原則

一般地段填方采用普通土填料填筑。浸水地段路基，路堤位于設(shè)計水位以下的填料會經(jīng)常或間歇受水浸泡，導(dǎo)致填料軟化、強度降低，因此防護標(biāo)高以下可采用滲水性較高的石質(zhì)填料填筑。橋路過渡地段路基，由于路堤與橋梁剛度差異較大而引起軌道剛度的突變，同時路堤與橋臺的沉降不一致，而導(dǎo)致軌面不平順，影響列車運行時的安全及穩(wěn)定，因此可在橋梁20～30 m范圍內(nèi)設(shè)置橋路過渡段。過渡段內(nèi)路基填方采用石質(zhì)填料填筑，通過過渡段將突變差異調(diào)整為漸變差異，從而保證線路軌道的平順。

3.2.3 填料性質(zhì)及壓實標(biāo)準(zhǔn)

該項目路基設(shè)計方案采用南部非洲標(biāo)準(zhǔn)，路基結(jié)構(gòu)層填料性能及壓實要求如表2所示，所采用填料必須符合不同部位所要求的填料材質(zhì)及壓實要求。

表2 結(jié)構(gòu)層填料性能表

3.3 路基邊坡防護

3.3.1 一般地段路基邊坡防護形式。

為確保路基邊坡免受沖刷，減輕坡面風(fēng)化以及邊坡綠化的需要，邊坡防護加固宜以圬工防護與綠化相結(jié)合，根據(jù)邊坡高度采用撒草籽、種灌木防護或骨架內(nèi)撒草籽、種灌木防護。

3.3.2 平原內(nèi)澇及河道兩側(cè)地段路基防護

平原內(nèi)澇地段及河道兩側(cè)受水流沖刷地段路基長期受水流浸泡沖刷，洪水防護標(biāo)高以下應(yīng)采用滲水性較好的石質(zhì)填料填筑。路基邊坡防護形式可采用漿砌片石護坡，避免洪水與泥沙對邊坡的沖刷侵蝕，保證路基穩(wěn)定性。

3.4 排水系統(tǒng)設(shè)計

3.4.1 路堤排水結(jié)構(gòu)

路堤地段應(yīng)在坡腳外設(shè)置梯形排水溝以匯集并排泄坡面水和路基面上的表面水，為避免排水溝水流沖刷溝壁和由于水的浸潤作用而影響路堤的穩(wěn)定性，應(yīng)在路堤坡腳外要設(shè)有不小于2 m寬的天然護道。排水溝形式可采用土質(zhì)排水溝、混凝土排水溝或漿砌片石排水溝。

3.4.2 路塹排水結(jié)構(gòu)

一般路塹地段路肩兩側(cè)設(shè)矩形側(cè)溝，以匯集并排泄坡面和路基面上的表面水，側(cè)溝采用漿砌片石鋪砌，避免路塹坡面匯水對側(cè)溝的沖刷。

3.5 地基處理

保證地基穩(wěn)定，有足夠的安全儲備，同時地基的變形要滿足上部建筑物正常使用要求[5]。在一些洪泛平原和沼澤地段，如果基底有軟土或淤泥，應(yīng)盡可能降低路基填土高度，并對軟土地基采取淺層置換、拋石擠淤等地基加固措施。軟土的承載力極低，嚴(yán)重危及路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，影響行車安全，當(dāng)路基通過軟土地段時，需根據(jù)不同地層條件及軟土層厚度，選取不同地基處理措施，同時應(yīng)盡量降低路基填高，合理控制填筑速率。

4 結(jié)語

通過對馬拉維既有鐵路水害路基恢復(fù)設(shè)計的研究和分析，提出適合該項目的路基結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)處理措施，平衡路基的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，具有可實施性，為南部非洲大陸類似鐵路重建項目提供參考和借鑒。