京九線粉土路基加固和病害綜合防治

潘成杰

(上海鐵路局 阜陽工務段，安徽 阜陽 236021)

1 設備概況

上海鐵路局管內(nèi)京九線路基土質(zhì)變化大，填料由北向南分別為粉質(zhì)黏土、砂黏土和膨脹土，其中K718+300～K748+300長30 km，屬粉質(zhì)黏土，路堤高度2～12 m，邊坡種植紫穗槐防護，開通運營后少部分地段采用干砌或漿砌片石加固(表1)。

表1 京九線粉土路基邊坡防護一覽

2 病害類型特征

自1997年10月1日京九線投入臨管運營以來，粉土路基病害突出，主要有邊坡沖刷、邊坡溜塌和基床陷穴等類型，具體表現(xiàn)形式有:

1)紫穗槐防護地段 受雨水沖蝕，坡面土體流失，在植物根部間形成沖溝或沖坑，直至把紫穗槐連根帶走。

2)干砌護坡地段 水從坡面石縫流出，坡下土體被水淘空，片石砌體變形、下陷。

3)漿砌片石地段 雨水沿路基面流入護坡碎石墊層，淘空石砌坡面及基礎下土體，粉土外流成堆，而砌體表面上并無大的變化、具有一定隱蔽性。

4)路基與橋涵結(jié)合部 護錐沖空，路橋結(jié)合部道心產(chǎn)生空洞，軌枕懸空。

5)其它 基建取土坑邊坡未防護，土體流失造成護道寬度不足;部分地段路肩下沉寬度不足、道砟流失。

路基病害均在汛期暴雨天氣集中發(fā)生，分布范圍廣、突發(fā)性強，對行車安全威脅大。比如1997年7月17日，亳州地區(qū)連降大暴雨，日降雨量達236 mm。京九下行線K724～K726發(fā)生粉質(zhì)黏土路堤邊坡多處溜坍，嚴重處所道床被沖空，多根軌枕懸空，中斷行車9 h 53 min;1998年6月30日—7月2日，該地區(qū)連續(xù)降特大暴雨，累計降雨量320 mm，發(fā)生水害13處，其中路橋(涵)結(jié)合部基床2處陷穴中斷行車1 h 40 min。

3 病害原因分析

粉土路基病害發(fā)生的原因與土質(zhì)物理力學性質(zhì)、列車動荷載、持續(xù)降雨量、降雨強度以及雨水流徑等因素有關。

3.1 坡面沖刷

粉土中粉粒含量約占80%，以石英、長石為主;黏粒含量占15%，以蒙脫石、水云母為主。其內(nèi)摩擦角大，黏聚力較低，土體滲透系數(shù)高，抗沖蝕性差。粉質(zhì)黏土顆粒的分子間相互作用，水膠連接和結(jié)晶物質(zhì)的作用較弱。當顆粒吸水后，顆粒間黏聚力和摩擦力減小，抗剪強度降低。列車動荷載作用下還會發(fā)生觸變現(xiàn)象，以及在地表徑流沖蝕搬運等綜合作用下，坡面形成條狀雞爪沖溝或沖坑，雨量達到一定值時，還可能產(chǎn)生邊坡溜坍和塌方。

3.2 潛蝕破壞

當粉土基床產(chǎn)生裂隙，雨水下滲，在列車動荷載下使自由水承受一定荷載，使其具有較高水壓力，對周圍土顆粒有滲透和劈裂作用，當自由水流出路堤時，水在路堤中形成通路，雨水定向匯集，產(chǎn)生水流潛蝕，導致邊坡溜坍和砌體坡面下沉沖空。

3.3 路基陷穴

一般集中在橋臺后、平改立線橋結(jié)合部，主要原因有兩個:一是路基面與箱涵底高差3～6 m，水位高差大，在抽水、排水過程中，地下水下降，漏斗中心部位水位差加大，促進水在土體中的滲透與沖蝕作用，產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。如果受暴雨作用，其顆粒間黏聚力、抗剪強度均降低，流砂將會從土體中較薄弱處形成通道涌出，形成潛蝕破壞，導致陷穴產(chǎn)生。二是路橋結(jié)合部回填土密實度不足，為潛蝕破壞創(chuàng)造了條件，易形成滲蝕通道，產(chǎn)生陷穴。

4 綜合防治技術方案

統(tǒng)籌考慮以下三方面因素:

1)只有同時對基床邊坡一并整治才能取得徹底整治效果。

2)對邊坡護砌處理中反濾層的設置是關鍵，反濾層材料必須級配良好且厚度在0.2 m以上，如果反濾層不當，粉砂土可以從水孔流出，甚至穿過漿砌基礎底部流出邊坡。

3)處理基床陷穴，排水板隔斷雨水下滲徑流，以免雨水從路肩下滲，引發(fā)邊坡坍塌。

通過多次現(xiàn)場調(diào)研，根據(jù)管內(nèi)路基設備實際情況，經(jīng)反復比選，制訂京九線粉土路基加固和病害綜合防治技術方案(表2)。

4.1 級配碎石覆蓋路基邊坡

粉砂土路基邊坡病害的整治，自京九線投入運營以來，對粉砂土進行課題研究:路基邊坡高度 H<5.0 m，采用級配碎石護坡，護坡設計厚度≥0.5 m，整治邊坡沖刷、坍塌等病害。

技術要求和作用機理:邊坡上覆蓋的碎石厚度不小于0.5 m，粒徑<5 mm的顆粒重量控制在70%以上;坡度在1∶1.5～1∶1.75，或在自然休止角范圍內(nèi)。瓜子片在自重作用下與坡面、地面土體形成平衡。當降雨時，雨水直接作用在瓜子片表面，減少了雨水對邊坡土體表面的直接沖蝕，雨水與坡面以滲透方式接觸。而瓜子片中含有粉末，這種粉狀物遇水后與瓜子片形成保護殼，使基面和滲入的雨水沿坡面反濾流出坡腳。

碎石級配的技術要求:粒徑 >5 mm，占總質(zhì)量的28.1% ～31.6%;5～2 mm，占總質(zhì)量的 34.2% ～43.3%;2.0～0.5 mm，占總質(zhì)量的13.0% ～15.0%;0.5～0.1 mm，占總質(zhì)量的 0.1% ～0.2%;粒徑粗 <0.1 mm，占總質(zhì)量的9.9% ～22.0%時，干重度平均在15.7 kN/m3左右，易形成柔性保護殼，利于表面生長草本、紫穗槐等植物，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 京九線粉土路基加固和病害綜合防治技術方案

用級配碎石對路堤邊坡覆蓋防護，施工簡單，進度快;工程造價僅為漿砌片石、干砌片石護坡造價的30% ～40%。

4.2 種植香根草防護護道

因護道較窄，粉砂土易沖刷，故在該土質(zhì)地段，防護柵欄外側(cè)(取土坑邊緣)栽植香根草，以減少水土流失。一般在護道頂面下0.5 m開始栽植，采取行距1.00 m，株距0.15 m進行栽植，每行分成2排，每穴栽植3株。每平方米栽植42株。在京九下行線K748+140～K748+660因坡面覆蓋瓜子片，香根草不易成活，在栽植時分成二種方法，一種是開溝換土栽植，另一種是養(yǎng)生裝栽植，以保證成活率。

4.3 鋪設土工布封閉基床

對橋(涵)與路基結(jié)合部、立交橋排水設備滲漏和圬工護砌地段基床薄弱處所的基床陷穴病害，采用混凝土封堵空洞與封閉基床相結(jié)合的方法進行處理。

具體工藝流程:封鎖線路→開挖道床→清理空洞(隙)→灌注混凝土并搗實→封閉基床→回填道砟→恢復線路。

1)混凝土灌注

路橋結(jié)合部由于施工工藝、結(jié)構(gòu)特點和自然環(huán)境因素影響，往往存在空隙和空洞，必須將空隙填實。灌注材料采用 C10混凝土;配合比為水泥(普硅水泥325#)∶砂∶碎石 =1∶2.6∶4。

施工中應注意嚴格按配合比配制混凝土，充分攪拌，連續(xù)灌注，做到均勻、密實。

2)基床封閉

基床封閉就是在基床中換填中粗砂，砂層中鋪設寬幅隔水材料，隔斷雨水下滲。該方法既可用于既有病害的處理，控制接合部陷穴的發(fā)展，也適用于新頂進立交橋橋涵的兩端路基的防護加固。

施工方法是人工分段開挖至路基面，墊砂鋪布，回填道砟，恢復線路。技術要求:開挖深度不小于0.55 m，至基面，砂墊層厚度為0.25 m。采用土工布封閉基床，梁式橋土工布須鋪設至橋臺胸墻處，涵洞要全覆蓋，土工布必須整平，寬度超過路肩外側(cè)，深入路肩以下0.1 m，以利雨水從路基坡面排出。鋪設位置距枕底不小于45 cm，中間搭接長度為0.5 m，下層墊砂厚0.15 m，上層墊砂厚0.1 m;基面及土工布設4%排水坡，土工布宜采用耐老化、韌性好的新材料。

5 實施效果與體會

2004 年—2008年，對京九線K718+300～K748+300粉土路基全部進行了綜合加固處理，其中級配碎石覆蓋邊坡36.8 km，護道加寬11.8 km，線橋(涵)結(jié)合部陷穴防治16座，共計3.2 km、基床封閉2.3 km，完成香根草栽植30 km。

從多工點的實踐來看，上述粉土路基加固和病害綜合防治技術，經(jīng)濟、適用，工法簡單，環(huán)境美觀，竣工后經(jīng)受住汛期多場暴雨考驗，為京九線提速打下基礎。

實踐經(jīng)驗表明，綜合考慮以下因素，對粉土路基加固和病害進行整治的成效才會事半功倍。

1)找準病因。要預防粉土路基病害應從水的條件進行改善，并相應從土質(zhì)方面去解決，本著“標本兼治”的原則，找準病因，才能收到好的效果。

2)環(huán)境保護。為確保行車安全，必須積極整治粉土路基病害，但同時要充分考慮環(huán)境保護，使工程對環(huán)境的擾亂程度減少到最小，謀求人工構(gòu)造物與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，采取植被防護和圬工防護相結(jié)合的方法。

3)綜合效應。經(jīng)驗證明，把各種方法結(jié)合在一起綜合應用，效果更好。另外，制訂路基設備的檢查方法，定期維修，也有預防作用。

[1] 唐錦陽.香根草在鐵路邊坡防護中的應用［J］.鐵道建筑，2009(12):80-82.

[2] 李景安.注漿處理鐵路高路基下沉和溜坍施工技術［J］.鐵道建筑，2008(2):83-85.