京九線膨脹土路基病害整治措施

史忠貴 上海鐵路局阜陽工務段

1 概況

阜陽工務段管內京九正線延長357.835 km，站線215.531 km ，正線路堤長度為330.391 km，站線路堤長度為215.226 km，膨脹土填筑路堤長度106.465 km。路基填土沉落較快，主要是在施工時路基壓實度不足造成的。加之當時設計施工時對膨脹土的特性認識不足，造成該線通車運營后，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）在管內分布廣泛，因這種土具有明顯的脹縮性，超固結性和多裂隙性，在工程上主要表現為失水收縮開裂，吸水膨脹軟化，反復變形和強度大幅度衰減等特征。

2 病害表現形式

2.1 翻漿冒泥

發生于基床土質不符合要求的部位，如粘粒含量過高的填土和泥質軟巖的路塹，其表層遇水軟化成泥漿，因列車的振動而擠入道碴空隙，使道床臟污，減小彈性。通常表現在雨季，雨季后延緩一段時間，至旱季道床形成干硬的泥結碎石，其上翻漿基本來自基面，扒開道床，一般可發現深度不大于50 cm的碴囊，軌面有較頻繁的輕微變化，主要集中表現在地下水發育或長期積水地段，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。

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，工務部門只能采取墊碴搗固維持軌面日常養護。路基內有道碴囊及軟臥層，隨著地表水的不斷滲入，下沉產生的道碴越來越多（一般都大于50 cm），當軟臥層較薄時，能很快地發展為路基外擠。造成路肩隆起或側溝被擠。

由于內外側所受側壓力不均，通常在軌下表現為非對稱的馬鞍型道碴囊、黃砂擠出、路基變形，導致線路水平、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，主要是因為膨脹干燥時易崩裂，降雨季節地表水沿裂隙下滲，土體含水量飽和，土體的結構強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生的。膨脹土由于表層由于晴雨交替，反復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，另一方面沿坡面形成溝狀沖蝕現象。發生弱膨脹性土區段較多。嚴重時枕頭處路肩沖空，嚴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

通過對路基病害進行成因分析，了解到本段路基病害發生的本質原因是土質問題，由于膨脹土特殊的性質，吸水膨脹、失水收縮性能。反復脹縮后的土體會使裂隙發育、結構破壞，強度衰減，膨脹性加大，對既有線鐵路運營工程造成巨大的危害。

3.2 大氣降水

京九線我段管內氣候溫和，四季分明，屬季風暖溫帶半濕潤氣候，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，降雨特點是突發性強，歷時長，雨量大，時空分布不均，破壞性強。

3.3 排水條件

京九線我段管內的線路，雖屬淮河水系，但鐵路沿線并沒有與之平行的河流，且由于管內線路在路基修筑時在鐵路兩側就地取土筑路，路基兩側因取土形成的取土坑既深又長，目前已經成為當地居民的養魚塘，雨季取土坑內積水因無河流與之相連無法排泄，只能靠自然揮發和滲入地下來消耗積水，兩側積水使路基長期處于水的浸泡之下。

4 路基病害整治

4.1 整治依據

選用土工格室和土工布（排水板）進行綜合整治的依據：

（1）土工格室工作原理。因為路基基床土在列車動荷載作用下沉降的同時向兩側擴張，并伴有路肩的隆起，因此在基床面下方存在著一個拉伸變形區域，如果將土工格室布置在這個區域，將產生拉力，提高基礎的承載力，格室底部再加上排水板，可以增強基面的排水性能，格室兩側依次設置碎石反濾層，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90年代出現的一種高密度聚氯乙烯土工合成材料，它具有三維的結構特點。由于網狀方格中強化的PE條通過強力焊接后產生的橫向限制力以及土工格室壁的摩擦力，使得格室內填方共同形成一彈性結構橋，使格室上部的荷載通過這一結構層時進行應力擴散，從而改善了下部地基的受力狀態，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，因而置于土體內部，路基基床面層100 mm砂墊層上，能夠加強和保護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用研究所研制開發的G100型。格室可折疊，展開后為呈蜂窩狀的三維結構。

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，230C時的抗拉強度為25.6 MPa，焊縫剝離強度≥117.4 N/cm。排水板縱向10%延伸率時的抗拉強度≥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段經調查，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，線路外側有一段為土質平臺，基面長期積水，無法排除，又引起基床翻漿冒泥，軌面月下沉量為60-90 mm，線路養護工區勞力難以養護維修。為此，我們確定選用土工格室組合體進行整治，土工格室組合體的設計見圖1。

圖1 土工格室組合體的設計

5.2 施工要求

施工本著保證效果、節約成本的原則，根據病害實際情況，并根據開挖后路基斷面實際情況，對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，對基床病害進行綜合整治。

5.3 基床整治

挖開道床及部分基床至設計深度（以內側鋼軌枕底為準）不少于700 mm，鏟平基面，并向外預留不小于4%的橫向排水坡；回填中粗砂，厚度100 mm，并做夯拍處理，設好排水坡；鋪設排水板，然后其上再回填100 mm厚的中粗砂。排水板在鋪設時要展平，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，設好排水坡。土工格柵鋪設時要用人工攤開拉伸、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（見圖2）。回填中粗砂，厚度100 mm，并做夯拍處理，設好排水坡；最后回填道碴，厚度300 mm，恢復道床，并搗固密實。

圖2 土工格室鋪設后的實景圖片

5.4 增設片石路肩及側溝

格室兩側依次設置碎石反濾層，確保置換層的排水通暢。土質平臺地段增設片石側溝，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，同步恢復干砌片石路肩（頂面標高為軌頂下 0.85 m，邊坡坡率 1：1.0），每 15 m設一沉將縫，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，經過半年多的運營，月下沉量減少90%，同時軌面沉降量較為均勻；對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，同時因為排水板的作用使加固砂墊層下的基床土的動應力得到改善，這樣基床軟弱層只需挖去相當于格室深度的部分和增加其下排水砂墊層，與傳統的換填法相比，置換厚度減少，而且土工格室質量輕，運輸方便，強度高，特別是能在狹小的空間里操作，減少了換填法置換深度大、勞動強度大、施工難度大的問題。

6 幾點思考

（1）膨脹土路基病害整治應以排水固結為主，對地下水豐富的地段，尤其應以疏導的排泄為主，并兼以改良膨脹土結構及提高強度，應綜合考慮引起病害的各項因素，制定綜合整治方案。

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

（3）應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構和強度不足，地基沉降量大等問題，減少氣候對膨脹土的干縮濕脹的影響，可取得較好的整治效果。