采用橫穿集水管法整治石太客運專線路基表層凍害

李榮功，唐世杰

（1.北京鐵路局石家莊工務段，河北石家莊050000;2.黑龍江北方有色建設有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

采用橫穿集水管法整治石太客運專線路基表層凍害

李榮功1，唐世杰2

（1.北京鐵路局石家莊工務段，河北石家莊050000;2.黑龍江北方有色建設有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150046）

石太客運專線路基大多數位于黃土地段，開通運營后2009年首個冬季發生大量凍害，其中以路基凍害居多。采用橫穿集水管工程措施對路基凍害進行了整治，取得了較好的整治效果，提供了可借鑒經驗。

黃土路基;路基上浮凍害;橫穿集水管;石太客運專線

1 工程概況

1.1 黃土路基概況

石太客運專線自石家莊北站至太原站，正線全長189.93 km。其中河北省范圍60.15 km，山西省范圍129.78 km。為雙線客運專線，設計速度250 km/h。全線路基長度75.722 km，占39.9%;各類橋梁94座39.612 km，占20.8%;隧道32座74.596 km，占39.3%。石太客運專線路基地段大多數位于太行山以西山西境內，屬于黃土地貌，先后穿過盂縣、壽陽、陽曲黃土地區。地區的氣候均屬于溫帶大陸性氣候，春季干旱多風，夏季高溫炎熱，秋季涼爽多雨，冬季寒冷少雪。年最高氣溫達30℃以上，年最低氣溫-20℃左右。

1.2 路基凍害概況

路基裸露在自然界中，因受自重、列車荷載和各種自然因素（水、溫度）的作用，路基的各個部分將產生不易恢復的變形和不能恢復的變形，由此，將引起路基標高、邊坡坡度、形狀的改變。路基在土質、水和溫度的不利組合下，低溫季節基床土凍結，短距離地段內出現不均勻凍脹或左右股道的不均勻凍脹，導致線路不平順或方向不良形成路基凍害。

石太客運專線2009年4月1日正式開通運營。2009年11月10日全線遭遇百年一遇暴雪襲擊，最深積雪厚度600 mm。截止到2010年1月10日全線共發生凍害133處。從133處凍害現場來看，主要出現在太行山以西黃土地段涵洞兩側、涵洞頂、路橋過渡段、路堤路塹過渡段、長大路塹內局部地段，其中尤以涵洞兩側凍害最為明顯。

下行K114+715～730地段，2010年1月3日發生典型凍害，凍害地點位于曲線始端8‰上坡斷，道床底部為一蓋板箱涵，涵洞中心里程為K114+720，涵頂填土高度＜1 m，累計最大凍高43 mm。

2 路基凍脹上浮病害原因分析

路基土粒之間自由水的穩定是影響路基穩定的主要因素，它使路基土質軟化、流動或受到沖刷，含水的路基凍季受凍凸起，進而引起道床、軌道的上浮，形成凍害。主要出現在太行山以西黃土地段涵洞兩側、涵洞頂、路橋過渡段、路堤路塹過渡段、長大路塹內局部地段。從凍害出現的特征來初步分析產生凍害的原因主要有如下5個方面。

（1）黃土路基含水量大。由于太行山以西路基填料以黃土為主，黃土顆粒細、含粘粒成分多，親水性、保水性強，透水性差，致使黃土路基本體較粗粒土、粘粒成分含量少的土體含水量較大。

（2）排水系統不完善，路基本體進水。基床表層的級配碎石夯實度不足，有一定的透水性，不能形成密閉層。基床底層改良土密實度不夠或沒有改良，造成基床底層具有親水性。遭遇百年一遇的暴雪，加之排水系統不完善，雪水進入路基本體。排水系統不完善主要表現在3方面，一是涵洞兩側八字墻范圍內路基邊坡為漿砌片石滿砌防護，且絕大部分地段未留泄水孔或未按標準設置泄水孔，造成涵洞兩側路基含水量普遍偏高;二是路基兩側電纜槽泄水孔原設于電纜槽底部，原設計理念是電纜槽水由底部泄水孔滲入路基內，然后通過路基邊坡泄水孔排出，在2009年大整治中雖然要求間隔50 m在電纜槽外側壁底部開孔，同時封閉底部泄水孔直排電纜槽匯水，但部分地段存在底部泄水孔封閉不嚴或漏封現象，致使電纜槽中的水繼續下滲，造成局部路基含水量偏高;三是路塹內部分地段由于個別泄水孔不通，電纜槽中的水不能及時排入側溝，造成雨水下滲;另外，也不排除側溝有局部滲漏現象或局部地下水位偏高現象，致使局部路基含水量偏高。

（3）太行山以西地區季節溫差大。夏季達30℃以上，冬季-20℃左右。再加之路基是新建路基，還沒有在動荷載的作用下進一步密實沉降，路基還沒有基本穩定下來。

（4）路堤內涵洞的存在和路塹內側溝與電纜槽并存，致使路基臨空面大增，受凍面積和范圍增大，凍起高度也相應增大。

（5）部分地段施工質量不佳。除上述提到的不設泄水孔或泄水孔不通暢外，此外還表現在以下2個方面:一方面是涵洞兩側路基按設計要求填筑弱凍脹性級配砂礫，通過鉆探驗證個別處填料含細顆粒和粘粒成分很大的粉粘土確實存在，且土體呈軟塑狀態;另一方面是個別地段道床中含土量大。不可否認由于資金不到位、工期緊等客觀因素，造成施工時沒有完全按設計要求填筑料粒，且碾壓質量不完全滿足要求。

其中造成最典型地段K114+715～730路基凍脹上浮病害的直觀原因有:（1）地表水下滲，該段路基地基為濕陷性黃土，攔截、排除地表水的措施不足，從涵洞蓋板滲水就可以表明;（2）路肩電纜槽的存在阻止了道床內的水向外排出;（3）箱涵地段與純粹的路堤地段相比地溫低，加之該地段為一風口造成箱涵地段地溫更低，致使下滲的地表水在冬季結冰，造成路基的凍脹上浮病害;（4）路堤邊坡為滿砌漿砌片石，沒有設置泄水孔，不利于道床內的水排出;（5）道床臟污。

3 橫穿集水管整治方案

3.1 確定整治方案

凍害的存在，不僅給線路的維修養護工作帶來了一定難度，而且對行車安全構成很大威脅。針對造成凍害的原因，線路工區先后采用了預注鹽水（2009年冬前根據鐵道科學研究院提供的雷達探測結果選取9段含水量大的處所進行了預注鹽水工作）處理。但由于注鹽量無法按實際需要控制，很容易將凍峰整成凍谷，并且會造成路基翻漿，產生新一輪的破壞。雖然投入了很大的人力物力但效果并不明顯。為了徹底解除形成凍害的條件，最后決定采取工程措施對凍害地段進行處理。

3.2 工程措施處理地段的選擇

根據石太公司、路局的有關要求，結合133處凍害的現場實際情況，選擇K114+715～730為試驗段進行工程措施處理。

試驗段的現場特征及選取該地段為試驗段的原因:（1）涵洞及路涵過渡段;（2）高填方地段，且涵頂填土厚度＜1 m;（3）該處凍害為路基表層凍害，石太客運專線的多數凍害為此類凍害;（4）邊坡防排水系統上存在缺陷、不完善。

3.3 工程措施處理的基本思路

結合凍害成因和既有線施工的實際情況，本著堅持“治水、排水、降低路基本體含水量”原則，確定了試驗段采用橫穿集水管的整治方案，同時對路基防護加固排水設施存在的缺陷和不足一并整治。

3.4 工程措施處理的實施方案

針對K114+715～730表層凍害的成因采取如下整治方案。

3.4.1 涵洞頂橫穿集水管

在涵洞出入口端帽石以上自路基面向下1.5 m高程線向路基分別上仰4%和6%鉆預埋集水管鉆孔，水平鉆孔橫穿集水管，因平行于涵洞軸線，鉆孔孔徑為42 mm，間距為0.5 m，兩側交錯布置，集水管采用外徑40 mm，壁厚≮4 mm的不銹鋼無縫鋼管，在伸入路基內的集水管上半部分，鉆5 mm積水孔3排，孔間距為10～15 cm，集水管周圍及伸入路基的管口均采用透水土工布包裹作為濾層。透水土工布的質量要求:質量400 g/m2，厚度≥2.8 mm;斷裂強力≥20.5 kN/m，斷裂伸長率≤60%（縱向、橫向）;CBR頂破強力≥3.5 kN;等效孔徑O90=0.07～0.1 mm;滲透系數（1.0～3.0）×10-1cm/s;撕破強力＞0.56 kN（縱向、橫向）。因涵洞蓋板為臺階式布置，為保證鉆孔空間位置更利于工程效果，涵洞頂鉆孔坡度按4%上仰坡伸入路基至兩線中心。

3.4.2 涵洞兩側路涵過渡段橫穿集水管

在涵洞兩側鉆孔橫穿集水管，為保證涵洞頂部路基不積水，涵洞兩側鉆孔位置設在路肩面垂直向下2.30 m處，涵洞兩側鉆孔坡度6%。其余技術要求同涵洞頂橫穿集水管。集水管出水口應伸出路基邊坡，將路基內的水引至路基邊坡外。

集水管安裝如圖1所示。

圖1 集水管平面布置示意圖

3.4.3 增設路堤邊坡泄水孔

恢復路堤邊坡漿砌片石泄水孔。護坡泄水孔設置:第一排自路肩面向下垂直距離1 m處，其間距為1 m;第二排及以下泄水孔按間距1.5 m呈梅花狀布置，泄水孔排水坡度為4%。泄水孔內安設80 mm的PVC管，內側管頭需包裹雙層透水土工布反濾層。

3.4.4 涵洞八字墻增設泄水孔

涵洞八字墻設置2排泄水孔，第一排泄水孔距帽石頂面50 cm，第二排距地面50 cm，泄水孔水平間距≯2 m，排水坡度為4%。泄水孔內安設50 mm的PVC管，內側管頭需包裹雙層透水土工布反濾層。

3.4.5 封堵路肩電纜槽滲水孔

對路肩電纜槽底板的滲水孔采用C30混凝土堵塞，厚度同底板厚度。保證電纜槽內的水從側壁直排邊坡外，杜絕下滲路基。同時對電纜槽內側路肩進行整平順坡。

3.5 工藝流程

（1）根據設計要求布置鉆孔孔位;

（2）根據孔位高度及場地條件平整場地并搭設腳手架工作平臺;

（3）安裝孔口管;（4）安裝鉆機;

（5）鉆孔除渣清孔;

（6）集水管鉆孔眼包裹透水土工布;

（7）安裝集水管于鉆孔內;

（8）處理管頭，恢復漿砌石片，同時在護坡上設置泄水孔;

（9）在涵洞八字墻設置2排泄水孔。

3.6 施工注意事項

（1）為保證鉆孔位置精確，鉆孔時需要使用導向架控制;

（2）施工前要落實管線位置;

（3）在涵洞八字墻設置泄水孔時要探明是否有鋼筋及鋼筋位置;

（4）施工過程中應加強路基、軌道、接觸網支柱變形觀測，發現變形過大立即停止施工。

4 整治效果

在2010年10月對石太客運專線K114+715～730路基上浮凍脹病害進行了整治。之后在此地段路肩上、兩線間埋設了觀測樁，在2010年冬季對該地段的標高進行了定期觀測。對觀測結果的分析表明，2010年該段冬季最大累計凍起高度為15 mm，較2009年冬季最大累計凍起高度43 mm大為減輕，凍害得到了有效控制，該地段的凍害整治取得了較好的效果。

［1］ 楊廣慶.路基工程［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］ 李向國.高速鐵路技術［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［3］ 鐵道部勞動和衛生司，鐵道部運輸局.線路工［M］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［4］ 董富強，王榮彥，蘇巧榮.豫西濕陷性黃土的工程地質特征及基礎選型探討［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，37（3）:35-38.

［5］ 楊銀科，薛倩.濕陷性黃土的工程地質特性評價研究［J］.山西建筑，2006，32（16）:87-88.

Renovation of Frozen Harzard of Subgrade Surface by Cross Water-collecting Pipe for Shijiazhuang-Taiyuan Pas-

senger Dedicated Railway

LI Rong-gong1，TANG Shi-jie2（1.Shijiazhuang Track Division，Beijing Railway Bureau，Shijiazhuang Hebei 050000，China;2.Heilongjiang North Nonferrous Metals Construction Co.，Ltd.，Harbin Heilongjiang 150046，China）

Most of the subgrade of Shijiazhuang-Taiyuan passenger dedicated railway is located in loes section.This raiway was put into operation in 2009，but a large amount of frozen harzard occurred in the first winter and most was in subgrade.The renovation was made by engineering measure of cross water-collecting pipe with good effect.

loess subgrade;subgrade uplift frozen harzard;cross water-collecting pipe;Shijiazhuang-Taiyuan passenger dedicated railway

U418.6

A

1672-7428（2012）01-0065-03

2011-09-02

李榮功（1974-），男（漢族），山西盂縣人，北京鐵路局石家莊工務段陽北工區工務車間主任，土木工程專業，從事鐵路橋隧工程施工及維修養護技術工作，山西省陽泉市開發區康達小區32-5-12（045000），994727139@qq.com。