無砟軌道鐵路路基凍脹問題探討

季靠榮

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

在凍土地區(qū)建設(shè)無砟軌道鐵路客運(yùn)專線，路基的凍脹問題是近幾年來隨著高速鐵路的建設(shè)和投入運(yùn)營逐步顯現(xiàn)并備受關(guān)注的問題。

無砟軌道對路基變形量和差異變形量的控制與以往有砟軌道控制標(biāo)準(zhǔn)間存在的差別，是一個(gè)數(shù)量級的差別。無砟軌道要求控制變形在5～15 mm(30 mm)，而有砟軌道是5～30 cm。因?yàn)楦咚勹F路無砟軌道對平順性的嚴(yán)格要求，需要控制局部(短距離)差異變形造成的折角＜1/1000。正是這種差異和平順性的嚴(yán)格要求，需要對無砟軌道路基的凍脹問題重新認(rèn)識并加深研究［1-2］。

1 無砟軌道路基凍脹問題

現(xiàn)有的一些規(guī)范中，不凍脹土是以凍脹率≤1%界定的。如《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］中表7.1.19中關(guān)于季節(jié)性凍土的凍脹分級。

對于無砟軌道路基而言，這個(gè)凍脹率≤1%的界限存在著不適用的問題。當(dāng)凍土厚度達(dá)到1.5 m以上時(shí)，如按1%的凍脹率，其凍脹量就可能超過15 mm。也就是可能超過了無砟軌道對路基差異變形量和平順性的控制值，盡管凍脹率未超過1%，但其凍脹已經(jīng)危及高速鐵路的安全穩(wěn)定。在部分凍土地區(qū)，凍結(jié)深度最大可超過2.5 m。所以無砟軌道路基不凍脹土的界定，需要有新的定義或規(guī)定，需要根據(jù)最大凍結(jié)深度和無砟軌道路基允許的凍脹量來制定相應(yīng)的界限凍脹率。同時(shí)，就需要對與土的凍脹率有關(guān)的含水量和細(xì)粒土含量等加深研究。找到適應(yīng)高速鐵路無砟軌道路基工程的土體凍脹分類方法和標(biāo)準(zhǔn)，也就是要試驗(yàn)研究適用于無砟軌道路基的不凍脹土。

哈大客運(yùn)專線是中國凍土地區(qū)第一條無砟軌道鐵路，客運(yùn)專線建成時(shí)軌道不平順地段的復(fù)測統(tǒng)計(jì)結(jié)果說明，凍脹具有普遍性。

沈大段最大凍結(jié)深度0.93～1.48 m。76.1%的路基發(fā)生不同程度的凍脹，最大凍脹23 mm，凍脹量0～10 mm地段占70.8%，凍脹量10 mm以上地段占5.3%。

哈沈段最大凍結(jié)深度1.37～2.05 m。路基軌道抬高值＜5 mm的地段占78.5%，凍脹量＞10 mm的地段占2.9%;凍脹量5～10 mm的地段占18.6%。

哈大線設(shè)計(jì)和施工執(zhí)行了《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10035—2006)7.1.19條，凍結(jié)深度范圍的路基填筑材料為凍脹率≤1%的級配碎石和A，B組填料(不凍脹土)。經(jīng)過核查取樣試驗(yàn)，含水率在2% ～15%之間，細(xì)顆粒含量大部分 ＜15%，個(gè)別最大達(dá)21.1%。統(tǒng)計(jì)級配碎石樣品101個(gè)，細(xì)顆粒含量超過(不凍脹土)標(biāo)準(zhǔn)的有56個(gè);統(tǒng)計(jì)不凍脹填料樣品76個(gè)，細(xì)顆粒含量超過(不凍脹土)標(biāo)準(zhǔn)的有30個(gè)。可見，細(xì)顆粒含量不超過標(biāo)準(zhǔn)的樣品和超過標(biāo)準(zhǔn)的樣品比例接近1∶1。

哈大線凍脹核查資料也說明了以凍脹率≤1%界定不凍脹土，對于無砟軌道路基而言，其適用性是存在問題的。有必要針對無砟軌道路基制定專門的不凍脹土的標(biāo)準(zhǔn)，從土的成分、級配、細(xì)顆粒含量、含水率等多方面開展試驗(yàn)研究。同時(shí)，還需要研究填料經(jīng)壓實(shí)后細(xì)顆粒含量的變化以及級配碎石摻水泥填料壓實(shí)后細(xì)顆粒含量的變化。

哈大客運(yùn)專線建成時(shí)，對路基凍脹問題進(jìn)行了勘察和治理。同時(shí)也引起了之后對凍土地區(qū)無砟軌道路基設(shè)計(jì)、施工的高度關(guān)注，相關(guān)單位也進(jìn)行著多方面的試驗(yàn)研究。

哈大線路基凍脹的主要原因，固然是地表水下滲或地下水聚集。但填料本身的細(xì)顆粒含量或壓實(shí)后填料的細(xì)顆粒含量，應(yīng)該是決定性的因素之一。因此，無砟軌道路基防凍脹應(yīng)該主要采取地表水防滲、疏排地下水和嚴(yán)格控制填料及其壓實(shí)后的細(xì)顆粒含量等工程措施。

2 無砟軌道路基防凍脹設(shè)計(jì)

目前，部分無砟軌道路基的設(shè)計(jì)，已經(jīng)采取了一些改進(jìn)的方法。如加強(qiáng)地表水防滲和地下水疏排，調(diào)整、減少細(xì)顆粒含量等。更為徹底的，是在凍結(jié)深度內(nèi)采用混凝土基床的結(jié)構(gòu)措施。針對無砟軌道路基防凍脹問題，提出下列參考原則或路基結(jié)構(gòu)措施［4-5］。

1)綜合考慮排水、防滲、防凍脹的需要，在無砟軌道底座下，用0.3 m厚鋼筋混凝土作為基床表層，兩側(cè)的基床表層填料下部設(shè)置防水層(如兩布一膜)，從電纜槽下穿過，與泄水孔或水溝相接。防滲材料嵌入混凝土基床的預(yù)留槽內(nèi)，使得地表下滲的水，不再向下部基床滲透。在路堤地段，對基床作完整的地面防滲。如圖1。

圖1 無砟軌道路基基床表層防滲結(jié)構(gòu)示意

2)在路塹和低路基地段，可以在凍結(jié)深度以下設(shè)置盲溝，疏排地下水，降低地下水位。同時(shí)在路塹地段對基床增加側(cè)向防滲，使得地表水經(jīng)過側(cè)面土體的滲水以及側(cè)溝縫隙下滲的水被隔離，并經(jīng)過盲溝排出。側(cè)向防滲材料與基床表層防滲材料在側(cè)溝或其泄水孔部位搭接，形成立體防滲結(jié)構(gòu)。如圖2所示。哈大客運(yùn)專線路基凍脹統(tǒng)計(jì)資料顯示，凍脹量大的地段或凍脹發(fā)生頻率高的地段是路塹地段。而路塹與路堤的差別主要在于路塹基床側(cè)面，有側(cè)溝縫隙和路塹地表匯水下滲至側(cè)溝下，可以側(cè)向滲入基床，顯然比路堤地段基床多了水的滲入面。這就是上述現(xiàn)象的主要原因之一。

圖2 無砟軌道路塹基床防滲結(jié)構(gòu)示意

3)為防止結(jié)構(gòu)縫局部滲水，軌道底座接縫須與鋼筋混凝土基床接縫錯(cuò)開。鋼筋混凝土基床的接縫，可采取疊瓦式(或嵌入式)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。上部接縫必須填塞防滲材料，瓦槽縫用于承接并從橫向排出局部接縫可能少量下滲的水。

圖3 疊瓦式混凝土基床接縫防排水結(jié)構(gòu)示意

4)研究適用于無砟軌道路基的不凍脹土標(biāo)準(zhǔn)，建議參照有關(guān)滲水土的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是要注重細(xì)顆粒含量以及壓實(shí)后細(xì)顆粒含量的控制標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量監(jiān)測、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

現(xiàn)有的一些規(guī)范中，不凍脹土是以凍脹率≤1%界定的。對于無砟軌道路基而言，需要試驗(yàn)研究適用于無砟軌道路基的不凍脹土。建議參照有關(guān)滲水土的標(biāo)準(zhǔn)。特別注意在減少細(xì)顆粒含量的同時(shí)，調(diào)整孔隙率監(jiān)測、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

防凍脹設(shè)計(jì)，主要采取地表水防滲、疏排地下水和嚴(yán)格控制填料及其壓實(shí)后的細(xì)顆粒含量等工程措施。路塹防滲還需要增加側(cè)向防滲，形成對路塹基床的立體防滲結(jié)構(gòu)。基床防滲，需要注意細(xì)節(jié)和系統(tǒng)協(xié)調(diào)，如結(jié)構(gòu)縫處理、防滲層搭接以及接觸網(wǎng)基礎(chǔ)等。在凍結(jié)深度大的地區(qū)，軌道底座下的基床表層可采用0.3 m厚鋼筋混凝土，使軌道下基床表層無凍脹，并有利于下部基床全面防滲。

［1］石剛強(qiáng)，張先軍.嚴(yán)寒地區(qū)客運(yùn)專線路基凍脹影響因素及防治技術(shù)［J］.鐵道建筑，2011(6):93-95.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB 10621—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10035—2006 鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［4］鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［5］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50007—2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.