蘭新第二雙線DK1236+059—DK1236+215段路基變形原因分析及整治措施

單留毅

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安 710043)

蘭州至新疆第二雙線新疆段正線長713.4 km，是國家“八縱八橫”鐵路主骨架的主要組成部分。本線建成后將實現新疆與內地快速客運的連接。

蘭新第二雙線新疆段無砟軌道長軌靜態精調時發現DK1236+059—DK1236+215段的路基面高程偏高，最高點比原設計高程高48.3 mm，超過無砟軌道自身調整范圍，軌道平順性不能滿足規范或列車運營要求。本文通過現場調查、勘探測試結果分析路基隆起變形的原因，并提出相應工程整治措施。

1 工程概況

蘭新第二雙線為Ⅰ級鐵路，設計時速200 km，正線采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構。本段路基形式為路塹(圖1)，最大挖方約為8 m。

圖1 路基現場

2010年7月至2013年5月依次完成路塹開挖、地基處理、基床底層填筑、側溝施工，路基表層級配碎石填筑、支承層施工、路基防凍脹補強、道床板施工。該段路基在勘測及路基開挖填筑施工期間均未見地下水。2012年6月至7月發現地下水后，在路塹兩側增設了滲水暗溝。

2013年10月，現場進行無砟軌道長軌靜態精調時，發現DK1236+059—DK1236+215段的路基面高程偏高，設置觀測樁測量路基面高程變化。至2013年12月，發現左線路基面先逐漸抬高48.3 mm，然后快速下降至10.2 mm，隨后反轉上升至24.5 mm，再逐漸下降恢復至設計標高，見圖2。路基抬升段肉眼都能明顯看到鋼軌的不平順、路肩封閉層拉開、側溝和路塹邊坡開裂、道床板伸縮縫拉開［1］。

圖2 左線路基面高程變化曲線(實測值)

2 路基變形原因分析

2.1 地勢高差為地下水的運移提供了條件

據現場調查，DK1236+059—DK1236+215段向大里程(烏魯木齊方向)約1 km外的舒緩沖溝內有南北向的蘆葦叢，低洼處地表泛堿，溝心地面潮濕，地面高程比路基高程高出10 m左右。路基兩側滲溝及檢查井底大部分有潮濕或積水現象，滲溝出口及中間3處檢查井干燥無水，滲溝排水不暢。這是因為地勢高差為地下水從上游向下游運移提供了條件，地下水是下游路基滲水的主要來源。

2.2 泥巖膨脹性是路基變形的物質基礎和關鍵因素

鉆孔GYBDZ-6在泥巖與圓礫土分界面處有滲水，GYBDZ-7在砂巖夾層有滲水，GYBDZ-8在砂巖與礫巖分界面處有滲水，其余鉆孔、試坑未見地下水。詳見圖3。由勘探結果分析可知，地下水透過滲水性較好的砂礫層向下游運移。

從鉆孔和試坑中取樣送實驗室，測試泥巖的主要物理力學指標，結果見表1。左側試坑最大變形處泥巖巖樣見圖4。

圖3 勘探點平面布置

表1 泥巖主要物理力學指標

圖4 最大變形處泥巖巖樣(左側試坑)

1)泥巖膨脹性

依據國內外大量關于膨脹土(巖)判別及分級標準［2］，結合現有數據分析可知:從蒙脫石含量可判定測試泥巖膨脹性為弱至中等［3］;從液限、塑限、塑性指數、自由膨脹率等指標可判定其膨脹性為強至極強［4-6］。因此，可將該段路基泥巖的膨脹性判定為強至極強。

2)泥巖膨脹量

因路塹基床底層以上填筑了級配碎石及水泥改良土，合計厚度為2.7 m，基床表層以上支撐層及道床板厚度為0.56 m，合計基床范圍內換填厚度為3.26 m，地基泥巖位于基底以下。根據《膨脹土地區建筑技術規范》(GB 50112—2013)，采用建筑物在使用期間經常有水浸濕地基時的膨脹量計算公式計算

式中:Se為地基土的膨脹變形量，mm;Ψe為經驗系數;δepi為基礎底面下第i層土在其平均自重壓力與平均附加壓力之和作用下的膨脹率，由室內試驗確定，%;hi為第i層土的計算厚度，mm。hi為根據泥巖膨脹力確定的膨脹深度和大氣影響深度綜合確定的厚度扣除基床范圍內換填厚度后的高度值。

路基泥巖膨脹量的計算結果見表2。由表2可見，泥巖引起的路基膨脹量在5.1～48.3 mm。路基泥巖膨脹量計算值與實際測量值基本相符。路基隆起變形量主要為泥巖遇水引起的膨脹量。

表2 DK1236+059——DK1236+215段泥巖膨脹量計算結果

3 整治措施及效果

3.1 整治措施

通過對路基變形成因的分析可以看出，泥巖遇水引起膨脹是形成路基變形的根本原因。路基治理措施應遵循排除地下水的原則。

1)路塹左側排水措施

DK1236+262處路塹左側與線路66°方向開挖明溝及滲水暗溝，橫斷面示意如圖5。里程范圍均為GzK0+000—GzK0+062。明溝、滲溝平面布置如圖6。

圖5 路塹左側排水設施橫斷面示意

圖6 明溝、滲溝平面布置

2)路塹右側排水措施

DK1236+262處路塹右側與線路垂直方向開挖明溝及滲水暗溝，里程范圍均為GyK0+000—GyK0+050。

3)路塹工程截水措施

DK1236+262左、右側側溝平臺位置設置檢查井，左側深7.0 m，右側深6.4 m，分別將大里程側滲水暗溝水引入檢查井中。兩檢查井之間橫向開挖寬1.5 m、高2.0 m的橫向洞，洞內施作滲水暗溝。

3.2 整治效果

目前排水系統主體工程已基本完成。據觀測，路基面變形已趨于穩定，整治措施合理可行，且效果明顯。

4 結論

1)路基基底以下泥巖遇水膨脹是路基變形的根本原因。

2)對于可能存在地下水作用和影響的泥巖段，勘察期間需查清泥巖的膨脹性、地下水來源和徑流渠道。設計時必須采取防排水措施，以避免泥巖遇水膨脹引起路基變形。

3)對于有地下水活動的膨脹巖(土)路塹工程，盡可能保持施工工序的連續性、完整性。施工期間應避免新鮮泥巖長期裸露、暴曬，同時做好路塹工程地表水排泄及保證地下水徑流通道暢通。

4)采取的截、排水整治措施可以消除路基變形。

［1］中鐵第一勘察設計院集團有限公司．蘭州至烏魯木齊第二雙線新疆段路基軌道高程異常分析報告［R］．西安:中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2013．

［2］蘭州交通大學．蘭州至烏魯木齊第二雙線DK1236+059—+215隆起變形成因試驗研究及分析報告［R］．蘭州:蘭州交通大學，2013．

［3］鐵道部第一勘察設計院．鐵路工程地質手冊(修訂版)［M］．北京:中國鐵道出版社，1999．

［4］蘇永華，趙明華，劉曉明．軟巖膨脹崩解試驗及分形機理［J］．巖土力學，2005，26(5):728-732．

［5］王小軍．膨脹巖的判別與分類和隧道工程［J］．水文地質工程地質，1995(2):44-48．

［6］孫曉明，武雄，何滿潮，等．強膨脹性軟巖的判別與分級標準［J］．巖土力學與工程學報，2005，24(1):128-132．