無砟軌道路基上拱偏移原因分析及整治措施

夏杰

摘要：我國某高速鐵路的無砟軌道出現了拱變形問題，加之路基涵洞過渡段出現的膨脹問題，對線路日常應用產生了嚴重的影響。基于此，以下主要針對現場實際情況展開調查與分析，并借助室內試驗著重針對路基填料以及地基土之內易溶鹽含量與膨脹性展開了研究。

關鍵詞：無砟軌道;路基上拱;路基偏移;原因分析;整治措施

一、工程實況

某工程上覆地層土質以上更新統洪積細角礫土為主，土層厚度大約為0.5～2.0m，而下層土質以第三系礫巖夾砂巖為主，土層厚度大約為0～3m，下伏奧陶系—志留系片麻巖，風化層厚度大約為0.5～2.0m。勘探深度并沒有揭示地下水，而表層細砂礫土之內還存有一定的石膏土。

這一工程點主要在路基涵洞過渡段，其中路基高度為7m，而涵洞總長度約2m，應用了剛度相對較高的倒梯形過度楔，借此確保借助硅酸鹽水泥進行處理的剛性涵洞結構和壓實配級材料之間的過渡更具平穩性，其中梯形頂部的長度為20m，而底部長度為5m。此外，天然地基主要分為礫石以及片麻巖兩部分，建設期間主要借助強夯法進行處理。而基床表面主要借助級配碎石進行填筑，基床底層所應用的填料為A、B兩組，基床以下所應用的填料以B組為主。路基和涵洞過渡段基床表層級配碎石之中所添加的水泥含量為5%，而基床表層以下配碎石之中所添加的水泥含量為3%。

于2016年9月第一次檢測到這一區段路基出現了上拱問題，最大上拱量為2.2cm，于2017年3月9日，現場絕對測量表明上行線距離工程點190～275m段，存在向外側偏移的問題，最大偏移量為1.7cm;并且下行線距離工程點194～277m段同樣出現了向外側便宜的問題，最大偏移量為18cm。根據現場調查表明，涵洞排水并未出現問題，涵洞之中與其附近的基坡腳并未存在任何積水痕跡。除此之外，兩旁混凝土路肩以及路肩封閉層銜接處存在縱向裂縫，且向外偏移了大概4.5cm，錯位大概2cm;路肩封閉層和支撐層、道床板和線間封閉層的間接縫間隙加劇。護道和坡面漿砌片石護坡較為完整，并未出現任何開裂或是變形問題。路肩混凝土封閉層存在一定的開裂以及破損問題。

二、無砟軌道路基上拱變形現場檢測

根據調查可知，這一工程點最高溫處于7月份，可達到32℃，而最低溫處于1月，可達到-24℃。根據監測數據表明，各個上拱段之內各個監測斷面出現上拱問題的區域都存在一定的差異，然而基本上都出現在路基本體填料或者是墊層區域。

根據調查表明，縱向連接變形以及基床表層溫度波動之間具有極為緊密的關聯，大致能夠劃分成以下三個階段：首先，溫度上升階段，大概從2018年3月到2018年7月，由最初的4℃提高到32℃，在基床表層溫度不斷增加的現況下，上支承層表面所出現的變形問題逐漸得到改善;其次，溫度下降階段，大概從2018年7月到2018年12月，由最初的30℃降低到-24℃，此時所有斷面所發生的變形問題都在日益加劇;最后，溫度回升階段，大概從2019年1月到2019年4月，由最初的-20℃提高到10℃，此時支承層頂面所出現的變形問題再次得到改善，但是回落之后依舊有一定的殘余上拱量。

三、室內試驗

（一）試驗內容

按照相關規定要求，借助現場取樣展開膨脹性指標檢測。

首先，膨脹性指標檢測。著重針對自由膨脹率、陽離子交換量以及蒙脫石含量等一系列膨脹性指標展開全面的檢測。按照相關要求表明，土質至少滿足下表所列的其中兩項指標時，便可以判定為這一級別。

膨脹潛勢分類指標表

其次，離子檢測。著重針對易溶鹽總量和HCO-、C1-、Ca2+、Na+、CO23-、OH-、SO24-、Mg2+、K+等一系列易溶鹽離子含量展開檢測，并對所有易溶鹽離子在總質量之中所占據的比重進行逐一計算。

最后，微觀檢測。借助電鏡掃描著重針對施工現場的填料礦物形態展開深入的定性分析。在借助XRD對樣品之內的礦物成分展開定性分析以及半定量分析。

（二）試驗結果

首先，膨脹性試驗結果分析。在這一工點左側和右側封閉層的下填料之內進行取樣，再在鋸床表層以及底層進行取樣，根據取樣結果表明，這一工點路基填料和地基土膨脹性并未達到弱膨脹性標準要求，尤其是蒙脫石含量不高，能夠得知膨脹性礦物溪水膨脹并非無砟軌道路基頻繁出現上拱變形問題的核心誘因。

其次，易溶鹽含量試驗結果分析。借助化學滴定法著重針對無砟軌道路基填料和地基土之內的易溶鹽總量與少量易溶鹽含量予以測定。根據結果表明，所有易溶鹽成分順著深度發展趨勢的分布特性和易溶鹽總量大概相同，通常分布于基床表層和地基頂層，同時在深度不斷提高的現況下，日益衰減。在這過程中，SO24-和剩余易溶鹽相比相對要高，然后是Ca2+，由此表明，水泥級配石長期受到SO24-侵蝕的影響是最關鍵的誘因之一。

最后，微觀分析。為了能夠對硫酸鹽侵蝕概率予以確認，借助電鏡掃描和XRD予以分析，根據結果表明，土樣之內具有許多針尖狀鈣礬石晶體，由此可知，其中包含許多鈣礬石以及水化硫鋁鈣酸，而這同樣也進一步說明硫酸鹽對水泥產生侵蝕對填料造成影響，致使鈣礬石出現是造成這一路段路基出現上拱問題的主要誘因。

四、無砟軌道路基上拱偏移問題的整治措施

（一）措施一

（1）應力釋放槽。需要在這一路基面中心位置建設一道應力釋放槽，借此讓路基之中的應力得以釋放。借助導向架著重針對鉆機予以精準定位，然后并排根管以及鉆孔，其中孔徑為15cm，待成孔后借助人工調整的方式使其成槽，其中槽寬為15cm，深度為2m，并在槽中添加適量的聚氨酯泡沫。

（2）混凝土限位墩。應該在左線與右線支承層外層的路肩間隔大概4m的位置建設兩個限位墩，而限位墩的材料以C30鋼筋混凝土最為適宜，其規格為2m×1m×0.4m，與支承層之間的距離為40cm。所有限位墩都應該建設四排錨桿，若是與路肩側三排相鄰，則應該建設十個傾斜錨桿，但是若是與支承層側一排相鄰，則應該將垂直錨桿數量調整為八，并建設四個傾斜錨桿，其中傾斜錨桿總長度為3m，垂直錨桿總長度為2.5m，借助干鉆的方式成孔，而孔徑為5cm，鉆孔深度應該在低于錨桿底部50cm的位置，待灌漿以后將錨桿插入其中。然后在各個限位墩中心兩旁75cm的位置架構可調節機械支撐，并將其撐在支承層以外的鋼墊板以上。利用一個斷面將水平變形自動監測系統設置于其中，而埋設深度應該是在路基頂面以下的8m左右。借助高性能密封膠著重針對偏移部分和前后道床伸縮縫、路肩封閉層以及線間封閉層所出現的裂縫問題予以封閉處理。

（二）措施二

由于無砟軌道路基軌面所出現的上拱問題較為嚴峻，早已超過了要求范圍，根據現場地址環境、水文環境、地形地貌、附近環境以及工程特性，針對這一段出現上拱問題的路基還能夠借助加強防水的方式進行處理。在路基上拱段兩側分別建設截水滲溝，并且保證滲溝之內的波紋管頂部高程并未超過礫砂和巖砂分界面，促使兩側的地下水能夠一起排到下游所建設的蒸發池之中。路基上拱左側導流堤應該設置好埋入式腳墻，而腳墻基礎應該最少埋設到砂巖50cm的位置。緊固線路兩側已經建設的排水干渠。順著截水滲溝，在每隔30m的位置建設檢查井，而深滲水暗溝排水管應該借助直徑0.5m的帶孔雙壁波紋管進行埋設。左側滲溝通過頂入1.5m鋼管涵穿過路基與右側滲溝相匯，共同排水至蒸發池之內。做好變形上拱檢測工作以后，必須對線路左側400m和右側200m位置的地面縫隙進行挖掘，然后再借助2%的水泥加強回填土密實度。

展開路基截排水方法和建設流程：第一，展開滲溝挖掘;第二，展開頂入圓管涵;第三，鋪砌蒸發池;第四，鋪設波紋管。借助路基上拱截排水處理措施的應用，能夠發現大部分地下水都能夠被排出，同時流入所建設的蒸發池之內。在進行建設的過程中，高程累積沉降量雖然得到了改善，然而由于在短時間內無法將泥巖遇水的問題予以妥善處理，因此會產生一定的上脹量，由此可見，防水處理是能夠降低泥巖雨水量的，同時能夠減小路基上脹概率。

（三）軌道動態檢測

為了能夠保證整治以后的無砟軌道結構狀態更具穩定性、安全性以及可靠性，借助最大落道斷面著重針對軌道系數、輪軸橫向力、道床板加速度、垂直位移量與橫向位移量等多方面展開全面的檢測。在對鋼軌表面進行打磨以及除銹處理以后，粘貼應變片，再借助704硅膠做好防水工作，而位移傳感器以及速度傳感器則借助AB膠以及夾具予以固定。

實測最快速度達到200km/h時，其輪重減載率為0.28，脫軌系數為0.1、道床板橫向位移為0.04mm，道床板縱向位移為0.02mm，道床板加速度為93m/s2，輪軸橫向力為96kN，鋼軌加速度為1875m/s2，道床板吹響位移0.05mm。根據測試結果可知，在動車組運行的作用下，無砟軌道結構的各項凍裂學指標都處于其評價標準限值范疇以內，動力性能達到動車組200km/h運行過程中的穩定性以及安全性的目標，整治效果十分良好，符合動態驗收的所有標準。

五、結論

首先，借助對易溶鹽含量、電鏡掃描以及礦物成分所進行的分析，能夠發現硫酸鹽對水泥產生侵蝕對填料造成影響，致使鈣礬石出現是造成這一路段路基出現上拱問題的主要誘因。其次，路基變形持續時間相對較長，同時會受到溫度變化的影響。最后，借助以上兩種治理方法，現階段軌道結構所出現的上拱問題以及偏移問題都得到了改善。

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