兰新第二双线DK1236+059—DK1236+215段路基变形原因分析及整治措施

单留毅

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043)

兰州至新疆第二双线新疆段正线长713.4 km，是国家“八纵八横”铁路主骨架的主要组成部分。本线建成后将实现新疆与内地快速客运的连接。

兰新第二双线新疆段无砟轨道长轨静态精调时发现DK1236+059—DK1236+215段的路基面高程偏高，最高点比原设计高程高48.3 mm，超过无砟轨道自身调整范围，轨道平顺性不能满足规范或列车运营要求。本文通过现场调查、勘探测试结果分析路基隆起变形的原因，并提出相应工程整治措施。

1 工程概况

兰新第二双线为Ⅰ级铁路，设计时速200 km，正线采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构。本段路基形式为路堑(图1)，最大挖方约为8 m。

图1 路基现场

2010年7月至2013年5月依次完成路堑开挖、地基处理、基床底层填筑、侧沟施工，路基表层级配碎石填筑、支承层施工、路基防冻胀补强、道床板施工。该段路基在勘测及路基开挖填筑施工期间均未见地下水。2012年6月至7月发现地下水后，在路堑两侧增设了渗水暗沟。

2013年10月，现场进行无砟轨道长轨静态精调时，发现DK1236+059—DK1236+215段的路基面高程偏高，设置观测桩测量路基面高程变化。至2013年12月，发现左线路基面先逐渐抬高48.3 mm，然后快速下降至10.2 mm，随后反转上升至24.5 mm，再逐渐下降恢复至设计标高，见图2。路基抬升段肉眼都能明显看到钢轨的不平顺、路肩封闭层拉开、侧沟和路堑边坡开裂、道床板伸缩缝拉开［1］。

图2 左线路基面高程变化曲线(实测值)

2 路基变形原因分析

2.1 地势高差为地下水的运移提供了条件

据现场调查，DK1236+059—DK1236+215段向大里程(乌鲁木齐方向)约1 km外的舒缓冲沟内有南北向的芦苇丛，低洼处地表泛碱，沟心地面潮湿，地面高程比路基高程高出10 m左右。路基两侧渗沟及检查井底大部分有潮湿或积水现象，渗沟出口及中间3处检查井干燥无水，渗沟排水不畅。这是因为地势高差为地下水从上游向下游运移提供了条件，地下水是下游路基渗水的主要来源。

2.2 泥岩膨胀性是路基变形的物质基础和关键因素

钻孔GYBDZ-6在泥岩与圆砾土分界面处有渗水，GYBDZ-7在砂岩夹层有渗水，GYBDZ-8在砂岩与砾岩分界面处有渗水，其余钻孔、试坑未见地下水。详见图3。由勘探结果分析可知，地下水透过渗水性较好的砂砾层向下游运移。

从钻孔和试坑中取样送实验室，测试泥岩的主要物理力学指标，结果见表1。左侧试坑最大变形处泥岩岩样见图4。

图3 勘探点平面布置

表1 泥岩主要物理力学指标

图4 最大变形处泥岩岩样(左侧试坑)

1)泥岩膨胀性

依据国内外大量关于膨胀土(岩)判别及分级标准［2］，结合现有数据分析可知:从蒙脱石含量可判定测试泥岩膨胀性为弱至中等［3］;从液限、塑限、塑性指数、自由膨胀率等指标可判定其膨胀性为强至极强［4-6］。因此，可将该段路基泥岩的膨胀性判定为强至极强。

2)泥岩膨胀量

因路堑基床底层以上填筑了级配碎石及水泥改良土，合计厚度为2.7 m，基床表层以上支撑层及道床板厚度为0.56 m，合计基床范围内换填厚度为3.26 m，地基泥岩位于基底以下。根据《膨胀土地区建筑技术规范》(GB 50112—2013)，采用建筑物在使用期间经常有水浸湿地基时的膨胀量计算公式计算

式中:Se为地基土的膨胀变形量，mm;Ψe为经验系数;δepi为基础底面下第i层土在其平均自重压力与平均附加压力之和作用下的膨胀率，由室内试验确定，%;hi为第i层土的计算厚度，mm。hi为根据泥岩膨胀力确定的膨胀深度和大气影响深度综合确定的厚度扣除基床范围内换填厚度后的高度值。

路基泥岩膨胀量的计算结果见表2。由表2可见，泥岩引起的路基膨胀量在5.1～48.3 mm。路基泥岩膨胀量计算值与实际测量值基本相符。路基隆起变形量主要为泥岩遇水引起的膨胀量。

表2 DK1236+059——DK1236+215段泥岩膨胀量计算结果

3 整治措施及效果

3.1 整治措施

通过对路基变形成因的分析可以看出，泥岩遇水引起膨胀是形成路基变形的根本原因。路基治理措施应遵循排除地下水的原则。

1)路堑左侧排水措施

DK1236+262处路堑左侧与线路66°方向开挖明沟及渗水暗沟，横断面示意如图5。里程范围均为GzK0+000—GzK0+062。明沟、渗沟平面布置如图6。

图5 路堑左侧排水设施横断面示意

图6 明沟、渗沟平面布置

2)路堑右侧排水措施

DK1236+262处路堑右侧与线路垂直方向开挖明沟及渗水暗沟，里程范围均为GyK0+000—GyK0+050。

3)路堑工程截水措施

DK1236+262左、右侧侧沟平台位置设置检查井，左侧深7.0 m，右侧深6.4 m，分别将大里程侧渗水暗沟水引入检查井中。两检查井之间横向开挖宽1.5 m、高2.0 m的横向洞，洞内施作渗水暗沟。

3.2 整治效果

目前排水系统主体工程已基本完成。据观测，路基面变形已趋于稳定，整治措施合理可行，且效果明显。

4 结论

1)路基基底以下泥岩遇水膨胀是路基变形的根本原因。

2)对于可能存在地下水作用和影响的泥岩段，勘察期间需查清泥岩的膨胀性、地下水来源和径流渠道。设计时必须采取防排水措施，以避免泥岩遇水膨胀引起路基变形。

3)对于有地下水活动的膨胀岩(土)路堑工程，尽可能保持施工工序的连续性、完整性。施工期间应避免新鲜泥岩长期裸露、暴晒，同时做好路堑工程地表水排泄及保证地下水径流通道畅通。

4)采取的截、排水整治措施可以消除路基变形。

［1］中铁第一勘察设计院集团有限公司．兰州至乌鲁木齐第二双线新疆段路基轨道高程异常分析报告［R］．西安:中铁第一勘察设计院集团有限公司，2013．

［2］兰州交通大学．兰州至乌鲁木齐第二双线DK1236+059—+215隆起变形成因试验研究及分析报告［R］．兰州:兰州交通大学，2013．

［3］铁道部第一勘察设计院．铁路工程地质手册(修订版)［M］．北京:中国铁道出版社，1999．

［4］苏永华，赵明华，刘晓明．软岩膨胀崩解试验及分形机理［J］．岩土力学，2005，26(5):728-732．

［5］王小军．膨胀岩的判别与分类和隧道工程［J］．水文地质工程地质，1995(2):44-48．

［6］孙晓明，武雄，何满潮，等．强膨胀性软岩的判别与分级标准［J］．岩土力学与工程学报，2005，24(1):128-132．