浅谈青阜线膨胀土路基设计

顾　宁

(中铁上海设计院集团合肥有限公司，安徽　合肥　230000)

浅谈青阜线膨胀土路基设计

顾宁

(中铁上海设计院集团合肥有限公司，安徽合肥230000)

顾宁(1981—)，男，工程师，主要从事铁路设计工作。

摘要：膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形的特性，作为铁路路基填料具有一定的危害性。文章以青阜线徐楼至青町段增建二线工程为例，介绍了膨胀土作为路基填料的设计方法及施工要求。

关键词：铁路路基；青阜线；膨胀土；设计；施工

0引言

膨胀土主要是由亲水性矿物组成，主要成份是蒙脱石和伊利石，为一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定，在我国河南、河北、江苏、安徽等地均有不同程度的分布。

近年来，随着我国铁路的高速发展，新建、改建铁路项目众多，不可避免地会在膨胀土分布地区修建铁路，膨胀土对铁路路基造成的破坏不可低估，且造成破坏后难以修复，严重影响了行车安全及行车速度。因此，在膨胀土分布地区研究铁路路基的设计方法具有重要意义。本文以改建国铁青阜线为工程实例浅谈其路基的设计方法。

1工程概况

青阜线位于安徽省北部，起于淮北市烈山区，往西南经过淮北市濉溪县、亳州市涡阳、利辛两县至阜阳市，线路横跨安徽西北平原，是华东地区重要的运煤通道，同时也是京沪线(华东-通道)、陆桥通道与京九通道、华东二通道之间一条重要的联络线，增建二线工程徐楼至青町段线路全长37.3 km，其中路基段长33.0 km，占全线比例的88.5%，见图1。

图1　青阜线青龙山至青町段增建二线工程平面示意图

2气候及地质条件

工程所在地区属暖温带半湿润季风气候区，主要特征为四季分明、气候温和、雨量适中。平均气温14.5 ℃~15.7 ℃，极端最低气温为-20 ℃，极端最高气温为40 ℃，平均降水量830~910 mm。地区内冷暖气团交替频繁，旱涝、霜冻、干热风、大风及连阴雨等灾害性气象时有发生。

工程沿线第四系地层厚度较大，揭露地层为第四系全新统、上更新统、中更新统冲积的黏土、粉质黏土、粉土和粉砂层。特殊岩土为表层的黏土、粉质黏土，具弱膨胀性，沿线均有分布，厚度为1.0~6.0 m，自由膨胀率Fs为2.0%~53.0%，蒙脱石含量M为13%~39%，阳离子交换C.E.C为111~286 mmol/kg，作为路基填料时应采取相应的改良措施。

3路基设计基本要求

膨胀土对工程建筑的破坏作用，具有多次反复性和长期潜在危险性的特点，为降低其破坏作用，线路在通过膨胀土地区路基设计宜低填少挖，局部高填深挖地段应进行充分的方案比选，采用线路绕避或以桥带路的方式通过。在青阜线工程设计过程中，现场一般地段为低填方路基，在跨越河流两侧高填方处，采用了延长桥梁陆域长度以降低路基填筑高度的方案，实践证明此方案是切实可行的，有效地保障了路基的稳定性。

膨胀土路基边坡易发生坍塌滑坡等现象，工程设计中应尽量减少土体扰动，加强其稳定性，同时注意防水保湿。青阜线改建为增建二线工程，从既有线路基状况来看，基床病害主要表现为路基下沉、翻浆冒泥、基床鼓起及挤推侧沟等情况，在二线工程设计过程中，加强了路基排水及边坡防护措施，同时注意新老土体的整体性，做到防患于未然。

4路基设计

4.1　基床

膨胀土路基基床病害分布范围广、易多发，治理难度大，严重影响了列车通行安全及通行速度，因此，在设计时应加强对基床病害的防治措施，因地制宜，就地取材，在控制工程造价的同时有针对性地采取相应措施预防基床病害。

4.1.1换填渗水土

根据《铁路路基设计规范》，路基填料根据土质类型和渗水性可分为渗水土和非渗水土，A、B组填料中，细粒土含量<10%、渗透系数>10-3cm/s巨粒土、粗粒土(细砂除外)为渗水土，其余为非渗水土。渗水土在铁路建设中的应用非常广泛，且有较为成熟的理论。为加强路基排水，缩短基床降水浸泡时间，青阜线路基设计中，路堤填方地段基床表层考虑换填0.6 m厚渗水土，底部设4%的横向排水坡，两侧路肩采用干砌片石防护，片石路肩与渗水土之间设置透水无纺布；低矮路基和路堑地段基床外侧同时增置纵向排水沟，排水沟深度一般为0.8~1.0 m，大于渗水土换填厚度，并沿渗水土底部间隔1.0 m设置泄水孔，以尽快排除基床积水，减少因积水浸泡而诱发基床病害，见图2。

图2　增建线路路堤标准横断面示意图

4.1.2石灰改良土

膨胀土在填料分组中为C、D组料，根据《铁路路基设计规范》，Ⅰ级铁路基床底层应选用A、B组填料，否则应采取土质改良或加固措施。土质改良可分为物理改良和化学改良，物理改良是通过掺入碎石等改变其粒径大小；化学改良是通过掺入石灰、水泥、粉煤灰等固化剂材料以提高工程土体的性能。石灰改良土因其良好的稳定性和低廉的工程造价而在工程中被广泛应用。在膨胀土中掺入生石灰不仅能有效降低膨胀土的涨缩率，还能提高膨胀土的强度，增强基床土的水稳定性。土体改良厚度应根据基床设计结构高确定，青阜线设计中填方路基为基床底层1.6 m，低矮路基填土高小于基床厚度地段，地表或基床表层下方考虑0.5 m厚土体改良，改良土中生石灰掺入重量比一般为4%~6%，以实验数据为准，青阜线路基填土通过改良实验，最终确定生石灰掺入比为6%。

4.1.3其他有关措施

在其他年降水量较多或强膨胀土分布地区，为阻断降水对路基基床的影响，可采用渗水料与带膜土工布相结合的方式保护路基基床，土工布一般埋设深度为0.4~0.5 m，顶部和底部分别设0.1~0.2 m厚的砂垫层。此外，工程区域内应加强路基基床排水，必要时增设渗水暗沟。

4.2　路基边坡

膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩、反复胀缩变形等特性，路基边坡极易发生坍塌，在设计过程中应采取相应的措施，予以加固防护。

4.2.1土工格栅

土工格栅因其具有独特的性能与功效，在土壤中能够提供有效的力的承担与扩散的连锁系统，因而被广泛应用于各类路基补强。改建青阜线增建二线工程路基设计，为增强新老土体粘合性及自身土体边坡的稳定性，在路基搭接处及边坡外侧设置了层隔0.6 m的双向土工格栅，幅宽≥3.0 m，搭接长度≥0.5 m。同时，并以草灌相结合的方式对路基边坡进行了冲刷防护，进一步增强了路基稳定性。

4.2.2骨架护坡

骨架护坡因其经济、美观，同时又能有效地对边坡起到支护作用，而被广泛的应用到边坡防护工程中去。青阜线路基设计中，当边坡高度>3.0 m时，采用了3.0×3.0 m的拱形截水骨架护坡，骨架埋深0.4 m，外露截水槽0.1 m，骨架内同时以草灌相结合的方式防护路基土体，在控制工程造价的同时，有效增强了高填方路基的稳定性，见图3。

图3　浆砌片石拱型截水骨架内种植灌木、撒草籽护坡示意图

4.2.3坡脚加固

路基坡脚常年受地表水冲刷，同时也是应力集中区，相比其他部位更容易发生坍塌滑坡，膨胀土坍塌滑坡具有层层向上牵引带动的特点，一旦坡脚发生坍塌滑坡，从而会带动整个路基坡面发生滑坡。因此，在膨胀土地区对路基坡脚进行加固是很有必要的。在青阜线工程设计中，一般地段路基坡脚设置了0.7×1.0 m的片石矮脚墙，局部高填方地段设置了1.2~1.6 m宽的片石混凝土挡墙，墙背设0.3 m厚砂夹卵石反滤层，在起到排水作用的同时也对膨胀土往复胀缩变形起到减缓对挡土墙的挤压作用。路基矮脚墙及挡墙的设置，既加固了路基坡脚，有效制止了路基坍塌滑坡，同时又节约工程用地。

5施工要求

在膨胀土分布地区进行路基施工，应加强施工管理，严格按照有关技术规程进行规范作业。

路基施工应尽量避免在雨天作业，边坡防护及路基加固做到快挖快填，不能立即实施的，应预留施工保护层，同时做好防护加固设施的碎石反滤层及泄水孔设置工作，以免泄水孔阻塞，造成排水不畅，从而导致护坡变形、开裂，挡墙挤压、位移等情况。

工程范围内应做好地面防排水设施，注意施工用水的排泄工作，尤其是地势低洼，易积水、汇水地段，土石方施工前应做好路基排水，设置横向排水坡，防止路基积水，影响路基工程施工质量。

路基填筑过程中，应采用重型压路机分层碾压至要求的压实密度，并注意两作业区之间的纵向搭接，碾压完成后做好土体的防风、保湿、防水等方面工作。

6结语

综上所述，膨胀土路基具有一定的危害性，一旦产生病害后期难以修复，所以在设计过程中应给予足够重视，着重表现在基床处理、坡面防护及坡脚加固等方面。设计人员应严格遵守相关设计规范要求，根据工程实际情况，采取积极有效的应对措施，优化膨胀土路基及边坡的设计治理方案，在确保工程安全性、经济性的同时，将膨胀土路基病害降到最小程度。

参考文献

[1]陈雷.膨胀土路基设计及施工综述[J].路基工程，2001(5)：35-37.

[2]郭书云.铁路膨胀土路基的设计研究[J].山西建筑，2009(15)：270-271.

[3]TB 10001-2005，铁路路基设计规范[S].

[4]铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册——路基[M].北京：中国铁道出版社，1995.

Discussions on Expansive Soil Embankment Design of Qingfu Line

GU Ning

(China Railway Shanghai Design Institute Group Hefei Co.，Ltd.，Hefei，Anhui，230000)

Abstract：The expansive soils have the characteristics of water-absorption swelling，dehydration shrink-age as well as repeated expansion and contraction deformation，and it has certain dangers as the rail-way embankment fillers.With new second line construction of Qingfu Line Xulou-Qingting Segment as the example，this article introduced the design methods and construction requirements of expansive soil as embankment fillers.

Key Words：Railway embankment；Qingfu Line；Expansive soil；Design；Construction

收稿日期：2015-02-08

文章编号：1673-4874(2015)02-0049-04

中图分类号：U213.1+4

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.02.013

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