李峰

【摘要】 本文結合新建吉林至琿春鐵路重點控制工程JHSKⅡ標路基排水的施工實踐，闡述了季節(jié)性凍土地區(qū)高速鐵路路基防排水設計情況。

【關鍵詞】 季節(jié)性凍土路基防排水地表排水基床排水地下排水

1、前言

隨著我國鐵路經(jīng)濟的發(fā)展，全國各地加速鐵路建設，我國東北地區(qū)的高速鐵路項目近年來也陸續(xù)開工和通車，而東北地區(qū)冬季漫長，屬于季節(jié)性凍土地區(qū)，如何處理嚴寒地區(qū)的防凍脹問題是路基施工的一大難點，路基防排水則是處理防凍脹問題的關鍵。本文以新建吉林至琿春鐵路重點控制工程JHSKⅡ標路基排水施工為例淺談季節(jié)性凍土地區(qū)高速鐵路路基防排水設計。

2、工程概況

新建吉林至琿春鐵路設計時速為250km/h，全線鋪設有砟軌道，重點控制工程JHSKⅡ標位于威虎嶺剝蝕中低山區(qū)，山頂多呈渾圓狀，沖溝發(fā)育，屬淺切割區(qū)，植被發(fā)育，森林茂密。本區(qū)屬北亞溫帶濕潤半濕潤大陸性季風氣候。按照對鐵路工程影響的氣候分區(qū)，該區(qū)為嚴寒地區(qū)。夏季短促溫暖，冬季漫長酷寒，春季干旱多風，秋季涼爽，四季分明。年平均氣溫4.0～6.8℃，1月平均氣溫-10.3～-23.4℃；極端最低氣溫-29.2～-42.5℃，年平均降水量528～670mm，主要集中于6～8月。土壤最大凍結深度：184cm，每年從10月開始凍結，次年4月開始融化。

3、路基排水總體設計

路基應有良好、完善的排水系統(tǒng)。排水設備應布置合理，與橋涵、隧道、車站等排水設備銜接配合，有足夠的過水能力，保證水流暢通。排水工程應結合具體條件，適當加強路基的橫向排水設施，并及時實施，防止在施工期間因地表水及地下水的侵入而造成路基松軟和坡面坍塌。

3.1地表排水設計

（1）對路基有危害的地面水，通過設置側(cè)溝、天溝、排水溝及邊坡平臺截水溝，將水攔截引排至路基范圍以外，防止水流沖刷路基。

（2）側(cè)溝、天溝、排水溝或截水溝排水設施過水截面尺寸根據(jù)流量計算。并考慮路基面排水、邊坡排水和附屬排水系統(tǒng)的銜接。

（3）當路堤邊坡采用截水骨架護坡時，兩側(cè)邊坡截水槽即為路堤順邊坡向的橫向排水槽。采用混凝土空心磚植草防護地段設順邊坡向的橫向排水槽，深0.2m，間距10.0m左右，采用C25混凝土預制構件。

圖1 截水骨架護坡

（4）排水溝：路堤地面橫坡明顯地段，排水溝可在上方一側(cè)設置，若地面橫坡不明顯，宜在路基兩側(cè)設置。排水溝平面應盡量采用直線，如必須轉(zhuǎn)彎時，其半徑不小于10～20m，排水溝的長度根據(jù)實際需要而定。排水溝一般采用梯形溝，膨脹巖土地區(qū)路堤坡腳平臺及排水溝下設三七灰土墊層。排水溝出口位置應保證將水引排至路基以外，防止沖刷路基。

圖2排水溝

（5）側(cè)溝：側(cè)溝采用C25鋼筋混凝土矩形蓋板溝，側(cè)溝蓋板采用鋼筋混凝土預制。膨脹巖（土）地段，側(cè)溝及側(cè)溝平臺下部均需設置三七灰土墊層。

圖3側(cè)溝

（6）天溝：路塹地面橫坡明顯地段，可在上方一側(cè)設置天溝，若地面橫坡不明顯，宜在路基兩側(cè)設置。當路塹頂部無棄土堆時，天溝內(nèi)邊緣至塹頂距離不宜小于5m。天溝采用鋼筋混凝土預制板；膨脹巖（土）、順層地段塹頂至天溝采用混凝土封閉，塹頂封閉平臺及天溝下設三七灰土墊層。對于塹頂坡面較陡的天溝，采用矩形天溝。

圖4天溝

（7）平臺截水溝：路塹邊坡平臺截水溝采用0.40m×0.40m的矩形溝，一般采用混凝土澆筑。

圖5平臺截水溝

（8）路塹側(cè)溝的水流不宜經(jīng)隧道排出。隧道洞口的反坡排水結合隧路剛性過渡段的設置，起點水溝斷面取0.4m深。在深長路塹和反坡排水困難的地段，當側(cè)溝深超過1.50m、寬超過0.80m，以及谷地路塹地段，通過增設涵洞及采用鋼筋混凝土排水溝，將側(cè)溝水盡快引排至路基外。

（9）排水溝、天溝下設置砂漿找平墊層，接縫水泥砂漿強度不低于M10。

3.2基床防排水設計

（1）基床及護肩排水

1）基床表水經(jīng)護肩頂面匯流于路塹側(cè)溝或路堤兩側(cè)攔水坎或截水槽，路堤地段表水再經(jīng)路堤邊坡的橫向排水槽（每隔10m一處）或截水槽引入排水溝或路堤坡腳外。

2）路基基床底層頂部設0.2m厚中粗砂內(nèi)夾鋪一層兩布一膜復合土工膜隔斷層。

3）電纜槽采用橫向排水，分別于中隔板、外側(cè)壁下部設泄水孔，底部設洗凈碎石排水層，沿電纜溝底及護肩底處分別設置泄水孔（φ0.08m），縱向每2.0m設一個，將電纜溝及基床底積水引排至側(cè)溝。

重點強調(diào)兩點，一是路肩底處泄水孔，應放置在基床底層頂面兩布一膜的上方；二是如果電纜槽兩道泄水孔口高于電纜槽底，導致電纜槽內(nèi)積水并下滲，需在電纜槽底澆筑一定厚度M10水泥砂漿，以使電纜槽內(nèi)底部，沿線路方向和橫向排水順暢不積水。

電纜槽與表層級配碎石、接觸網(wǎng)基礎或護肩銜接處存在施工縫隙時，采用C25混凝土填充密實。每節(jié)電纜槽縱向連接處填塞M10水泥砂漿或瀝青砂漿，以防電纜槽內(nèi)積水下滲。

4）接觸網(wǎng)基礎頂面不得高于路肩阻礙路基面上水的排出。

（2）基床及護肩排水細部設計圖

1）圖6、圖7分別為路堤和路塹護肩排水詳圖。

圖6 路堤護肩排水詳圖

2）若路肩底泄水孔排水不暢，電纜槽內(nèi)積水下滲會加重路基凍脹，鑒于此考慮，在未施工電纜槽地段，需在電纜槽下部及靠線路一側(cè)包裹一層兩布一膜隔水層，防止電纜槽內(nèi)積水下滲。詳細設計見圖8。

圖7 路塹護肩排水詳圖

圖8 電纜槽下部及靠線路側(cè)包裹一層兩布一膜隔水層設計圖

3.3地下水防排水設計

對于路基有危害之地下水（基巖裂隙水、淺層滯水），通常會導致路塹基床積水、基底軟化、路基凍脹、邊坡滲水、邊坡掛冰、邊坡凍脹變形、邊坡溜坍等病害，根據(jù)其性質(zhì)和特征設置明溝、邊坡支撐滲溝、截水滲溝等防排水設施，特別是順層路塹、膨脹巖（土）路塹、地下水發(fā)育路塹須加強引排水措施。

（1）支撐滲溝

1）支撐滲溝的深度a≥凍結深度+0.25m，設置位置應結合現(xiàn)場開挖邊坡的高度、地層巖性、風化破碎程度和地下水發(fā)育情況綜合考慮設置。

2）支撐滲溝斷面采用矩形，沿線路縱向間距按照具體工點設計。兩側(cè)及尾端設置厚0.1m的無砂混凝土板，板后鋪設一層透水土工布；支撐滲溝內(nèi)充填干砌片石，基礎采用M10漿砌片石砌筑；最下一層基底鋪C25混凝土防滲層，防滲層與坡面最近距離a滿足凍結深度+0.25m。

3）支撐滲溝位于主骨架之間，當支撐滲溝直接與側(cè)溝平臺下滲溝相接時，滲溝設在邊坡防護基礎外側(cè)，埋深滿足a=凍結深度+0.25m。當支撐滲溝與擋墻相接時，盲溝設在墻趾相接處，與擋墻之間均以洗凈碎石充填。擋墻內(nèi)埋設PVC排水管將支撐滲溝水引排到側(cè)溝平臺下盲溝。PVC管口包透水土工布。平臺下滲溝管底高程低于擋墻內(nèi)排水管口不小于0.2m。

當支撐滲溝與樁板墻相連時，支撐滲溝設在板的位置，在滿足板底至開挖線最小距離a的情況下，按1：0.5的坡度開挖，寬度與支撐滲溝相同，用干砌片石回填，與盲溝相接。

4）支撐滲溝頂部設0.3m厚的M10漿砌片石，上部培土，厚度0.3m。

圖10 支撐滲溝詳圖

（2）截水滲溝

1）截水滲溝設在側(cè)溝平臺下，滲溝寬1.2m。其中外側(cè)設無砂混凝土板厚0.1m，內(nèi)充填洗凈碎石，下設C25混凝土基礎，厚0.2m，其上設φ0.315PVC帶孔雙壁波紋滲水管，在滲溝四周鋪設一層土工布反濾層。滲水管頂埋深不小于凍結深度+0.25m。

2）橫穿路基的排水管，采用直徑為0.5m的預制鋼筋混凝土圓管，管底縱坡為5‰，基礎為C25混凝土。

3）為保證冬季排水通暢，滲溝出水口采用掩埋式錐體保溫出口。保溫出口應選擇距線路一定距離、地勢開闊、落差大、而且朝陽避風的地點，形成一個既能保溫又能泄水的蓄水帶，自然的向低洼處排水。

4）保溫出口為頂寬3.0m，兩側(cè)及出水端部坡率1：2的錐體，其端部邊坡及兩側(cè)邊坡，于XPS保溫板外夯填黏性土，厚1.0m。保溫出口四周邊坡（端部、頂部及兩側(cè)）均采用種植紫穗槐防護。

5）于保溫出口處設明溝，底部0.8m，厚0.15m，溝深不小于1.0m，采用C25鋼筋混凝土預制板拼裝。

6）每30m設一處圓形檢查井，檢查井采用預制拼裝式，井蓋、井身及基礎采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

7）基床換填底與截水滲溝橫向需貫通，且截水滲溝基礎頂應高于基床換填底，以便盡快疏干基床中積水，詳見圖11。若基床換填底高于截水滲溝基礎頂面，需按要求加深截水滲溝。若施工中基床換填未與截水滲溝貫通，需挖除基床換填與截水滲溝間原狀土，按圖11施工。

8）截水滲溝應分段開挖分段施工，長大拉槽施工會影響塹坡穩(wěn)定，嚴重時會導致塹坡滑塌。

9）截水滲溝進水部分圓管埋設位置應盡量遠離填方坡腳，在路堤坡腳挖槽會對路堤穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

圖11 路塹截水滲溝與基床換填設計圖

4、結論

在季節(jié)性凍土地區(qū)，不光要有完善的地面排水系統(tǒng)，還要有地下排水系統(tǒng)，并且要把兩者有機的結合起來，形成合理的路基結構，與橋涵、隧道、車站等排水設備銜接配合。排水工程應結合具體條件，適當加強路基的橫向排水設施，并提前施工，避免在施工期間因地表水及地下水的侵入而造成路基松軟和坡面坍塌。本次地面排水與地下排水相結合的路基排水設計的運用取得了很好的效果，也為今后季節(jié)性凍土地區(qū)的高速鐵路路基防排水設計積累了經(jīng)驗。