李晏 王富昆
摘要隨著鐵路運營時間的推移,既有線路基狀態(tài)存在著參差不齊的情況,部分路基可能存在有各種各樣的嚴(yán)重病害。以大準(zhǔn)線K30+050~K31+200路基病害為例,對路基部分病害的產(chǎn)tk)i,因進行分析,并對病害整治方案進行研究。
關(guān)鍵詞:大準(zhǔn)鐵路;路基;病害原因;整治技術(shù)
中圖分類號:u2
文獻標(biāo)識碼A
文章編號2095-6363(2017)04-0077-03
鐵路路基病害問題一直困擾著我國鐵路技術(shù)人員,給我國經(jīng)濟造成了巨大的損失,同時給鐵路的正常運營和維護造成了極大的困難。其中,鐵路路基凍害是一個具有挑戰(zhàn)性的難題,迫切需要鐵路相關(guān)技術(shù)人員來解決。大準(zhǔn)鐵路作為我國第二條開行萬噸的列車鐵路,在大同市一準(zhǔn)格爾旗薛家灣的煤炭運輸線上起著關(guān)鍵的作用。因此,鐵路沿線路基病害問題不容忽視,需要重點關(guān)注。
根據(jù)大準(zhǔn)鐵路公司的維修養(yǎng)護資料,大準(zhǔn)鐵路經(jīng)過多年的運營,從2005年以來,沿線鐵路路基病害正逐漸顯現(xiàn)出來,主要表現(xiàn)為凍脹變形不均勻、路基下沉、翻漿冒泥等形式,并且凍脹常常伴隨著路基沉陷、路基出現(xiàn)淤泥等病害,曾造成翻車事故。尤其是2013年一2014年間單股軌道凍脹量值最大達27mm,雖經(jīng)運營維修部門的日常養(yǎng)護和簡單處理操作,仍舊無法達到根治病害的目的,列車安全運行受到嚴(yán)重的影響。所以,治理大準(zhǔn)鐵路的病害問題是非常重要的,雖然有很多種治理方法可以選擇進行施工,但是這些方法要求的施工環(huán)境比較苛刻,對既有線正常運營會產(chǎn)生較大的影響。如何在不影響正常運營的情況下,是鐵路技術(shù)人員探索的問題,也是有效治理其路基凍害的一個難題。
1.路基病害及原因分析
1.1主要病害
該段路基位于十九溝車站站場區(qū)。該區(qū)段路基病害主要為停車股道之間積水、排水不暢問題而造成的凍脹病害。該站場區(qū)路基為三股道布設(shè),基床路拱向兩側(cè)為2%。其中在K30+080~K30+168區(qū)段為四股道,正線位于第Ⅱ股道,兩側(cè)為第1、3股道;該段線路區(qū)段內(nèi),在第1股道外側(cè)后期修建有整修車輛臨時停靠線,端頭設(shè)有機械設(shè)備庫房。
小里程左側(cè)區(qū)段:根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),在臨時??烤€與第1股道之間屬于低洼區(qū)域,有淤泥積水痕跡,地面潮濕目前水流無法正常排出路基場區(qū)。四條股道之間沒有完善的排水設(shè)施,造成排水不暢,雨季地表雨水在股道之間漫流、淤積。全區(qū)段在第l、3股道外側(cè)設(shè)有路基側(cè)溝排水,但3條股道之間沒有完善的排水設(shè)施,造成排水不暢,雨季地表雨水在股道之間漫流、淤積,最大凍脹量達15mm~18mm。
1.2原因分析
在K30+080~K30+168區(qū)段路基病害形成的主要原因為排水不暢而造成的。站場區(qū)股道之間較大的匯水區(qū)域沒有完整的排水系統(tǒng),地表水匯集后,漫流、淤積,基床路拱受長期運營已經(jīng)不平整,地表水下滲后聚集在路基道碴陷槽內(nèi)并浸蝕路基本體,致使填料的力學(xué)性能降低,路基承載力而造成路基軟弱而發(fā)生下沉變形等病害。由于路基基床填料以粉質(zhì)粘土等細顆粒土為主,受水浸泡后易形成路基承載下降或變形下沉,冬季產(chǎn)生凍脹,夏季出現(xiàn)融化下沉等病害,長期反復(fù)作用將使路基條件惡化。
該地區(qū)年最低溫度大約為-30百度C,基床表面不平整,排水不暢,無法排除地下水。又由于出露地層從上至下以此為黃土、塊碎石土、泥巖風(fēng)化物及強風(fēng)化泥巖,降雨宜積存于泥巖(風(fēng)化物)項部,故導(dǎo)致在線路路床以下積水,造成地表水匯集基床細顆粒土表層,冬季容易結(jié)冰使路基鼓脹,從而抬高股道,造成凍害;夏季解凍后路基又產(chǎn)生融化下沉、翻漿冒泥等病害。
2.路基病整治措施
2.1蓋板排水溝
在K30+132~K31+168段左側(cè)、K30+450~K31+180段左側(cè)K30+080~K31+190段右側(cè)設(shè)置C20片石混凝土蓋板水溝,總長度1866m,排水溝自兩端開挖外接水溝(或由c1)80cm鋼筋混凝土管)引出,引溝可根據(jù)現(xiàn)場具體地形條件靈活設(shè)置。蓋板水溝斷面呈矩形,寬度0.8m,深度2.0m,厚30cm,采用C20混凝土澆筑。側(cè)溝頂設(shè)C25鋼筋混凝土蓋板,板厚8cm。排水溝兩側(cè)設(shè)置礫石反濾層,反濾層厚度40cm。排水溝溝壁上設(shè)置中100滲水孔,間距1m,梅花形布置。
由于該排水滲溝兼起排水和疏干排水孔的施工空間,故斷面尺寸較大,水溝較深。為防止水溝在兩側(cè)土壓力下發(fā)生破壞,在水溝中設(shè)置肋墻支撐,肋墻沿水溝方向間距2m,肋墻采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)澆。
2.2疏干排水孔
在K30+080~K30+450段右側(cè)側(cè)溝內(nèi)上傾布設(shè)一排疏干排水孔,孔深12m,孔口距溝頂1.5m,水平間距1m,仰角為5。,共370孔;在K30+450~K31+050段右側(cè)側(cè)溝內(nèi)上傾布設(shè)一排疏干排水孔,孔深13m,孔口距溝頂1.5m,水平間距1m,仰角為5°,共600孔;在K31+050~K31+190段右側(cè)側(cè)溝內(nèi)上傾布設(shè)一排疏干排水孔,孔深14m,孔口距溝頂1.5m,水平間距1m,仰角為5°,共140孔;在K30+132~K30+168段左側(cè)側(cè)溝內(nèi)上傾布設(shè)一排疏干排水孔,孔深12m,孔口距溝頂1.4m,水平間距1m,仰角為5°,共34孔;在K30+250~K30+450段左側(cè)坡體上上傾布設(shè)一排疏干排水孔,孔深14m,孔口距線路軌面2.45m,水平間距1m,仰角為5。,共200孔;在K30+450~K31+180段左側(cè)側(cè)溝內(nèi)上傾布設(shè)一排疏干排水孔,孔深12m,孔口距溝頂1.4m,水平間距1m,仰角為5°,共730孔;將路基中地下水排至該新建側(cè)溝或中或坡體外排出。排水孔終孔孔徑為φ110mm,內(nèi)置中φ100高強透水軟管。
2.3灰土樁
灰土樁的主要原理是先成孔后填土,根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(GB50007 2001)》通過鉆孔設(shè)備成孔,目的是橫向擠密樁間土,然后在樁孔內(nèi)填入灰土與活性摻合料,并與樁孔形成樁體,提高樁間土的強度。在K30+080~K31+180段路基左右側(cè)各設(shè)置兩排灰土樁,上排樁與豎向夾角75°,樁長4.5m;下排樁與豎向夾角65°,樁長3.5m,沿線路方向間距1m,灰土樁樁徑采用φ300mm,各490孔。樁頂標(biāo)高為基床標(biāo)高。利用生石灰的吸水特性,將基床淺層3m范圍內(nèi)的填料含水量進行有效降低,同時灰土樁身與經(jīng)加固的樁間土結(jié)合為一體,對路基填料的特性進行改善。灰土樁的主要固化劑為生石灰,摻合料選用粉煤灰。生石灰與摻合料的體積比為1:2,樁項0.5m范圍內(nèi)生石灰用量可酌情減少1/3。當(dāng)基床中粉質(zhì)粘土的含水量大于30%時,生石灰的比例可適當(dāng)增加。當(dāng)施工完成的灰土樁,必須要用加固的密封材料,密封材料的含水量要適當(dāng),為了地面水早期不侵入樁頂,樁身也能夠維持較高的強度,因此,密封材料的高度應(yīng)該比原來的更高一些。
2.4擋土墻
在K30+920~K31+050段將右側(cè)原有擋墻,拆除后在新建水溝外側(cè)重新設(shè)置擋土墻,墻高3.5m,頂寬0.75m,胸坡坡率1:0.15,背坡坡率1:0.05,基底設(shè)置反坡坡率為0.1:1,擋土墻總長102m;擋土墻采用C20混凝土現(xiàn)場澆筑。
3.施工注意事項
3.1疏干排水孔施工
1)首先開挖水溝,再開挖基坑,然后對開挖后的基坑實施臨時性支護。為了保證基坑的安全,排水孔兩側(cè)要采用木支撐或者是鋼支撐進行支護。如果遇到坍塌嚴(yán)重的地方,可以采用短錨桿以及臨時噴射混凝土支護,若遇到特殊情況,應(yīng)及時與設(shè)計單位進行溝通,以便確定支護方案。在水溝開挖完以后還可以進行排水孔施工,透水軟管及PVC管應(yīng)該預(yù)留在水溝砌體的部分。
2)必須保證疏干排水孔按設(shè)計施工,誤差不大于10cm。因此造孔過程中注意鉆孔偏移,應(yīng)隨時調(diào)整,力求按設(shè)計方向鉆孔。如遇現(xiàn)場實際斷面與設(shè)計斷面不相同時,應(yīng)以現(xiàn)場尺寸來確定排水孔孔口位置,在坡面或多功能側(cè)溝中的,同時可以確定排水孔的長度。
3)在埋深較淺的地方和在路基體內(nèi)設(shè)置排水孔,鉆孔過程對線路影響較大,因此成孔嚴(yán)禁采用開水鉆,防止水進入路基,造成路基下沉。對于有可能發(fā)生塌孔的地段,采用的方法是跟管鉆進,以免影響線路的正常運行。
4)因巖土工程受多種因素影響較為復(fù)雜,一般要求動態(tài)設(shè)計、信息化施工,因此鉆孔過程中應(yīng)該隨時觀察出碴情況,確定其粘粒的含量以及含水量,以便進行現(xiàn)場研究后作出調(diào)整深度、排水孔間距等的決策。
3.2灰土樁施工
1)為了提高施工的效率,不影響施工進度,首先要清理施工現(xiàn)場,使施工過程中更方便快捷,其次保證地下的電力設(shè)施以及相關(guān)的電力線路保持通暢。同時還要注意不要讓場地大量積水匯聚而引起流通不暢,如果要保證不出現(xiàn)此類情況,首先要做好相關(guān)的排水措施,確保地表水排水通暢,還要對材料的堆放以及現(xiàn)場堆放道碴安排計劃。其次在現(xiàn)場進行土體采樣,并在實驗室測定其各項指標(biāo),如含水率,孔隙率等指標(biāo),作出試驗報告,判斷是否滿足施工要求。
2)根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(GB500072001)》表明,灰土樁成樁施工的工藝包括機械與人工夯實成樁、螺旋反壓與沉管反插成樁等。當(dāng)基床頂面的填料存在較大的含水量時,應(yīng)該每成樁一個然后間隔一個,不宜連續(xù)成樁?;彝翗妒┕た刹捎寐尻栫P或機械成孔,成孔孔徑300mm,根據(jù)上述規(guī)范規(guī)定,3:7灰土夯填后孔徑不小于300mm。成孔過程中要防止沖孔傷人,確保施工人員的安全。成孔完成后,軟式的排水管應(yīng)該馬上順直安放,使排水通暢。安放前,在排水管的端部安裝導(dǎo)向帽,又因為透水軟管剛度不大,用鋼絲緊緊綁扎并將軟管放在導(dǎo)向帽上。軟式排水管管外層強力特多龍紗宜減少照射時間,在拆箱后盡量避免暴曬,且低于48h。
3)對于高強度的基床填料,生石灰應(yīng)該減少其用量,不然土的結(jié)構(gòu)將會遭到破壞,加固效果受到較大的影響。當(dāng)樁孔開始夯填時,地下水會向下滲入孔內(nèi),因此應(yīng)該采取必要措施。比如消除地下水的滲入,或者是用抽水泵抽調(diào)孔內(nèi)的水,才能進行填料配制。配制時孔內(nèi)灰土體積比例為3:7,填料厚度不超過400mm,而且還要應(yīng)該進行人工壓實。根據(jù)現(xiàn)場實際情況以及相關(guān)規(guī)范規(guī)定,對灰土樁的樁位實際情況做少量調(diào)整,其偏差不宜大于0.5d。在進行拌合前應(yīng)充分過篩灰土,粒徑不應(yīng)超過15mm。為了使生石灰與摻合料反應(yīng)充分,應(yīng)該選用新鮮的生石灰塊作為石灰材料,生石灰的儲存與保管中應(yīng)該注意防火防水防雨等相關(guān)措施,進入場地的生石灰,應(yīng)該做到隨時可以取用。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定,其中在石灰材料的有效含量的部分中,應(yīng)該高于70%的氧化鈣含量,但是其中消石灰的含量要小于15%。為確?;彝翗兜氖┕べ|(zhì)量,應(yīng)控制灰土樁的樁身密度。摻合料的含水量應(yīng)該保持一個平衡度,不宜過多也不宜過少,過多會造成沖孔現(xiàn)象,過少又會造成不易夯實的現(xiàn)象,當(dāng)爐渣或粉煤灰等摻合料被使用時,應(yīng)該控制在30%左右的含水量。灰土樁施工參數(shù)、填料配制等相關(guān)要求可以結(jié)合規(guī)范進行參考。
4)施工過程中要加強管理并且制定管理規(guī)章制度,確保施工順利進行和施工質(zhì)量的高效完成以及保障施工人員的安全。同時,施工過程時難免會造成污染問題比如粉塵污染問題等,不僅會影響施工的進度,還會干擾既有線的列車,所以環(huán)境問題要特別注意。施工時如果出現(xiàn)環(huán)境污染問題,要采取一些相應(yīng)的防治措施,如給施工人員配備防塵用品,利用噴水對揚塵進行及時清理。還需注意控制設(shè)備噪音等問題。
3.3蓋板排水溝施工
1)當(dāng)開設(shè)計標(biāo)高的開挖已經(jīng)達到斜坡末端時,必須保證溝渠底部平坦,排水的坡度一定要得到保證。總體上以目前線路排放是就近排放的原則,主要還是以排水系統(tǒng)為主。當(dāng)水溝基底為含水量高的粉質(zhì)粘土?xí)r,基礎(chǔ)承載力的施工要求就不能達到。所以,必須采用砂礫石換填基礎(chǔ),基礎(chǔ)換填厚度為0.5m~1m,目的是提高基礎(chǔ)承載能力。
2)為了保證安全,必須分段作業(yè)進行開挖,要采用跳槽支撐,比如臨時木結(jié)構(gòu)支撐。支撐的基本特點是要便于拆卸和安裝,并可重復(fù)使用。開挖以及施工一段后(以10m為宜),根據(jù)相關(guān)要求規(guī)定,要繼續(xù)對相鄰段進行開挖,鋼筋砼肋墻強度必須達到設(shè)計強度的75%以上。
3)排水孔和外側(cè)反濾層要設(shè)置在蓋板水溝兩側(cè),而且蓋板排水溝發(fā)揮滲水功能的關(guān)鍵措施是反濾層,它不但可以使水溝的排水效果得到保證,而且還可以防止淤泥堵塞。盡管較小的工作量,施工反濾層時必須嚴(yán)格按設(shè)計要求施工,如果不按照要求施工,施工質(zhì)量下降,直接會影響排水溝的排水效果。
4)在清洗篩選以后的砂礫石,顆粒小于0.15mm的含量不超過5%,礫石粒徑5mm~20mm。
3.4擋土墻
1)擋土墻施工的主要過程:測量放線、基坑開挖、墻體和基礎(chǔ)施工、排水孔和護壁施工、混凝土養(yǎng)護和模板拆除、墻背回填土工作。
2)在雨季時,現(xiàn)場施工人員必須對地面進行防水以及排水措施,尤其是在擋土墻坡腳的施工時必須做好防水和排水措施,同時還要做好安全生產(chǎn)準(zhǔn)備工作,以防擋土墻的坡腳出現(xiàn)大量積水甚至被水浸泡,造成不必要的經(jīng)濟損失。
3)在施工現(xiàn)場,要對地形地貌、地質(zhì)條件進行審查和校對。墻體采用C20混凝土砌筑,水平通縫不應(yīng)該穿過墻身,而且混凝土強度要達到設(shè)計要求,還要對胸坡和墻頂進行抹面。
4)根據(jù)地質(zhì)條件,相應(yīng)的沉降縫在擋土墻中要被設(shè)置,寬度在2cm~3cm,縫內(nèi)采用有機復(fù)合材料填充,比如瀝青木板和馬絮等材料。
3.5施工中其他配合
1)在位于主干線和路邊兩側(cè)設(shè)置灰土樁時,這樣距線路更靠近,為安全起見,建議在天窗點時進行施工灰土樁,為確?;疖嚨陌踩\行,建議在基坑出現(xiàn)大面積塌方時,應(yīng)該對火車進行限速45kin/h,但是于一般情況下,在蓋板排水溝施工過程中不可以對列車進行限速。
2)施工前有關(guān)部門應(yīng)該知道四電的具體位置,其中包括通信、信號電纜的具體位置。在拆改四電時,為了避免施工的影響,應(yīng)該挑出架高,施工結(jié)束后再恢復(fù)在原地。部分單獨列出的費用,在具體施工中應(yīng)相應(yīng)支付。
3)在施工中應(yīng)有關(guān)部門和單位對生產(chǎn)安全質(zhì)量進行監(jiān)督管理以及保障技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)全過程準(zhǔn)確無誤,確保項目施工安全,高質(zhì)高效。
4.結(jié)論
目前,完成了大準(zhǔn)線K30+050~K31+200的路基病害整治工程,經(jīng)過各個方面的運營檢測以及管理監(jiān)督,使大準(zhǔn)鐵路路基病害治理達到了理想的要求。針對大準(zhǔn)鐵路復(fù)雜繁重的運輸任務(wù),我們務(wù)必提出新的施工技術(shù),系統(tǒng)地完善經(jīng)濟實用的改造方案,確保不受到現(xiàn)有線路運行的影響。對大準(zhǔn)線K30+050~K31+200的路基的處理措施,經(jīng)過專家們的溝通詳細交流之后,認(rèn)為該措施可行,也為此線路的類似病害治理提供相關(guān)的參考意見。