劉永存

(1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063； 2.鐵路軌道安全服役湖北省重點實驗室，武漢 430063)

現代鐵路軌道結構類型主要有兩種：有砟軌道和無砟軌道。無砟軌道由于具有良好的結構穩(wěn)定性、耐久性、少維修性、長期經濟性等技術特點，因而在高速鐵路中得到廣泛的應用[1-3]。近年來，隨著國內多條高速鐵路交付運營，取得了良好的社會效益，但在運營中發(fā)現了不少質量通病，整治過程中耗費大量的精力、物力及財力，也給高速鐵路安全運營帶來了一定隱患。

基床表面翻漿冒泥是高速鐵路主要病害之一[4]。對于無砟軌道路基，若線間排水不暢，地表水滯留在兩線間(圖1)，而兩線間以及路肩封閉層又設置了大量的縱、橫向伸縮縫，雨水便沿著封閉層伸縮縫滲入到混凝土底座下部的級配碎石層中。在高速列車的振動作用下，級配碎石層中自由水產生較高的壓力，引起承壓水從伸縮縫消散的同時，也流失了級配碎石層中細顆粒。隨著泵吸作用的加劇，細顆粒不斷流失，最終導致級配碎石層翻漿冒泥[5-7]。如圖2所示。

圖1 無砟軌道線間封閉層積水

圖2 無砟軌道線間翻漿冒泥

以國內廣泛應用的CRTS雙塊式無砟軌道為例，結合近年來路基無砟軌道防排水的研究成果[8-14]和既有線病害整治經驗[15-19]，對線間防排水進行系統(tǒng)研究，為無砟軌道防排水設計提供參考。

1 既有排水方案概況

路基地段CRTS雙塊式無砟軌道結構由鋼軌、WJ-8B扣件、SK-2型雙塊式軌枕、道床和支承層等組成。根據排水方式不同，分線間設置集水井和線間填平處理兩種方案。由于線間填平處理方式僅適用于直線地段無砟軌道線間排水，而且存在鋼軌銹蝕、后期病害由于封閉層覆蓋難以察覺等問題，目前已經很少采用。

線間設置集水井方案沿線路方向每隔約50m設置1處集水井，線間排水采用防排相結合方式。

防水方面：線間采用C25素混凝土封閉，最小厚度為100 mm。C25素混凝土每隔5m左右設置1處橫向伸縮縫。伸縮縫寬度為20 mm，深度為C25素混凝土厚度，采用閉孔聚乙烯塑料泡沫板填充，并采用硅酮填縫密封材料密封，密封材料尺寸為20 mm(深)×20 mm(寬)。C25素混凝土與支承層、底座(端梁范圍)縱向交界處，預留20 mm(深)×15 mm(寬)的縱向縫，采用硅酮填縫密封材料密封。

排水方面：道床板表面設置2%的排水坡，支承層兩側設置16%的排水坡。線間封閉層混凝土橫向設置10%的排水坡，縱向坡度設置與線路縱坡一致。區(qū)間線間排水設計見圖3。

圖3 既有區(qū)間路基線間排水方案(單位：mm)

受高鐵線路縱坡值的影響，位于小坡度值段的路基線間封閉層容易產生積水滯留，在高速運行動車組反復動應力影響下，是導致積水下滲，路基基床表面出現翻漿冒泥的主要原因。為避免路基地段無砟軌道線間封閉層積水，減少運營后線路路基病害，需對路基地段線間排水進一步優(yōu)化。

2 防水方案優(yōu)化

2.1 線間采用纖維混凝土

素混凝土能夠滿足線間封閉要求，但由于混凝土材料脆性大、變形適應能力差，導致防水封閉層易開裂，高速列車動荷載作用下將加速混凝土結構裂縫發(fā)展，降低其使用壽命。因此，可通過采取適當的措施減少微裂縫的發(fā)生、抑制裂縫的擴展，使裂縫存留在允許的范圍內。

目前纖維混凝土已廣泛運用于高速鐵路橋面防水層、隧道二襯、軌枕以及電纜槽蓋板中[20]，但運用于線間封閉層卻很少。根據武廣高速鐵路隧道內應用情況，纖維混凝土可改善早期抗裂性能、抑制后期裂紋發(fā)展及從整體上改善混凝土的服役期工作性能，應用纖維混凝土襯砌工作性能及外觀效果較好[21]。鑒于封閉層素混凝土存在同樣的缺陷，通過采用纖維混凝土可極大提高線間防水性能。

2.2 優(yōu)化封閉層橫向切縫嵌縫材料尺寸

既有方案線間C25素混凝土封閉層每隔5m左右設置1處橫向伸縮縫。伸縮縫寬度為20 mm，深度為C25素混凝土厚度，采用閉孔聚乙烯塑料泡沫板填充，并采用硅酮填縫密封材料密封，密封材料尺寸為20 mm(深)×20 mm(寬)。為增強嵌縫材料的密封防水性，可將嵌縫優(yōu)化成T形，詳見圖4。

圖4 線間封閉層橫向切縫嵌縫結構(單位：mm)

2.3 集水井附近配筋加強

目前線間集水井兩側封閉層普遍存在開裂現象，主要由于集水井位置消減了封閉層尺寸，產生應力集中所致。為避免集水井兩側封閉層橫向開裂，可對集水井兩側封閉層通過設置鋼筋網片進行加強。

3 排水方案優(yōu)化

3.1 加厚封閉層并在封閉層頂面形成縱坡排水

(1)當線路縱坡i‰<2‰時，考慮到小坡度段的路基線間封閉層容易產生積水滯留，可對其進行優(yōu)化，具體如下。

①當線路縱坡i‰=0(平坡地段)時，在兩集水井中部設置放坡頂點，往兩側集水井設置2‰的縱坡進行排水。封閉層厚度為一變值，放坡頂點處封閉層厚度為15 cm，集水井處封閉層厚度為10 cm，如圖5所示。

圖5 i ‰=0地段封閉層縱斷面(單位：mm)

②當線路縱坡02‰)。封閉層厚度為一變值，集水井處封閉層厚度為10 cm，如圖6所示。

圖6 0

③當線路縱坡1‰≤i‰<2‰時，在距較高側集水井5 m處設置放坡度頂點。放坡頂點至較低側集水井間封閉層頂面設置2‰坡，放坡頂點至較高側集水井間封閉層頂面設置j‰坡(j‰>2‰)。封閉層厚度為一變值，放坡頂點處封閉層厚度最大為14.5 cm，集水井處封閉層厚度為10 cm，見圖7。

圖7 1‰≤i ‰<2‰地段封閉層縱斷面(單位：mm)

(2)當線路縱坡i‰≥2‰時，可維持既有方案，縱向坡度設置與線路縱坡一致，見圖8。

圖8 i ‰≥2‰地段封閉層縱斷面(單位：mm)

加厚封閉層并在封閉層頂面形成縱坡排水可有效增強排水效果，現場實施的關鍵在于坡度控制，施工時須加強線間封閉層縱向排水坡度的施工質量控制，確保封閉層頂面縱向排水坡度不小于2‰，避免出現局部反坡或低洼。

3.2 加厚封閉層并在封閉層內部設置排水明溝排水

既有線線間封閉層病害整治中曾通過線間開槽、澆筑纖維混凝土并設置明溝方式排水[16]。鑒于改造過程中局部地段需清除部分基床表層級配碎石，排水明溝嵌入基床表層，破壞了基床表層的整體性及密實度，結合部一旦形成積水下滲將產生新的病害，新線不宜采用，需對其進行優(yōu)化。

結合既有線無砟軌道病害整治經驗，對線間排水方案進行優(yōu)化：加厚線間封閉層，同時根據線路條件(直線或曲線、平坡或坡道、集水井設置位置等)在封閉層內部增設排水明溝排水(圖9)。

圖9 無砟軌道線間排水明溝

(1)路基平坡地段(i‰=0)無砟軌道線間封閉優(yōu)化方案

路基平坡地段封閉層混凝土統(tǒng)一增厚至150 mm，并在線路中心線位置增設R=150 mm圓形排水明溝。圓形排水明溝內設置2‰縱坡進行排水，深度為一變值，由相鄰兩集水井中心向集水井位置遞增，兩集水井中部位置圓形排水明溝深度為0，集水井位置圓形排水明溝深度為50 mm，詳見圖10～圖14。

圖10 直線平坡地段線間封閉層設計(無集水井地段，單位：mm)

圖11 直線平坡地段線間封閉層設計(有集水井地段，單位：mm)

圖12 曲線平坡地段封閉層設計(無集水井地段，單位：mm)

圖13 曲線平坡地段封閉層設計(有集水井地段，單位：mm)

圖14 平坡地段線路中心線位置縱斷面(圓形排水明溝斷面，單位：mm)

(2)路基縱坡地段(i‰>0)無砟軌道線間封閉優(yōu)化方案

路基縱坡地段無砟軌道線間封閉層混凝土統(tǒng)一增厚至150 mm，并在線路中心線位置增設R=150 mm圓形排水明溝，圓形排水明溝坡度與線路縱坡一致，溝深50 mm保持不變，詳見圖15。

圖15 縱坡地段線路中心線位置縱斷面(圓形排水明溝斷面，單位：mm)

加厚封閉層并在封閉層內部設置排水明溝排水同樣可以有效增強排水效果。與加厚封閉層并在封閉層頂面形成縱坡排水方案相比，封閉層內部設置排水溝方案更容易產生裂縫，尤其是排水明溝與橫向切縫相交處，施工中須加強質量控制。

3.3 加密線間集水井

目前高速鐵路線間一般采用每50 m設置1處集水井進行排水，根據已運營高鐵調查情況，縱坡較小地段線間存在積水病害，因此，線路縱坡≤2‰時可適當加密集水井的設置，確保排水通暢。

4 結論

本文研究了路基基床表面翻漿冒泥的產生機理，并結合路基地段無砟軌道防排水的研究成果和既有線病害整治經驗，對高速鐵路路基地段雙塊式無砟軌道線間排水提出優(yōu)化建議，結論如下。

(1)受高鐵線路縱坡的影響，位于小坡度段的路基線間封閉層容易產生積水滯留，在高速運行動車組反復動應力影響下，是導致積水下滲，路基基床表面出現翻漿冒泥的主要原因。

(2)防水方面通過線間采用纖維混凝土、優(yōu)化橫向切縫嵌縫材料尺寸、集水井附近配筋加強等措施，可增強封閉層密封防水性，改善其早期抗裂性能、抑制后期裂紋發(fā)展，并從整體上改善混凝土的服役期工作性能。

(3)排水方面通過加密集水井、加厚封閉層并在封閉層頂面形成縱坡排水或在封閉層內部設置排水明溝排水均可有效增加排水效果，滿足線間積水快速引排的需要。