对京包铁路提速条件下路基加固方法的探讨

2012-08-30 16:54:00 科学时代·下半月 2012年6期

王远松

[摘 要] 京包铁路在提速过程中,对铁路路基进行了路基加固,根据既有线路具体情况采取了不同的路基加固方法。本文对几种加固方法进行了分析,总结出每种路基加固方法的优缺点及适用范围,为铁路路基加固施工提供了一些理论依据。

[关键词] 提速铁路路基加固抬道基床换填土工膜土工格室

随着我国国民经济的发展,全国铁路运量不断提高,原有铁路的运行速度已远远不能满足经济发展的需求。全国铁路干线经过几次大提速,列车运行速度已达到了160km/h以上,京包铁路在这过程中也完成了提速工作。

列车提速后,原有线路条件不能满足列车提速的要求时,全面新建铁路新线投资巨大,在既有线的基础上对路基、道床、轨道、桥涵等诸多方面进行改造加固,是技术可行经济合理的有效途径。而路基是线路的基础,其稳定性是整体线路稳定的关键,因此对路基的改造和加固尤为重要。

对既有线路基而言,受动应力影响最大的是基床表层。对既有线路基基床进行改造,是提高路基承载力的重要途径。既有线路基基床的加固是路基改造的重点和难点。考虑到对行车的影响也可采用一些改善路基荷载条件的方法。京包线加固的主要方法有如下几种:

一、抬道

1、作用机理

抬道可使基床与原基面之间增加一层厚度等于抬道量的碎石层,将上部传来的荷载扩散,使作用在原基面的应力降低到能承受的水平,并增加基床刚度、减少基床所受动荷载作用。

2、适用范围

抬道适用于较长线路段上基床病害比较严重,且病害集中,整体路基状态不良,对行车安全影响大。

3、注意事项

抬道的工作需进行整体规划,抬道的大小受线路坡度、标高及线路纵断面的影响较大。

4、优缺点

抬道对基床病害整治彻底,整治后线路状态好。但施工范围大,施工时间较长,对行车影响大,经济造价较高。

二、基床换填

1、作用机理

对于已经发生下沉外挤或深陷槽(道碴囊)病害的软弱基床,可采用基床表层换填方案,换填厚度视软弱层厚度而定,一般为50~60cm,换入填料应为级配良好的碎石土或中粗砂,也可对原基床土进行改良形成改良土。

换填不仅能提高基床表层强度,还可防治翻浆冒泥病害。据研究,换填厚度50cm或以上时,可消除因土质不良引起的翻浆冒泥。若换填料为碎石土或中粗砂等渗水土,须做好基床的横向排水。通常的做法是在换填层的底部设好横向排水坡,在换填层与浆砌片石路肩之间设置干砌片石反滤层,路堑地段侧沟必要时还需加深改造。

2、适用范围

对局部段落或没有条件抬道的路基,换填应该是最好的加固措施。

3、注意事项

换填时要保证在各结构层变化处设置可靠的隔离层,避免形成道碴囊。

4、优缺点

换填法对基床病害整治比较彻底,但其施工强度大,周期长,对既有线运营干扰大。

三、铺设土工膜封闭层

1、作用机理

在基床翻浆冒泥地段,或基床土质不良(IP≥12,WL≥32%)而强度足够,具备产生翻浆冒泥病害条件的地段,可在基床表面铺设土工膜封闭层。土工膜封闭层的作用是阻隔地表水渗入基床土,减弱动荷对基床土抽吸作用,因而可防治翻浆冒泥病害。当地下水位较高时,要加深侧沟或设纵向渗沟降低地下水位。

2、适用范围

适用于各种土质、石质基床的基面翻浆冒泥病害的整治,但基床土强度不足时不宜采用土工膜封闭层。

3、注意事项

采用土工膜整治基床翻浆的工程效果如何,关键在于土工膜的工程性能指标。铺设土工膜的施工需采用架空轨道限速慢行或的结合线路封锁(如施工“天窗”)方式进行。

4、优缺点

其工程造价与基床换填渗水料的工程造价相比,仅为60%;且铺设土工膜封闭基床的方法设计简单、施工方便、寿命长、效果好。

四、土工格室或土工格栅加固基床

1、作用机理

在道碴的底层或路基面顶层设置土工材料如土工格室或土工格栅等,其作用就是分散应力,减少路基面直接承受的动应力,并使传递的应力均匀,而且加筋料在路基面顶层对填土形成约束作用。这是一种浅层的基床加固方法,加固力度有限,只适用于地下水位较低或地下水位虽高但排水条件较好地段路基,其底面与填筑土分界面必须设置较好的隔离层,以免下层土流失。

2、注意事项

目前土工格室用于既有线的下沉病害整治仍是一个较新的课题,仍存在着两个问题,这就是使用不同参数的土工格室的效果差异和土工格室整治路基基床病害的合理、可靠的设计方法。

3、优缺点

土工格室作为土工合成材料的一种,是近年发展起来的一种行之有效的整治路基基床下沉病害的方法,作为一种新型的立体土工合成材料,以其强度高、韧性好、施工简易等特性在铁路、公路路基病害的防治处理方面都取得了很好的效果。铺设土工格室的施工需采用架空轨道限速慢行或结合线路封锁(如施工“天窗”)的方式进行。其工程造价与基床换砂(含降沟)的工程造价相比,约为后者的82%,且前者的工期可节约50%,对行车的干扰大为减少。经过实践证明,铺设土工格室整治基床下沉外挤病害的后期效果好,有效地减少了线路维修养护工作量。因此,土工格室具有广阔的应用前景。

五、挤密桩

1、作用机理

提速改造中大量采用的是挤密桩加固法,即按复合地基加固原理对路基基床进行加固处理,如水泥土挤密桩、石灰土挤密桩。它是利用列车间隙时间施工,用机具在基床表层成孔,再分层装填水泥土或石灰土,并用橄榄锤分层击实,从而使桩体和桩间土挤压密实,形成复合地基,达到提高承载力的目的。

2、注意事项

挤密桩方法施工简单,但是它只能起到提高承载力的作用,未能改变土质。对于细粒土填筑的路堤,以挤密桩处理基床时,虽然从计算和静载试验上来看满足静承载力的要求,但由于没有从根本上解决桩间土的颗粒细度等性质的问题,仍有可能产生翻浆冒泥等病害,而进一步观察和研究。

3、优缺点

这种加固方法简便,对行车干扰小。

六、综合及其它措施

一般情况下,基床病害均不由单一因素引起,另一方面,当基床病害较严重,采用单一的加固措施也难以达到目标,或施工难度过大,施工安全无法保证,难以实施。在此条件下,可使用多种工程措施进行综合加固,充分发挥不同加固措施的工程特性,实现技术先进、成熟、可靠、有针对性,经济环保地进行基床病害整治。如对于较厚的高液限基床软弱土层,或基床的道碴陷槽较深且宽时,过去的整治经验已表明,采用诸如基床浅层换填、基床表层封闭、在基床表层铺设土工合成材料加筋垫层(土工膜、土工布、土工格栅、土工格室等)等工程措施的效果和耐久性均不令人满意,而深换填又存在施工难度过大,施工安全无法保证,难以实施的问题。对此,基床表层可采用换填水平向加筋垫层,基床底层可采用植入铅垂向细密短桩的综合加固方案,充分发挥加筋垫层的浅层和桩基的深层加固特性,实现既能解决基床表层的翻浆冒泥问题,又能使基床底层的软弱土层得到加固。

此外,注浆也是一种可行的办法,但其适应性较差,在渗透系数的土壤中较难注入和均匀性差,工艺有待改进。

按上述方法进行路基加固前,应对既有线路基病害进行综合细致的分析和总结,找出病害的 根本原因,选择合理的加固方法。但是路基病害产生的原因往往不是单方面因素,所以路基加固方法也不能是简单的、单一的,应采用多种或综合加固方法。在有条件的情况下,尽可能对路基进行改造,减少路基病害产生的根源。换填基床填土(采用级配良好的碎石土),加强基床填土的强度,并重新设置防、排水设施,可以从本质上防止病害的发生和发展。

路桥过渡段、路涵过渡段、路堤路堑过渡段是路基受力的薄弱环节,按上述方法加固后,既有线提速运行时,仍要形成新的病害,故应对上述部位进行重点观察与监测,发现问题及时处理,防止行车事故的发生。对上述部位合理有效的加固方法需进一步研究。

参考文献:

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