京九线粉土路基加固和病害综合防治

潘成杰

(上海铁路局 阜阳工务段，安徽 阜阳 236021)

1 设备概况

上海铁路局管内京九线路基土质变化大，填料由北向南分别为粉质黏土、砂黏土和膨胀土，其中K718+300～K748+300长30 km，属粉质黏土，路堤高度2～12 m，边坡种植紫穗槐防护，开通运营后少部分地段采用干砌或浆砌片石加固(表1)。

表1 京九线粉土路基边坡防护一览

2 病害类型特征

自1997年10月1日京九线投入临管运营以来，粉土路基病害突出，主要有边坡冲刷、边坡溜塌和基床陷穴等类型，具体表现形式有:

1)紫穗槐防护地段 受雨水冲蚀，坡面土体流失，在植物根部间形成冲沟或冲坑，直至把紫穗槐连根带走。

2)干砌护坡地段 水从坡面石缝流出，坡下土体被水淘空，片石砌体变形、下陷。

3)浆砌片石地段 雨水沿路基面流入护坡碎石垫层，淘空石砌坡面及基础下土体，粉土外流成堆，而砌体表面上并无大的变化、具有一定隐蔽性。

4)路基与桥涵结合部 护锥冲空，路桥结合部道心产生空洞，轨枕悬空。

5)其它 基建取土坑边坡未防护，土体流失造成护道宽度不足;部分地段路肩下沉宽度不足、道砟流失。

路基病害均在汛期暴雨天气集中发生，分布范围广、突发性强，对行车安全威胁大。比如1997年7月17日，亳州地区连降大暴雨，日降雨量达236 mm。京九下行线K724～K726发生粉质黏土路堤边坡多处溜坍，严重处所道床被冲空，多根轨枕悬空，中断行车9 h 53 min;1998年6月30日—7月2日，该地区连续降特大暴雨，累计降雨量320 mm，发生水害13处，其中路桥(涵)结合部基床2处陷穴中断行车1 h 40 min。

3 病害原因分析

粉土路基病害发生的原因与土质物理力学性质、列车动荷载、持续降雨量、降雨强度以及雨水流径等因素有关。

3.1 坡面冲刷

粉土中粉粒含量约占80%，以石英、长石为主;黏粒含量占15%，以蒙脱石、水云母为主。其内摩擦角大，黏聚力较低，土体渗透系数高，抗冲蚀性差。粉质黏土颗粒的分子间相互作用，水胶连接和结晶物质的作用较弱。当颗粒吸水后，颗粒间黏聚力和摩擦力减小，抗剪强度降低。列车动荷载作用下还会发生触变现象，以及在地表径流冲蚀搬运等综合作用下，坡面形成条状鸡爪冲沟或冲坑，雨量达到一定值时，还可能产生边坡溜坍和塌方。

3.2 潜蚀破坏

当粉土基床产生裂隙，雨水下渗，在列车动荷载下使自由水承受一定荷载，使其具有较高水压力，对周围土颗粒有渗透和劈裂作用，当自由水流出路堤时，水在路堤中形成通路，雨水定向汇集，产生水流潜蚀，导致边坡溜坍和砌体坡面下沉冲空。

3.3 路基陷穴

一般集中在桥台后、平改立线桥结合部，主要原因有两个:一是路基面与箱涵底高差3～6 m，水位高差大，在抽水、排水过程中，地下水下降，漏斗中心部位水位差加大，促进水在土体中的渗透与冲蚀作用，产生流砂现象。如果受暴雨作用，其颗粒间黏聚力、抗剪强度均降低，流砂将会从土体中较薄弱处形成通道涌出，形成潜蚀破坏，导致陷穴产生。二是路桥结合部回填土密实度不足，为潜蚀破坏创造了条件，易形成渗蚀通道，产生陷穴。

4 综合防治技术方案

统筹考虑以下三方面因素:

1)只有同时对基床边坡一并整治才能取得彻底整治效果。

2)对边坡护砌处理中反滤层的设置是关键，反滤层材料必须级配良好且厚度在0.2 m以上，如果反滤层不当，粉砂土可以从水孔流出，甚至穿过浆砌基础底部流出边坡。

3)处理基床陷穴，排水板隔断雨水下渗径流，以免雨水从路肩下渗，引发边坡坍塌。

通过多次现场调研，根据管内路基设备实际情况，经反复比选，制订京九线粉土路基加固和病害综合防治技术方案(表2)。

4.1 级配碎石覆盖路基边坡

粉砂土路基边坡病害的整治，自京九线投入运营以来，对粉砂土进行课题研究:路基边坡高度 H<5.0 m，采用级配碎石护坡，护坡设计厚度≥0.5 m，整治边坡冲刷、坍塌等病害。

技术要求和作用机理:边坡上覆盖的碎石厚度不小于0.5 m，粒径<5 mm的颗粒重量控制在70%以上;坡度在1∶1.5～1∶1.75，或在自然休止角范围内。瓜子片在自重作用下与坡面、地面土体形成平衡。当降雨时，雨水直接作用在瓜子片表面，减少了雨水对边坡土体表面的直接冲蚀，雨水与坡面以渗透方式接触。而瓜子片中含有粉末，这种粉状物遇水后与瓜子片形成保护壳，使基面和渗入的雨水沿坡面反滤流出坡脚。

碎石级配的技术要求:粒径 >5 mm，占总质量的28.1% ～31.6%;5～2 mm，占总质量的 34.2% ～43.3%;2.0～0.5 mm，占总质量的13.0% ～15.0%;0.5～0.1 mm，占总质量的 0.1% ～0.2%;粒径粗 <0.1 mm，占总质量的9.9% ～22.0%时，干重度平均在15.7 kN/m3左右，易形成柔性保护壳，利于表面生长草本、紫穗槐等植物，边坡处于稳定状态。

表2 京九线粉土路基加固和病害综合防治技术方案

用级配碎石对路堤边坡覆盖防护，施工简单，进度快;工程造价仅为浆砌片石、干砌片石护坡造价的30% ～40%。

4.2 种植香根草防护护道

因护道较窄，粉砂土易冲刷，故在该土质地段，防护栅栏外侧(取土坑边缘)栽植香根草，以减少水土流失。一般在护道顶面下0.5 m开始栽植，采取行距1.00 m，株距0.15 m进行栽植，每行分成2排，每穴栽植3株。每平方米栽植42株。在京九下行线K748+140～K748+660因坡面覆盖瓜子片，香根草不易成活，在栽植时分成二种方法，一种是开沟换土栽植，另一种是养生装栽植，以保证成活率。

4.3 铺设土工布封闭基床

对桥(涵)与路基结合部、立交桥排水设备渗漏和圬工护砌地段基床薄弱处所的基床陷穴病害，采用混凝土封堵空洞与封闭基床相结合的方法进行处理。

具体工艺流程:封锁线路→开挖道床→清理空洞(隙)→灌注混凝土并捣实→封闭基床→回填道砟→恢复线路。

1)混凝土灌注

路桥结合部由于施工工艺、结构特点和自然环境因素影响，往往存在空隙和空洞，必须将空隙填实。灌注材料采用 C10混凝土;配合比为水泥(普硅水泥325#)∶砂∶碎石 =1∶2.6∶4。

施工中应注意严格按配合比配制混凝土，充分搅拌，连续灌注，做到均匀、密实。

2)基床封闭

基床封闭就是在基床中换填中粗砂，砂层中铺设宽幅隔水材料，隔断雨水下渗。该方法既可用于既有病害的处理，控制接合部陷穴的发展，也适用于新顶进立交桥桥涵的两端路基的防护加固。

施工方法是人工分段开挖至路基面，垫砂铺布，回填道砟，恢复线路。技术要求:开挖深度不小于0.55 m，至基面，砂垫层厚度为0.25 m。采用土工布封闭基床，梁式桥土工布须铺设至桥台胸墙处，涵洞要全覆盖，土工布必须整平，宽度超过路肩外侧，深入路肩以下0.1 m，以利雨水从路基坡面排出。铺设位置距枕底不小于45 cm，中间搭接长度为0.5 m，下层垫砂厚0.15 m，上层垫砂厚0.1 m;基面及土工布设4%排水坡，土工布宜采用耐老化、韧性好的新材料。

5 实施效果与体会

2004 年—2008年，对京九线K718+300～K748+300粉土路基全部进行了综合加固处理，其中级配碎石覆盖边坡36.8 km，护道加宽11.8 km，线桥(涵)结合部陷穴防治16座，共计3.2 km、基床封闭2.3 km，完成香根草栽植30 km。

从多工点的实践来看，上述粉土路基加固和病害综合防治技术，经济、适用，工法简单，环境美观，竣工后经受住汛期多场暴雨考验，为京九线提速打下基础。

实践经验表明，综合考虑以下因素，对粉土路基加固和病害进行整治的成效才会事半功倍。

1)找准病因。要预防粉土路基病害应从水的条件进行改善，并相应从土质方面去解决，本着“标本兼治”的原则，找准病因，才能收到好的效果。

2)环境保护。为确保行车安全，必须积极整治粉土路基病害，但同时要充分考虑环境保护，使工程对环境的扰乱程度减少到最小，谋求人工构造物与自然环境相协调，采取植被防护和圬工防护相结合的方法。

3)综合效应。经验证明，把各种方法结合在一起综合应用，效果更好。另外，制订路基设备的检查方法，定期维修，也有预防作用。

[1] 唐锦阳.香根草在铁路边坡防护中的应用［J］.铁道建筑，2009(12):80-82.

[2] 李景安.注浆处理铁路高路基下沉和溜坍施工技术［J］.铁道建筑，2008(2):83-85.