南疆鐵路某路段路基凍害及防治措施研究
發(fā)布時間:2018-06-25 來源: 短文摘抄 點擊:
摘要:通過對某路段路基進行野外觀察、鉆探調查以及室內試驗研究,結合研究路段工程地質條件,對不同路基形式:隧道、橋涵、路堤、半挖半填路基以及低路堤的凍害特征進行了研究,并針對不同的情況提出了合理的治理建議。
關鍵詞:凍害特征;防治措施;路基;隧道;橋涵;路堤
某路段地處天山多年凍土分布區(qū)的邊緣地帶,由于季節(jié)凍土的凍結影響,自線路投入運營以來,該區(qū)段線路多處發(fā)生凍脹病害。隨著我國鐵路提速范圍的擴大以及列車速度的不斷提高,路基暴露出的問題也越來越嚴重。在原有路基病害處,動應力加大致使病害加重,造成線路的惡性循環(huán),更加嚴重地影響行車安全。為此,深入研究該段路基凍害特征,對于采用合理措施治理,以及為其他季節(jié)凍土區(qū)鐵路的建設和維護提供參考有重要意義。
1.工程地質條件
1.1地層巖性
研究路段地層巖性主要為人工填土和塊石或碎(卵)石土,其中人工填土厚6.0m~8.0m,填料主要為腐殖質粉質黏土或粉土。腐殖質粉質黏土粉土含量大,含水量約16%~ 32%。下部填土含卵碎石或少量的塊碎石,直徑一般為20cm~30cm,最大可達40cm,透水性好。該層持水性相對較好,干燥時,強度相對較高,潮濕或飽水時,軟化、泥化現象嚴重,強度迅速降低。
1.2水文地質
研究路段地表水補給來源為大氣降水(包括冰雪融水)。由于大氣降水直接滲入路基,導致土體含水量較高。部分路段路基基本垂直山坡,匯水面積大,強降雨時地表水豐富。另外,由于筑路取土,導致局部地帶低洼,加上腐殖質粉質黏土也被作為填料填筑路堤,因此地表水容易在此積水下滲,沿水力坡度和凍融界面滲向路基。路堤坡腳處凍融界面為凹形,易積水,導致局部土體含水量較高。
地下水補給來源為上述地表水的下滲和季節(jié)性凍土層的層間水。雨季導致季節(jié)性凍土層的融化。路堤本身和山側的季節(jié)融化層的融化水將沿水力坡度和凍融界面滲向路基,匯集于路堤左側坡腳的融化槽,高處的融化槽水向低處排泄,一旦遭堵,難以排出,就成為凍土層上水,此處的含水量就較高。而路塹段一般在路基中心形成凹形的凍融界面,因此凍土層上水也聚積于此。據鉆孔資料顯示,初見地下水位在4.0m附近。土體含水量不大,無明顯含水層,局部地帶含水量較大。而4月~9月的雨季期間,易在路基土層中形成暫時性持水,并使路基融化層處于飽水狀態(tài)。
2.不同形式路基凍害特征及治理措施建議
路基是鐵路的重要組成部分,必須有足夠的強度、穩(wěn)定性和耐久性,路基凍害嚴重影響路基強度和穩(wěn)定性。針對路基凍害問題,人們進行了廣泛的研究,提出了各種路基抗凍害的工程措施,其中,在路基中鋪設聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)保溫板就是保溫隔熱措施之一[1,2]。對于特定的凍土區(qū),以往措施不都是合理和可靠的。針對路基形式的差異,有必要進一步研究具體有效的路基抗凍措施。
2.1隧道凍結特征及防治措施建議
由于受寒冷氣候的影響,隧道易產生凍害現象。凍害一旦發(fā)生,不僅會使隧道襯砌遭到不同程度的破壞,而且掛(積)冰、凍脹還會侵入行車限界危及行車安全。其后果不僅給隧道運營管理帶來了很大的工程隱患,處理起來費工、費時、費財。而且在冬季大大弱化了隧道的使用功能,造成了巨大的資源浪費和經濟損失。
該路段隧道坐落在斷層及構造裂隙發(fā)育的破碎巖層中,隧道中漏出的水流,因排水系統(tǒng)的排水不暢(由于施工質量引起)而流入整體道床的上部,形成冰錐,當排水系統(tǒng)凍壞或失效后,隧道的漏水就會流入整體道床的下部并凍結成冰,使此段整體道床發(fā)生凍脹隆起。夏季,因隧道內的氣溫回升不太大,所以,上年的凍脹隆起無法融冰回落原位;下年冬季,隧道漏水又可能還會滲入上年凍脹隆起的下部,結冰并抬高上年的凍脹隆起。在施工過程中共發(fā)現有九處相互交叉的斷層,構造裂隙水極發(fā)育,基巖構造裂隙水也有直接補給凍脹部位的可能,所以加強隧道漏水的治理成為治理隧道凍害的重要措施。
防寒泄水洞是隧道排除地下水的主要措施之一,位于隧道的正下方,并將所設豎向盲溝、泄水孔、支導洞、檢查井、椎體保溫出水口等組成一個排水系統(tǒng),通過該系統(tǒng)將襯砌后面圍巖中的地下水匯集在泄水洞中,然后再排出隧道。
2.2橋、涵凍脹病害及防治措施建議
橋涵是地表水排出路基的主要通道,所有的路基排水設施都必須與橋涵構成一個完整排水體系,所以在路基排水措施中顯得尤為重要。下面分別進行闡述:
2.2.1橋凍脹病害及防治措施建議
路段內橋面及其兩側易發(fā)生較嚴重凍土病害,究其原因主要有以下幾點:(1)橋面排導積水的排水孔堵塞或設計偏高,不能及時排走橋面上道床內的積水;(2)墩臺實際上起到了擋水和隔水作用,橋梁施工中其兩端墩臺的回填土不是滲水土;(3)橋梁兩側路基填土多為粉質黏土,透水性和滲水性均較差,易產生路基翻漿冒泥現象,導致道砟陷槽或形成道砟囊,且積水不易排出,久而久之,形成較為貫通的道砟囊,水流流入和聚積在橋梁兩端,導致路基凍脹變形。
針對以上問題,可以疏通排水孔,使積水順利排放,減少道碴層中的積水,從而相應減少凍脹發(fā)生率;換填橋墩處的填土,使墩臺內的積水及時排除,減弱橋梁兩側路基凍脹變形的可能性;對路基的翻漿冒泥進行治理,減小道砟陷槽或道砟囊形成的可能性,從而有效地控制凍脹的發(fā)生。
2.2.2涵洞凍脹病害及防治措施建議
從前人調查勘探成果來看,涵洞發(fā)生凍害的位置相對固定,且凍害發(fā)生較早、持續(xù)時間較長、凍深較大。涵洞孔徑越大、填土越薄,發(fā)生凍害越多,涵頂填土有產生雙向凍結現象的可能[2,3]。地表水和地下水使涵洞地基土浸濕、飽和,冬季期間導致涵洞的地基土具有強烈的凍脹性。冬季凍脹的作用,致使涵洞的進出口隆起、端翼墻開裂、涵身拔節(jié),涵洞沉陷、塌腰、錯牙、漏水,以及涵洞內出現充冰堵塞現象。涵洞病害最終導致排水系統(tǒng)失效,路基凍融病害率增多。
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