淺談季節(jié)性凍土地區(qū)高速鐵路路基防排水設(shè)計(jì)

李峰

【摘要】 本文結(jié)合新建吉林至琿春鐵路重點(diǎn)控制工程JHSKⅡ標(biāo)路基排水的施工實(shí)踐，闡述了季節(jié)性凍土地區(qū)高速鐵路路基防排水設(shè)計(jì)情況。

【關(guān)鍵詞】 季節(jié)性凍土路基防排水地表排水基床排水地下排水

1、前言

隨著我國(guó)鐵路經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全國(guó)各地加速鐵路建設(shè)，我國(guó)東北地區(qū)的高速鐵路項(xiàng)目近年來(lái)也陸續(xù)開(kāi)工和通車，而東北地區(qū)冬季漫長(zhǎng)，屬于季節(jié)性凍土地區(qū)，如何處理嚴(yán)寒地區(qū)的防凍脹問(wèn)題是路基施工的一大難點(diǎn)，路基防排水則是處理防凍脹問(wèn)題的關(guān)鍵。本文以新建吉林至琿春鐵路重點(diǎn)控制工程JHSKⅡ標(biāo)路基排水施工為例淺談季節(jié)性凍土地區(qū)高速鐵路路基防排水設(shè)計(jì)。

2、工程概況

新建吉林至琿春鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速為250km/h，全線鋪設(shè)有砟軌道，重點(diǎn)控制工程JHSKⅡ標(biāo)位于威虎嶺剝蝕中低山區(qū)，山頂多呈渾圓狀，沖溝發(fā)育，屬淺切割區(qū)，植被發(fā)育，森林茂密。本區(qū)屬北亞溫帶濕潤(rùn)半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。按照對(duì)鐵路工程影響的氣候分區(qū)，該區(qū)為嚴(yán)寒地區(qū)。夏季短促溫暖，冬季漫長(zhǎng)酷寒，春季干旱多風(fēng)，秋季涼爽，四季分明。年平均氣溫4.0～6.8℃，1月平均氣溫-10.3～-23.4℃；極端最低氣溫-29.2～-42.5℃，年平均降水量528～670mm，主要集中于6～8月。土壤最大凍結(jié)深度：184cm，每年從10月開(kāi)始凍結(jié)，次年4月開(kāi)始融化。

3、路基排水總體設(shè)計(jì)

路基應(yīng)有良好、完善的排水系統(tǒng)。排水設(shè)備應(yīng)布置合理，與橋涵、隧道、車站等排水設(shè)備銜接配合，有足夠的過(guò)水能力，保證水流暢通。排水工程應(yīng)結(jié)合具體條件，適當(dāng)加強(qiáng)路基的橫向排水設(shè)施，并及時(shí)實(shí)施，防止在施工期間因地表水及地下水的侵入而造成路基松軟和坡面坍塌。

3.1地表排水設(shè)計(jì)

（1）對(duì)路基有危害的地面水，通過(guò)設(shè)置側(cè)溝、天溝、排水溝及邊坡平臺(tái)截水溝，將水?dāng)r截引排至路基范圍以外，防止水流沖刷路基。

（2）側(cè)溝、天溝、排水溝或截水溝排水設(shè)施過(guò)水截面尺寸根據(jù)流量計(jì)算。并考慮路基面排水、邊坡排水和附屬排水系統(tǒng)的銜接。

（3）當(dāng)路堤邊坡采用截水骨架護(hù)坡時(shí)，兩側(cè)邊坡截水槽即為路堤順邊坡向的橫向排水槽。采用混凝土空心磚植草防護(hù)地段設(shè)順邊坡向的橫向排水槽，深0.2m，間距10.0m左右，采用C25混凝土預(yù)制構(gòu)件。

圖1 截水骨架護(hù)坡

（4）排水溝：路堤地面橫坡明顯地段，排水溝可在上方一側(cè)設(shè)置，若地面橫坡不明顯，宜在路基兩側(cè)設(shè)置。排水溝平面應(yīng)盡量采用直線，如必須轉(zhuǎn)彎時(shí)，其半徑不小于10～20m，排水溝的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需要而定。排水溝一般采用梯形溝，膨脹巖土地區(qū)路堤坡腳平臺(tái)及排水溝下設(shè)三七灰土墊層。排水溝出口位置應(yīng)保證將水引排至路基以外，防止沖刷路基。

圖2排水溝

（5）側(cè)溝：側(cè)溝采用C25鋼筋混凝土矩形蓋板溝，側(cè)溝蓋板采用鋼筋混凝土預(yù)制。膨脹巖（土）地段，側(cè)溝及側(cè)溝平臺(tái)下部均需設(shè)置三七灰土墊層。

圖3側(cè)溝

（6）天溝：路塹地面橫坡明顯地段，可在上方一側(cè)設(shè)置天溝，若地面橫坡不明顯，宜在路基兩側(cè)設(shè)置。當(dāng)路塹頂部無(wú)棄土堆時(shí)，天溝內(nèi)邊緣至塹頂距離不宜小于5m。天溝采用鋼筋混凝土預(yù)制板；膨脹巖（土）、順層地段塹頂至天溝采用混凝土封閉，塹頂封閉平臺(tái)及天溝下設(shè)三七灰土墊層。對(duì)于塹頂坡面較陡的天溝，采用矩形天溝。

圖4天溝

（7）平臺(tái)截水溝：路塹邊坡平臺(tái)截水溝采用0.40m×0.40m的矩形溝，一般采用混凝土澆筑。

圖5平臺(tái)截水溝

（8）路塹側(cè)溝的水流不宜經(jīng)隧道排出。隧道洞口的反坡排水結(jié)合隧路剛性過(guò)渡段的設(shè)置，起點(diǎn)水溝斷面取0.4m深。在深長(zhǎng)路塹和反坡排水困難的地段，當(dāng)側(cè)溝深超過(guò)1.50m、寬超過(guò)0.80m，以及谷地路塹地段，通過(guò)增設(shè)涵洞及采用鋼筋混凝土排水溝，將側(cè)溝水盡快引排至路基外。

（9）排水溝、天溝下設(shè)置砂漿找平墊層，接縫水泥砂漿強(qiáng)度不低于M10。

3.2基床防排水設(shè)計(jì)

（1）基床及護(hù)肩排水

1）基床表水經(jīng)護(hù)肩頂面匯流于路塹側(cè)溝或路堤兩側(cè)攔水坎或截水槽，路堤地段表水再經(jīng)路堤邊坡的橫向排水槽（每隔10m一處）或截水槽引入排水溝或路堤坡腳外。

2）路基基床底層頂部設(shè)0.2m厚中粗砂內(nèi)夾鋪一層兩布一膜復(fù)合土工膜隔斷層。

3）電纜槽采用橫向排水，分別于中隔板、外側(cè)壁下部設(shè)泄水孔，底部設(shè)洗凈碎石排水層，沿電纜溝底及護(hù)肩底處分別設(shè)置泄水孔（φ0.08m），縱向每2.0m設(shè)一個(gè)，將電纜溝及基床底積水引排至側(cè)溝。

重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)，一是路肩底處泄水孔，應(yīng)放置在基床底層頂面兩布一膜的上方；二是如果電纜槽兩道泄水孔口高于電纜槽底，導(dǎo)致電纜槽內(nèi)積水并下滲，需在電纜槽底澆筑一定厚度M10水泥砂漿，以使電纜槽內(nèi)底部，沿線路方向和橫向排水順暢不積水。

電纜槽與表層級(jí)配碎石、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)或護(hù)肩銜接處存在施工縫隙時(shí)，采用C25混凝土填充密實(shí)。每節(jié)電纜槽縱向連接處填塞M10水泥砂漿或?yàn)r青砂漿，以防電纜槽內(nèi)積水下滲。

4）接觸網(wǎng)基礎(chǔ)頂面不得高于路肩阻礙路基面上水的排出。

（2）基床及護(hù)肩排水細(xì)部設(shè)計(jì)圖

1）圖6、圖7分別為路堤和路塹護(hù)肩排水詳圖。

圖6 路堤護(hù)肩排水詳圖

2）若路肩底泄水孔排水不暢，電纜槽內(nèi)積水下滲會(huì)加重路基凍脹，鑒于此考慮，在未施工電纜槽地段，需在電纜槽下部及靠線路一側(cè)包裹一層兩布一膜隔水層，防止電纜槽內(nèi)積水下滲。詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖8。

圖7 路塹護(hù)肩排水詳圖

圖8 電纜槽下部及靠線路側(cè)包裹一層兩布一膜隔水層設(shè)計(jì)圖

3.3地下水防排水設(shè)計(jì)

對(duì)于路基有危害之地下水（基巖裂隙水、淺層滯水），通常會(huì)導(dǎo)致路塹基床積水、基底軟化、路基凍脹、邊坡滲水、邊坡掛冰、邊坡凍脹變形、邊坡溜坍等病害，根據(jù)其性質(zhì)和特征設(shè)置明溝、邊坡支撐滲溝、截水滲溝等防排水設(shè)施，特別是順層路塹、膨脹巖（土）路塹、地下水發(fā)育路塹須加強(qiáng)引排水措施。

（1）支撐滲溝

1）支撐滲溝的深度a≥凍結(jié)深度+0.25m，設(shè)置位置應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖邊坡的高度、地層巖性、風(fēng)化破碎程度和地下水發(fā)育情況綜合考慮設(shè)置。

2）支撐滲溝斷面采用矩形，沿線路縱向間距按照具體工點(diǎn)設(shè)計(jì)。兩側(cè)及尾端設(shè)置厚0.1m的無(wú)砂混凝土板，板后鋪設(shè)一層透水土工布；支撐滲溝內(nèi)充填干砌片石，基礎(chǔ)采用M10漿砌片石砌筑；最下一層基底鋪C25混凝土防滲層，防滲層與坡面最近距離a滿足凍結(jié)深度+0.25m。

3）支撐滲溝位于主骨架之間，當(dāng)支撐滲溝直接與側(cè)溝平臺(tái)下滲溝相接時(shí)，滲溝設(shè)在邊坡防護(hù)基礎(chǔ)外側(cè)，埋深滿足a=凍結(jié)深度+0.25m。當(dāng)支撐滲溝與擋墻相接時(shí)，盲溝設(shè)在墻趾相接處，與擋墻之間均以洗凈碎石充填。擋墻內(nèi)埋設(shè)PVC排水管將支撐滲溝水引排到側(cè)溝平臺(tái)下盲溝。PVC管口包透水土工布。平臺(tái)下滲溝管底高程低于擋墻內(nèi)排水管口不小于0.2m。

當(dāng)支撐滲溝與樁板墻相連時(shí)，支撐滲溝設(shè)在板的位置，在滿足板底至開(kāi)挖線最小距離a的情況下，按1：0.5的坡度開(kāi)挖，寬度與支撐滲溝相同，用干砌片石回填，與盲溝相接。

4）支撐滲溝頂部設(shè)0.3m厚的M10漿砌片石，上部培土，厚度0.3m。

圖10 支撐滲溝詳圖

（2）截水滲溝

1）截水滲溝設(shè)在側(cè)溝平臺(tái)下，滲溝寬1.2m。其中外側(cè)設(shè)無(wú)砂混凝土板厚0.1m，內(nèi)充填洗凈碎石，下設(shè)C25混凝土基礎(chǔ)，厚0.2m，其上設(shè)φ0.315PVC帶孔雙壁波紋滲水管，在滲溝四周鋪設(shè)一層土工布反濾層。滲水管頂埋深不小于凍結(jié)深度+0.25m。

2）橫穿路基的排水管，采用直徑為0.5m的預(yù)制鋼筋混凝土圓管，管底縱坡為5‰，基礎(chǔ)為C25混凝土。

3）為保證冬季排水通暢，滲溝出水口采用掩埋式錐體保溫出口。保溫出口應(yīng)選擇距線路一定距離、地勢(shì)開(kāi)闊、落差大、而且朝陽(yáng)避風(fēng)的地點(diǎn)，形成一個(gè)既能保溫又能泄水的蓄水帶，自然的向低洼處排水。

4）保溫出口為頂寬3.0m，兩側(cè)及出水端部坡率1：2的錐體，其端部邊坡及兩側(cè)邊坡，于XPS保溫板外夯填黏性土，厚1.0m。保溫出口四周邊坡（端部、頂部及兩側(cè)）均采用種植紫穗槐防護(hù)。

5）于保溫出口處設(shè)明溝，底部0.8m，厚0.15m，溝深不小于1.0m，采用C25鋼筋混凝土預(yù)制板拼裝。

6）每30m設(shè)一處圓形檢查井，檢查井采用預(yù)制拼裝式，井蓋、井身及基礎(chǔ)采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

7）基床換填底與截水滲溝橫向需貫通，且截水滲溝基礎(chǔ)頂應(yīng)高于基床換填底，以便盡快疏干基床中積水，詳見(jiàn)圖11。若基床換填底高于截水滲溝基礎(chǔ)頂面，需按要求加深截水滲溝。若施工中基床換填未與截水滲溝貫通，需挖除基床換填與截水滲溝間原狀土，按圖11施工。

8）截水滲溝應(yīng)分段開(kāi)挖分段施工，長(zhǎng)大拉槽施工會(huì)影響塹坡穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致塹坡滑塌。

9）截水滲溝進(jìn)水部分圓管埋設(shè)位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離填方坡腳，在路堤坡腳挖槽會(huì)對(duì)路堤穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

圖11 路塹截水滲溝與基床換填設(shè)計(jì)圖

4、結(jié)論

在季節(jié)性凍土地區(qū)，不光要有完善的地面排水系統(tǒng)，還要有地下排水系統(tǒng)，并且要把兩者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，形成合理的路基結(jié)構(gòu)，與橋涵、隧道、車站等排水設(shè)備銜接配合。排水工程應(yīng)結(jié)合具體條件，適當(dāng)加強(qiáng)路基的橫向排水設(shè)施，并提前施工，避免在施工期間因地表水及地下水的侵入而造成路基松軟和坡面坍塌。本次地面排水與地下排水相結(jié)合的路基排水設(shè)計(jì)的運(yùn)用取得了很好的效果，也為今后季節(jié)性凍土地區(qū)的高速鐵路路基防排水設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)。