無砟軌道路基上拱偏移原因分析及整治措施

夏杰

摘要：我國某高速鐵路的無砟軌道出現(xiàn)了拱變形問題，加之路基涵洞過渡段出現(xiàn)的膨脹問題，對線路日常應(yīng)用產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響?；诖?，以下主要針對現(xiàn)場實(shí)際情況展開調(diào)查與分析，并借助室內(nèi)試驗(yàn)著重針對路基填料以及地基土之內(nèi)易溶鹽含量與膨脹性展開了研究。

關(guān)鍵詞：無砟軌道;路基上拱;路基偏移;原因分析;整治措施

一、工程實(shí)況

某工程上覆地層土質(zhì)以上更新統(tǒng)洪積細(xì)角礫土為主，土層厚度大約為0.5～2.0m，而下層土質(zhì)以第三系礫巖夾砂巖為主，土層厚度大約為0～3m，下伏奧陶系—志留系片麻巖，風(fēng)化層厚度大約為0.5～2.0m?？碧缴疃炔]有揭示地下水，而表層細(xì)砂礫土之內(nèi)還存有一定的石膏土。

這一工程點(diǎn)主要在路基涵洞過渡段，其中路基高度為7m，而涵洞總長度約2m，應(yīng)用了剛度相對較高的倒梯形過度楔，借此確保借助硅酸鹽水泥進(jìn)行處理的剛性涵洞結(jié)構(gòu)和壓實(shí)配級材料之間的過渡更具平穩(wěn)性，其中梯形頂部的長度為20m，而底部長度為5m。此外，天然地基主要分為礫石以及片麻巖兩部分，建設(shè)期間主要借助強(qiáng)夯法進(jìn)行處理。而基床表面主要借助級配碎石進(jìn)行填筑，基床底層所應(yīng)用的填料為A、B兩組，基床以下所應(yīng)用的填料以B組為主。路基和涵洞過渡段基床表層級配碎石之中所添加的水泥含量為5%，而基床表層以下配碎石之中所添加的水泥含量為3%。

于2016年9月第一次檢測到這一區(qū)段路基出現(xiàn)了上拱問題，最大上拱量為2.2cm，于2017年3月9日，現(xiàn)場絕對測量表明上行線距離工程點(diǎn)190～275m段，存在向外側(cè)偏移的問題，最大偏移量為1.7cm;并且下行線距離工程點(diǎn)194～277m段同樣出現(xiàn)了向外側(cè)便宜的問題，最大偏移量為18cm。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查表明，涵洞排水并未出現(xiàn)問題，涵洞之中與其附近的基坡腳并未存在任何積水痕跡。除此之外，兩旁混凝土路肩以及路肩封閉層銜接處存在縱向裂縫，且向外偏移了大概4.5cm，錯位大概2cm;路肩封閉層和支撐層、道床板和線間封閉層的間接縫間隙加劇。護(hù)道和坡面漿砌片石護(hù)坡較為完整，并未出現(xiàn)任何開裂或是變形問題。路肩混凝土封閉層存在一定的開裂以及破損問題。

二、無砟軌道路基上拱變形現(xiàn)場檢測

根據(jù)調(diào)查可知，這一工程點(diǎn)最高溫處于7月份，可達(dá)到32℃，而最低溫處于1月，可達(dá)到-24℃。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，各個上拱段之內(nèi)各個監(jiān)測斷面出現(xiàn)上拱問題的區(qū)域都存在一定的差異，然而基本上都出現(xiàn)在路基本體填料或者是墊層區(qū)域。

根據(jù)調(diào)查表明，縱向連接變形以及基床表層溫度波動之間具有極為緊密的關(guān)聯(lián)，大致能夠劃分成以下三個階段：首先，溫度上升階段，大概從2018年3月到2018年7月，由最初的4℃提高到32℃，在基床表層溫度不斷增加的現(xiàn)況下，上支承層表面所出現(xiàn)的變形問題逐漸得到改善;其次，溫度下降階段，大概從2018年7月到2018年12月，由最初的30℃降低到-24℃，此時所有斷面所發(fā)生的變形問題都在日益加劇;最后，溫度回升階段，大概從2019年1月到2019年4月，由最初的-20℃提高到10℃，此時支承層頂面所出現(xiàn)的變形問題再次得到改善，但是回落之后依舊有一定的殘余上拱量。

三、室內(nèi)試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)內(nèi)容

按照相關(guān)規(guī)定要求，借助現(xiàn)場取樣展開膨脹性指標(biāo)檢測。

首先，膨脹性指標(biāo)檢測。著重針對自由膨脹率、陽離子交換量以及蒙脫石含量等一系列膨脹性指標(biāo)展開全面的檢測。按照相關(guān)要求表明，土質(zhì)至少滿足下表所列的其中兩項(xiàng)指標(biāo)時，便可以判定為這一級別。

膨脹潛勢分類指標(biāo)表

其次，離子檢測。著重針對易溶鹽總量和HCO-、C1-、Ca2+、Na+、CO23-、OH-、SO24-、Mg2+、K+等一系列易溶鹽離子含量展開檢測，并對所有易溶鹽離子在總質(zhì)量之中所占據(jù)的比重進(jìn)行逐一計算。

最后，微觀檢測。借助電鏡掃描著重針對施工現(xiàn)場的填料礦物形態(tài)展開深入的定性分析。在借助XRD對樣品之內(nèi)的礦物成分展開定性分析以及半定量分析。

（二）試驗(yàn)結(jié)果

首先，膨脹性試驗(yàn)結(jié)果分析。在這一工點(diǎn)左側(cè)和右側(cè)封閉層的下填料之內(nèi)進(jìn)行取樣，再在鋸床表層以及底層進(jìn)行取樣，根據(jù)取樣結(jié)果表明，這一工點(diǎn)路基填料和地基土膨脹性并未達(dá)到弱膨脹性標(biāo)準(zhǔn)要求，尤其是蒙脫石含量不高，能夠得知膨脹性礦物溪水膨脹并非無砟軌道路基頻繁出現(xiàn)上拱變形問題的核心誘因。

其次，易溶鹽含量試驗(yàn)結(jié)果分析。借助化學(xué)滴定法著重針對無砟軌道路基填料和地基土之內(nèi)的易溶鹽總量與少量易溶鹽含量予以測定。根據(jù)結(jié)果表明，所有易溶鹽成分順著深度發(fā)展趨勢的分布特性和易溶鹽總量大概相同，通常分布于基床表層和地基頂層，同時在深度不斷提高的現(xiàn)況下，日益衰減。在這過程中，SO24-和剩余易溶鹽相比相對要高，然后是Ca2+，由此表明，水泥級配石長期受到SO24-侵蝕的影響是最關(guān)鍵的誘因之一。

最后，微觀分析。為了能夠?qū)α蛩猁}侵蝕概率予以確認(rèn)，借助電鏡掃描和XRD予以分析，根據(jù)結(jié)果表明，土樣之內(nèi)具有許多針尖狀鈣礬石晶體，由此可知，其中包含許多鈣礬石以及水化硫鋁鈣酸，而這同樣也進(jìn)一步說明硫酸鹽對水泥產(chǎn)生侵蝕對填料造成影響，致使鈣礬石出現(xiàn)是造成這一路段路基出現(xiàn)上拱問題的主要誘因。

四、無砟軌道路基上拱偏移問題的整治措施

（一）措施一

（1）應(yīng)力釋放槽。需要在這一路基面中心位置建設(shè)一道應(yīng)力釋放槽，借此讓路基之中的應(yīng)力得以釋放。借助導(dǎo)向架著重針對鉆機(jī)予以精準(zhǔn)定位，然后并排根管以及鉆孔，其中孔徑為15cm，待成孔后借助人工調(diào)整的方式使其成槽，其中槽寬為15cm，深度為2m，并在槽中添加適量的聚氨酯泡沫。

（2）混凝土限位墩。應(yīng)該在左線與右線支承層外層的路肩間隔大概4m的位置建設(shè)兩個限位墩，而限位墩的材料以C30鋼筋混凝土最為適宜，其規(guī)格為2m×1m×0.4m，與支承層之間的距離為40cm。所有限位墩都應(yīng)該建設(shè)四排錨桿，若是與路肩側(cè)三排相鄰，則應(yīng)該建設(shè)十個傾斜錨桿，但是若是與支承層側(cè)一排相鄰，則應(yīng)該將垂直錨桿數(shù)量調(diào)整為八，并建設(shè)四個傾斜錨桿，其中傾斜錨桿總長度為3m，垂直錨桿總長度為2.5m，借助干鉆的方式成孔，而孔徑為5cm，鉆孔深度應(yīng)該在低于錨桿底部50cm的位置，待灌漿以后將錨桿插入其中。然后在各個限位墩中心兩旁75cm的位置架構(gòu)可調(diào)節(jié)機(jī)械支撐，并將其撐在支承層以外的鋼墊板以上。利用一個斷面將水平變形自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置于其中，而埋設(shè)深度應(yīng)該是在路基頂面以下的8m左右。借助高性能密封膠著重針對偏移部分和前后道床伸縮縫、路肩封閉層以及線間封閉層所出現(xiàn)的裂縫問題予以封閉處理。

（二）措施二

由于無砟軌道路基軌面所出現(xiàn)的上拱問題較為嚴(yán)峻，早已超過了要求范圍，根據(jù)現(xiàn)場地址環(huán)境、水文環(huán)境、地形地貌、附近環(huán)境以及工程特性，針對這一段出現(xiàn)上拱問題的路基還能夠借助加強(qiáng)防水的方式進(jìn)行處理。在路基上拱段兩側(cè)分別建設(shè)截水滲溝，并且保證滲溝之內(nèi)的波紋管頂部高程并未超過礫砂和巖砂分界面，促使兩側(cè)的地下水能夠一起排到下游所建設(shè)的蒸發(fā)池之中。路基上拱左側(cè)導(dǎo)流堤應(yīng)該設(shè)置好埋入式腳墻，而腳墻基礎(chǔ)應(yīng)該最少埋設(shè)到砂巖50cm的位置。緊固線路兩側(cè)已經(jīng)建設(shè)的排水干渠。順著截水滲溝，在每隔30m的位置建設(shè)檢查井，而深滲水暗溝排水管應(yīng)該借助直徑0.5m的帶孔雙壁波紋管進(jìn)行埋設(shè)。左側(cè)滲溝通過頂入1.5m鋼管涵穿過路基與右側(cè)滲溝相匯，共同排水至蒸發(fā)池之內(nèi)。做好變形上拱檢測工作以后，必須對線路左側(cè)400m和右側(cè)200m位置的地面縫隙進(jìn)行挖掘，然后再借助2%的水泥加強(qiáng)回填土密實(shí)度。

展開路基截排水方法和建設(shè)流程：第一，展開滲溝挖掘;第二，展開頂入圓管涵;第三，鋪砌蒸發(fā)池;第四，鋪設(shè)波紋管。借助路基上拱截排水處理措施的應(yīng)用，能夠發(fā)現(xiàn)大部分地下水都能夠被排出，同時流入所建設(shè)的蒸發(fā)池之內(nèi)。在進(jìn)行建設(shè)的過程中，高程累積沉降量雖然得到了改善，然而由于在短時間內(nèi)無法將泥巖遇水的問題予以妥善處理，因此會產(chǎn)生一定的上脹量，由此可見，防水處理是能夠降低泥巖雨水量的，同時能夠減小路基上脹概率。

（三）軌道動態(tài)檢測

為了能夠保證整治以后的無砟軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)更具穩(wěn)定性、安全性以及可靠性，借助最大落道斷面著重針對軌道系數(shù)、輪軸橫向力、道床板加速度、垂直位移量與橫向位移量等多方面展開全面的檢測。在對鋼軌表面進(jìn)行打磨以及除銹處理以后，粘貼應(yīng)變片，再借助704硅膠做好防水工作，而位移傳感器以及速度傳感器則借助AB膠以及夾具予以固定。

實(shí)測最快速度達(dá)到200km/h時，其輪重減載率為0.28，脫軌系數(shù)為0.1、道床板橫向位移為0.04mm，道床板縱向位移為0.02mm，道床板加速度為93m/s2，輪軸橫向力為96kN，鋼軌加速度為1875m/s2，道床板吹響位移0.05mm。根據(jù)測試結(jié)果可知，在動車組運(yùn)行的作用下，無砟軌道結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)凍裂學(xué)指標(biāo)都處于其評價標(biāo)準(zhǔn)限值范疇以內(nèi)，動力性能達(dá)到動車組200km/h運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性以及安全性的目標(biāo)，整治效果十分良好，符合動態(tài)驗(yàn)收的所有標(biāo)準(zhǔn)。

五、結(jié)論

首先，借助對易溶鹽含量、電鏡掃描以及礦物成分所進(jìn)行的分析，能夠發(fā)現(xiàn)硫酸鹽對水泥產(chǎn)生侵蝕對填料造成影響，致使鈣礬石出現(xiàn)是造成這一路段路基出現(xiàn)上拱問題的主要誘因。其次，路基變形持續(xù)時間相對較長，同時會受到溫度變化的影響。最后，借助以上兩種治理方法，現(xiàn)階段軌道結(jié)構(gòu)所出現(xiàn)的上拱問題以及偏移問題都得到了改善。

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