滬寧城際鐵路路基翻漿原因分析及整治措施研究

潘振華

(上海鐵路局工務處，上海 210075)

1 概述

滬寧城際鐵路自2011年12月開始常規的檢查以來，共發現有數十公里的路基地段發生了路基翻漿病害，大多數病害發生在混凝土底座板的端部附近，特別是在鋪設框架軌道板的地段較為嚴重。路基翻漿主要表現為:在路肩上流淌著或堆積著由水與碎石墊層中細顆?；旌隙傻哪酀{滲出物，嚴重處滲出物厚度達10～50 mm，個別地段泥漿滲出物被抽吸至軌道板表面道心內，見圖1。從動檢車添乘檢查記錄也可發現，在路基翻漿的K221+250—K264+900地段，出現多處高低不良，并且垂直加速度達到Ⅱ級甚至Ⅲ級超限，其中K231+600—K231+800尤為明顯，波形圖顯示高低及長波高低不良，其中高低大值達到－7.8 mm，根據標準這已嚴重影響到列車運行的平穩性和行車的安全性，見圖2。

圖1 路基翻漿地段滲出物

圖2 動檢車波形圖

2 路基基床表層翻漿成因分析

導致路基基床表層翻漿有多種因素，如基床表層級配碎石層組成、動力荷載的作用、排水系統的工作狀況等。本文就已經掌握的影響因素進行分析。

2.1 路基基床表層(級配碎石層)填料不當

高速鐵路路基基床表層由級配碎石填筑，根據《高速鐵路設計規范》(以下簡稱《規范》)，基床表層的壓實系數應≥0.97，它強調基床表層應具有較密實狀態，然而這個規定卻忽視了透水性。圖3為杭長客專、寧杭高鐵、京滬高鐵及滬寧城際4條高鐵級配碎石的級配曲線，從中可以看出級配碎石層中含有相當比例的細顆粒。

目前各高速鐵路在路基基床表層選材時均按《規范》中規定的級配碎石粒徑級配曲線制備，且各粒徑材料的百分率基本一致，即＜0.1 mm占10%，0.1～1 mm占20%，1～5 mm占10%，5～10 mm占20%，10～20 mm占20%，20～31 mm占20%。此類路基表層(級配碎石層)具有滲透系數低甚至不透水的特點，對于有砟高速鐵路(如杭深線)，因路基面設有良好的排水坡，雨水能快速排出基床流入側溝，因此，杭深線運營4年來，未發生路基翻漿病害。對于Ⅱ型板的無砟軌道(如京滬、滬杭高鐵)，因軌道結構的特點，雨水僅從軌道板與兩側封閉層間的裂隙少量地滲入，發生路基翻漿的現象較少。但對于降雨充沛的滬寧城際鐵路，級配碎石層細小顆粒含量大不僅使路基表層成為不透水層，而且為路基產生翻漿提供了條件。這是滬寧城際鐵路路基翻漿的重要原因之一。

圖3 級配碎石粒徑級配曲線

2.2 路基防排水系統不完善

滬寧城際軌道的混凝土底座間伸縮縫未進行有效封閉，僅用膠合板進行塞縫。在夏季，混凝土底座板因溫度升高而膨脹從而夾緊膠合板，致使雨水難以滲入路基中，因此，多雨的夏季并不是路基翻漿的高發季節，然而從常規檢查發現滬寧城際鐵路沿線的路基翻漿一般發生于冬季(即11月份至來年的2月份共計4個月，這期間常年累計降雨量達160 mm)，而在來年的3至4月份較為集中顯現。出現上述現象的原因:首先，混凝土通常在溫度變化下發生縮脹，對于20 m長混凝土底座板因溫度下降導致收縮可能要產生約12 mm的縫隙，在降雨時雨水將從縫隙滲入級配碎石層中;其次，在溫度下降時，路肩的混凝土封閉層也發生收縮，在封閉層與底座板間產生收縮裂隙，這也為雨水下滲提供了通道。然而在工程實施過程中，級配碎石層透水性較差，造成雨水滯留在級配碎石層的表面，同時設計的路肩上混凝土封閉層又高于級配碎石層3～5 cm，形成了一道自然攔水槽，使集于級配碎石層的雨水無法排出，在級配碎石層表層形成了一個水囊。這是滬寧城際鐵路路基發生翻漿的最重要的內在原因之一。

2.3 高速列車高頻振動

級配碎石層中的自由水在高速列車振動作用下產生較高的瞬時動水壓力，瞬時承壓水同時進行著水壓力消散過程，一方面對基床表層中大粒徑碎石間填充物——細顆粒產生劈裂破壞作用，使細顆粒脫離級配碎石骨架而溶入承壓水中;另一方面，瞬時承壓水從底座板間的伸縮縫以及封閉層與底座板間的裂隙消散時，也帶走了細顆粒。隨著消散作用的加劇，級配碎石層中粒徑達5 mm的顆粒也發生了流失。一般情況下，底座板伸縮縫處級配碎石層的翻漿最為嚴重，并逐步發展延伸至距伸縮縫5 m范圍內。如果級配碎石層的翻漿進一步發展，將相繼發生底座板空吊和底座板下沉兩種結果。隨著級配碎石層部分小顆粒的流失，底座板形成板下空吊。通過觀測，底座板在列車作用下產生的上下振動幅度可達3 mm。隨著翻漿冒泥加劇，當空吊發展到一定程度時，底座板發生下沉并產生橫向裂紋。據調查，滬寧城際的底座板最大下沉達30 mm。下沉嚴重時，極易造成軌道板產生裂紋。

綜上所述，級配碎石層中細顆粒含量大和路基表層排水不暢是產生翻漿冒泥的內因，而高速列車的高頻振動是造成翻漿冒泥的外因。

3 路基翻漿病害整治

3.1 整治原則

從路基級配碎石層翻漿成因分析可知，要徹底根治病害，首先應進行軌道結構的封閉，在底座板間設置止水帶，防止雨水滲入路基級配碎石層中，同時，完善路基排水系統，排出路基殘余水;其次，對產生空隙的級配碎石層進行注漿填空充實，確保軌道動態平穩。

3.2 材料的選擇

由于高鐵施工具有施工天窗時間短(一般為00:00—4:00)的特點。選擇合適的充填和封閉材料是整治翻漿病害的基礎。注漿充填材料應具有初凝時間短、流動性好、易與路基級配碎石層中顆粒粘結的特點。在選擇混凝土底座板間的封閉材料時，要考慮到混凝土底座板受溫度影響產生的熱脹冷縮，應具有防水隔水、較高延伸率、抗老化及與混凝土間粘結強度高等特點，經反復比選，采用ZTRW-G-202(205)高聚物化學膠，該膠由A，B雙組分構成，在凝結0.5 h后，其抗壓強度達35 MPa，見圖4。力學參數見表1。

圖4 高聚物化學膠凝結時間與強度關系

表1 ZTRW-G-202(205)高聚物化學膠力學參數

路基表層中注漿材料采用205膠，底座板間伸縮縫采用202膠，在施工結束后，即可恢復常速運行。在滬寧城際K235處已利用該材料進行了試驗性的路基翻漿整治施工。

由于底座板間伸縮縫采用202膠封閉，膠體與左右底座板是剛性聯結，見圖5。在列車125萬次振動作用后產生了疲勞，伸縮縫間的封閉體出現了裂縫，見圖6。

圖5 采用202膠封閉

圖6 202膠因疲勞產生裂紋

從現場使用情況看，雖然高聚物化學膠具有較好的性質，但是由于它不滿足抗疲勞的要求，因此不適合于作封閉材料。

經研究，采用非剛性聯結的橡膠止水帶封閉(圖7)可有效解決高聚物化學膠抗疲勞性能不足的缺陷?？紤]到底座板收縮，橡膠止水帶局部采用膨脹橡膠，雨水沿橡膠止水帶內排水槽排出。同時對橡膠止水帶采取了在底座板上植筋鎖定措施，防止橡膠止水帶外竄而威脅行車安全，見圖8。

圖7 采用橡膠止水帶封閉

圖8 橡膠止水帶鎖定

4 施工工藝

基床注漿填空處理流程:首先，封閉底座板與級配碎石層間的縫隙(預留少量排氣孔)。其次，在底座板上鉆孔安設注膠嘴，沿混凝土底座板的兩側，順線路方向每隔500 mm鉆一個注膠孔，孔深約300 mm，以鉆透底座板為準?？讖? mm，距結構邊緣100 mm。然后，用高壓風清理注膠孔及底座板下裂縫中孔隙水。最后，用不大于0.4 MPa壓力進行注膠，205號膠體注入底座板與級配碎石層間縫隙后，與殘余水發生化學反應，形成泡沫，泡沫在注膠壓力作用下通過排氣孔排出級配碎石層，直至205號膠體將底座板下級配碎石層中縫隙填充飽滿。注膠及排水系統如圖9所示。

圖9 注膠及排水系統示意

底座板間伸縮縫封閉基本流程:首先對伸縮縫鉆孔(鉆孔要保持一定坡度，使橡膠帶排水通暢)，高壓風管清孔;其次，塞入橡膠止水帶并鎖定;最后清理現場。

由于底座板外側的級配碎石層不透水，為排出從伸縮縫下滲的雨水，在伸縮縫處沿線路方向在兩側設置長0.5 m的排水盲溝，在兩線間設置明溝，參見圖9。

5 整治效果分析

對路基翻漿最嚴重的滬寧城際K264+830地段，采用橋梁HFFKY-Ⅱ裂紋測量系統對底座板層端部進行測量，發現注漿后底座板在列車通過時上下振動起伏幅度只有0.10 mm，可見該區段上下行空吊板整治效果明顯。同時，動檢車的峰值高低及長波數值明顯減小，高速狀態下列車的平穩性得到極大改善。注膠整治前后軌道高低幅值對比見表2。

表2 注膠整治前后軌道高低幅值對比

6 結論與建議

1)對滬寧城際K264前后2 km翻漿地段整治一年后的效果進行統計，整治有效率達86%。無砟軌道級配碎石層翻漿采取排水、注膠和封閉相結合的方案，具有較好的整治效果。路基翻漿一旦出現應及時整治，否則，端部底座板變形下沉甚至斷裂，不僅嚴重影響軌道結構安全，而且增加整治難度。

2)由于Ⅰ型無砟軌道板地段的路基級配碎石層采用壓實系數、地基系數及動態變形模量對土的壓實狀態、強度進行控制。在施工時，一般采用高百分率細顆粒(＜5 mm)，才能滿足三項指標要求上限。

為從源頭防止產生級配碎石層翻漿，提出兩種建議方案。方案1(適當降低壓實系數的要求):對多雨的長江中下游地區，級配碎石層的粒徑級配宜采用《規范》級配曲線下限，將級配碎石層作為透水層設計，以便及時排出雨水，防止翻漿的產生。方案2(不降低壓實系數的要求):用不大于3%的水泥干粉替代0.1 mm的小粒徑顆粒，既可充填大粒徑顆?？紫?，以滿足壓實系數指標要求，又可固化級配碎石層，防止細顆粒流失而產生翻漿。同時，降低路肩封閉層高度，使路肩硬化面低于軌道底座板底面，使通過軌道底座板間裂縫下滲的雨水能排出路基。

［1］中華人民共和國鐵道部．TB 10020—2009 J—2009 高速鐵路設計規范(試行)［S］．北京:中國鐵道出版社，2009．

［2］張洪根，楊浩．淺談高速鐵路橋涵過渡段級配碎石的填筑施工［J］．山東行政學院山東省經濟管理干部學院學報，2007(2):70-71．

［3］陶偉．級配碎石在高速鐵路工程基床以下過渡段施工應用［J］．科技信息，2009(17):275-276．

［4］謝承?。畬幒伎瓦\專線無碴軌道路基級配碎石表層施工技術［J］．建材與裝飾，2011(4):411-413．

［5］倪紅革，張令諾，周慶坡．兗石鐵路基床翻漿冒泥產生機理與整治對策［J］．鐵道建筑，2007(2):61-63．