馬拉維Marka-Bangula鐵路重建工程水害路基恢復設計研究

秦其輝

（中鐵上海設計院集團有限公司,上海 200070）

0 引言

馬拉維Marka-Bangula鐵路是馬拉維南部塞納鐵路走廊的一個區段，是馬拉維南北鐵路骨干線的組成部分。馬拉維作為內陸國，通過恢復鐵路基礎設施功能與南部非洲發展共同體（SADC）國家實現互聯互通是其促進經濟發展和貿易往來的重要保障。

1 工程概況

Marka-Bangula鐵路重建工程全長71.66 km，路基總長70.56 km，占線路總長的98.46%。區間路基長度65.50 km，占線路全長的91.40%，車站路基長度5.06 km。目前大部分軌道缺失，路堤植被茂盛，大部分橋涵結構被洪水沖毀。

1.1 地形地貌

該項目位于馬拉維東南部，沿線地貌單元主要為山前平原和丘陵山地。山前平原包括沖湖積平原及山前傾斜平原。沖湖積平原地形平坦開闊，地面植被發育，河流湖泊分布其中，地面高程20～50 m。山前傾斜平原地形較開闊，地勢總體由線路左側向右側傾斜，略有起伏，地面高程30～80 m。丘陵山地地形起伏較大，植被較發育，地面高程60～480 m，地勢總體呈南低北高。

1.2 地質條件

1.2.1 地層巖性

沿線地層主要為第四系全新統沖湖積（Qhal+l）粉土、砂類土、碎石類土；第四系更新統坡洪積（Qpdl+pl）黏性土、砂類土、含礫砂類土等；元古代（X）片麻巖、花崗巖、石英巖等。

1.2.2 地質構造

馬拉維地質構造情況復雜，沿Shire河分布一系列北西向、北東向斷裂，屬于東非裂谷構造的南支部分，這些斷層構造控制了主要河谷的走向。該項目深路塹規模小，因此構造對項目的影響較小。

1.3 氣象、水文條件

1.3.1 氣象

馬拉維屬熱帶草原氣候，年平均氣溫在20 ℃左右。雨季從11月一直持續到次年4月，95%的年降水量發生在此期間。年平均降雨量從725 mm到2 500 mm不等。

1.3.2 水文

鐵路沿線地表主要有Shire河、Rou河水系，局部分布細小支流，水位隨季節變化大，雨季河水暴漲漫過河岸，旱季水量較小。2015年1月鐵路項目所在的恩桑杰地區遭受了百年一遇的洪水。

2 既有路基情況

馬拉維鐵路路基缺少必要的防護設備，汛期路堤和路塹頻繁發生滑塌[1]。沿線既有路基大部分被毀，少量保留基本形狀路基以低矮路提為主，路塹地段較少，全線有8～10 km左右為半填半挖路基，部分高邊坡坡面防護圬工脫落，也無明顯排水設施，未被洪水淹沒區域路堤基本保持完好，未發現下沉開裂溜塌等現象。

路基面寬度基本維持在3.5～5.0 m之間；路肩寬度0～1.0 m之間；土質已完全侵入道碴；基床表層厚度0.3～0.5 m，基床底層與路基本體填料一致。路堤邊坡坡率基本維持在1∶1.5～1∶2.5之間，路塹巖質邊坡坡率基本維持在1∶0.3～1∶1.0之間，未發現土質路塹邊坡，路堤邊坡防護類型均為植草綠化防護，路塹邊坡多無防護，偶有落石段漿砌片石防護，未發現任何支擋類型。路堤、路塹兩側均未發現排水溝等排水系統。

2.1 既有路基主要病害分析

水是威脅鐵路路基穩定的最大危險源，是引發鐵路路基和橋梁病害的根源。

2.1.1 臨河路基病害

部分臨河路基的水害嚴重，部分路基汛期被沖毀，路基填料基本被掏空，基巖出露，鋼軌懸空無防護，巖質為花崗片麻巖，表面風化破碎嚴重，多有落石發生。

2.1.2 泛濫平原路基病害

部分位于河流沖積平原的路基標高較低，洪水期間淹沒嚴重，局部洪水位高過現有軌面5 m以上，洪水過后，多數路基被洪水淹沒、沖毀或者白沙掩埋。

2.1.3 路基排水不暢病害

鐵路路基填方段多為低填情況，甚至多處出現鋼軌與地面等高情況，造成填方段路基面積水，排水困難等情況。路塹地段鐵路兩側未設置水溝和截水溝，造成雨季水流沖刷路基。

2.1.4 河流改道

2015年馬拉維恩桑杰地區暴發洪水，Ruo河自然改道為東西流向，形成了新的河道，沖走大部分路基和鋼軌。

2.2 既有路基病害整治設計措施

項目所在地區雨季降雨集中，降雨量大，持續時間長，應考慮其對路基工程的影響。對于既有線路基，原則上以原位病害整治或重建為主，部分洪水位較高地段，可采用原位抬高縱斷面進行處理，同時設置排水溝并合理布設過水管、涵，預留足夠的過水通道，對水害地段加強路基邊坡防護和排水設計。

2.2.1 臨河水害路基

既有路基被洪水嚴重損毀，洪水位較高，無法利用既有通道，需要對線路進行改線處理。改線路基按新建路基標準進行設計，其余線路均利用既有線位，沖毀路基均采用原位重建處理，如圖1所示。洪水位較高時，既有線縱斷面進行抬高；對洪水位以下路基邊坡加強防護，采取適當的防水、防沖刷措施，在迎水面側防護標高以下路基坡面可采用漿砌片石、石籠等圬工措施防護，坡腳設置防沖刷基礎。

圖1 沖毀段路基設計圖

2.2.2 泛濫平原路基病害

泛濫平原線路縱斷面抬至洪水位以上，路基按照浸水路基設計，洪水位以下路基邊坡采用漿砌片石、石籠等圬工措施防護。如圖2所示。

圖2 泛濫平原區路基設計圖

2.2.3 路基排水不暢病害

針對低矮路堤和路塹區間，在路基兩側增加排水溝、截水溝等排水設施，并提高填方段線路縱斷面標高，適當增設排水涵等排水設施。

2.2.4 其他病害

路肩寬度不足地段，采用護肩墻加寬或對既有路基進行幫寬處理，有條件時盡量采用單側幫寬。為使幫填部分與既有路基本體新老土體銜接緊密，應沿既有路堤坡面挖成寬度不小于1 m的臺階，加鋪土工格柵，加強路基整體作用。

3 路基恢復設計要點

3.1 路基橫斷面設計

路基沖毀嚴重，且洪水位較高，原位重建困難，對線路進行改線，改線路基按新建路基標準設計。新建路基面形狀應設計為三角形，兩側橫向排水坡不宜小于4%[2]。在曲線加寬時，路基面仍保持三角形。區間直線地段路基面寬度采用5.5 m。曲線地段，由于軌道結構物超高引起道砟層底面寬度增大，導致路基面寬度需在曲線外側加寬，曲線外側加寬可按表1取值[3]。路基結構層中各層填料的頂面及底面均應設不小于4%的人字排水橫坡，可將聚集在結構層內的水較快地排出，有利于保持路基結構層的強度和穩定性。

表1 曲線地段路基面加寬值

3.2 路基結構設計

3.2.1 路基結構層及厚度

路基結構層是路基上部受列車動力作用和水文氣候變化影響較大的土層，其狀態直接影響列車運行的平穩和速度的提高[4]。因此應對結構層厚度、填料等做出優化設計，合理選用路基結構層厚度及填料類型。在滿足20 t軸載的前提下路基結構層可分為基床面層、上基層和下基層。其中基床面層SB組填料厚度為0.2 m，上基層A組填料厚度為0.25 m，下基層B組填料厚度為0.45 m。

3.2.2 填料類型設計原則

一般地段填方采用普通土填料填筑。浸水地段路基，路堤位于設計水位以下的填料會經?；蜷g歇受水浸泡，導致填料軟化、強度降低，因此防護標高以下可采用滲水性較高的石質填料填筑。橋路過渡地段路基，由于路堤與橋梁剛度差異較大而引起軌道剛度的突變，同時路堤與橋臺的沉降不一致，而導致軌面不平順，影響列車運行時的安全及穩定，因此可在橋梁20～30 m范圍內設置橋路過渡段。過渡段內路基填方采用石質填料填筑，通過過渡段將突變差異調整為漸變差異，從而保證線路軌道的平順。

3.2.3 填料性質及壓實標準

該項目路基設計方案采用南部非洲標準，路基結構層填料性能及壓實要求如表2所示，所采用填料必須符合不同部位所要求的填料材質及壓實要求。

表2 結構層填料性能表

3.3 路基邊坡防護

3.3.1 一般地段路基邊坡防護形式。

為確保路基邊坡免受沖刷，減輕坡面風化以及邊坡綠化的需要，邊坡防護加固宜以圬工防護與綠化相結合，根據邊坡高度采用撒草籽、種灌木防護或骨架內撒草籽、種灌木防護。

3.3.2 平原內澇及河道兩側地段路基防護

平原內澇地段及河道兩側受水流沖刷地段路基長期受水流浸泡沖刷，洪水防護標高以下應采用滲水性較好的石質填料填筑。路基邊坡防護形式可采用漿砌片石護坡，避免洪水與泥沙對邊坡的沖刷侵蝕，保證路基穩定性。

3.4 排水系統設計

3.4.1 路堤排水結構

路堤地段應在坡腳外設置梯形排水溝以匯集并排泄坡面水和路基面上的表面水，為避免排水溝水流沖刷溝壁和由于水的浸潤作用而影響路堤的穩定性，應在路堤坡腳外要設有不小于2 m寬的天然護道。排水溝形式可采用土質排水溝、混凝土排水溝或漿砌片石排水溝。

3.4.2 路塹排水結構

一般路塹地段路肩兩側設矩形側溝，以匯集并排泄坡面和路基面上的表面水，側溝采用漿砌片石鋪砌，避免路塹坡面匯水對側溝的沖刷。

3.5 地基處理

保證地基穩定，有足夠的安全儲備，同時地基的變形要滿足上部建筑物正常使用要求[5]。在一些洪泛平原和沼澤地段，如果基底有軟土或淤泥，應盡可能降低路基填土高度，并對軟土地基采取淺層置換、拋石擠淤等地基加固措施。軟土的承載力極低，嚴重危及路基結構的穩定性，影響行車安全，當路基通過軟土地段時，需根據不同地層條件及軟土層厚度，選取不同地基處理措施，同時應盡量降低路基填高，合理控制填筑速率。

4 結語

通過對馬拉維既有鐵路水害路基恢復設計的研究和分析，提出適合該項目的路基結構形式和技術處理措施，平衡路基的穩定性和經濟性，具有可實施性，為南部非洲大陸類似鐵路重建項目提供參考和借鑒。