李彤钰

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

随着国民经济的不断发展，铁路运输需求进一步增加，部分既有铁路由于修建时间较早，受到当时技术的限制，建设的标准普遍不高，且投资有限造成路基附属设施的缺失。铁路投入运营后随着时间推移这些问题造成的路基病害可能影响铁路行车安全[1]。本文以黄土地区某既有铁路为例，对既有铁路路基的提升改造进行分析。

1 工程概况

1.1 线路概况及历史沿革

既有铁路原修建于上世纪30 年代，1958 年进行了技术改造，80 年代后期进行了大规模的电气化改造、扩能改造等，目前标准为I 级电气化双线铁路，其中提升改造段为双线电气化，一般地段线间距4.0 m。

改造段线路长7.5 km，有框架桥4 座，其余均为路基工程，路基长度占线路总长的97.8%。其中路堤长度约1 050 m，路堑长度约6 288 m，占路基长度的85.7%。最大填土高度约22 m，最大路堑边坡高度约12 m。双线线间距4.0～15.0 m，路堤半宽最小3.90 m，路堑半宽最小3.7 m。

1.2 气象特征

工程区位于北半球中纬度暖温带，属大陆性气候。当地年平均气温为8.9℃，年极端最高气温为38.2℃，极端最低气温为-25.7℃。年平均降水量441.2 mm，年无霜期164 d，最大冻结深度77 cm。

1.3 地形地貌

工程区地形较为平坦，基本为右高左低，地面高程860～895。该段跨越2 个地貌单元：一段为洪积扇区，地形微倾，整体呈东高西低；一段为黄土台塬区，地形起伏，沟坎纵横。

1.4 地层岩性

沿线地层分区详述如下：洪积扇区主要涉及第四系全新统洪积黄土状土，冲、洪积粉土和粉质黏土等。黄土状土为浅黄色，广泛分布于表层，粉粒为主，竖向节理较发育，硬塑，Ⅱ级普通土。粉土分布于黄土状土层下，厚度一般大于10 m，褐灰色，含云母、氧化物，局部夹砂类土，呈稍、中密状态，Ⅱ级普通土。

黄土台塬区主要涉及第四系上更新统风积新黄土、残积古土壤。新黄土以层状分布于地表，一般有1～2 层，最大厚度可达30 m，灰黄色，成分以粉粒为主，土质较均，结构较疏松，具大孔隙和垂直节理，可见少量白色钙质菌丝条痕，地貌上常形成陡壁、黄土柱和黄土漏斗等，黏性一般，硬塑，Ⅱ级普通土。古土壤常分布上更新统风积新黄土中、下部，一般有1～2 层，单层厚0.5～3.0 m，棕红色，黏粒为主，土质较均，结构较致密，土体常呈团粒状，夹含姜石颗粒，富含白色钙质菌丝，硬塑，Ⅱ级普通土。

不良地质为黄土崩塌，主要分布于黄土台塬区，由于新黄土结构疏松，垂直节理发育，易被雨水冲蚀形成黄土崩塌，多发育于陡坎边，地形平坦处则形成黄土陷穴。同时，场区内黄土状土、新黄土均具有湿陷性。黄土状土的湿陷系数为0.034～0.062，湿陷性中等，湿陷类型为非自重湿陷性，湿陷等级为Ⅰ～Ⅱ级，湿陷深度约5 m。而新黄土（马兰黄土）的湿陷系数为0.07～0.109，湿陷性强烈，湿陷类型为自重湿陷性，湿陷等级为Ⅱ～Ⅲ级，湿陷深度大于10 m。

1.5 地质构造

区内构造复杂，经历了自加里东以来的多次构造运动，形成了不同方向的褶皱和断裂，由于断裂均距离线路较远，可不考虑该断裂错动对本工程的影响。在Ⅱ类场地条件下，本场地基本地震动峰值加速度分区为0.10～0.25 g，基本烈度为Ⅵ～Ⅷ度[2]。

1.6 水文地质特征

洪积扇区地下水位埋深15～30 m，主要为潜水，赋存于下部粉土及砂类土层中，水质对混凝土具微腐蚀性；黄土台塬区地下水不发育。

2 路基设施存在的问题

2.1 路堑边坡防护缺失或失效

工程段路基边坡主要为路堑。较为直立的黄土路堑边坡在降雨冲刷和风化作用下，坡脚易崩塌、堆积剥落土体[3]，既容易造成侧沟的淤积，剥落土体堆在路肩上也造成路肩的宽度减少，更可能有边坡坍塌的安全隐患。现场调查可见，既有路堑边坡大部分未防护，边坡坡率约为1∶0.2～0.5，植被覆盖率差，坡面冲刷严重，部分坡面已发生坍塌，沿线边坡平台、坡脚堆积物较多。部分地段路堑边坡在运营维护中采取了浆砌片石护墙、护脚、混凝土挂板护坡和复合材料毯护坡等防护措施，但防护工程多已变形、损坏，达不到防护效果。

2.2 路基排水不畅

既有路基两侧主要有3 种侧沟形式，分别为轨枕码砌沟、浆砌片石铺砌沟和土沟。排水设施存在过水断面减小、淤堵失效等现象，其中，浆砌片石侧沟相对完好，但部分地段淤积严重、侧沟壁高于路基面导致路基面水无法排入；而轨枕码砌沟由于存在缝隙且局部垮塌，过水断面高度仅有0.1～0.2 m；土沟内杂草丛生，排水效果极差。同时，部分段落侧沟未连通，排水没有出路。此外还存在堑顶无天沟导致汇水冲刷边坡严重，局部地下水较高、基床冬季结冰等问题。黄土地区路基排水设施尤为重要，以上问题都会对铁路的安全运营带来不利影响。

2.3 路肩宽度不足

既有线修建年代久远，经长时间运营路基存在不同程度的下沉[4]，历次改造中的抬坡整道导致道砟厚度较大，局部道砟可近2 m，砟脚已进入侧沟，道砟占压了路肩及作业通道。目前部分地段砟脚码砌有轨枕、土工网袋，侧沟增加了盖板，但依然有路肩宽度不足现象，严重影响维修养护人员及机具的通行。

2.4 防护栅栏

既有线路防护栅栏主要存在两类问题：一是部分地段防护栅栏为金属网片，无独立基础，稳定性差，易破坏；二是部分低路堑地段无防护栅栏，达不到封闭线路的目的。该段线路紧邻县城，随着县城的不断发展，城市道路、公共设施和居民区等离线路越来越近，提升防护栅栏防护效力，保障线路运营安全迫在眉睫。

3 提升改造措施

3.1 路堑边坡防护改造措施

根据现场调查，路堑边坡存在的问题主要为：与市政道路距离较近的部分段落，由于防护缺失部分边坡的稳定状态已经出现问题；边坡没有防护的地段风化、剥蚀较为严重，肉眼可见边坡冲刷严重、裂隙发育；边坡存在防护的地段其部分防护工程已失效，坡脚堆积现象明显。根据路堑边坡现状、问题严重程度、边坡高度和外部环境等不同情况，以及后续运营维护的工务段提出的要求，本段路堑升级改造的原则如下：（1）先急后缓，将重点放到已存在崩塌失稳现象的、对运营安全影响大的部位；（2）尽量减少对既有防护工程及线上其他设备如电缆槽、接触网立柱基础等的破坏，并尽量使新、旧工程共同发挥作用；（3）边坡存在安全隐患、危害较大处采用较强的改造方案，确保其一劳永逸；（4）有条件放坡的地段，尽量放坡，减少改造费用；（5）无条件放坡的地段，充分利用黄土直立性较强的特点，增加防护，提高边坡的安全性和耐久性。

根据基本原则，工程段的路堑边坡按以下5 类划分，进行不同程度的升级改造。

3.1.1 无放坡条件的重点地段

工程段共有近300 m 路堑顶部靠近市政道路，路堑边坡高度4～6 m，边坡坡率约1∶0.2～0.5。坡脚有光缆设施，部分边坡未防护，部分边坡采用浆砌片石护脚或生态袋码砌防护，护脚顶上部坡面冲刷严重，边坡坡脚及平台堆积大量散落土体及植物，目前边坡已变形，有失稳现象，局部已经发生了坍塌。对于这种无放坡条件且堑顶外侧边缘邻近市政道路的地段，为确保边坡安全稳定，路堑右侧设桩板式挡土墙支挡工程。桩截面尺寸为2.0 m×2.5 m，桩间距6.0 m，桩前两侧设置翼缘，采用C35 钢筋混凝土现浇。开挖桩孔时应设置钢筋混凝土护壁，护壁分节处应尽量避开土石分界和滑动面等软弱带。锚固桩孔口应设置锁口，采用C20 钢筋混凝土；锁口顶面高出地面0.2 m，护壁每米一节，厚度采用0.25 m。开挖面以上桩间设挡土板，采用C35 钢筋混凝土预制。挡土板后，找平层以上平台以下部分通长设厚0.3 m 袋装砂夹砾石层+一层复合波形排水垫反滤层。桩板墙的锚固桩应尽量安排在旱季施工，桩孔应隔桩开挖，护壁及时跟进。桩身混凝土应及时连续浇灌，避免形成相对软弱截面。

3.1.2 无放坡条件的一般地段

工程段有一段路堑外为当地县城，路堑边坡受人为活动影响较大，因此坡面支离破碎，冲刷相对严重，边坡变形影响面也较大，因此右侧边坡防护加固是本段提升改造研究的重点。目前该段路堑边坡坡率1∶0.2～0.5，高约5～12 m。

对于无放坡条件、与市政道路无影响关系的未设防护或设有生态袋防护的边坡，全坡面增加C25 混凝土实体变截面护墙，护墙胸坡坡率不陡于1∶0.5，背坡坡率不陡于1∶0.45，基础埋深1.0～1.2 m。有条件地段侧沟外设置1.0 m 宽侧沟平台，困难地段不设侧沟平台或将现有梯形沟改为半矩形、矩形沟并增加盖板。护墙背临空部位采用混凝土嵌补，生态袋在满足护墙设置位置时不拆除。

对于无放坡条件、与市政道路无影响关系的下部已设有浆砌片石护脚或护墙未防护到顶地段，对上部裸露边坡增加C25 混凝土实体变截面护墙。在既有防护工程上部设置不小于1.0 m 宽平台，并采用C25 混凝土防护。护墙胸坡坡率不陡于1∶0.5，背坡坡率不陡于1∶0.45。同时既有防护工程上部不具备设置平台的空间时，为避免新、旧工程相互的不利影响，拆除下部既有防护工程，重新施做全坡面防护工程。

3.1.3 有放坡条件的地段

部分路堑的堑顶外侧多为耕地及荒地，相对来说人类活动较少，边坡高度较低，病害程度较轻，原防护措施和防护范围都较轻和较小。边坡坡率约为1∶0.2～0.5，高约3～12 m。既有边坡部分地段采用轨枕、生态袋或浆砌片石加固坡脚及部分坡面。路堑堑顶外用地界相对较宽，控制性建筑物较少，具有适当放坡的条件，为减少投资，具备条件的路堑地段以放坡为主要措施。

有放坡条件且边坡未防护的地段，高度H≤5 m 时，侧沟外留1.0 m 平台，放缓边坡坡率至1∶1，坡脚设置C25 混凝土护脚，高度2.5 m，护脚以上坡面采用种植草灌或码砌生态袋；高度H＞5 m 时，若放坡宽度不受限制，则在侧沟外留1.0 m 平台，边坡按照1∶1 坡率放坡，全坡面采用C25 混凝土拱形骨架护坡，厚度0.4 m，骨架内植草并种植灌木；高度H＞5 m 时，若放坡宽度受到限制，则在侧沟外留1.0 m 的平台，边坡按照1∶0.5 的坡率放坡，坡面采用全断面或部分断面混凝土实体护墙防护。护墙顶宽0.4 m，基础埋深1.0 m。

3.1.4 其他情况

对于既有浆砌片石或轨枕护脚已坍塌、变形的地段，将既有的浆砌片石护坡拆除后，改造措施同未防护地段；对于既有浆砌片石护墙、护脚或轨枕护脚设施完好的，只对上部裸露边坡进行升级改造，改造时在既有护墙、护脚顶部设置不小于1.0 m 的宽平台，平台采用C25 混凝土防护，上部裸露边坡根据边坡高度和是否具备放坡条件，同前述原则进行处理。改造中的生态袋均利用本次工程拆换下来的，重复使用不再新增，数量不足时再采用植草、灌木等措施，防止裸露的黄土边坡受到冲刷。

3.2 路基排水系统改造措施

根据现场调查，排水主要存在的问题有设施不全、不能完全发挥作用以及失效。对于设施不全的，未产生积水和集中冲刷的痕迹，没有对路基构成影响的，不再增加排水设施；有影响地段增加与现场环境和需求相适应的排水工程；对不能完全发挥作用以及失效的排水工程，全面进行改造。对排水系统的改造按以上3 个原则进行。

3.2.1 天沟

工程段的线路标高普遍较低，长大段落的路堑导致区段的排水条件十分困难。若在堑顶两侧增设天沟截排地表水，由于地形原因天沟汇水找不到合适的出路，两侧天沟汇水依然需要吊入侧沟排出，侧沟的过水需求大大增加，若重新改造侧沟使其满足天沟汇水所需的过水能力，则又需同步对路肩进行施工，影响线路运营的可能性较大。同时，区域的地势基本为单面坡，较高侧多为道路和县城居民区，具备较完善的市政排水系统，形成了天然的截水屏障，减少了高侧来水，现场调查中未发现汇入线路的集中水流。因此，只对地势高侧距离市政道路及居民区较远、有汇水的堑顶增加天沟。天沟设置为矩形或梯形，采用C25 混凝土浇筑。

3.2.2 侧沟

对侧沟沟壁高于路基面的地段，沿纵向间隔5.0 m，自砟脚开挖0.1 m 宽、0.1 m 深的沟槽，用砂砾石充填，并在侧沟壁对应位置钻孔，将路基面水分段引入侧沟，形成横向排水通道。

对砂浆脱落的浆砌片石沟，应予以拆除并重新设置C25 混凝土梯形排水沟，底宽0.4 m，深度0.6 m。

对淤积严重、产生变性的轨枕沟，根据路肩宽度和电缆位置，在原沟位置或路肩位置重新开挖设置C25 混凝土矩形盖板沟，宽度0.4 m，深度不小于0.4 m，并与相邻上下游侧沟顺接，确保排水通畅。

对无侧沟地段，增设C25 混凝土梯形沟，深0.6 m，底宽0.4 m 的矩形盖板沟，与相邻两侧侧沟顺接。

对跨线立交桥台距离线路过近导致的无排水出路地段进行改造挖开道砟，通过在桥台基础外侧埋设φ0.6 m的钢筋混凝土管，连通上下游排水。

3.2.3 线间沟

线间沟的长度共计约700 m，基本都是土沟，无任何防护。主要的问题是杂草丛生，淤堵严重。处理措施为清理杂草及淤积物，重新设置C25 混凝土梯形排水沟。

3.2.4 盲沟

对地下水位较高地段，为及时引排地下水、疏干基床，减少基床出现如路肩冬季结冰等病害，于该段增设截水盲沟，截水盲沟大里程端与既有盲沟顺接，盲沟类型及埋置深度参照已有盲沟设置。

3.3 路肩改造措施

道砟厚度较大地段研究采用挡砟板对既有道床坡脚进行收坡。挡砟板为一直角形状，采用C30 钢筋混凝土预制，板底宽和板高相等，厚10 cm，单块挡砟板沿线路方向的长度为0.6 m，埋设时插入砟脚，每块之间预留1～2 cm 空隙以便排水。

3.4 防护栅栏改造措施

对于已损坏的或无独立基础的金属网片防护栅栏，拆除更换为1.8 m 高度钢筋混凝土立柱金属网片防护栅栏，栅栏顶0.5 m 外折；对路堑边坡较低的无防护栅栏地段，增设1.8 m 高度钢筋混凝土立柱金属网片防护栅栏；路堑边坡较高的无防护栅栏地段可不增设。

3.5 既有线改造中的临时防护措施

该路基、排水等设施升级改造的工程位于既有铁路内，路堑两侧需实施的工程主要有桩板式挡土墙、路堑刷坡、混凝土坡面防护、侧沟及直角型挡砟板等项目，施工场地和条件有限，运营线不能停车，且行车密度大，需要采取特殊的工程结构或临时防护设施，才能在满足施工需求的前提下，最小程度降低对既有线运营和安全的影响。

邻近既有线施工方法、技术和防护措施，一般情况按以下原则进行设计：不调整、中断既有线正常行车；局部在限界内的施工点在天窗点进行；加强施工防护和隔离措施。邻近既有线土方开挖施工需执行铁总及各路局的法规、规范。为保障既有线正常运行，在既有线路肩内侧设置施工安全隔离排架，排架为钢管防护网：网高2 m，钢管纵向间距5.0 m，长3.0 m，打入地下不小于1.0 m。同时，对于靠既有线侧沟、挡墙和护坡等基坑临时开挖边坡采用钢板桩连接支护，钢板桩锚固长度不小于悬臂长度。

4 结束语

除了以上路堑边坡冲刷严重、失稳，排水系统不畅、路肩宽度不足和防护栅栏失效等问题外，长期运行的既有线还存在沉陷、陷穴等黄土地区常见的病害。湿陷性黄土地区的路基在受到水流浸润后，在重力或其他附加荷载的影响下，由于原修建年代早，填料标准较低、地基处理技术手段受限，使得土的结构发生改变，导致了路基的沉陷和失稳。而黄土天然含有可溶盐的成分且节理垂直发育，地表汇流易沿垂直节理下渗，黄土中的可溶盐遇水溶解进而导致土体崩解，不断坍塌，形成或扩大了陷穴，对路基造成影响。

黄土地区的路基病害多基于黄土的土体性质，黄土湿陷性的发生需要有水流的参与，因而黄土地区修建铁路工程需要尤其重视排水系统的设计，减少水流对黄土的干扰，这可以从设计、施工、运营三方面进行优化，设计中重视排水系统的合理规划，施工中保证排水系统与主体工程的衔接并随现场地形变化提出合理建议，建成运营后要及时养护，避免淤堵不畅。对既有线路的改造升级中可以总结出，黄土地区既有铁路路基设施提升改造应注重三点，一是提高边坡的防冲刷能力、耐久性和安全性；二是提高路基排水的系统性，避免水流浸润路基引起病害；三是保证路肩宽度，提供维修养护作业通道。

对既有铁路的提升改造，可以提高运力、节约用地，与新建线路相比投资小、见效快，避免了国土资源的浪费。随着时间推移，目前我国的运营线路都将逐步进入修整改造阶段，既有线提升改造技术的研究具有重要意义。