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摘要：本文结合某铁路专用线地下水深路堑工点，对排除路基地下水的设计进行了探讨。根据工程地质、水文地质条件，通过对排水盲沟及封闭式Ｕ型槽的技术经济比较，确定了不同的排除地下水建筑物的选择和布置方案。
关键词：地下水；盲沟；U型槽；比选
１．引言
当铁路修筑产生不可避免的深路堑且地下水位高于路肩设计标高时，如何长期有效地排降地下水，避免地下水给路基基床带来病害，确保边坡稳定一直是路基设计中的难点。地下水路基若长期被地下水浸泡，地下水则会以不同方式、在不同程度上对路基工程的稳定产生破坏。一、地下水的渗透和浸泡会软化地基岩土，使地基强度降低，压缩性加大，在外界荷载作用下使路基工程产生较大变形；二、寒冷、严寒地区路基工程处于冰冻线以上，土壤富含地下水，冻结时不仅土中水变成冰体积增大，而且水分往往因冻结作用产生热筛效应而迁移和重新分布，而使地基冻胀。冻胀时路基不均匀抬起，融化时又不均匀地下沉，年复一年使路基工程产生变形，轻者出现裂缝，重者危及使用；三、路堑边坡较高时，地下水的存在会降低岩土抗剪强度，轻则溜坍影响边坡及天沟稳定，重则形成滑坡。因此，在深路塹段落对地下水采取可靠的排除措施，是保证深路堑地下水路基稳定的关键环节。
目前采用较多的排除路基地下水方法一般有两种：一种是在路基基床两侧及边坡挖渗水沟并填充透水材料作为反滤层，采用排水管将地下水引出路基范围，边坡较高时辅以重力式挡墙或桩板墙等支挡结构；另一种是采用钢筋混凝土U型槽对路基进行封闭。这两种方法在施工方法、技术要求、排放地下水效果、造价及维修费用等方面存在差异，本文通过实例，就如何在深路堑工程排除地下水建筑物选择和布置进行探讨。
2．工程地质与水文地质概况
某铁路专用线DK248+690~DK252+030段，长3340m，线路中心最大挖深22.9m，地下水位高于路肩高程0~14m。工点地层为第四系全新统细砂，第四系上更新统坡洪积新黄土，下伏侏罗系上统泥岩、砂岩互层。侏罗系上统全风化～强风化泥岩具有弱～中等膨胀性。
设计范围内地下水类型较为复杂，主要为第四系地层中孔隙潜水、基岩裂隙水。
（1）第四系地层中孔隙潜水，分布于DK249+950～DK251+490，地下水埋深1.0～7.5m，地下水水位年动态变化幅度2～5m，主要接受大气降水、附近居民生活废水、管道渗漏、灌溉和地下水径流补给。主要含水层为细砂，属含水透水层，，细砂渗透系数K=8m/d；黄土层渗透系数K=0.5m/d，为相对隔水层，属含水弱透水层。
（2）基岩裂隙水，分布于DK250+110～DK251+190、DK251+460～DK251+620，主要赋存于砂岩中，富水性较弱，根据基岩起伏，部分段落具有微承压性，水头高度2～5m，泥岩夹砂岩综合渗透系数为K=0.2m/d。
3．排除地下水设计
３.１主要工程措施
挖方长约3km，线路纵坡在小里程方向仅为1%，采用渗水盲沟方案排除地下水，隐蔽工程较多，排水不畅则路基易产生病害，为后期运营维护遗留隐患；但如全部采用封闭式路堑，由于水头距路肩局部高达14m，U型槽造价太高。综合考虑，小里程方向地下水类型为第四系潜水时，砂层渗透性好，采用于侧沟下设渗水盲沟的方式排水，间隔30~50m设检查井，基床换填优质渗水填料。而砂岩、泥岩互层段落，渗透性差，为保证基底水头降至基床以下0.5m，盲沟埋设较深，顺接至出水口标高低于地面标高，不易排水，采用U型槽封闭式路堑。具体如下：DK248+690～DK250+440段采用盲沟及排水管措施，DK250+440～DK251+520段采用封闭式路堑，DK251+520～DK252+030段采用一般路堑。
DK248+690～DK250+440盲沟及排水管段主要工程措施有：（1）采用路堤式路堑，基床表层换填0.5mA组填料+0.1m中粗砂垫层夹铺一层两布一膜不透水土工布。基床底层换填1.0mA组填料。（2）两侧路堑边坡设置路堑挡土墙，本工点混凝土冻融破坏环境等级为D2，采用C35片石混凝土浇筑。（3）侧沟下设置渗水盲沟，渗沟内填充洗净碎石，渗水管采用Φ315mmPVC-U带孔双壁波纹渗水管，侧沟底铺设一层F13-1型PU聚氨酯保温板，渗沟两侧设置无砂混凝土板，盲沟纵坡不小于4‰。渗水盲沟采用转角式检查井，间隔30~50m设置。（4）为加强基底的横向排水能力，设置横向排水层。横向排水层自基床底层以下依次为0.9mA组填料+0.2m中粗砂夹铺一层两布一膜不透水土工布（750g/m2），中粗砂层以下设置0.3m碎石，中粗砂层底面铺设一层透水土工布（400g/m2）。（5）路堑边坡采用3×3mM7.5浆砌片石带截水槽拱型骨架防护，骨架厚0.4m，骨架内种紫穗槐或当地适宜植物。两侧一级路堑边坡设置支撑渗沟，每间隔3个拱骨架即12.3m设置一处支撑渗沟，沟宽1.5m，沟内码砌片石。
DK250+440～DK251+520封闭式路堑段主要工程措施：（1）主体结构采用C35钢筋混凝土U型槽结构，7.5m一节。边墙高根据水头高低自3~7m不等，胸坡为1：0.05，背坡垂直。于底板中间垂直线路方向设计0.3m厚、0.5m宽的凸榫，以增强结构抗滑性。（2）基床采用0.6mA组填料。（3）U型结构每隔7.5m设置伸缩缝一道，缝宽为0.02m，伸缩缝采用外贴式塑料止水带+中埋橡胶止水带及塞填材料防水，塞填材料采用聚苯板。边墙背后通铺EVA防水板（1.5mm厚），防水板外回填原土并夯实。U型结构边墙墙背采用竖向排水系统，斜向布置150×40mm方形塑料盲沟，间距2.5m，将墙背水汇集接入纵向铺设Φ200mm塑料盲沟管。（4）U型结构底板以下设置0.1mC20素混凝土找平层，找平层下为0.4m厚碎石。基底为饱和黏质黄土时，采用水泥土搅拌桩进行地基加固。
3.2方案比选
出于经济、合理的考虑，为对具有承压性的段落地下水的防排措施进行了方案比选，结果显示采用U型槽工程造价增加约20%。考虑到可以减少1.1km隐蔽工程，可大大减少后期维护费用，不影响运营效率，承压水段落采用U型槽封闭。通过比较也可看出，地下水位高于路肩较小时，U型槽边墙高度较低，造价与渗水盲沟+支撑盲沟的排水方案相近。
4．结语
本工程地下水路堑工点，长3.3公里，最大挖深达22.9米，路堑地下水水位高于设计路肩0~14m，地下水性质复杂，水头高，地层岩性较差，存在膨胀土、湿陷性黄土两种特殊岩土，在排除路基地下水方面具有很强的代表性。
在设计中根据地下水类型、大小、方向和补给情况制定防排水措施，使防排水措施与路基支档工程统筹考虑，封水与疏水相结合，通过比选确定了部分段落排水、部分段落封闭的综合工程措施。最大限度减小地下水对路基基床、边坡的破坏作用，不为后期运营安全遗留工程隐患。为此类深路堑路基排除地下水的设计提供了一定的参考。
参考文献(References)：
铁路路基设计规范
铁路路基支挡结构设计规范
王铸.某铁路深长路堑边坡坍塌病害原因分析及整治
李庆海.桩板式U型槽结构在成都地铁膨胀岩土的应用
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：地下水；盲沟；U型槽；比选
１．引言
当铁路修筑产生不可避免的深路堑且地下水位高于路肩设计标高时，如何长期有效地排降地下水，避免地下水给路基基床带来病害，确保边坡稳定一直是路基设计中的难点。地下水路基若长期被地下水浸泡，地下水则会以不同方式、在不同程度上对路基工程的稳定产生破坏。一、地下水的渗透和浸泡会软化地基岩土，使地基强度降低，压缩性加大，在外界荷载作用下使路基工程产生较大变形；二、寒冷、严寒地区路基工程处于冰冻线以上，土壤富含地下水，冻结时不仅土中水变成冰体积增大，而且水分往往因冻结作用产生热筛效应而迁移和重新分布，而使地基冻胀。冻胀时路基不均匀抬起，融化时又不均匀地下沉，年复一年使路基工程产生变形，轻者出现裂缝，重者危及使用；三、路堑边坡较高时，地下水的存在会降低岩土抗剪强度，轻则溜坍影响边坡及天沟稳定，重则形成滑坡。因此，在深路塹段落对地下水采取可靠的排除措施，是保证深路堑地下水路基稳定的关键环节。
目前采用较多的排除路基地下水方法一般有两种：一种是在路基基床两侧及边坡挖渗水沟并填充透水材料作为反滤层，采用排水管将地下水引出路基范围，边坡较高时辅以重力式挡墙或桩板墙等支挡结构；另一种是采用钢筋混凝土U型槽对路基进行封闭。这两种方法在施工方法、技术要求、排放地下水效果、造价及维修费用等方面存在差异，本文通过实例，就如何在深路堑工程排除地下水建筑物选择和布置进行探讨。
2．工程地质与水文地质概况
某铁路专用线DK248+690~DK252+030段，长3340m，线路中心最大挖深22.9m，地下水位高于路肩高程0~14m。工点地层为第四系全新统细砂，第四系上更新统坡洪积新黄土，下伏侏罗系上统泥岩、砂岩互层。侏罗系上统全风化～强风化泥岩具有弱～中等膨胀性。
设计范围内地下水类型较为复杂，主要为第四系地层中孔隙潜水、基岩裂隙水。
（1）第四系地层中孔隙潜水，分布于DK249+950～DK251+490，地下水埋深1.0～7.5m，地下水水位年动态变化幅度2～5m，主要接受大气降水、附近居民生活废水、管道渗漏、灌溉和地下水径流补给。主要含水层为细砂，属含水透水层，，细砂渗透系数K=8m/d；黄土层渗透系数K=0.5m/d，为相对隔水层，属含水弱透水层。
（2）基岩裂隙水，分布于DK250+110～DK251+190、DK251+460～DK251+620，主要赋存于砂岩中，富水性较弱，根据基岩起伏，部分段落具有微承压性，水头高度2～5m，泥岩夹砂岩综合渗透系数为K=0.2m/d。
3．排除地下水设计
３.１主要工程措施
挖方长约3km，线路纵坡在小里程方向仅为1%，采用渗水盲沟方案排除地下水，隐蔽工程较多，排水不畅则路基易产生病害，为后期运营维护遗留隐患；但如全部采用封闭式路堑，由于水头距路肩局部高达14m，U型槽造价太高。综合考虑，小里程方向地下水类型为第四系潜水时，砂层渗透性好，采用于侧沟下设渗水盲沟的方式排水，间隔30~50m设检查井，基床换填优质渗水填料。而砂岩、泥岩互层段落，渗透性差，为保证基底水头降至基床以下0.5m，盲沟埋设较深，顺接至出水口标高低于地面标高，不易排水，采用U型槽封闭式路堑。具体如下：DK248+690～DK250+440段采用盲沟及排水管措施，DK250+440～DK251+520段采用封闭式路堑，DK251+520～DK252+030段采用一般路堑。
DK248+690～DK250+440盲沟及排水管段主要工程措施有：（1）采用路堤式路堑，基床表层换填0.5mA组填料+0.1m中粗砂垫层夹铺一层两布一膜不透水土工布。基床底层换填1.0mA组填料。（2）两侧路堑边坡设置路堑挡土墙，本工点混凝土冻融破坏环境等级为D2，采用C35片石混凝土浇筑。（3）侧沟下设置渗水盲沟，渗沟内填充洗净碎石，渗水管采用Φ315mmPVC-U带孔双壁波纹渗水管，侧沟底铺设一层F13-1型PU聚氨酯保温板，渗沟两侧设置无砂混凝土板，盲沟纵坡不小于4‰。渗水盲沟采用转角式检查井，间隔30~50m设置。（4）为加强基底的横向排水能力，设置横向排水层。横向排水层自基床底层以下依次为0.9mA组填料+0.2m中粗砂夹铺一层两布一膜不透水土工布（750g/m2），中粗砂层以下设置0.3m碎石，中粗砂层底面铺设一层透水土工布（400g/m2）。（5）路堑边坡采用3×3mM7.5浆砌片石带截水槽拱型骨架防护，骨架厚0.4m，骨架内种紫穗槐或当地适宜植物。两侧一级路堑边坡设置支撑渗沟，每间隔3个拱骨架即12.3m设置一处支撑渗沟，沟宽1.5m，沟内码砌片石。
DK250+440～DK251+520封闭式路堑段主要工程措施：（1）主体结构采用C35钢筋混凝土U型槽结构，7.5m一节。边墙高根据水头高低自3~7m不等，胸坡为1：0.05，背坡垂直。于底板中间垂直线路方向设计0.3m厚、0.5m宽的凸榫，以增强结构抗滑性。（2）基床采用0.6mA组填料。（3）U型结构每隔7.5m设置伸缩缝一道，缝宽为0.02m，伸缩缝采用外贴式塑料止水带+中埋橡胶止水带及塞填材料防水，塞填材料采用聚苯板。边墙背后通铺EVA防水板（1.5mm厚），防水板外回填原土并夯实。U型结构边墙墙背采用竖向排水系统，斜向布置150×40mm方形塑料盲沟，间距2.5m，将墙背水汇集接入纵向铺设Φ200mm塑料盲沟管。（4）U型结构底板以下设置0.1mC20素混凝土找平层，找平层下为0.4m厚碎石。基底为饱和黏质黄土时，采用水泥土搅拌桩进行地基加固。
3.2方案比选
出于经济、合理的考虑，为对具有承压性的段落地下水的防排措施进行了方案比选，结果显示采用U型槽工程造价增加约20%。考虑到可以减少1.1km隐蔽工程，可大大减少后期维护费用，不影响运营效率，承压水段落采用U型槽封闭。通过比较也可看出，地下水位高于路肩较小时，U型槽边墙高度较低，造价与渗水盲沟+支撑盲沟的排水方案相近。
4．结语
本工程地下水路堑工点，长3.3公里，最大挖深达22.9米，路堑地下水水位高于设计路肩0~14m，地下水性质复杂，水头高，地层岩性较差，存在膨胀土、湿陷性黄土两种特殊岩土，在排除路基地下水方面具有很强的代表性。
在设计中根据地下水类型、大小、方向和补给情况制定防排水措施，使防排水措施与路基支档工程统筹考虑，封水与疏水相结合，通过比选确定了部分段落排水、部分段落封闭的综合工程措施。最大限度减小地下水对路基基床、边坡的破坏作用，不为后期运营安全遗留工程隐患。为此类深路堑路基排除地下水的设计提供了一定的参考。
参考文献(References)：
铁路路基设计规范
铁路路基支挡结构设计规范
王铸.某铁路深长路堑边坡坍塌病害原因分析及整治
李庆海.桩板式U型槽结构在成都地铁膨胀岩土的应用
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。