利用聚苯乙烯保温层整治京沪高铁涵洞冻害的应用

摘要：本文以京沪高铁K453+547、K453+644两处框构涵存冻害病害整治为实例，从病害的调查、分析、制定整改方案等方面，阐述了在涵洞内表面设置保温层整治涵洞顶部冻害和缓解轨道几何尺寸不良变化的整治方法，以期为类似病害的整治工作提供借鉴。

关键词：高速铁路 涵洞 保温层

中图分类号：X731 文献标识码： A

一、概述

针对路基涵洞冻害问题，人们对路基冻胀、融沉和温度场特征进行了广泛研究，提出各种路基抗冻害工程措施，但因气候条件、工程地质、水文地质条件等方面的不同，对于路基冻害问题，有必要进一步研究具体有效的路基抗冻措施。其中，在框构涵内表面铺设聚苯乙烯泡沫塑料保温板就是保温隔热措施之一。

京沪高铁全长1318公里，其中山东段地处季节性冻土区。2012年11月份通过添乘检查及动态检测发现京沪高铁K453+500-700处有明显高低不平顺，并结合动检车波形图初步确认了不良地点为京沪高铁K453+547和K453+644两个涵洞。

二、聚苯乙烯保温层整治涵洞冻害可行性分析

冻土区铁路的修建，改变了天然地表和外界的热交关系。作为路基薄弱地点的涵洞，在其内表面增设一定厚度的保温层是保护路基稳定的有效方法之一。这种方法能够增大路堤热阻，减少季节冻土区的冻结深度。聚苯乙烯泡沫材料依据其良好的保温性能，成为解决路基涵洞冻害问题的有效方法。保温隔热材料铺设在涵洞的内表层，以减少路基冻结深度或是路基不冻结，从而防止冻胀。

聚苯乙烯泡沫塑料根据其生产方法不同可以分为EPS和XPS两种。XPS是由模式法生产的泡沫塑料，EPS是由聚苯乙烯泡沫塑料颗粒压缩形成的板状材料，尺寸通常为2000mmxIO00mmx50mm，它是一种质轻、压缩性强和具有一定隔水性的塑性材料，该种材料板在重工业领域常用于隔热减震，在土木工程领域常用于保温隔热和填塞伸缩缝。目前，聚苯乙烯泡沫塑料被广泛应用于路基填料，滑坡抢修，直立挡墙，涵洞上填料等一系列工程。

从70年代中期，我国开始进行铺设聚苯乙烯保温材料对路基稳定性影响的研究。1992年开始在青藏公路昆仑山越岭地段进行铺设保温材料对冻土路基热状况作用的试验研究。研究对保温材料在青藏高原多年冻土区路基工程中的效果作了充分的肯定。

三、涵洞冻害调查及分析

2012年11月份通过添乘检查及动态检测发现K453+500-700处有明显高低不平顺，并结合动检车波形图初步确认了不良地点为K453+547和K453+644两个涵洞处。随即安排测量人员对两处涵洞上下行分别进行了静态轨面高程测量。

图2整治前K453涵洞上行静态高程图

图3整治前K453涵洞下行静态高程图

结合当地实际气候等其他因素，同时对波形图纵向和横向的对比分析，京沪高铁K453+547和K453+644两个涵洞处高程受冻胀影响明显高出其它地段，初步认定病害的原因为涵洞冻害所导致。

四、加设聚苯乙烯保温层改造实施方案

根据调查初步结果，确定利用涵洞内表面增设聚苯乙烯保温层来消除涵洞冻害影响。经过参阅设计图纸和实地测量，K453+547框构涵长23.1m*宽5m*高4.2m，面积309.54m2，K453+644框构涵长20.07m*宽7.08m*高4.77m，面积333.56m2，确定保温层面积643.1m2。

1、组织分工

为确保涵洞内保温层增设工程的作业安全、质量，顺利完成内保温层增设工作，段成立施工组织。

（1）施工管理组：负责全面施工及管理

组长：车间主任

副组长：车间主管副主任

组员：桥隧保养点

（2）技术管理组：负责技术指导与质量控制

组长：桥隧科长

组员：桥隧副科长 路基主管工程师

（3）安全管理组：负责安全检查与监督

组长：安全科长

组员：安全科科员

2、施工方案

（1）外保温层构造

外保温主要由粘结层（聚合物粘结砂浆）、保温层（聚苯板）、保护层（热镀锌钢丝网及抗裂砂浆）、饰面层（涂料）组成。其保温原理是将保温材料用特制粘结料粘钉在基层上，外部用钢丝网及胶结料保护形成隔热体系加以保温和阻热。

（2）所需材料

①选用各项性能指标符合05J3-1要求的阻燃型挤塑聚苯板。（顶面选用累积厚度不小于120mm厚的聚苯板，侧面选用80mm厚的聚苯板）

②选用经建设主管部门备案核准的、现场取样试验的、各项性能指标符合05J3-1要求的聚合物粘结砂浆和抗裂砂浆。

③专用膨胀螺丝钉。（侧面用热镀锌钢丝网，顶面用耐碱网格布）

（3）工艺流程

①首先彻底清除基层表面浮灰、油污及风化物等杂质，避免影响粘结强度。

②对墙体整体涂刷一遍界面剂。

③对聚苯板进行排板，弹基线及找规矩时，转角苯板采用榫接或马牙交接，洞口角平面必须使用刀把形整板过渡，避免形成通缝，影响保温效果。

④采用条状和点状粘贴法粘贴聚苯板，粘贴面积不低于板面的60%，采用轻柔、挤压粘贴保证粘贴平整，阴阳角顺直。

⑤将聚苯板粘贴5小时后，刮抹底层抗裂砂浆，用抹子推压镀锌丝网使其嵌入底层砂浆，镀锌丝网铺贴每幅要搭接300mm交接，边角、洞口要附加丝网（每侧延长300mm）或重叠交接，丝网幅接缝避免与基层苯板缝隙重叠。

⑥在粘好的苯板上电钻打孔，孔深入墙5cm，于钻孔处打入拧紧带帽塑料胀钉（长10cm），胀钉采用梅花形布置，间距500mm，每平米不少于8个，边角处适当加强。使胀钉帽片压紧丝网及苯板，再刮抹面层抗裂砂浆。

3、技术要求

（1）施工时必须彻底清除基层表面浮灰、油污及风化物等避免影响粘结强度。将苯板粘牢5小时后，在粘好的苯板上电钻打孔，孔深入墙5cm，刮抹底层抗裂砂浆，用抹子推压镀锌丝网使其嵌入底层砂浆，于钻孔处打入拧紧带帽塑料胀钉（长10cm），使胀钉帽片压紧丝网及苯板，再刮抹面层抗裂砂浆。胀钉应采用梅花形布置，间距500mm，每平米不少于8个，边角处适当加强。

（2）必须使用冲击钻打孔，遇有钢筋时立即停止打孔，并将孔眼封堵良好。

4、安全要求

（1）开工前，车间组织车间盯控人员学习组织方案，明确作业步骤、技术安全要求。

（2）施工人员必须听从车间盯控人员指挥，车间盯控人员不到位禁止施工，需天窗作业的严格遵守天窗修制度。

（3）车间应派责任心强有监控资质合格人员盯控，对每日工作量严格记录，与施工方共同签字后作为结算依据，每日施工结束，所有料具应全部清理到栅栏外。

（4）车间盯控人员负责对各种材料取样并拍照，留存备查；同时要发现的问题拍照存档，及时上报技术科。

五、应用效果分析

京沪高铁K453+547、K453+644两处框构涵于2013年9月份完成了涵洞内表面聚苯乙烯板保温层的增设，根据2014年2月测量数据对比，K453涵洞冻害经过整修，动态检测效果良好，长短波高低峰值明显减小。

下行K453+630长波高低峰值由5.21mm减小到3.46mm，减小了1.75mm、高低峰值由4.2mm减小到2.6mm，减小了1.6mm；K453+540处长波高低峰值由5.9mm减小到3.47mm，减小了2.43mm、高低峰值由3.74mm减小到2.14mm，减小了1.6mm。

上行K453+630长波高低峰值由6.38mm减小到1.26mm，减小了5.12mm、高低峰值由5.86mm减小到1.27mm，减小了4.59mm；K453+540处长波高低峰值由3.74mm减小到2.14mm，减小了2.43mm、高低线形有明显变化，但峰值变化不大，精调前后都在1.8mm左右。

六、结语

路基涵洞内表面增设聚苯乙烯板保温层是提高路基耐寒性、抗冻胀的重要技术手段。京沪高速铁路涵洞冻害首次聚苯乙烯板保温层进行整治并取得满意效果。由此，为开展利用聚苯乙烯板保温层解决涵洞冻害的应用起到很好的推广和借鉴作用。