鐵路路基病害產(chǎn)生機(jī)理及處理技術(shù)研究

朱雷

上海鐵路局工務(wù)處 上海市 200071

摘要：鐵路路基是鐵路運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵工程，對(duì)于提高鐵路線路的運(yùn)力，保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩计鸬疥P(guān)鍵性的作用。本文基于這種背景，分析了當(dāng)前鐵路路基存在的病害類型，并簡(jiǎn)析了其產(chǎn)生的機(jī)理，據(jù)此提出了幾點(diǎn)處理與預(yù)防的建議。

關(guān)鍵詞：鐵路路基病害；病害機(jī)理；處理技術(shù)

鐵路路基在施工的過(guò)程中，因?yàn)槭艿搅俗匀画h(huán)境、施工條件以及技術(shù)水平等限制，致使施工的質(zhì)量往往難以保證，使得鐵路路基的病害逐漸成為了一種分布廣、治理難以及多發(fā)性強(qiáng)的病害，嚴(yán)重影響著鐵路運(yùn)輸功能的發(fā)揮，這就為鐵路病害的類型、機(jī)理、檢測(cè)以及防治的方法研究提供了現(xiàn)實(shí)的必要。

一、鐵路路基病害的機(jī)理及其因素分析

（一）鐵路路基的常見(jiàn)病害

總體來(lái)講，鐵路路基的病害類型可以分為九類，分別為翻漿冒泥、下沉、變形、邊坡塌陷、邊坡沖刷、陷穴、滑坡、水浸以及凍害這幾大類。鐵路路基發(fā)生病害的原因比較復(fù)雜，并且每一種病害類型都有著自己特殊的病理，需要根據(jù)實(shí)際情況采取恰當(dāng)?shù)拇胧?/p>

（二）鐵路路基病害的機(jī)理分析

1.地質(zhì)環(huán)境因素的影響

對(duì)已有的列車(chē)運(yùn)行線路來(lái)說(shuō)，鐵路路基的地質(zhì)條件是客觀存在的、不可改變的，雖然長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)地質(zhì)條件會(huì)發(fā)生一定的變化，但是在短期內(nèi)地質(zhì)條件可以視為一個(gè)常量，具有比較高的穩(wěn)定性，所以如果沒(méi)有特殊的條件，鐵路路基對(duì)于病害產(chǎn)生的影響作用是比較小的，也就是說(shuō)鐵路路基的病害在很大程度上是因?yàn)闅庀笏牡臈l件在長(zhǎng)期的鐵路運(yùn)輸過(guò)程中受到了列車(chē)振動(dòng)荷載的影響而發(fā)生了變化，進(jìn)而使得鐵路路基的情況發(fā)生了改變。

2.列車(chē)振動(dòng)荷載的影響

通過(guò)對(duì)鐵路路基的長(zhǎng)期觀測(cè)，我們可以看出在列車(chē)輪軸荷載的重復(fù)作用下，路基逐漸出現(xiàn)了過(guò)大的塑性變形，這種變形的積累達(dá)到了一定程度的時(shí)候?qū)?huì)使得鐵路的路基出現(xiàn)塑性流動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生鐵路路基的病害。

在列車(chē)振動(dòng)荷載的長(zhǎng)期作用下，路基土的抗剪性強(qiáng)度發(fā)生了變化，而路基土的抗剪性強(qiáng)度與路基土壤的飽和程度有著密切的關(guān)系，隨著路基土飽和強(qiáng)度的增加，路基土的抗剪性強(qiáng)度將會(huì)逐漸的減弱，路基土經(jīng)過(guò)了若干次的循環(huán)加載后穩(wěn)定狀態(tài)下的最大偏應(yīng)力將會(huì)顯著的降低，此時(shí)處于軌道下方的路基土在經(jīng)過(guò)了反復(fù)的擠壓以及固結(jié)之后會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的累積塑性變形，進(jìn)而形成道碴坑以及積水坑，尤其是在雨季，基床的填土容易出現(xiàn)含水量飽和的狀態(tài)，此時(shí)的強(qiáng)度也就會(huì)顯著的降低，進(jìn)而使得道床的工作性能顯著的下降，甚至出現(xiàn)線路嚴(yán)重不平順的情況，進(jìn)而影響鐵路線路功能與作用的發(fā)揮，影響鐵路行車(chē)的安全性。

3.基床土質(zhì)的影響

砂粘土、粉質(zhì)的粘土以及風(fēng)化比較嚴(yán)重的石基床是比較容易發(fā)生基床病害的機(jī)床類型，尤其是粘粒的含量在30%以上、粉粒的含量在40%以上的土質(zhì)；同時(shí)基土的礦物含量也是造成路基病害的主要原因，尤其是在基土中含有了蒙脫石以及伊利石的路基土；最后便是基床土的可塑性，研究表明可塑性較高的土質(zhì)發(fā)生路基病害的幾率較高，所以我國(guó)規(guī)定基床用土必須加以選擇或改良。

二、鐵路路基病害的處理技術(shù)

鐵路路基是鐵路運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵基礎(chǔ)，一旦發(fā)生病害就需要及時(shí)的采取措施進(jìn)行解決，進(jìn)而保證鐵路運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行，為此需要明確處理的基本原則，并且能夠針對(duì)不同的病害情況采取不同的處理措施。

（一）路基病害的處理原則

1.快速修復(fù)。這一原則的基本出發(fā)點(diǎn)是為了盡量減少路基病害對(duì)行車(chē)造成的干擾，減少經(jīng)濟(jì)損失，在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)鐵路的運(yùn)輸能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鐵路的正常運(yùn)輸。所以，在對(duì)病害處理的過(guò)程中使用的都是一些成型的材料和快速的技術(shù)措施，進(jìn)而提高處理的效率。

2.最小擾動(dòng)。這一原則強(qiáng)調(diào)的是整修工作對(duì)原有鐵路線路狀態(tài)的改動(dòng)與影響能夠保持在最小水平，減少對(duì)既有線路設(shè)備的擾動(dòng)，這就需要對(duì)病害的情況進(jìn)行具體的分析，對(duì)病害的結(jié)果進(jìn)行分級(jí)處理，進(jìn)而在第一時(shí)間采取適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，加快病害的解決速度。

3.提高效率。效率關(guān)系著整治的時(shí)間，所以這一原則強(qiáng)調(diào)的是整治工作的技術(shù)水平以及整治方案編訂的科學(xué)性、合理性，進(jìn)而減少整治作業(yè)的時(shí)間，經(jīng)濟(jì)有效快速的解決危害。

（二）路基病害的處理辦法

1.開(kāi)挖橫溝，了解地質(zhì)特性

橫溝的開(kāi)挖需要選擇在那些比較典型的地段，這類地段的地質(zhì)特征具有比較顯著的代表性以及比較高的研究?jī)r(jià)值，能夠?yàn)槠渌厥獾刭|(zhì)類型的研究提供較豐富的經(jīng)驗(yàn)以及較科學(xué)的研究方法，所以橫溝的開(kāi)挖一定要選擇那些比較典型的地段。

同時(shí)也需要對(duì)開(kāi)挖地段的地質(zhì)特征做好記錄，不僅是對(duì)當(dāng)次作業(yè)的詳細(xì)記錄，方便作業(yè)結(jié)束后的檢查與審核工作，也是為今后的挖掘與檢查工作提供了詳盡的數(shù)據(jù)與能夠參考的材料，為今后的地段檢修與病害的排查工作提供真實(shí)的數(shù)據(jù)與可信的參考。

2.地質(zhì)探測(cè)，深入掌握病害情況

地質(zhì)探測(cè)目前的常用技術(shù)為地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法以及瞬態(tài)面波法，地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法能夠直觀的反映出鐵路路基的幾何形態(tài)，同時(shí)也具有表層分辨率比較高的特點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)路基結(jié)構(gòu)的分層進(jìn)行探明，明確鐵路路基的基本情況；同時(shí)對(duì)路基病害的類型、程度以及具體的位置信息進(jìn)行探明，為下一步電性參數(shù)的分析提供基礎(chǔ)，但是這種探測(cè)方法不能夠給出地段路基的力學(xué)特征。

瞬態(tài)面波法的探測(cè)技術(shù)因?yàn)槭陮?duì)于高頻的信號(hào)具有較高的散射性，所以信號(hào)的精度在探測(cè)的過(guò)程中會(huì)受到限制與影響而不能夠精確的反映出路基的具體情況，但是雷達(dá)的探測(cè)方法能夠?qū)ζ洳蛔阒庍M(jìn)行彌補(bǔ)，進(jìn)而提高探測(cè)的精度水平，同時(shí)因?yàn)樗矐B(tài)面波法的測(cè)試方法在土中的頻散曲線比較光滑，能夠準(zhǔn)確的反映出路基土的力學(xué)參數(shù)的變化趨勢(shì)與深度變化之間的關(guān)系，不會(huì)因?yàn)樯疃仍黾佣沟脺y(cè)試的精度受到負(fù)面的影響，這就對(duì)雷達(dá)探測(cè)法會(huì)受到深度影響的缺陷進(jìn)行了彌補(bǔ)。

這兩種方法的結(jié)合使用能夠很好的實(shí)現(xiàn)探測(cè)路基情況的目的，完成對(duì)于路基表層以及路基下基土承載能力的測(cè)試與探查的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)路基測(cè)試的基本目的，完成對(duì)于病害的檢測(cè)。

3.對(duì)路基的強(qiáng)度以及剛度等參數(shù)進(jìn)行分析

重型的動(dòng)力觸探方法反映的主要是路基土的力學(xué)性能，反映的是測(cè)試點(diǎn)位置的力學(xué)性能指標(biāo)，測(cè)試的擊數(shù)越高，則說(shuō)明路基土的土質(zhì)越好，也就表明路基土的強(qiáng)度越高。這種測(cè)試方法能夠從不同的深度測(cè)試路基土的力學(xué)性能，進(jìn)而對(duì)路基的狀況進(jìn)行分析與研究。輕型的動(dòng)力觸探方法與重型的動(dòng)力觸探方法具有相似的工作原理，只是輕型的動(dòng)力觸探方法的擊數(shù)與重型的觸探方法有所區(qū)別，這種方法也能夠?qū)τ|探地點(diǎn)的力學(xué)性能進(jìn)行比較準(zhǔn)確的反映。

4.根據(jù)病害情況，采取科學(xué)的處理措施

鐵路路基的病害因?yàn)槠洚a(chǎn)生的原因不同，所以在實(shí)際處理的過(guò)程中所應(yīng)該采取的措施也不同，以下對(duì)每種病害的主要原因及相應(yīng)的處理辦法進(jìn)行比較分析：

病害名稱 病害

表現(xiàn) 病害成因 處理辦法

翻漿冒泥 泥漿向上翻冒 1）路基填料的性質(zhì)不良，級(jí)配不合理；2）水在路基中發(fā)生遷移、相變情況；3）溫度的變化主要是引起路基中水的遷移和相變，從而引起路基可能產(chǎn)生翻漿冒泥；4）列車(chē)荷載是產(chǎn)生路基基床翻漿冒泥的外在因素 采取預(yù)防與整治相結(jié)合的原則，需要在設(shè)計(jì)中采用優(yōu)質(zhì)的填料，修筑斜坡，保持排水通暢；同時(shí)需要對(duì)出現(xiàn)翻漿冒泥的區(qū)域進(jìn)行清理，鋪設(shè)砂墊層、設(shè)置封閉層或者是使用土工纖維對(duì)病害區(qū)域進(jìn)行整治。

下沉 路基土豎向變形 1）路基土壓實(shí)度不足；2）路基填料不均勻，控制不當(dāng)；3）地下水影響。 使用置換法，對(duì)路基的基層土進(jìn)行置換，提高路基的堅(jiān)固性；使用排水固結(jié)法，對(duì)病害的區(qū)域進(jìn)行加載、超載以及真空的預(yù)壓法；或者是使用灌入固化物對(duì)路基進(jìn)行加固以及對(duì)路基土進(jìn)行振沖擠密的處理。

擠出變形 路基土被擠出

發(fā)生變形 1）基床遭到破壞；2）列車(chē)荷載強(qiáng)度過(guò)大。 首先需要對(duì)路基進(jìn)行排水處理，減少水流的流動(dòng)對(duì)路基造成的侵害；提高基床的表層硬度，或者是降低基面的應(yīng)力（如片石反壓、樁基等）。

邊坡溜坍 表層土滑溜

與坍塌 1）地表水滲透；2）地下水影響；3）表層荷載強(qiáng)度過(guò)高。 修繕排水設(shè)施，減少水流的侵蝕作用；同時(shí)也要加固邊坡，提高其穩(wěn)固性。

邊坡沖刷 路堤邊坡受 到?jīng)_刷 1）水流的沖刷破壞了風(fēng)化基石的穩(wěn)定性；2）未設(shè)臨時(shí)急流槽和攔水??；3）每次雨水沖刷后未及時(shí)修補(bǔ)路基。 對(duì)地表水進(jìn)行引導(dǎo)，減少水流對(duì)基床的沖刷，同時(shí)也要兼顧邊坡的結(jié)構(gòu)。

陷穴 基床、道床下沉 1）路基土的堅(jiān)固性較差；2）路基基床土質(zhì)不良；3）排水不暢；4）基底軟弱。 路基陷穴可以采取措施包括：開(kāi)挖回填、灌注砂漿以及架設(shè)地基梁等，無(wú)論采取哪種方式，都要保證排水工作的到位有效。

滑坡 路基土體滑動(dòng) 1）路基位于滑動(dòng)的多發(fā)區(qū)域；2）水流沖刷；3）外部荷載強(qiáng)度過(guò)大。 進(jìn)行錨索加固的處理，提高路基堅(jiān)實(shí)性。

水浸路基 路基被浸水淹沒(méi) 1）設(shè)計(jì)水位過(guò)低；2）土壤沒(méi)有壓實(shí)；3）沒(méi)有對(duì)路基進(jìn)行邊坡加固。 抬高路基的高度，使得路基能夠免受地下水水位上升的危害，保證路基質(zhì)量。路基邊坡采用片石加固至最高水位線以上。

凍害 路基土出現(xiàn)冰塊 1）氣候寒冷；2）路基土透水性差；3）排水設(shè)施不完善。 修建基床的排水設(shè)施；挖除凍害地段的基床土，換填碎石或者是砂土；為基床鋪設(shè)保溫層；鹽化基床土。

結(jié)語(yǔ)

鐵路的路基是對(duì)鐵路的運(yùn)輸能力提供保障的基本環(huán)節(jié)，但是因?yàn)榈刭|(zhì)地形情況、施工條件以及振動(dòng)荷載的影響，在日常養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些病害，需要及時(shí)對(duì)這些病害進(jìn)行整治與預(yù)防，為鐵路的運(yùn)力提供保障，進(jìn)而促進(jìn)鐵路運(yùn)輸?shù)目焖俜€(wěn)定發(fā)展。

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