既有路基病害整治调研分析

既有路基病害整治调研分析

张德

中国铁路哈尔滨局集团有限公司既有铁路改造项目管理部

因既有线铁路存在沿线地质条件差别大，填料不均匀，不少地区还存在不良土且受到地理和气候环境常年变化影响，加之路基设计技术标准低、施工质量要求不严等问题，从而导致各种铁路基床病害成为一种分布广、治理难、多发性强的病害。更由于近年来随着重载及提速列车的大量开行，既有铁路线路基设计承载力偏小，在列车提速后荷载引起的动应力之下，导致路基内应力水平、分布状态和作用方式显著改变，各种病害多发易发，严重影响列车安全运行。所以了解既有线路基病害的类型及其发生机理，并对其进行实用的检测，找出路基稳固的不利因素，有针对性的采取根治措施，对路基的防护和治理非常重要，也是确保路基在施工中和运营时坚固可靠前提条件。

一、既有铁路路基病害类型及原因分析

既有铁路多发的路基病害类型通常有三种，分为冻害、水浸和翻浆冒泥路基。

1.冻害路基：冻害发生在寒冷地区，如路基土为透水性较差的细粒土，当含水量较高或基面积水，在冻结过程中，土中水重新分布和聚集形成冰块，易引起不均匀的冻胀现象。

2.水浸路基：水浸路基指实际浸水超过设计水位的路基。被水浸或淹没，引起一定的沉降或局部坍塌，当路堤缺乏足够的防护和加固设备时，导致路基稳定性受到影响或破坏。

3.翻浆冒泥：路基强度因含水过多而急剧下降，在行车作用下发生裂缝、鼓包、冒泥等现象，称之为翻浆。翻浆冒泥一般易发生于基床土质不符合要求的部位，特别是以细粒土作路基填料、风化石质作基床，降雨量大的路堤和路堑地段为病害多发地段，含粘粒、粉粒的基床表层土在和列车反复振动的作用下，发生软化或触变、液化，形成泥浆。列车通过时轨枕上下起伏使泥浆受挤压抽吸而通过道床孔隙向上翻冒，造成道碴脏污、板结进而使道床降低或丧失弹性，轨道几何尺寸变化，危及行车安全。翻浆冒泥分为土质基床翻浆、风化石质基床翻浆和裂隙泉眼翻浆。

二、既有铁路路基病害产生的机理

路基病害的产生和发展与路基填料的工程性质、地表水与地下水、列车振动荷载、土的动力强度特性和温度及其变化有关。主要是路基填料、水、列车荷载和温度变化等各项因素综合作用的结果。各种因素之间相互关联，病害发生的原因非常复杂，每一种病害都有自己特殊的病理。归纳起来主要有两个方面：

1.病害的发生取决于特定的地质环境。例如地质条件不良的山区，路基在雨季易发生崩坍、滑坡，并易遭泥石流和河流冲刷等危害；在易溶岩地段及采矿区，路基常因下部有岩溶和坑洞而发生突然下陷；在多雨和冻溶地区，路基易产生道碴陷槽、翻浆冒泥和冻害等。

2.病害的发生与相应的气候变化和列车振动荷载息息相关。前者是病害发生的内因，后者是病害发生的外因。对某一具体线路来讲，其地质条件是客观存在，虽然它也在不断地发生变化，但基本上是一种较为稳定的量，因此，在一定程度上路基病害的发生频率和程度将取决于气象水文条件和列车长期重复振动荷载的影响，路基病害的产生和发展是各项因素综合作用的结果。

三、既有铁路路基病害的检测

为了对路基病害进行合理整治，必须准确检测病害状况，分析病害成因。根据铁路既有线的特点，路基检测应不干扰行车或少干扰行车，为此需采用的检测手段应力求准确、可靠、快速，从而为将来的整治工作提供准确可靠的数据依据。可采用轻型动力触探、地质雷达、瞬态面波法和取土试验等多种手段对路基进行检测，具体步骤和方法如下：

1.典型地段开挖横沟，了解路基的几何特性。

2.采用探地雷达法和瞬态面波法对路基进行大面积的扫描检测。

3.对路基强度、刚度等参数方面的分析。

4.采用动变形模量仪Evd方法检测。

四、既有铁路路基病害的防治

（一）路基冻害的防治预防措施：

1.排水及隔水。由于水是形成路基冻害各因素中关键性的条件，因此控制土体中的水分，其目的在于排除地表水或降低疏导地下水及隔断下层水以消除或减少路基土体的冻胀。

2.换填法（改土）。 对于由土质不良而造成的路基冻害，且又有换填条件时，常广泛使用换填法，其目的是换除路基土体中的不均匀土质，或改良土的性质，以消除或减少路基土体的冻胀。

3.保温法（隔温）。 在路基表层（顶面及侧沟）设置保温隔热层，使表层下的土层不冻结或减少冻法深度，推迟土体冻结，提高土中温度，减少冻结深度，其目的是使冻胀性土脱离冻结层或部分脱离冻结层，从而消除或减少路基土体的冻胀。

4.物理化学法。 物理化学法是指采用人工材料，改变土粒与水之间的相互作用，使土体在冻结时水分的转移强度和冰点发生变化，减轻冻害的影响。

（二）路基水侵冲刷的防治措施：

1.直接防护方式：

①干砌石护坡。适用于不受主流冲刷的路堤边坡。

②浆砌片护坡。适用于主流冲刷及波浪作用强烈的路堤边坡。

③抛石。适用于水流方向平顺，无严重局部冲刷，已被水浸的路堤边坡。

④石笼。适用于既受洪水冲刷又缺少大石料的区段。

⑤挡水墙。适用于峡谷急流和水流冲刷严重地段。

2.间接防护方式：

①挑水坝。适用于河床较宽，冲刷和淤积大致平衡。水流性质较易改变的河段，有的地主可以顺河势布置向导流建筑物。防护地段较长，更宜采用。

②顺坝。适置横向导流建筑物。防护地段较长，更宜采用。

③潜坝。适用于河不太宽，洪水时流速较大河水深较的河段，侵占河槽较少又能减轻对路堤的冲刷，但宜和加固路堤边坡配合使用。

④防水林带。适用于路基外侧河滩季节性洪水冲刷地段。但导流建筑物的修建是一项技术复杂、工程浩大的措施。

（三）基床翻浆冒泥、下沉外挤的防治措施：

1.排水。适用于排水不良而导致的基床病害，如路堑和站场。疏通或修建防渗侧沟、天沟、排水沟等地表排水系统；修建堵截、导引、降低地下水位的盲沟、截水沟、侧沟下渗沟等排除地下水或降低地下水位系统。以消除或减小地表水和地下水对路基基床的侵害，使基床土经常保持疏干状态。

2.提高基床表层强度。适用于基床表层土承载力不足导致的基床病害，如裂土病害。防治措施一般采用换渗料土及换砂。换填深度应以满足承载力要求为原则。

3.土工膜封闭层或无纺土工纤维渗滤层。这是近年广泛应用的防治基床病害的新工艺，它有隔离地表水、过滤基面水和均布基面应力等多种效用，常与换砂、砂垫层配合使用。作为隔断排水层的材料，它能渗水，又能隔断粘土细粒，具有足够的强度，又有延伸性，是整治基床病害的好材料，但这种材料造价较高，使用寿命尚有待测试。

4.钢渣粉封闭层。适用于大范围内翻浆冒泥的整治。钢渣耪遇水板结，能有效地防止地面水下渗；同时江边渣场有丰富、廉价的钢渣粉来源。此方法施工时需封锁线路，劳动力需要量大。

5.换土对于水塘上部的线路路基的翻浆冒泥，可采取集中整治，用粘性土、砂或钢渣耪来替换不良土质，换土时必须分屡夯实．基面做成路拱。换土长度包括整个变形地段．并向两端各延长1米，并做好横向排水。

（四）路基常见病害的防治措施及加固技术：

1.砂垫床。砂垫床一般用于翻浆冒泥的防治。

2.复合土工膜封闭层。适用于病害水源主要为降水的路段。

3.土工布反滤隔离层。适用于地下水的基面翻浆冒泥，但裂隙泉眼翻浆不宜用。

4.换填。适用于由于土质不良、承载力不足而引起的下沉与外挤等基床变形。

5.成孔回填桩。适用于防治路基及基床强度不足造成的下沉或外挤等路基病害和路基过渡段的强化。

6.搅拌桩和粉喷搅拌桩。适用于防治路基及基床强度不足造成的下沉或外挤、路基过渡段的强化及不良地基的处理。