铁路路基病害类型及防治

　2012年4月内蒙古科技与经济A pril2012　第7期总第257期Inner M o ngo lia Science T echnolo gy&Economy N o.7T o tal N o.257铁路路基病害类型及防治

李德顺

(内蒙古集通建筑工程有限责任公司,内蒙古呼和浩特　010010)

摘　要:阐述了铁路路基病害类型及其防治办法,为铁路建设及路基维护做一个小结。

关键词:铁路路基;病害类型;综合防治

中图分类号:U216.41 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)07—0105—02

近期来,全国铁路行车安全形势非常严峻,恶性事故屡有发生,“铁老大”的形象严重受损,广大人民群众对铁路部门存在诸多质疑,铁路建设随着金融危机的深化,呈现出收缩状态。在这样的形势下,确保铁路运输安全、提高服务意识,是扭转当前铁路运输企业不利局面的关键。铁路运输的安全在很大程度上取决于铁路建设质量,比如甬温线“7・23”特大事故,由信号系统故障引起,是建设质量差的一个典型案例,而铁路路基由于直接承载所有负荷,是铁路施工质量的控制重点。下面结合笔者多年来施工经验,将铁路路基施工中应注意事项及路基的各种病害与防治,做一个分析总结。

铁路建设质量保证首先控制的是人的因素,建设者应牢记自己的使命,不断提高自己的综合素质,时刻提醒自己铁路建设质量是事关千家万户的大事,不可掉以轻心,每道工序严格执行标准,不留任何隐患。作为工程项目的管理人员要认真落实项目的各项管理规章制度、做好动态和静态的各种检查。其次控制好物的因素,严把原材料进场关,每种原料都要按标准严格检验,对于不合格的材料坚决退换。最后是控制好工艺和流程,以技术和管理提高铁路建设质量。

1　铁路路基病害发生原因

铁路路基主要承受两种荷载,一是路基面上列车荷载和轨道荷载。由路基材料本身重量造成,与温度变化有关。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,各种因素之间又相互关联,不同地区、不同年代、基床土质不同、降雨量不均、列车速度和运量不一,经过列车长期运营、养护维修和自然界环境的长期作用,其形状和性状都发生了很大变化,使得既有线路基形状十分复杂,病害类型、发育程度和分布形式呈复杂多样性和随机性。同一段线路中道床性病害和机床性病害相互影响,混杂在一起,并且每一种病害都有自己特殊的病理。但归纳起来主要有两个方面: 病害发生的地质环境; 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。对某一具体的线路来讲,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。

2　铁路路基检测

2.1　路基检测重要性

路基检测是路基维护的基础,就像治病,首先要找出病因。大量工程实践促使人们对路基工程的认识水平不断提高,认识到路基是结构物。目前,铁路既有线路基存在4方面问题: 如何评价既有线路基质量状况; 既有线路基病害增多时,如何快速准确地检测,为大修设计提供依据; 如何及早发现和及时整治路基隐蔽性危害; 如何获取充分的信息,实施“状态修”解决这些问题的关键在于路基检测的技术和方法,路基检测是铁路既有线大中修和病害整治的基础工作,传统的路基检测方法远不能适应目前铁路建设和维修的需要。近年来,地质雷达、瑞利面波、高密度电阻率法等先进的检测技术引入铁路路基的检测和评估,显示出其功能独特、优异特性及良好适应性,产生了巨大的社会和经济效益,引起广泛的兴趣和关注。

路基检测是铁路建设与管理中的关键性、基础性技术,为工程设计、施工和养护提供可靠的依据,不仅对于控制工程质量至关重要,而且决定着线路维修养护决策的科学性,并直接影响养护资金分配的合理性。工程质量的优劣不但直接影响施工单位或承包商的利益,而且对铁路交通事业的发展也有举足轻重的影响。

2.2　路基检测内容

新线和既有线路检测内容有所不同,新线要求进行地基处理及沉降观测;填料性质及级配检测,改良土最佳掺合量,最佳配比及改良后的强度试验;新线施工过程中基床以下路堤填料和填筑压实检测。新线施工过程中机床填料和填筑压实检测。既有线需要检测分层,道床、基床砂垫层及路堤填土的各层厚度,路基结构的横断面及纵断面状况;路基结构的横断面变异,路基结构纵向变异;道床板结的厚度与范围,道碴陷槽的状况;机床土的性质与状况,包括机床土的物理力学性质、颗粒组成、含水量、强度等;

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收稿日期:2012-02-18

　总第257期 内蒙古科技与经济

机床承载能力评估,路基病害的类型、发育程度和分布形式;路基中的危害类型、发育程度和分布形式。

2.3　路基检测方法及控制指标

路基监测方法有挖探法、地质雷达法、瑞雷面勃发、轻型动力触探、高密度电阻法、土工试验法等。控制系数有压实系数K、地基系数K30、相对密度DR、孔隙率n、动态变形模量Evd等,这些方法和控制指标需要综合应用才能取得良好效果。

3　铁路路基病害的类型及防治

铁路路基病害分为3类: 路基本身病害; 边坡病害; 隐蔽性冲空、溶洞、陷穴及塌陷。

路基病害有:翻浆冒泥、下沉、外挤及道碴陷槽,危害包括隐蔽性冲空、岩溶、陷穴和塌陷。

3.1　路基本身病害

翻浆冒泥是历年来我国既有铁路线最常见的路基病害之一,可分为基床性和道床性两大类,基床性翻浆冒泥可分为土质基面翻浆冒泥、风化石质基面翻浆冒泥;裂隙泉眼翻浆冒泥。动荷载的性质大小和分布;水、温度对机床的作用形式和程度;石碴性质差是道床性翻浆冒泥的3个主要成因; 路基下沉病害由机床土被水侵蚀,极度软化引起。下沉病害一般不发生翻泥冒浆,雨季下沉较快,旱季下沉略缓,道碴囊越来越深,有时软卧层较薄,道碴囊较浅时就发展成为挤出。发生下沉的线路轨道水平、高低、方向有较频繁和较大变化,道床石碴因陷入碴囊而逐步减少,每年需适量增补石碴; 外挤的成因是软卧层与刚卧层接触面有地下水影响,或道碴囊积水使软卧层处于饱和状态,导致承载力降低,发生剪切滑动或塑性流动。外挤大多发生在路堑地段,也有发生在路堤地段,外挤一般均在刚卧层上形成滑动面,造成一侧侧沟挤动或挤死,路肩向上隆起。少数情况下软卧层很薄,刚卧层接近水平,也发生向两侧同时挤出; 道碴陷槽是道床石碴压入路基基面的病害。形成过程为先是凹坑分布在轨枕下彼此不连贯,深度可达1m,使路面在纵向上呈锯齿状,称为道碴槽,道碴槽一旦形成,地表水就会沿着道碴渗入机床土中,使机床土含水量增大,软化。在列车重复动荷载作用下,道碴进一步陷入松软的机床土中,如此恶性循环,逐渐在路基中形成道碴囊。

3.2　边坡危害有边坡溜塌、边坡冲刷、塌肩

路基边坡经雨水冲刷,土体含水量达到饱和后,从路基边坡上部、路肩中部或道床坡脚处先沿路基纵向开裂,在含水量达到饱和极限后,与路基母体分裂开的部分土体会延有一定曲率的滑动线下滑,出现轨道外部轨枕头悬空,严重影响行车安全。

3.3　隐蔽性冲空、溶洞、陷穴和塌陷

隐蔽性冲空是在路基基顶、碎石道床下或桥涵两侧路基沉陷处排水不畅出现积水,形成道碴沉陷或道碴囊,在列车振动和积水作用下,道碴陷槽不断加深,形成路基暗洞。在石灰岩、白云岩及硬石膏等易溶解的岩石中,由于地表水或地下活动所形成的一些地面或地下的空洞、沟渠或裂隙,总称为溶洞。煤矿地下开采、窑洞、洞穴、地下渠道、枯井、墓穴等也会导致陷穴和塌陷出现。

3.4　对于路基的各种病害的防治

首先要勤于测量,经常进行检测,问题要早发现早解决,不要到问题变大、变复杂再整治,这样做可事半功倍。路基本身病害的防治方法总的来说有以下几条: 排水。适用于排水不良而导致的基床病害。排水不是简单的把水引出; 防排结合,首先,要在来水上游进行截水,阻断水的来源,然后分地面水和地下水进行排水。地面水可设置单侧或双侧排水沟,也可利用取土坑排水。天沟、侧沟、边坡平台截水沟等各类防排水设施,应符合将水引排至路基以外的要求。当地下水浅埋或无固定含水层时,可采用明沟、排水槽、渗水暗沟、支撑渗沟等。当地下水深埋或有固定含水层时,可采用渗水隧洞、渗井、渗管或斜仰式钻孔等进行排水; 提高基床表层强度,使基面应力降低或均匀分布。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及换砂,加土工膜等方法。换填深度应以满足承载力要求为原则。土工膜(板)封闭层或无纺土工纤维渗滤层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、过滤基面水和均匀分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; 换填压实路基,选用优质材料,增大路基填料压实密度,选择正确施工方法,正确操作压实机械,选取合理取样方法,以求真实反映取土场实际情况。

边坡危害的防治除了采取各种手段进行排水外,还可以对有滑动迹象的边坡减重;在边坡两边打抗滑桩以固定边坡;根据滑体推力的大小,选用适当的支挡结构防滑;修建铆杆挡墙、防滑明洞等方法。上述整治措施难以奏效时,在经济技术合理情况下,可以考虑改线绕避。对于路基崩塌落石可采取修建拦截类构造,例如落石平台、落石坑、落石沟、拦石墙、钢轨栅栏及柔性拦石网等。也可修建遮栏类结构用于加固大危岩大孤石等,还可修建护坡锁定易风化剥落的边坡。

对于隐蔽性冲空、溶洞、陷穴和塌陷必须预先弄清楚受此类危害影响路基范围内气候、水文、工程地质等情况,并了解其变化规律,为防治病害提供第一手资料,根据坑穴发生的部位、规模、大小、埋藏深度、顶部厚度等采取开挖回填、可钻孔灌砂或浆、对地基进行强夯,或局部区域用桩基强化挤密等方法进行处理。还可采用网格梁、地基梁、框架梁跨越,或其他类梁跨越等饶过过于大的坑穴。每种措施都要做好排水,尤其是黄土陷穴,排水设施有效、完善与否是整治成败的的关键。

对于北方地区,尤其是内蒙地区风沙和冻害也是经常发生的病害,不容忽视。病害发现后应急时处理,千万不可让路基带病工作,预防第一、勤检查、勤监测是保证路基状态稳定的基础。学会各种路基病害的识别和防治措施,是我们这些铁路建设者应有的专业知识,所以对于路基维护知识我们应加强学习不断进行知识积累和更新,这样才能跟上铁路建设发展步伐。

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