兰新铁路路基病害原因分析及整治措施
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理。
本文以兰新铁路西段的病害治理工程为依托，选择 冻害和下沉严重的线路进行现场的实地考察、取土研究 和病害分析．给该工程提供了合理的治理措施。
１兰新铁路的工程背景和气候特征 １．１工程背景 兰新铁路西段乌鲁木齐～奎屯段修建于上世纪八
① 第一作者 ：于景飞（１９７４一），男 ，内蒙古科技大学土木学院副教授 ② 通信作者 ：张文月（１９７４一），女 ，内蒙古科技大学土木学院副教授研究生
１灌浆加固法 灌浆法是利用液压、气压或电化学原理，通过钻孔 或者通过注浆管均匀的把拌合好的浆液注入到土层中， 浆液在土颗粒间或岩石裂隙中渗透挤密，并将其中的水 分和空气排出，使原本松散的结构胶结成整体，形成了 一 种结构牢固、强度大、防渗性良好的化学胶结石体。 灌浆法应用于既有铁路路基加固中，可以采用在路基面 垂直或斜向灌浆加固，也可以采用在路基边坡斜向灌浆 加固。 灌浆加固法适用于对既有铁路路基承载力和变形 不满足要求的路基本体进行加固处理，以提高路基强度 和变形模量，增加填料的稳定性，增加路基抗渗能力以 及控制沉降变形等。 ２灰土挤密桩法［６］ 灰土挤密桩法是通过人工洛阳铲或机械在土中成 孔．选用工程用土质材料与水泥、石灰等固化剂按一定 比例在孔外充分拌和均匀制成灰土后分层向孔内回填 并强力夯实，制成均匀的灰土挤密桩体。灰土挤密桩及 桩间土被挤密，一起形成复合地基，提高了地基承载力， 减小了地基变形。 灰土挤密桩法适用于对既有路基承载力不满足重 载扩能要求的砂质或土质基床进行加固处理，也适用于 既有路基区间和过渡段下沉，路堤边坡外挤等病害处 理。但灰土挤密桩法易受雨水天气影响而延长施工工 期，并且施工相对复杂，成孔质量不易控制，不适用于含 水量较高的土体。 ３基床换填法 基床换填法就是将路基本体一定范围内的软弱土
下沉、挤出变形和冻害等 Ｊ。 近年来，许多既有线铁路出现路基病害问题，严重
地影响了行车安全。因此，国内学者针对路基的病害开 展了大量研究。彭华等分析了常见铁路路基病害的类 型、机理【２ ；柳墩利综合运用理论分析、数值模拟、现场 试验、数理统计等手段，研究了水泥改良黄土加固机 理［。 ；黄世斌探讨了在该过程中湿陷性黄土地层的合 理力学指标及沉降与载荷的变化规律；王斌通过对兰州 铁路局管辖内沿线各种路基防护与支挡工程防治措施 进行分析，阐述了各种防治处理措施的特点；李玉华介 绍了采用灰土挤密桩处理湿陷性黄土路基的施工技术； 钱征宇分析了湿陷性黄土的主要工程特性；杨有海 等 】利用有限单元法分析了黄土路堤边坡的作用机
３６
基 建 管理 优 化 第３０卷 ２０１８年第３期 总第 １１６期
Hale Waihona Puke 十年代，是欧亚大陆桥的交通要道，为我国国家铁路网 重要组成部分。兰新铁路西段（乌鲁木齐至奎屯段）位 于亚欧大陆腹地的准噶尔内陆盆地西南缘，其地表土层 以粉质粘土为主，夹杂少量砾石，厚度大多在２—２０ｍ， 局部厚度小于 １．Ｏｍ。
１．２气候特征 通过对兰新线西段水文气象调查得知，由于该地段 干旱少雨，且地下水埋深大于 ３０ｍ，因此水分的补给全 部来自天然降雨。兰新线冻害严重区段年平均降雨量 ２００ｍｍ左右，但降雨主要集中在６月至１０月期间，导致 路基表层在 １１月冻结前含水率较大，冻结期冻胀明显， 迁移至路基表层的水分较多，到春融期路基发生较大融 沉变形。路基多为路堑、零断面换填、小于３ｍ矮路堤结 构形式。 ２兰新铁路路基病害现状分析 兰新铁路在建设时标准较低，随着社会经济的发 展。对铁路的运输能力提出了更高的要求，所以要对兰 新铁路进行提速改造，运行速度由原来单线时的８０ｋｍ／ ｈ增加到今年的１４０ｋｍ／ｈ（乌西至石河子段）和１６０ ｋｍ／ ｈ（石河子至奎屯段）。既有线路较难适应铁路提速的要 求，表现为列车轴重的增加与运行速度的提高会增加路 基的动荷载，同时会导致既有线路基出现许多病害特 征，并导致整个轨道结构状态的恶化。 该段线路的路基大多采用粉质粘土填筑，由于粉质 黏土具有强冻胀性而又地处严寒地区，在低填方路基地 段出现了严重的冻害问题和反复冻融问题，导致路基强 度降低，影响线路达标提速。同时，受列车动荷载的增 加和降水的影Ｉ向。局部地段路基沉降病害加剧，导致轨 道结构状态恶化。危及行车安全。根据前期资料调查研 究，该线路路基病害严重路段长度达２５．７８ｋｉｎ，其中冻 害严重路段长 １９．５８ｋｍ，路基下沉病害严重地段长６．
２ｋｍ。
３路基病害治理措施方案比选 针对各种路基病害，国内外学者研究出了多种加固
既有线路路基的方法，使其形成复合地基［５。。提高了路 基承载力，减小了路基的整体变形。复合地基是指在对 地基处理过程中使得天然地基中不能满足承载力要求 的部分土体得到增强。或被置换。或在天然地基中设置 加筋材料，加固区是由基体和增强体两部分组成的人工 地基，目前国内外复合地基技术主要有：
基 建 管 理 优 化 第３０卷 ２０１８年第３期 总第１１６期
兰 新 铁 路 路 基 病 害 原 因分 析 及 整 治 措 施
于 景 飞 ① 张 文 月 ②
摘要：为了研究铁路路基的病害问题，以兰新铁路 西段的病害治理工程为依托．选择冻害和下沉严重的线 路进行现场的实地考察、取土研究和病害分析。根据各 种路基病害情况，分析了五种常见的治理措施极其适用 条件。最后，依据该线路的病害情况、地质条件、水文条 件等设计出相应的整治措施。
关键词：兰新铁路；路基冻害；路基下沉；治理措施；数值 模拟
０ ｇ憎 铁路运输是保证我国国民经济发展的重要基础产 业，是国家的命脉所在，铁路的运行不仅为人们的生活 带来了便利，也促进了经济的发展，铁路路基是承受并 传递轨道重力及列车动态作用的结构，是保证列车运行 的重要建筑物，处于各种各样的地形地貌、地质、水文和 气候环境中，有时还遭受各种灾害，如洪水、泥石流、崩 塌、地震等，导致铁路路基容易出现冻融、下沉等问题。 铁路路基病害按路基断面形状可分为路堤病害与路堑 病害两类；按发生的部位可分为基床病害、路基本体病 害和地基病害 ３种类型；按表现形式可分为翻浆冒泥、
本文以兰新铁路西段的病害治理工程为依托，选择 冻害和下沉严重的线路进行现场的实地考察、取土研究 和病害分析．给该工程提供了合理的治理措施。
１兰新铁路的工程背景和气候特征 １．１工程背景 兰新铁路西段乌鲁木齐～奎屯段修建于上世纪八
① 第一作者 ：于景飞（１９７４一），男 ，内蒙古科技大学土木学院副教授 ② 通信作者 ：张文月（１９７４一），女 ，内蒙古科技大学土木学院副教授研究生
１灌浆加固法 灌浆法是利用液压、气压或电化学原理，通过钻孔 或者通过注浆管均匀的把拌合好的浆液注入到土层中， 浆液在土颗粒间或岩石裂隙中渗透挤密，并将其中的水 分和空气排出，使原本松散的结构胶结成整体，形成了 一 种结构牢固、强度大、防渗性良好的化学胶结石体。 灌浆法应用于既有铁路路基加固中，可以采用在路基面 垂直或斜向灌浆加固，也可以采用在路基边坡斜向灌浆 加固。 灌浆加固法适用于对既有铁路路基承载力和变形 不满足要求的路基本体进行加固处理，以提高路基强度 和变形模量，增加填料的稳定性，增加路基抗渗能力以 及控制沉降变形等。 ２灰土挤密桩法［６］ 灰土挤密桩法是通过人工洛阳铲或机械在土中成 孔．选用工程用土质材料与水泥、石灰等固化剂按一定 比例在孔外充分拌和均匀制成灰土后分层向孔内回填 并强力夯实，制成均匀的灰土挤密桩体。灰土挤密桩及 桩间土被挤密，一起形成复合地基，提高了地基承载力， 减小了地基变形。 灰土挤密桩法适用于对既有路基承载力不满足重 载扩能要求的砂质或土质基床进行加固处理，也适用于 既有路基区间和过渡段下沉，路堤边坡外挤等病害处 理。但灰土挤密桩法易受雨水天气影响而延长施工工 期，并且施工相对复杂，成孔质量不易控制，不适用于含 水量较高的土体。 ３基床换填法 基床换填法就是将路基本体一定范围内的软弱土
下沉、挤出变形和冻害等 Ｊ。 近年来，许多既有线铁路出现路基病害问题，严重
地影响了行车安全。因此，国内学者针对路基的病害开 展了大量研究。彭华等分析了常见铁路路基病害的类 型、机理【２ ；柳墩利综合运用理论分析、数值模拟、现场 试验、数理统计等手段，研究了水泥改良黄土加固机 理［。 ；黄世斌探讨了在该过程中湿陷性黄土地层的合 理力学指标及沉降与载荷的变化规律；王斌通过对兰州 铁路局管辖内沿线各种路基防护与支挡工程防治措施 进行分析，阐述了各种防治处理措施的特点；李玉华介 绍了采用灰土挤密桩处理湿陷性黄土路基的施工技术； 钱征宇分析了湿陷性黄土的主要工程特性；杨有海 等 】利用有限单元法分析了黄土路堤边坡的作用机
３６
基 建 管理 优 化 第３０卷 ２０１８年第３期 总第 １１６期
Hale Waihona Puke 十年代，是欧亚大陆桥的交通要道，为我国国家铁路网 重要组成部分。兰新铁路西段（乌鲁木齐至奎屯段）位 于亚欧大陆腹地的准噶尔内陆盆地西南缘，其地表土层 以粉质粘土为主，夹杂少量砾石，厚度大多在２—２０ｍ， 局部厚度小于 １．Ｏｍ。
１．２气候特征 通过对兰新线西段水文气象调查得知，由于该地段 干旱少雨，且地下水埋深大于 ３０ｍ，因此水分的补给全 部来自天然降雨。兰新线冻害严重区段年平均降雨量 ２００ｍｍ左右，但降雨主要集中在６月至１０月期间，导致 路基表层在 １１月冻结前含水率较大，冻结期冻胀明显， 迁移至路基表层的水分较多，到春融期路基发生较大融 沉变形。路基多为路堑、零断面换填、小于３ｍ矮路堤结 构形式。 ２兰新铁路路基病害现状分析 兰新铁路在建设时标准较低，随着社会经济的发 展。对铁路的运输能力提出了更高的要求，所以要对兰 新铁路进行提速改造，运行速度由原来单线时的８０ｋｍ／ ｈ增加到今年的１４０ｋｍ／ｈ（乌西至石河子段）和１６０ ｋｍ／ ｈ（石河子至奎屯段）。既有线路较难适应铁路提速的要 求，表现为列车轴重的增加与运行速度的提高会增加路 基的动荷载，同时会导致既有线路基出现许多病害特 征，并导致整个轨道结构状态的恶化。 该段线路的路基大多采用粉质粘土填筑，由于粉质 黏土具有强冻胀性而又地处严寒地区，在低填方路基地 段出现了严重的冻害问题和反复冻融问题，导致路基强 度降低，影响线路达标提速。同时，受列车动荷载的增 加和降水的影Ｉ向。局部地段路基沉降病害加剧，导致轨 道结构状态恶化。危及行车安全。根据前期资料调查研 究，该线路路基病害严重路段长度达２５．７８ｋｉｎ，其中冻 害严重路段长 １９．５８ｋｍ，路基下沉病害严重地段长６．
２ｋｍ。
３路基病害治理措施方案比选 针对各种路基病害，国内外学者研究出了多种加固
既有线路路基的方法，使其形成复合地基［５。。提高了路 基承载力，减小了路基的整体变形。复合地基是指在对 地基处理过程中使得天然地基中不能满足承载力要求 的部分土体得到增强。或被置换。或在天然地基中设置 加筋材料，加固区是由基体和增强体两部分组成的人工 地基，目前国内外复合地基技术主要有：
基 建 管 理 优 化 第３０卷 ２０１８年第３期 总第１１６期
兰 新 铁 路 路 基 病 害 原 因分 析 及 整 治 措 施
于 景 飞 ① 张 文 月 ②
摘要：为了研究铁路路基的病害问题，以兰新铁路 西段的病害治理工程为依托．选择冻害和下沉严重的线 路进行现场的实地考察、取土研究和病害分析。根据各 种路基病害情况，分析了五种常见的治理措施极其适用 条件。最后，依据该线路的病害情况、地质条件、水文条 件等设计出相应的整治措施。
关键词：兰新铁路；路基冻害；路基下沉；治理措施；数值 模拟
０ ｇ憎 铁路运输是保证我国国民经济发展的重要基础产 业，是国家的命脉所在，铁路的运行不仅为人们的生活 带来了便利，也促进了经济的发展，铁路路基是承受并 传递轨道重力及列车动态作用的结构，是保证列车运行 的重要建筑物，处于各种各样的地形地貌、地质、水文和 气候环境中，有时还遭受各种灾害，如洪水、泥石流、崩 塌、地震等，导致铁路路基容易出现冻融、下沉等问题。 铁路路基病害按路基断面形状可分为路堤病害与路堑 病害两类；按发生的部位可分为基床病害、路基本体病 害和地基病害 ３种类型；按表现形式可分为翻浆冒泥、