鐵路路基翻漿冒泥病害機理及整治探析
2015-06-01
一、引言
路基是整個鐵路工程的基礎，它對鐵路的正常運行具有重要的作用。因此，為了保證鐵路的正常運行，在路基修筑的時候，必須采取相應的措施，防治各種病害，保證鐵路路基質量。翻漿冒泥是鐵路路基比較常見的病害，它的出現，對整個鐵路工程會產生的嚴重的不利影響。它不僅導致線路技術狀態(tài)會發(fā)生相應的變化，嚴重影響鐵路工程建設的質量，還會增加鐵路工程的維修量，縮短鐵路上部建筑材料的使用壽命，造成大量的人力、物力、材料的浪費，甚至影響列車的安全運行。正因為如此，探討分析鐵路路基翻漿冒泥病害機理，分析其影響因素、形成原因，并提出相應的整治策略無疑具有重要的現實意義。
二、鐵路路基翻漿冒泥相關問題概述
調查統計顯示，在鐵路路基建設中，路基病害比較普遍存在，并且里程逐年增加，盡管在工程建設施工都十分重視采取相應的策略來防治路基病害，但是路基病害仍然不能從根本上消除，對列車的安全運行產生嚴重的不利影響。在所有的鐵路路基病害當中，翻漿冒泥是十分常見的病害，尤其是廣大江南地區(qū)，翻漿冒泥的存在更為明顯，其影響也更為嚴重。對于江南地區(qū)來說，土質不良、氣候、降水是導致基翻漿冒泥頻發(fā)的主要原因。此外，在粘土地區(qū)，翻漿冒泥也比較嚴重。翻漿冒泥的存在會引發(fā)軌道偏移、軌面高低不平、鋼軌硬彎等問題，對整個軌道結構造成嚴重的影響，甚至直接影響到列車的安全運行。因此，為了保證鐵路路基質量，保證列車的安全運行，在路基工程建設中，必須采取相應的策略，防治翻漿冒泥現象的出現，對于已經出現的病害，應該采取有效的措施，做好防治工作，以提高鐵路路基質量，為列車的安全運行提供保障。
三、鐵路路基翻漿冒泥病害的影響因素
對鐵路路基來說，其病害的影響因素多種多樣，通常某種病害的發(fā)生是多種因素共同作用的結果，具體來說，包括以下幾種因素。
1、土石地質狀況。這是導致翻漿冒泥產生的前提條件，研究表明，在翻漿冒泥土質當中，如果存在著軟化物質，例如蒙托石、綠泥石等等，往往會直接導致翻漿冒泥現象的發(fā)生。此外，如果在土質當中，存在著顆粒細小、透水性差、親水性強、脫水收縮龜裂等情況，也會直接導致翻漿冒泥的發(fā)生。例如粉性土、粘性土、粗粒土等等，它們在一定條件下，容易形成翻漿冒泥現象的發(fā)生。
2、氣溫和水的影響。通過研究和分析我們可以得知，翻漿冒泥發(fā)生的過程，事實上就是水在路基中遷移、相變的過程。并且，水是導致翻漿冒泥發(fā)生的必要條件，如果沒有水，那么翻漿冒泥便將不會存在。只有在水的作用下，才能加劇土壤中的易軟化的物質的程度，例如，土體膨脹軟化，形成道碴陷槽，填土軟化范圍逐漸擴大等等情況，都會對路基產生嚴重的不利影響。除此之外，冰凍也會對翻漿冒泥的形成有很大的影響。
3、列車動力作用。這是翻漿冒泥形成的原因之一，通常是在動力作用下，加劇了翻漿冒泥的形成。土在重復動力作用的影響下，其塑性變形會不斷的積累，進而引起基床變形和破壞，而在列車的作用下，這種塑性變形會得到進一步的加劇。而如果通車量越大，荷載影響越明顯，路基翻漿也越明顯。
4、道碴問題。主要是指劣質道碴、道床道碴不干凈，外來物質對道床造成污染和破壞，使得排水系統被阻礙，造成排水不暢，引起積水，導致線路臟污，時間長了積水便會滲入路基，再加上列車的荷載影響，進而引發(fā)翻漿冒泥現象。
5、道床厚度不足。如果道床的厚度不夠，往往會降低道床的彈性，使得路基的受力不均勻，壓強增大。道床的石碴侵入路拱，路拱的砂子侵入基床，導致路拱變薄，引起排水效果變差，進而導致道心積水，或者引發(fā)道床或者路基產生塑性變形現象，導致軌道空板現象的產生。
6、路拱瓦解。出現翻漿冒泥現象，往往會使路拱瓦解甚至消失，對于路基面以上的水，將不能排除線路。而水滲入路基之后，在列車的重復動載作用下，使得翻漿更為嚴重，對路基造成更大的不利影響。
7、土質土體不良。土質土體不良容易發(fā)生沉降，使得路基不穩(wěn)定，影響車輛的通行。所以，在工程建設中，如果遇到不良土質土體，必須采取相應的措施進行改良。
四、鐵路路基翻漿冒泥病害的分類
1、根據基床土質巖性和地下水進行的分類。第一、土質基面翻漿，主要在路堤和土質路塹上面，基床主要結構是粘土，密實度差。如果出現降水或者活載作用，翻冒泥漿便會進入道床，一般出現在雨季，基面下沉嚴重的話往往會導致事故的發(fā)生。第二、巖質基面翻漿，泥漿主要來自基面，雨季翻漿，到了旱季就停止。第三、裂隙泉眼翻漿，主要在山區(qū)和丘陵地區(qū)，通常地下水較發(fā)育地段，泥漿由壓力水帶至道床，翻漿一年四季一直出現，在雨季的時候更加嚴重。第四、下沉擠出基床。它是一種整體軟化的情形，基床土質呈軟塑性狀態(tài)，在雨季的時候，下沉速度更快。
2、根據水源分類情況進行的分類。第一、地下水類。該類受地下水的影響比較嚴重，土基常年處于潮濕狀態(tài)，引起翻漿的發(fā)生。地下水包括上層滯水，潛水，層間水，裂隙水，泉水，管道漏水等等。其中潛水主要在平原地區(qū)，而其它種類的水多見于山區(qū)。第二、地面水類。主要是受到地面水的影響，導致土基潮濕，引起翻漿的產生。就地面水來說，它主要是指季節(jié)性積水，還包括由于路徑、路面排水不良而造成的路旁積水和路面滲水。第三、土體水類。由于施工處于雨季，遇到雨水，或者采用過濕土填筑，這樣就導致所填的土壤的含水量過大，如果溫度過低的話，上部含水量會顯著的增加，導致翻漿的產生。第四、氣態(tài)水。冬季的溫差過大，在這種作用下，土中的水異氣態(tài)的形式向上運動，并且在土基頂面和路面結構層聚集，導致翻漿的產生。第五、混合水類。受到兩種或者兩種以上水類作用而產生的翻漿，一般還要根產生原因不同，進一步確定名稱。例如，地下水地面水類。
五、鐵路路基翻漿冒泥病害機理
根據已有的研究成果，并結合實際觀察情況，一般將翻漿冒泥的形成分為以下三個階段，不同的階段其成因不同，并具有自己的特點。
1、擠壓上升階段。當鐵路工程竣工或者經過修整之后，一般是道碴潔凈，基面平整，排水通暢，在這種情況下，往往不會發(fā)生翻漿冒泥現象。然而，隨著時間的推移，由于基床下存在著粘性土或者軟質巖，受到火車荷載的反復作用，引發(fā)基床面不均勻沉降的產生。如果出現雨水浸入基床的情況，在凹洼往往積水，而積水卻不容易排除。在火車動荷載的作用下，基床面土層會出現軟化現象，進而形成泥漿。泥漿便會沿著道碴孔隙上升，這是翻漿冒泥形成的初期。在這個階段，如果有降雨的發(fā)生，道床中的泥位便會不斷擠壓上升。而如果沒有降水，或者沒有任何形式水源的補給，往往會形成板結層，并且泥漿是不會從道床面擠出的。
2、泥漿擠壓抽吸階段。一階段所形成的板結道碴層，相對較為松散，并不密實，如果環(huán)境較為干燥的話，還會出現裂縫。而如果出現降水情況，基層面便會再次產生泥漿，并且泥漿受到擠壓力和抽吸力，受到這兩種力的作用的原因是泥化道碴層形成一個板結層，加大孔隙泥漿水的壓力，泥漿回到膠結板上面。
3、路基翻漿冒形成階段。在道床中，雨水發(fā)生下滲現象，基床出現軟化現象，泥漿出現上升現象，并且道碴板結變得越來越嚴重。這樣就會引發(fā)枕下的封閉進一步密閉，孔隙水壓力也越來越大，泥漿還會沿著某些孔洞上升，直至溢滿道床，掩蓋整個軌枕，并且還使得道床積水，出現雜草叢生現象，這就是翻漿冒泥的形成階段。對于形成階段，根據漿液的不同，可以分為以下三種：第一、小循環(huán)翻漿。降水時間短，雨量小，水滲入到泥漿板結道床當中，在泥化的碴層當中產生泥漿，翻冒到道床表面，這種情況一般不會影響基床的穩(wěn)定性。第二、大循環(huán)翻漿。由于在長時間降水過程中，從板結道碴底部翻出的泥漿現象，它也是由降雨所引起的。由于長期降水，機床面上會有很多的雨水滲到，從而形成泥漿，進而泥漿被擠向道床表面，土體被進一步軟化，進而引發(fā)基床失穩(wěn)現象的出現，導致事故的發(fā)生。第三、復合型翻漿冒泥。它是指在同一地點，大循環(huán)和小循環(huán)同時產生，一般發(fā)生在連綿的雨季。當出現這種情況的時候，大循環(huán)往往是主要的，泥漿大部分來自基床面，危害也比較大，與大循環(huán)的危害是一樣的。
六、鐵路路基翻漿冒泥病害的整治策略
為了提高路基的質量，在工程建設中需要采取相應的策略，對翻漿冒泥進行整治。實踐表明，在整治工作中，如果采用有效的方法，既能節(jié)省人力和物力，還能夠收到更好的整治效果。一般來說，鐵路路基翻漿冒泥病害的整治策略包括以下幾種。
1、做好水溫調節(jié)和排水工作。在工程建設過程中，設置好路基排水系統，對路基的水溫情況進行調節(jié)，避免地下水、地面水或者其它水分在凍結前或者凍結過程中進入路基上部，這樣能夠避免對路基帶來的損害，有利于提高路基工程質量。例如，在路基建設中，設置好隔離層、隔溫層，采用合理的排水系統，做好對路基的排水工作，避免排水不暢情況的發(fā)生，此外，提高路基也是一種有效的策略。
2、設置排水層。在路基建設的過程中，如果出現水分聚集在路基上部的情況，可以采取以下策略進行處理：在化凍時期將多余的水分及時排除，或者即使沒有立即排除，可以將它進行暫時蓄積，放在水穩(wěn)性較好的路面結構層當中，這樣能夠達到良好的處理效果。例如，設置排水層，或者設置蓋水砂墊層，可以對水分進行良好的處理，避免給路基帶來危害。
3、改善土基，加強路面。這也是整治翻漿冒泥的重要策略之一，具體的操作方法如下：路基換土，或者運用加固土，在路面采用石灰石，煤渣石灰石等結構層，以達到良好的處理效果。
4、綜合運用多種處理方法。在實際工作中，如果單一的采用某種方法往往不能達到令人滿意的效果，或者不夠經濟合理，因而一般是要綜合運用多種處理方法，這樣才能達到更好的處理效果。
七、鐵路路基翻漿冒泥病害整治的具體實例
為了讓人們對鐵路路基翻漿冒泥病害的整治有更加全面的了解，下面將結合工程實例，對此進行進一步的解釋說明。
1、路基病害狀況及原因分析。某鐵路路基受到雨水的浸泡，出現排水不暢的情況，出現較大面積的沉降變形和翻漿冒泥現象，通過對該路段的研究和分析，引起該路段發(fā)生翻漿冒泥的主要原因包括以下兩個方面：路基填料土質細膩，有滑感，土壤為中等膨脹土，自由膨脹率在50%左右；該地處于濕潤地區(qū)，降水豐富，大氣降水是路基病害的誘發(fā)因素。
2、具體整治措施。為了根治該路段的病害，對翻漿冒泥進行整治，通過全面的對比和分析，決定采用石灰改良基床填料與鋪設土工布相結合的方法進行處理，具體措施如下：采用人工拆除的方法，將軌道和道床線路軌排拆除掉；將機床范圍內的填料挖除，采用汽車運輸石灰與土方填料，并按照相應的比例進行攪拌，使其變得均勻；在回填之前，還需要將路基表層壓實，并達到相應的壓實系數，使其充分壓實之后，才能進行回填；在回填的時候，為了保證質量，采用分層回填的方式進行，每次的填土厚度不能超過0.5m，壓實后的厚度在0.3m左右，壓實后需要進行檢驗，當壓實系數達到97%之后，才能進行下一層的回填工作；與路基面相距0.3m的地方鋪設一層土工布，確保壓實的路面光滑，防止土工布出現破裂現象。此外，在路基面還要設置雙向排水坡，坡度為5%。
八、結束語
總而言之，鐵路路基翻漿冒泥病害對整個鐵路工程和列車運行都會產生嚴重的不利影響。今后在工程建設中，我們一定要高度重視對鐵路路基翻漿冒泥病害的整治工作，并積極采取相應的策略，提高路基建設的工程質量，保證列車的安全運行，為列車的正常運作和人們的安全出行創(chuàng)造良好的條件。
