鐵路路基病害整治技術(shù)探究
2015-09-22
1 引言
隨著我國高速鐵路的相繼建成和通車運(yùn)營，受列車荷載作用及水文、氣候等自然條件影響，高速鐵路路基病害日漸增多。根據(jù)京津城際、武廣等高速鐵路路基的病害情況，并參考國外高速鐵路路基病害成因，高速鐵路路基病害主要表現(xiàn)在基床病害，邊坡溜坍、沖刷，過渡段不均勻沉降等方面。
2 路基基床病害
2.1 基床面翻漿冒泥
基床表面翻漿冒泥是高速鐵路主要病害之一，高速鐵路路基基床表層由級配碎石填筑而成，在高速列車的振動作用下，級配碎石層中自由水產(chǎn)生較高的壓力，引起承壓水從伸縮縫消散的同時(shí)，也流失了級配碎石層中細(xì)顆粒。隨著泵吸作用的加劇，細(xì)顆粒不斷流失，最終導(dǎo)致級配碎石層翻漿冒泥。
對于無砟軌道路基，如果高速鐵路路基兩線間未設(shè)置縱向排水溝，地面有水時(shí)，地表水排水不暢，雨水不能及時(shí)排出，即地表水易滯留在兩線間，而兩線間路肩封閉層又設(shè)置了大量的橫向伸縮縫，雨水便沿著封閉層伸縮縫滲入到混凝土底座下部的級配碎石層中，在列車動荷載作用下產(chǎn)生翻漿冒泥。
另外，地下水發(fā)育的路塹邊坡，在列車荷載作用下，地下水冒出支承層，通過支承層與道床板，從裂縫流出，導(dǎo)致基床面翻漿冒泥。無砟軌道路基基床表層瀝青混凝土防水層的作用是使路基不受地表水的浸入，避免基床面因水浸蝕而產(chǎn)生病害; 防水層的質(zhì)量直接影響基床表層。基床表層瀝青混凝土防水層的質(zhì)量對基床面的影響主要表現(xiàn)在: 環(huán)境高溫可能導(dǎo)致路肩混凝土防水層上拱，如果伸縮縫未切通，或伸縮縫深度不夠，則會使防水層可能開裂，從而導(dǎo)致地表水經(jīng)裂縫滲入路基基床表層，且不易及時(shí)排出，在列車動荷載反復(fù)作用下，導(dǎo)致基床面翻漿冒泥。
2.2 基床下沉外擠
基床下沉外擠病害一般分為基床下沉和基床外擠兩種表現(xiàn)形態(tài)。其形成的原因同基床翻漿冒泥病害類似，當(dāng)基床下沉外擠病害形成時(shí)必定同時(shí)受到水的侵蝕、列車動荷載作用、不良特性的基床土等因素共同的影響?；蚕鲁敛『Φ谋憩F(xiàn)形態(tài)常分為基床面出現(xiàn)沉落、基床出現(xiàn)道砟囊或道砟沉陷。
該病害主要影響因素為軌道和車輛方面缺陷、路基剛度、道砟材料性能和壓實(shí)度、碎石道床鋪設(shè)質(zhì)量。在高速列車作用條件下，軌道和車輛方面的缺陷將較大地增加動態(tài)輪荷載，導(dǎo)致道砟不規(guī)則沉陷的產(chǎn)生和發(fā)展，而道砟沉陷又反復(fù)影響著影響動荷載的大小。另外，道砟材料性能及鋪設(shè)質(zhì)量也是導(dǎo)致道砟沉陷的直接因素。道砟的壓實(shí)密度應(yīng)有其合理的最佳值，一方面需要考慮其分配荷載作用，道砟層應(yīng)盡可能有彈性( 較小的密實(shí)度) ; 另一方面為減少沉陷，道砟面應(yīng)有足夠的剛度，以滿足承受較大荷載的需要。路基剛度對基床下沉外擠的影響主要表現(xiàn)在基床土被水侵蝕后極度軟化。病害多發(fā)生在基床為中、高塑性的黏性土、淤泥、泥炭風(fēng)化殘積土、粉土質(zhì)黏土等土質(zhì)條件，或基床填筑密度不足，或運(yùn)營條件改變時(shí)。當(dāng)路基基床部位由于地表水的嚴(yán)重滲入或路塹地段由于地下水位較高，基床土處于經(jīng)常飽和狀態(tài)時(shí)，往往會導(dǎo)致基床土極度軟化，在列車動荷載作用下形成下沉病害。除一般地區(qū)外，凍土地區(qū)的路基在一定條件下因凍土特性亦發(fā)生道砟陷槽、基床沉落現(xiàn)象; 黃土地區(qū)的路基因黃土特有的濕陷性，當(dāng)人工夯填不實(shí)或基床遇水后也常發(fā)生沉陷變形; 鹽漬土基床因填料中的過量有機(jī)質(zhì)會降低透水性、提高壓縮性，遇水后會處于較長期的軟塑狀態(tài)。為保證列車能安全和平穩(wěn)運(yùn)行，路基基床需保持良好的質(zhì)量狀態(tài)。
對于路基基床病害的預(yù)防，首先應(yīng)加強(qiáng)路基基床部位、附近的地面排水、地下排水設(shè)備的養(yǎng)護(hù)與維修工作，保持排水暢通，避免基床部位積水，使路基處于干燥、堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定狀態(tài)，確保路基結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與整體穩(wěn)定。做好線路設(shè)備的養(yǎng)護(hù)維修工作，保持軌道穩(wěn)定、平順的良好狀態(tài)，減少列車動載對路基基床作用的不利影響; 另外，在基床病害的發(fā)生初期，應(yīng)及時(shí)采取措施進(jìn)行病害整治，防止基床病害進(jìn)一步擴(kuò)大而導(dǎo)致路基永久變形。對于路基基床病害整治，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和試驗(yàn)檢測結(jié)果，分析確定基床病害位置、深度及病害類型。根據(jù)高速鐵路既有線的特點(diǎn)，基床狀態(tài)試驗(yàn)檢測應(yīng)不干擾行車或少干擾行車，為此需采用的檢測手段應(yīng)力求準(zhǔn)確客觀及快速方便，以便為基床病害整治工作提供準(zhǔn)確可靠的信息?；膊『Φ恼未胧┲饕? 疏通排水設(shè)施，避免水浸入基床;封閉基床面，防止地表水滲入基床部位造成基床表層軟化，減小動荷載對基床土體內(nèi)水的泵吸作用，阻隔翻漿體上冒污染道床; 換填基床表層，強(qiáng)化基床上部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高基床表層的承載能力; 采用樁體加固基床，提高基床部位的承載力。
3 邊坡溜坍、沖刷
鐵路路基修筑以后，裸露的路基邊坡，除受地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)、土質(zhì)、地形的影響外，還受到降雨、融雪、地下水及河川的侵蝕、地震、人類活動等的影響，往往形成各種類型的路基坡面病害。路基坡面病害指受自然應(yīng)力作用而發(fā)生在路基坡體表面范圍內(nèi)的變形和破壞，其變形和破壞是由坡體表層局部逐步擴(kuò)大到整個(gè)坡面。路基坡面病害類型主要有坡面溜坍、坡面坍塌、坡面沖刷及坡面崩塌等。
3.1 路堤邊坡問題
高速鐵路路堤邊坡主要是采用加寬超填( 填筑完成后刷坡) 或?qū)Ｓ眠吰聣簩?shí)機(jī)械施工。雖然路堤邊坡不直接承受線路上部結(jié)構(gòu)靜荷載和列車行駛的動荷載，但如果其密實(shí)度不足，或邊坡防護(hù)及防排水工程不完善，則坡面在雨水的沖刷下易形成沖溝或淘空路基，進(jìn)而使邊坡坍塌; 路堤邊坡密實(shí)度不足，還會使土體的黏聚力和摩擦角減小，土體的抗剪強(qiáng)度下降，從而影響路堤邊坡和路堤整體的穩(wěn)定性。
3.2 路塹邊坡問題
路塹邊坡易產(chǎn)生溜坍，在排水系統(tǒng)不完善，平臺截水溝未接通吊溝或引出路基外的地段，當(dāng)遇到長期陰雨或暴雨時(shí)，雨水滑裂隙下滲，使路塹邊坡表層飽和，或水直接沖刷路塹邊坡，導(dǎo)致邊坡失去穩(wěn)定造成溜坍。另外，對于高度較高的路塹邊坡，其土壓力大; 地質(zhì)不良或塹頂天溝開裂下沉、天溝基礎(chǔ)土體不密實(shí)時(shí)，連續(xù)降雨易導(dǎo)致路塹邊坡滑坡。鐵路路基邊坡主要是對路基起防護(hù)作用，其質(zhì)量對路基的穩(wěn)定性和耐久性有著重要的作用。雖然路基邊坡不直接承受線路上部結(jié)構(gòu)靜荷載和列車行駛的動荷載，但如果路基邊坡出現(xiàn)病害，則易產(chǎn)生路肩下沉、邊坡坍塌等隱患。對于路基邊坡病害的預(yù)防和整治，應(yīng)在加強(qiáng)和維護(hù)防排水的基礎(chǔ)上，治理邊坡病害。路塹側(cè)溝、路塹天溝、平臺截水溝及吊溝應(yīng)保持通暢和無積水，及時(shí)修補(bǔ)裂縫、勾縫脫落、石塊松動脫落處，疏通路基支擋結(jié)構(gòu)等建筑物的泄水孔，夯填砌體與土體間離縫，勾補(bǔ)脫落損壞的灰縫。路基邊坡病害治理應(yīng)根據(jù)坡面病害的類型、病害產(chǎn)生的原因、工程與水文地質(zhì)情況、氣候及施工條件等因素確定，通常采用植被防護(hù)、骨架防護(hù)、封閉式防護(hù)等多種措施綜合治理; 此外，還應(yīng)經(jīng)常對路基坡面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，具體措施包括修補(bǔ)邊坡植被，清除零星坍體及設(shè)備上的土石堆積，清除坡面的零星活石及松動孤石，夯填影響坡面穩(wěn)定的土質(zhì)坡面裂縫，整平路肩，清除路堤肩緣下的棄砟棄土，處理路肩低洼處的積水。
4結(jié)語
對于既有高速鐵路路基病害的整治，應(yīng)就不同地域、不同特點(diǎn)的路基病害采取不同的整治措施，在判明成因的基礎(chǔ)上，針對關(guān)鍵因素確定適宜的施工方案，做到因地制宜，有的放矢，避免反復(fù)治理的現(xiàn)象發(fā)生。對于新建高速線路，應(yīng)在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，借鑒已建高速鐵路經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理整個(gè)過程中，合理運(yùn)用保護(hù)路基穩(wěn)定性的措施，采取提高路基強(qiáng)度及邊坡穩(wěn)定性、保持排水系統(tǒng)通暢等措施，控制路基運(yùn)營期間病害的發(fā)生。
