铁路路基翻浆冒泥病害机理及整治探析
2015-06-01
一、引言
路基是整个铁路工程的基础，它对铁路的正常运行具有重要的作用。因此，为了保证铁路的正常运行，在路基修筑的时候，必须采取相应的措施，防治各种病害，保证铁路路基质量。翻浆冒泥是铁路路基比较常见的病害，它的出现，对整个铁路工程会产生的严重的不利影响。它不仅导致线路技术状态会发生相应的变化，严重影响铁路工程建设的质量，还会增加铁路工程的维修量，缩短铁路上部建筑材料的使用寿命，造成大量的人力、物力、材料的浪费，甚至影响列车的安全运行。正因为如此，探讨分析铁路路基翻浆冒泥病害机理，分析其影响因素、形成原因，并提出相应的整治策略无疑具有重要的现实意义。
二、铁路路基翻浆冒泥相关问题概述
调查统计显示，在铁路路基建设中，路基病害比较普遍存在，并且里程逐年增加，尽管在工程建设施工都十分重视采取相应的策略来防治路基病害，但是路基病害仍然不能从根本上消除，对列车的安全运行产生严重的不利影响。在所有的铁路路基病害当中，翻浆冒泥是十分常见的病害，尤其是广大江南地区，翻浆冒泥的存在更为明显，其影响也更为严重。对于江南地区来说，土质不良、气候、降水是导致基翻浆冒泥频发的主要原因。此外，在粘土地区，翻浆冒泥也比较严重。翻浆冒泥的存在会引发轨道偏移、轨面高低不平、钢轨硬弯等问题，对整个轨道结构造成严重的影响，甚至直接影响到列车的安全运行。因此，为了保证铁路路基质量，保证列车的安全运行，在路基工程建设中，必须采取相应的策略，防治翻浆冒泥现象的出现，对于已经出现的病害，应该采取有效的措施，做好防治工作，以提高铁路路基质量，为列车的安全运行提供保障。
三、铁路路基翻浆冒泥病害的影响因素
对铁路路基来说，其病害的影响因素多种多样，通常某种病害的发生是多种因素共同作用的结果，具体来说，包括以下几种因素。
1、土石地质状况。这是导致翻浆冒泥产生的前提条件，研究表明，在翻浆冒泥土质当中，如果存在着软化物质，例如蒙托石、绿泥石等等，往往会直接导致翻浆冒泥现象的发生。此外，如果在土质当中，存在着颗粒细小、透水性差、亲水性强、脱水收缩龟裂等情况，也会直接导致翻浆冒泥的发生。例如粉性土、粘性土、粗粒土等等，它们在一定条件下，容易形成翻浆冒泥现象的发生。
2、气温和水的影响。通过研究和分析我们可以得知，翻浆冒泥发生的过程，事实上就是水在路基中迁移、相变的过程。并且，水是导致翻浆冒泥发生的必要条件，如果没有水，那么翻浆冒泥便将不会存在。只有在水的作用下，才能加剧土壤中的易软化的物质的程度，例如，土体膨胀软化，形成道碴陷槽，填土软化范围逐渐扩大等等情况，都会对路基产生严重的不利影响。除此之外，冰冻也会对翻浆冒泥的形成有很大的影响。
3、列车动力作用。这是翻浆冒泥形成的原因之一，通常是在动力作用下，加剧了翻浆冒泥的形成。土在重复动力作用的影响下，其塑性变形会不断的积累，进而引起基床变形和破坏，而在列车的作用下，这种塑性变形会得到进一步的加剧。而如果通车量越大，荷载影响越明显，路基翻浆也越明显。
4、道碴问题。主要是指劣质道碴、道床道碴不干净，外来物质对道床造成污染和破坏，使得排水系统被阻碍，造成排水不畅，引起积水，导致线路脏污，时间长了积水便会渗入路基，再加上列车的荷载影响，进而引发翻浆冒泥现象。
5、道床厚度不足。如果道床的厚度不够，往往会降低道床的弹性，使得路基的受力不均匀，压强增大。道床的石碴侵入路拱，路拱的砂子侵入基床，导致路拱变薄，引起排水效果变差，进而导致道心积水，或者引发道床或者路基产生塑性变形现象，导致轨道空板现象的产生。
6、路拱瓦解。出现翻浆冒泥现象，往往会使路拱瓦解甚至消失，对于路基面以上的水，将不能排除线路。而水渗入路基之后，在列车的重复动载作用下，使得翻浆更为严重，对路基造成更大的不利影响。
7、土质土体不良。土质土体不良容易发生沉降，使得路基不稳定，影响车辆的通行。所以，在工程建设中，如果遇到不良土质土体，必须采取相应的措施进行改良。
四、铁路路基翻浆冒泥病害的分类
1、根据基床土质岩性和地下水进行的分类。第一、土质基面翻浆，主要在路堤和土质路堑上面，基床主要结构是粘土，密实度差。如果出现降水或者活载作用，翻冒泥浆便会进入道床，一般出现在雨季，基面下沉严重的话往往会导致事故的发生。第二、岩质基面翻浆，泥浆主要来自基面，雨季翻浆，到了旱季就停止。第三、裂隙泉眼翻浆，主要在山区和丘陵地区，通常地下水较发育地段，泥浆由压力水带至道床，翻浆一年四季一直出现，在雨季的时候更加严重。第四、下沉挤出基床。它是一种整体软化的情形，基床土质呈软塑性状态，在雨季的时候，下沉速度更快。
2、根据水源分类情况进行的分类。第一、地下水类。该类受地下水的影响比较严重，土基常年处于潮湿状态，引起翻浆的发生。地下水包括上层滞水，潜水，层间水，裂隙水，泉水，管道漏水等等。其中潜水主要在平原地区，而其它种类的水多见于山区。第二、地面水类。主要是受到地面水的影响，导致土基潮湿，引起翻浆的产生。就地面水来说，它主要是指季节性积水，还包括由于路径、路面排水不良而造成的路旁积水和路面渗水。第三、土体水类。由于施工处于雨季，遇到雨水，或者采用过湿土填筑，这样就导致所填的土壤的含水量过大，如果温度过低的话，上部含水量会显著的增加，导致翻浆的产生。第四、气态水。冬季的温差过大，在这种作用下，土中的水异气态的形式向上运动，并且在土基顶面和路面结构层聚集，导致翻浆的产生。第五、混合水类。受到两种或者两种以上水类作用而产生的翻浆，一般还要根产生原因不同，进一步确定名称。例如，地下水地面水类。
五、铁路路基翻浆冒泥病害机理
根据已有的研究成果，并结合实际观察情况，一般将翻浆冒泥的形成分为以下三个阶段，不同的阶段其成因不同，并具有自己的特点。
1、挤压上升阶段。当铁路工程竣工或者经过修整之后，一般是道碴洁净，基面平整，排水通畅，在这种情况下，往往不会发生翻浆冒泥现象。然而，随着时间的推移，由于基床下存在着粘性土或者软质岩，受到火车荷载的反复作用，引发基床面不均匀沉降的产生。如果出现雨水浸入基床的情况，在凹洼往往积水，而积水却不容易排除。在火车动荷载的作用下，基床面土层会出现软化现象，进而形成泥浆。泥浆便会沿着道碴孔隙上升，这是翻浆冒泥形成的初期。在这个阶段，如果有降雨的发生，道床中的泥位便会不断挤压上升。而如果没有降水，或者没有任何形式水源的补给，往往会形成板结层，并且泥浆是不会从道床面挤出的。
2、泥浆挤压抽吸阶段。一阶段所形成的板结道碴层，相对较为松散，并不密实，如果环境较为干燥的话，还会出现裂缝。而如果出现降水情况，基层面便会再次产生泥浆，并且泥浆受到挤压力和抽吸力，受到这两种力的作用的原因是泥化道碴层形成一个板结层，加大孔隙泥浆水的压力，泥浆回到胶结板上面。
3、路基翻浆冒形成阶段。在道床中，雨水发生下渗现象，基床出现软化现象，泥浆出现上升现象，并且道碴板结变得越来越严重。这样就会引发枕下的封闭进一步密闭，孔隙水压力也越来越大，泥浆还会沿着某些孔洞上升，直至溢满道床，掩盖整个轨枕，并且还使得道床积水，出现杂草丛生现象，这就是翻浆冒泥的形成阶段。对于形成阶段，根据浆液的不同，可以分为以下三种：第一、小循环翻浆。降水时间短，雨量小，水渗入到泥浆板结道床当中，在泥化的碴层当中产生泥浆，翻冒到道床表面，这种情况一般不会影响基床的稳定性。第二、大循环翻浆。由于在长时间降水过程中，从板结道碴底部翻出的泥浆现象，它也是由降雨所引起的。由于长期降水，机床面上会有很多的雨水渗到，从而形成泥浆，进而泥浆被挤向道床表面，土体被进一步软化，进而引发基床失稳现象的出现，导致事故的发生。第三、复合型翻浆冒泥。它是指在同一地点，大循环和小循环同时产生，一般发生在连绵的雨季。当出现这种情况的时候，大循环往往是主要的，泥浆大部分来自基床面，危害也比较大，与大循环的危害是一样的。
六、铁路路基翻浆冒泥病害的整治策略
为了提高路基的质量，在工程建设中需要采取相应的策略，对翻浆冒泥进行整治。实践表明，在整治工作中，如果采用有效的方法，既能节省人力和物力，还能够收到更好的整治效果。一般来说，铁路路基翻浆冒泥病害的整治策略包括以下几种。
1、做好水温调节和排水工作。在工程建设过程中，设置好路基排水系统，对路基的水温情况进行调节，避免地下水、地面水或者其它水分在冻结前或者冻结过程中进入路基上部，这样能够避免对路基带来的损害，有利于提高路基工程质量。例如，在路基建设中，设置好隔离层、隔温层，采用合理的排水系统，做好对路基的排水工作，避免排水不畅情况的发生，此外，提高路基也是一种有效的策略。
2、设置排水层。在路基建设的过程中，如果出现水分聚集在路基上部的情况，可以采取以下策略进行处理：在化冻时期将多余的水分及时排除，或者即使没有立即排除，可以将它进行暂时蓄积，放在水稳性较好的路面结构层当中，这样能够达到良好的处理效果。例如，设置排水层，或者设置盖水砂垫层，可以对水分进行良好的处理，避免给路基带来危害。
3、改善土基，加强路面。这也是整治翻浆冒泥的重要策略之一，具体的操作方法如下：路基换土，或者运用加固土，在路面采用石灰石，煤渣石灰石等结构层，以达到良好的处理效果。
4、综合运用多种处理方法。在实际工作中，如果单一的采用某种方法往往不能达到令人满意的效果，或者不够经济合理，因而一般是要综合运用多种处理方法，这样才能达到更好的处理效果。
七、铁路路基翻浆冒泥病害整治的具体实例
为了让人们对铁路路基翻浆冒泥病害的整治有更加全面的了解，下面将结合工程实例，对此进行进一步的解释说明。
1、路基病害状况及原因分析。某铁路路基受到雨水的浸泡，出现排水不畅的情况，出现较大面积的沉降变形和翻浆冒泥现象，通过对该路段的研究和分析，引起该路段发生翻浆冒泥的主要原因包括以下两个方面：路基填料土质细腻，有滑感，土壤为中等膨胀土，自由膨胀率在50%左右；该地处于湿润地区，降水丰富，大气降水是路基病害的诱发因素。
2、具体整治措施。为了根治该路段的病害，对翻浆冒泥进行整治，通过全面的对比和分析，决定采用石灰改良基床填料与铺设土工布相结合的方法进行处理，具体措施如下：采用人工拆除的方法，将轨道和道床线路轨排拆除掉；将机床范围内的填料挖除，采用汽车运输石灰与土方填料，并按照相应的比例进行搅拌，使其变得均匀；在回填之前，还需要将路基表层压实，并达到相应的压实系数，使其充分压实之后，才能进行回填；在回填的时候，为了保证质量，采用分层回填的方式进行，每次的填土厚度不能超过0.5m，压实后的厚度在0.3m左右，压实后需要进行检验，当压实系数达到97%之后，才能进行下一层的回填工作；与路基面相距0.3m的地方铺设一层土工布，确保压实的路面光滑，防止土工布出现破裂现象。此外，在路基面还要设置双向排水坡，坡度为5%。
八、结束语
总而言之，铁路路基翻浆冒泥病害对整个铁路工程和列车运行都会产生严重的不利影响。今后在工程建设中，我们一定要高度重视对铁路路基翻浆冒泥病害的整治工作，并积极采取相应的策略，提高路基建设的工程质量，保证列车的安全运行，为列车的正常运作和人们的安全出行创造良好的条件。
