铁路路基病害整治技术探究
2015-09-22
1 引言
随着我国高速铁路的相继建成和通车运营，受列车荷载作用及水文、气候等自然条件影响，高速铁路路基病害日渐增多。根据京津城际、武广等高速铁路路基的病害情况，并参考国外高速铁路路基病害成因，高速铁路路基病害主要表现在基床病害，边坡溜坍、冲刷，过渡段不均匀沉降等方面。
2 路基基床病害
2.1 基床面翻浆冒泥
基床表面翻浆冒泥是高速铁路主要病害之一，高速铁路路基基床表层由级配碎石填筑而成，在高速列车的振动作用下，级配碎石层中自由水产生较高的压力，引起承压水从伸缩缝消散的同时，也流失了级配碎石层中细颗粒。随着泵吸作用的加剧，细颗粒不断流失，最终导致级配碎石层翻浆冒泥。
对于无砟轨道路基，如果高速铁路路基两线间未设置纵向排水沟，地面有水时，地表水排水不畅，雨水不能及时排出，即地表水易滞留在两线间，而两线间路肩封闭层又设置了大量的横向伸缩缝，雨水便沿着封闭层伸缩缝渗入到混凝土底座下部的级配碎石层中，在列车动荷载作用下产生翻浆冒泥。
另外，地下水发育的路堑边坡，在列车荷载作用下，地下水冒出支承层，通过支承层与道床板，从裂缝流出，导致基床面翻浆冒泥。无砟轨道路基基床表层沥青混凝土防水层的作用是使路基不受地表水的浸入，避免基床面因水浸蚀而产生病害; 防水层的质量直接影响基床表层。基床表层沥青混凝土防水层的质量对基床面的影响主要表现在: 环境高温可能导致路肩混凝土防水层上拱，如果伸缩缝未切通，或伸缩缝深度不够，则会使防水层可能开裂，从而导致地表水经裂缝渗入路基基床表层，且不易及时排出，在列车动荷载反复作用下，导致基床面翻浆冒泥。
2.2 基床下沉外挤
基床下沉外挤病害一般分为基床下沉和基床外挤两种表现形态。其形成的原因同基床翻浆冒泥病害类似，当基床下沉外挤病害形成时必定同时受到水的侵蚀、列车动荷载作用、不良特性的基床土等因素共同的影响。基床下沉病害的表现形态常分为基床面出现沉落、基床出现道砟囊或道砟沉陷。
该病害主要影响因素为轨道和车辆方面缺陷、路基刚度、道砟材料性能和压实度、碎石道床铺设质量。在高速列车作用条件下，轨道和车辆方面的缺陷将较大地增加动态轮荷载，导致道砟不规则沉陷的产生和发展，而道砟沉陷又反复影响着影响动荷载的大小。另外，道砟材料性能及铺设质量也是导致道砟沉陷的直接因素。道砟的压实密度应有其合理的最佳值，一方面需要考虑其分配荷载作用，道砟层应尽可能有弹性( 较小的密实度) ; 另一方面为减少沉陷，道砟面应有足够的刚度，以满足承受较大荷载的需要。路基刚度对基床下沉外挤的影响主要表现在基床土被水侵蚀后极度软化。病害多发生在基床为中、高塑性的黏性土、淤泥、泥炭风化残积土、粉土质黏土等土质条件，或基床填筑密度不足，或运营条件改变时。当路基基床部位由于地表水的严重渗入或路堑地段由于地下水位较高，基床土处于经常饱和状态时，往往会导致基床土极度软化，在列车动荷载作用下形成下沉病害。除一般地区外，冻土地区的路基在一定条件下因冻土特性亦发生道砟陷槽、基床沉落现象; 黄土地区的路基因黄土特有的湿陷性，当人工夯填不实或基床遇水后也常发生沉陷变形; 盐渍土基床因填料中的过量有机质会降低透水性、提高压缩性，遇水后会处于较长期的软塑状态。为保证列车能安全和平稳运行，路基基床需保持良好的质量状态。
对于路基基床病害的预防，首先应加强路基基床部位、附近的地面排水、地下排水设备的养护与维修工作，保持排水畅通，避免基床部位积水，使路基处于干燥、坚实、稳定状态，确保路基结构强度与整体稳定。做好线路设备的养护维修工作，保持轨道稳定、平顺的良好状态，减少列车动载对路基基床作用的不利影响; 另外，在基床病害的发生初期，应及时采取措施进行病害整治，防止基床病害进一步扩大而导致路基永久变形。对于路基基床病害整治，应根据现场调查和试验检测结果，分析确定基床病害位置、深度及病害类型。根据高速铁路既有线的特点，基床状态试验检测应不干扰行车或少干扰行车，为此需采用的检测手段应力求准确客观及快速方便，以便为基床病害整治工作提供准确可靠的信息。基床病害的整治措施主要包括: 疏通排水设施，避免水浸入基床;封闭基床面，防止地表水渗入基床部位造成基床表层软化，减小动荷载对基床土体内水的泵吸作用，阻隔翻浆体上冒污染道床; 换填基床表层，强化基床上部的结构强度，提高基床表层的承载能力; 采用桩体加固基床，提高基床部位的承载力。
3 边坡溜坍、冲刷
铁路路基修筑以后，裸露的路基边坡，除受地质构造、地质、土质、地形的影响外，还受到降雨、融雪、地下水及河川的侵蚀、地震、人类活动等的影响，往往形成各种类型的路基坡面病害。路基坡面病害指受自然应力作用而发生在路基坡体表面范围内的变形和破坏，其变形和破坏是由坡体表层局部逐步扩大到整个坡面。路基坡面病害类型主要有坡面溜坍、坡面坍塌、坡面冲刷及坡面崩塌等。
3.1 路堤边坡问题
高速铁路路堤边坡主要是采用加宽超填( 填筑完成后刷坡) 或专用边坡压实机械施工。虽然路堤边坡不直接承受线路上部结构静荷载和列车行驶的动荷载，但如果其密实度不足，或边坡防护及防排水工程不完善，则坡面在雨水的冲刷下易形成冲沟或淘空路基，进而使边坡坍塌; 路堤边坡密实度不足，还会使土体的黏聚力和摩擦角减小，土体的抗剪强度下降，从而影响路堤边坡和路堤整体的稳定性。
3.2 路堑边坡问题
路堑边坡易产生溜坍，在排水系统不完善，平台截水沟未接通吊沟或引出路基外的地段，当遇到长期阴雨或暴雨时，雨水滑裂隙下渗，使路堑边坡表层饱和，或水直接冲刷路堑边坡，导致边坡失去稳定造成溜坍。另外，对于高度较高的路堑边坡，其土压力大; 地质不良或堑顶天沟开裂下沉、天沟基础土体不密实时，连续降雨易导致路堑边坡滑坡。铁路路基边坡主要是对路基起防护作用，其质量对路基的稳定性和耐久性有着重要的作用。虽然路基边坡不直接承受线路上部结构静荷载和列车行驶的动荷载，但如果路基边坡出现病害，则易产生路肩下沉、边坡坍塌等隐患。对于路基边坡病害的预防和整治，应在加强和维护防排水的基础上，治理边坡病害。路堑侧沟、路堑天沟、平台截水沟及吊沟应保持通畅和无积水，及时修补裂缝、勾缝脱落、石块松动脱落处，疏通路基支挡结构等建筑物的泄水孔，夯填砌体与土体间离缝，勾补脱落损坏的灰缝。路基边坡病害治理应根据坡面病害的类型、病害产生的原因、工程与水文地质情况、气候及施工条件等因素确定，通常采用植被防护、骨架防护、封闭式防护等多种措施综合治理; 此外，还应经常对路基坡面进行养护，具体措施包括修补边坡植被，清除零星坍体及设备上的土石堆积，清除坡面的零星活石及松动孤石，夯填影响坡面稳定的土质坡面裂缝，整平路肩，清除路堤肩缘下的弃砟弃土，处理路肩低洼处的积水。
4结语
对于既有高速铁路路基病害的整治，应就不同地域、不同特点的路基病害采取不同的整治措施，在判明成因的基础上，针对关键因素确定适宜的施工方案，做到因地制宜，有的放矢，避免反复治理的现象发生。对于新建高速线路，应在符合相关标准的基础上，借鉴已建高速铁路经验，在设计、施工、运营管理整个过程中，合理运用保护路基稳定性的措施，采取提高路基强度及边坡稳定性、保持排水系统通畅等措施，控制路基运营期间病害的发生。
