铁路路基病害产生机理与防治措施

铁路路基病害的产生机理与防治措施【摘要】对铁路路基中存在的病害进行了分类，分析了各种铁路路基病害发生的机理，介绍了路基病害的检测方法，指出明确各种路基病害的类型及形成机理，并进行准确的检测，是预防铁路路基病害并进行有效治理的基础。【关键词】铁路路基；病害；机理；检测铁路是线状工程，决定了要通过各种地质条件及气候环境不同的地区，而不少地区都存在膨胀土、红黏土、软岩风化残积土等各种不同工程性质不良的土，并且受到地理和气候环境常年变化影响，加之由于技术水平、经济条件以及施工机械设备方面的原因，我国的铁路路基设计通常采用较低的技术标准，施工质量往往要求不严，从而导致各种铁路基床病害成为一种分布广、治理难、多发性强的病害，严重影响着列车的安全运行。研究铁路路基病害的类型及其发生机理，并能对其进行实用的检测，对路基的防治和治理是非常重要的。1、铁路路基病害类型特性铁路路基病害主要有翻浆冒泥、下沉、挤出变形、边坡溜坍、边坡冲刷、陷穴、滑坡、水浸路基和冻害9类，具体类型和发生原因如下：1.1 翻浆冒泥。一定条件的含粘粒、粉粒的基床表层土，在水和列车反复振动的作用下，发生软化或触变、液化，形成泥浆。列车通过时轨枕上下起伏使泥浆受挤压抽吸而通过道床孔隙向上翻冒，造成道碴脏污、板结进而使道床降低或丧失弹性，轨道几何尺寸变化，危及行车安全。翻浆冒泥分为土质基床翻浆、风化石质基床翻浆和裂隙泉眼翻浆。1.2下沉。由于路基土密实度不足或地基松软，在水、荷重、自重及振动作用下发生局部或较大面积的竖向变形。一般经过列车运行一段时间后，下沉会趋于缓解。但有时因荷重增加或水的作用使沉降速率加大。局部下沉也会造成陷槽使线路不平顺。下沉分为基床下沉、堤体下沉和基底下沉。1.3挤出变形。基床内的土经常处于软塑状态，在列车荷载的作用下，基床上发生剪切破坏，发生外挤变形。外挤是因为基床强度不足引起，在基床内的影响深度较大。外挤分为路肩隆起、路肩外挤和边缘外膨。1.4边坡溜坍。黏土质边坡表层受地表水下渗或地下水影响，使表层土含水饱和失去稳定而形成的边坡浅层溜滑或坍塌。边坡溜坍对于路堤溜坍范围不超过轨枕端部，对于路堑地段边坡的溜坍不影响到基床的稳定性。1.5 边坡冲刷。指较高大的土质路堑、路堤边坡、岸坡（滨河、河滩、海滩和水库（塘）的路堤边坡）或严重风化的软质岩石边坡受到水流的冲蚀、冲刷作用而形成冲沟或冲坑为边坡冲刷。边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟。1.6陷穴。指路基下及其附近存在洞穴，其坍塌可引起基床和道床突然沉落，轨道悬空，中断行车，甚至造成列车颠覆。陷穴病害分为黄土陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。1.7滑坡。指影响路基稳定的土（岩）体滑动。分为边坡的深层滑动、路基滑移及山体滑坡。1.8水浸路基。指实际浸水超过设计水位的路基，被水浸或淹没，引起一定的沉降或局部坍塌，当路堤缺乏足够的防护和加固设备时，导致路基稳定性受到影响或破坏。1.9冻害。发生在寒冷地区，如路基土为透水性较差的细粒土，当含水量较高或基面积水，在冻结过程中，土中水重新分布和聚集形成冰块，又引起不均匀的冻胀现象。尽管路基病害表现形式多样，但产生路基病害的原因则主要是土质不良，压实密度不足和排水不畅等。2、铁路路基病害产生的机理铁路路基病害发生的原因非常复杂，并且每一种病害都有自己特殊的病理。但归纳起来主要有两个方面：①病害的发生取决于特定的地质环境；② 病害的发生与相应的气候变化和列车振动荷载息息相关。前者是病害发生的内因。后者是病害发生的外因。对某一具体的线路来讲，其地质条件是客观存在，虽然它也在不断地发生变化，但基本上是一种较为稳定的量，因此，在一定程度上路基病害的发生频率和程度将取决于气象水文条件和列车长期重复振动荷载的影响，路基病害的产生和发展是各项因素综合作用的结果，各种因素之间又相互关联。观测表明，在列车轮轴荷载的重复作用下，路基的渐进破坏主要表现为过大的塑性变形，这种塑性变形累积到一定程度将会使路基填土产生塑性流动，并产生路基病害。研究表明：产生这些病害（破坏）的原因在很大程度上依 赖于路基土在循环荷载作用下的抗剪强度特性，而后者与土的饱和度密切相关。随着饱和度的增大，土的动强度（即经过若干次循环加载后仍处于稳定状态的最大偏应力比）将显著降低。处于轨道下方的路基土因反复受到挤压和固结而产生过大的累积塑性变形，从而形成所谓的道碴坑以及枕木下方的积水坑。尤其是在雨季，基床填土含水量达到饱和状态，动强度显著减小，从而使道床工作性能急剧下降，甚至会导致线路产生严重的不平顺而影响行车安全。3、铁路路基病害的防治措施为了对路基病害进行合理整治，必须准确检测病害状况，分析病害成因。根据铁路既有线的特点，路基检测应不干扰行车或少干扰行车，为此采用的检测手段应力求准确、可靠、快速，从而为将来的整治工作提供准确可靠的信息。可采用轻型动力触探、地质雷达、瞬态面波法和取土试验等多种手段对线路进行试验检测，具体步骤和方法如下：3.1典型地段开挖横沟，了解地基的几何特性。3.2采用探地雷达法和瞬态面波法对试验区段内的路基进行大面积的扫描检测。探地雷达法具有直观反映道床几何形态、表层分辨率高的优点，可以探明路基结构的分层；探测路基病害类型、程度和具体位置，用于分析道床的电性参数，而无法给出路基的力学特性。而瞬态面波法表层状况由于石碴的散射和高频信号的限制不能精确的反映，探地雷达方法可弥补瞬态面波法的不足。瞬态面波方法对在土中频散曲线比较平滑，能够准确反映路基土的力学参数随深度的变化，测试的深度也比较深，也正好弥补了探地雷达方法不能反映路基土的力学参数和测试深度浅的不足。在路基病害测试中，最关心的是路基表层和其下路基土的承载能力，所以两种方法结合，优势互补，正好能够达到路基的测试目的。3.3对路基强度、刚度等参数方面的分析。重型动力触探主要反映路基土的力学性能，是以击数×10cm-1来反映路基各个位置的力学性能指标，击数越高说明土质性能越好，强度也越高，可以从不同深度位置来测试出不同深度下土的力学性能以分析路基状况。轻型动力触探与重型动力触探原理相似，只是后者以击数× 30cm-1来反映路基各个位置的力学性能指标。针对既有线路的特点，对既有路基测试应遵循原位（动力触探）和区段测试（地质雷达、瞬态面波法）相结合的测试方法，这样可对既有路基的状况做出一个综合的评价，为路基病害的处理提供基础资料。铁路路基病害的发生是其特定的地质环境与其相应的环境变化共同作用的结果，搞清楚各种路基病害的类型及发生机理，并进行准确的检测，是预防铁路路基病害并进行有效治理的基础。参考文献[1]龙三秀,杨成.铁路路基病害类型、机理及检测与整治技术[j].工程地质学报,2007,15(7):93-95.[2]龙泉,文武.铁路路基病害整治及化学加固材料研究进展[j].中国铁道科学,2006,26(8):61-63.[3]牛中将,艾海.铁路路基病害灰色预测系统的研究[j].中国铁道科学,2005,25(3):57-58.[4]江南才,鲁智.铁路粘土路基动力特性试验研究[j].西南交通大学学报,2003,38(6):111-113.[5]江山,刘柱.岛状冻土地区路基病害研究[j].铁道标准设计,2004(2):42-44.