公路常见路基病害及防护措施

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第一篇:公路常见路基病害及防护措施

青海交通职业技术学院

毕业论文

题 目 公路常见路基病害及防护措施

专 业 道路桥梁工程技术

院 系 土木工程系 学 号 110110033 姓 名 蔡生强

指 导 教 师

目 录

摘要····································································1 Abstract

引言····································································1

一、路基·······························································2

1.1 路基的概念和作用····················································2 1.2 路基的结构··························································2 1.3 路基的类型··························································3

二、路基常见病害························································4 2.1 路基沉陷····························································4 2.2 边坡病害····························································4 2.3 路基水毁····························································5 2.4 路基冻胀····························································6 2.5 路基翻浆····························································7 2.6 雪害································································8 2.7不良地质和水文条件造成的路基破坏····································8

三、危害的防治措施······················································8 3.1 路基沉陷的防治······················································8 3.2 对土基沉陷的防治····················································9 3.3 边坡的防护·························································10 3.4 水毁的防治·························································12 3.5 土的冻胀过程·······················································13 3.6 冻胀的防治·························································14 3.7 路基翻浆的防治·····················································14 3.8 雪害的防治·························································16 3.9 路基排水···························································16

公路路基及路基病害和防治措施

摘 要:路基承受着本身的岩土自重和路面重力,以及由路面传递而来的行车荷载,是整个公路构造的重要组成部分。近年来高等级公路在建设方面取得了很大的进步,然而作为公路主体工程的路基仍存在一些病害,主要有水毁、滑坡、雪害、路基冻胀、沉陷、翻浆等。这些病害危及公路交通。本文从实际出发,提出若干消除病害的工程措施。

Abstract: subgrade under the geotechnical weight and gravity of road, and passed by the road from the traffic load is an important part of the entire road constructed.High-grade highways in recent years the building has made great progress, however, as the subgrade of the road the main project, there are still some diseases, there are damaged, landslides, snow damage, subgrade frost, subsidence, Frothing.These diseases endanger road traffic.From reality, and made a number of engineering measures to eliminate disease.关键词 公路病害 公路路基 防治措施 引 言:

路基是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物,路基是用土或石料修筑而成的线形结构物。路基裸露在大气中,经受着土体自重、行车荷载和各种自然因素的作用,路基的各个部位将产生变形。一些变形是可以恢复的,称为可恢复变形;一些变形是不能够恢复的,称为不可恢复变形。路基的不可恢复变形会破坏路基的整体性和稳定性,引发各种路基病害的产生。公路病害防治的根本途径在于提高公路质量

第一章

路基

1.1 路基的概念和作用

路基指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物,路基是用土或石料修筑而成的线形结构物。它承受着本身的岩土自重和路面重力,以及由路面传递而来的行车荷载,是整个公路构造的重要组成部分。路基必须具有足够的强度和稳定性,即在其本身静力作用下地基不应发生过大沉陷;在车辆动力作用下不应发生过大的弹性和塑性变形;路基边坡应能长期稳定而不坍滑。路基是一种线形结构物,具有路线长、与大自然接触面广的特点,其稳定性,在很大程度上由当地自然条件所决定。合理选择线位,可以避开地质不良地段和工程艰巨路段,保证路基稳定,减少工程数量,节约工程投资。路基工程的特点是:工艺较简单,工程数量大,耗费劳力多,涉及面较广,耗资亦较多。路基施工改变了沿线原有自然状态,挖填借弃土石方涉及当地生态平衡、水土保持和农田水利。

1.2路基的结构

路基由填筑或开挖而形成的直接支承轨道的结构。也叫做线路下部结构。路基与桥梁、隧道相连,共同构成一条线路。路基依其所处的地形条件不同,有两种基本形式:路堤和路堑,俗称填方和挖方。建造路基的材料,不论填或挖,主要是土石类散体材料,所以路基是一种土工结构。因而路基经常受到地质、水、降雨、气候、地震等自我条件变化的侵袭和破坏,抵抗能力差。因此,路基应具有足够的坚固性、稳定性和耐久性。

1.3路基的类型

一般路基:

一般路基是指修筑在良好的地质、水文、气候条件下的路基。通常认为一般路基可以结合当地的地形、地质情况,直接选用典型横断面图或设计规定。但高填方路堤,深挖方路堑须进行个别论证和验算。特殊路基:

特殊路基是指位于特殊土(岩)地段、不良地质地段,或受水、气候等自然因素影响 强烈的路基。

特殊路基主要有:

(1)湿黏土路基、软土地区路基、红黏土地区路基、膨胀土地区路基、黄土地区路 基、盐渍土地区路基、风积沙及沙漠地区路基;

(2)季节性冻土地区路基、多年冻土地区路基、涎流冰地区、雪害地区路基;(3)滑坡地段路基、崩塌与岩堆地段路基、泥石流地区路基;(4)岩溶地区路基、采空区路基;

(5)沿河、沿溪地区路基、水库地区路基、滨海地区路基。

软土地区路基:以饱水的软弱黏性土沉积为主的地区称为软土地区。软土包括饱水的软弱黏性土和淤泥。在软土地基上修建公路时,容易产生路堤失稳或沉降过大等问题。我 国沿海、沿湖、沿河地带都有广泛的软土分布。

滑坡地段路基:滑坡是指在一定的地形地质条件下,由于各种自然的和人为的因素影响,山坡的不稳定土(岩)体在重力作用下,沿着一定的软弱面(带)作整体的、缓慢的、间歇性的滑动变形现象。滑坡有时也具有急剧下滑现象。

膨胀土地区路基:膨胀土系指土中含有较多的黏粒及其他亲水性较强的蒙脱石或伊利石等黏土矿物成分,且有遇水膨胀,失水收缩的特点,是一种特殊膨胀结构的教质土。多分布于全国各地二级及二级以上的阶地与山前丘陵地区。

第二章

路基常见病害

2.1 路基沉陷

路基沉陷是指路基表面在垂直方向产生较大的沉落,而这种沉落是不可恢复的。它是路基最常见的病害之一。路基沉陷产生的原因很多,但主要是有路基本身引起的压缩沉陷和由于地基原因引起的沉陷两种。

(1)路基本身引起的沉陷是因路基填料选择不当、填筑方法不合理、压实度不足、在路基堤身内部形成过湿夹层等因素,在荷载等的综合作用下,引起路基的竖向位移和变形。

(2)地基的沉陷是由于原天然地面有软土、泥沼或不密实的松土存在,土基的承载能力极低,填筑路基前未对原天然地面进行处理,在路基自重的作用下,地基下沉或向两侧挤出,引起的路基下沉。

2.2 边坡的病害

边坡的病害常见的有:崩塌、落石、滑坡、坡面冲刷、坍塌、剥落和泥石流等。

崩塌是岩体突然而猛烈地从陡峻地斜坡上崩离翻滚跳跃而下的现象。崩塌可能发生在高峻的自然山坡上,也可发生在高陡的人工路堑边坡上。发生崩塌的物体一般为岩石,但某些土坡也会发生崩塌。

落石是岩石碎块的一种剥落现象,其范围较剥落严重。产生原因为:路堑边坡较陡,岩石破碎和分化严重,在振动及水的侵蚀和冲刷下,块状碎屑沿坡面向下滚动。滑坡是路基山坡山体或岩石,由于长期受到地面水、地下水活动的影响,使其结构破坏,逐渐失去支撑力,在自重作用下,沿着一定的软弱面整体的、缓慢的、有时先缓后急地向下滑移的现象。滑坡成因复杂,种类很多,目前尚无统一的分类办法。根据中国区域地质特点,较常发生的滑坡主要有堆积层滑坡、黄土滑坡、粘土滑坡、岩层滑坡。滑坡是一种危害性很大的公路危害。它不仅会把大量泥石推向路基,甚至会把整段路基、整座建筑物埋没摧毁。

坡面冲刷是是分化的岩层形成一定厚度的残积层。残积层的颗粒组成以细砂、中砂、粗砂为主,含少量粘土颗粒。这些残积物抗冲刷能力很差,易形成密集的鸡爪状冲沟,中下部冲刷形成落水洞,上下落水洞相连,坡面遭到破坏。

剥落是指路堑边坡风化岩层的表面,在大气温度与湿度的交替作用之下,表层岩石从坡面上剥落下来,向下滚落。大块岩石脱离坡面称为崩塌。碎落和剥落物堆集在路堑边沟里,影响边沟排水,路堑地段如果排水不畅,又将引发其它路基路面的病害。

泥石流湿山坡或沟岸泥沙由于重力的作用而不断的坍塌、碎落或滑坡而落入沟道,在暴雨的冲击下形成泥石流。这种形式中最严重的是大型滑坡堵断沟道,水流直接由滑坡体上流过或形成溃决,也有的在暴雨时滑坡体中的饱和水与滑坡体一涌而下,形成强大的泥石流。

2.3 路基水毁

公路的水毁的形成主要有以下几方面的原因造成:

(1)对于断裂构造,存在着一定的构造带且分化强烈,为泥石流、塌方、滑坡等提供了充分的固体物质。泥岩、页岩经强烈分化后,又为这些灾害提供了细颗粒物质,从而造成桥涵淤塞、河床抬高,引发路基垮塌等多种病害。

(2)公路的地形高低悬殊,山坡陡峭,在重力和水的作用下,松散及稳定性差的物料易形成垮塌和水土流失,为各种公路水害的产生和发展提供了条件。

(3)雨季降雨集中,一次降雨量大,易为公路水害的形成提供丰富充足的水分条件。持续集中的大雨、暴雨引起山洪暴发和江河漫溢,以及连阴雨的长时期冲刷和浸蚀,松散的固体堆积物在强降雨的作用下,含水量达到饱和时,粘结性、凝聚力迅速下降,在强降雨形成的地面径流冲击而下,固体堆积物很快被冲坏,塌方、滑坡、泥石流等常见水害便随之发生。

(4)不适当的沿河筑坝引起的流向改变和坍岸

(5)桥位附近挖河取沙,修建水中建筑物造成桥下水流紊乱和过度的冲刷。(6)公路自身排水防护设施不完善,桥涵设计不合理,施工质量差等。

2.4 路基冻胀

因路基土冻结、体积膨胀,会引起路面隆起,这种现象是冰冻地区公路病害之一。路基在冻结过程中,路基土的水分发生比原体积大9%的膨胀。此外,由于冰晶的吸附作用和土的毛细上升作用,未冻区的水分不断向冰冻区积聚,形成聚冰和进一步膨胀。均匀的冻胀对道路危害不大,但不均匀的冻胀可以使路面产生不均匀的隆起,平整度变坏;冻胀值超过路面的容许冻胀值时,路面就会出现开裂,严重的课导致破坏。这种现象对高级、次高级路面危害甚大。高速公路对路面技术状况的要求更高。

路基产生冻胀、下沉等冻害的影响因素是很复杂的,但主要可以归结为温、土、水和力四个要素。四个要素中温度和压力的变化是外因,而土和水是内因。这四个要素在建筑物的冻害过程中都是存在的。其中值得提出的是水这个要素,路基土体中的水分是形成路基冻害的决定性因素。水分迁移是冻土中主要的物理力学过程,是路基产生冻害的基本原因。冻水结成冰,强度剧增;冰融成水,承载力几乎等于零。水的这一特性决定了冻土有很高的承载力,而融土的承载力则大为降低。冻土地区季节融化层中的水,冻结时向地表及上限两个方向转移,形成的水分进行重分布。待季节融化层融化时,表层特别松软,且随融化深度的加深,水亦逐渐下渗,直至上限附近不能再下渗,由于上限附近的土聚积的水分最大,土的抗剪强度就大大降低。若路基边坡底下的上限位置是倾斜的,则路基边坡有沿上限面滑动的可能。即使不会滑动,这种层上水也可能从边坡面渗出,冲蚀边坡。故在冻土地区的路基工程中,处理土中水的问题是很重要的。没有土中水的冻结和融化,就不会发生冻害。而土中水的多少,又直接与土的颗粒粗细有关,粗颗粒的土排水条件好,存水少,就不易产生冻胀或融沉现象;反之,细颗粒土中水分难以排走,就会产生冻胀和融沉现象。故其危害主要有以下几种:

(1)冻胀:路基的季节融冻层内,如含水量超过一定限值,土中水冻结时路基就会发生冻胀。

(2)融化下沉:路基基底土层为富冰、饱冰冻土及含土冰层,由于地表水渗入后的热交换过程,和因保温层厚度不够,以及路基土的压力、列车震动的作用等,使基底一定范围内的原地表和原始多年冻土上限发生相应的下沉、下降变化,形成路基基底融化槽。

(3)热融滑坍:由于自然营力或人为活动,破坏了有厚层地下冰分布的斜坡的热平衡状态后,地表土体在重力作用下,沿融冻界面呈牵引式位移而形成的滑坍。

2.5 路基翻浆

翻浆是指在冻胀土的路段,在冬季,地下水分连续向上聚集、冻结成冰,导致春融期间土基含水率过大,强度急剧降低,在行车作用下路面发生裂缝、鼓包、冒泥等现象。冬季路面开始冻结,不断向深处发展,上下层形成了温度差,由于气候的变化,零度等温线不断下移,形成一层、两层或多层聚冰层。土基中水分冻结后体积膨胀,由于土质不均匀,使路面冻死或冻胀隆起。春季气温回升,由于路面导热性大,路中的溶解速度比两侧快,水分不易向下及两侧排泄。土基土层便呈现过湿状态,当溶解到聚冰层时,土层的湿度土层的湿度有时会超过液限。土基承载力极低,在车辆通过时稀软的泥浆会沿着路面的裂缝挤出或形成较深的车辙和鼓包。

2.6 雪害

雪崩、风雪流(风吹雪)和集中持续的降雪在公路上形成的积雪和雪滑等危害交通的现象称为雪害。

2.7 不良地质和水文条件造成的路基破坏

公路通过不良地质地段时(如泥石流、冻土、盐渍土、溶洞)和较大的自然灾害(如大暴雨)等地区,均可能导致路基的大规模破坏。

第三章 危害的防治措施

3.1 路基沉陷的防治

选择良好的路基用土(如砂性土)填筑路基,如果在必要时,应对路基上层填土作稳定性处理施工时,采用合理的施工方法,严格遵守《公路路基施工规范》的规定,分层填筑,分层碾压,一定要保证每一层路基填料的压实度。使路基有足够的强度和稳定性来承受行车荷载的作用。另外,在路基施工时,应严格控制路基填土的含水量,避免在层与层中间形成过湿的软弱夹层。在特殊潮湿地区, 路基上的压实是相当困难的,对于天然稠度小于的黏质土, 当用于下路床及其下的路基填料时, 可采用规定的轻型压实标准;改善填料的性质, 在土中掺加生石灰, 通常可以获得预期的效果, 也可采用新型吸水材料加固。黄土地区应特别注意路基排水, 对地表水应采取拦截、分散、防渗、远接远送的原则, 根据设计及时做好综合排水设施, 将水迅速引离路基。在填挖交界处引出边沟水量,应做好出水口的加固。

修筑在斜坡上的路堤和半填半挖路基,如果未按照规定将斜坡挖成台阶,铲除植被,或者对地下水露头没有妥善处理,地表排水不畅,坡脚下形成积水等,会使路基土长期受水浸润,往往达到或接近饱和状态。这样,路基在自重和外力作用下,失去稳定,发生突然下沉和滑移。对于这种病害的防治办法,主要是做好路基排水,如修建截水沟,排除地表积水,修建盲沟、渗沟、平洞疏导底下水,必要时修建护坡、挡墙,对路基进行支挡防护等。

3.2 对土基沉陷的防治

(1)换填法:当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时,常采用换土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去,然后回填以强度较大的砂、碎石或灰土等,并夯实至密实。

(2)预压法:预压法是一种有效的软土地基处理方法。该方法的实质是,在建筑物或构筑物建造前,先在拟建场地上施加或分级施加与其相当的荷载,使土体中孔隙水排出,孔隙体积变小,土体密实,提高地基承载力和稳定性。堆载预压法处理深度一般达10m左右,真空预压法处理深度可达15m左右。

(3)强夯法:强夯法是法国L·梅纳(Menard)1969年首创的一种地基加固方法,即用几十吨重锤从高处落下,反复多次夯击地面,对地基进行强力夯实。实践证明,经夯击后的地基承载力可提高2~5倍,压缩性可降低200~500%,影响深度在10m以上。

(4)振冲法:振冲法是振动水冲击法的简称,按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用,置换后填料形成的桩体与土组成复合地基;在砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达10m左右。

(5)深层搅拌法:深层搅拌法系利用水泥或其它固化剂通过特制的搅拌机械,在地基中将水泥和土体强制拌和,使软弱土硬结成整体,形成具有水稳性和足够强度的水泥土桩或地下连续墙,处理深度可达8~12m。施工过程:定位—沉入到底部—喷浆搅拌(上升)—重复搅拌(下沉)—重复搅拌(上升)—完毕。

(6)砂石桩法:振动沉管砂石桩是振动沉管砂桩和振动沉管碎石桩的简称。振动沉管砂石桩就是在振动机的振动作用下,把套管打入规定的设计深度,夯管入土后,挤密了套管周围土体,然后投入砂石,再排砂石于土中,振动密实成桩,多次循环后就成为砂石桩。也可采用锤击沉管方法。桩与桩间土形成复合地基,从而提高地基的承载力和防止砂土振动液化,也可用于增大软弱粘性土的整体稳定性,其处理深度达10m左右。

(7)土或灰土挤密桩法:土桩及灰土桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔,然后向孔内夯填素土或灰土成桩。成孔时,桩孔部位的土被侧向挤出,从而使桩周土得以加密。土桩及灰土桩挤密地基,是由土桩或灰土桩与桩间挤密土共同组成复合地基。土桩及灰土桩法的特点是:就地取材,以土治土,原位处理、深层加密和费用较低。

3.3 边坡的防护

(1)防治崩塌的主要措施有:

①路基上方的危岩、危石应及时检查清除,特别在雨季前要细致检查。如有威胁行车安全的路段,可根据地形和岩层情况,采取嵌补、支顶的方法予以加固。

②在小型崩塌或落石地段,应采取全部清除的办法;如果基岩破坏严重,崩塌、落石的物质来源丰富,则易修建落石平台、落石槽等拦截结构物。

③由于存在软弱结构面而引起崩塌的高边坡,可根据情况采用支挡墙或支护墙等措施。

④对边坡坡脚因受河水冲刷而易形成崩塌时,要对河岸做防护工程。⑤在可能发生崩塌的地段,必须做好地面排水设施。(2)防治泥石流的主要措施有:

①对流泥、流石的边坡来说,在春秋两季,应进行大量的植树造林、铺植草皮。②在泥石流形成区的上侧修筑截水沟、排水沟,把水引出去,以减少或消除洪水的影响。

(3)防治滑坡的主要措施有

①在滑坡体外设置环形截水沟,拦截旁引地表水;根据地下水流向设置盲沟、隧洞,截断和引出地下水;在滑坡体内设置树枝状排水沟、渗水沟和竖井等排出内部积水;严密阻塞夯实裂缝,滑坡表面植树种草,以防止地表水下渗,加快地下水蒸发。

②修建单级或多级重力式挡墙。近年来,锚杆式挡墙和抗滑桩也日渐广泛采用。锚杆式挡墙由钢筋混凝土板面和水平式倾斜的锚杆组成。抗滑桩有钢筋混凝土挖孔桩、钻孔桩和打入桩等。抗滑桩呈排状组合,布置方法有密排式、间隔式、承台联接式等。

③把滑体后部土石挖去一部分,减轻滑体自重,促使滑坡稳定。这种方法适用于滑床上陡下缓,后壁及两侧岩土稳定的滑坡。

④在滑体前沿用土筑成反压堤,对滑体进行反压。这种办法多结合减重弃土进行,效果甚好。但公路上产生的滑坡,多因地形限制,不便采用。

此外,滑坡还可采用电化学法,硅化学法,焙烧法等技术防治。但是,这些方法技术复杂,所需投资较大,较少采用。(4)防治坡面冲刷的主要措施

用土工格栅代替铁丝做石笼, 用聚脂或聚胺脂类土工织物混凝土护坡模袋做成的护面板防护受水冲击的边坡,很能适应土体不均匀沉降。

水毁的防治

(1)水毁抢修

一般分防洪抢险和抢修通车两种,前者是保护公路的应急防抢措施,后者是在毁后迅速抢通路线的维持通车措施。抢修通车主要是尽快清除坍方淤泥,填补冲沟缺口,修复小桥涵洞,铺设简易路面,尽快把路线抢修通车。一时难于修复的大中桥梁和路段,架设舟桥或浮桥、钢木便桥,或设置临时性轮渡以及开辟便道、组织车辆绕路行驶等,以维持通车。(2)水毁恢复

按照技术标准和建设程序,对水毁的各项设施进行正规修复。有的不能一次修复而留下的工程称之为“水毁遗留工程”。水毁恢复主要是恢复植被,整治河流,积极提高公路标准和质量,完善公路设施等。(3)

水毁的预防

水毁预防是在雨季和洪水来临之前为防止或减轻暴雨和洪水对公路的危害而进行的工作,其范围包括:

①防止漂浮物大量急剧地下冲; ②疏通各种排水系统;

③修理、加固和改善各类构造物;

④检修防洪设备,备足抢护的材料、工具以及救生、照明和通信设施。

对公路水毁要做到全面预防重点治理。为此,每年汛期前应进行必要的水文观测,掌握洪水的动态,并与当地的气象、水文部门取得密切联系,及时收集雨水情况资料,或向沿河居民调查,预先了解洪水强度、到达时间和变化情况,以判断对公路的危害性,及早采取措施;在汛期前应进行一次预防水毁的技术检查,内容包括: ①检查桥梁墩台、调制构造物、涵洞、引道、护坡和挡土墙基础有无冲空或损坏; ②桥下有无杂物堆积淤塞河道,涵洞、透水路基有无淤塞,以及河流上游堆积物、漂浮物的情况;

③河床冲刷情况和傍河路基急流冲刷处有无掏空或下沉; ④浸水路堤和陡边坡路段的路基有无松裂;

⑤边沟、盲沟、跌水等排水系统有无淤塞,路面、路肩横坡是否适当,路肩上的临场堆积物是否阻碍排水;

在洪水期,顺流急下的巨大漂浮物对下游的桥梁等构成巨大的威胁,因此首先要对桥梁上游沿河的根部被掏空的树木、竹林以及洪水位以下的竹、木、柴、草和未系结牢固的竹、木排筏进行检查,作必要的处理。未避免漂浮物撞击墩台,可在墩台前设置护墩体。

各种构造物的基础如有掏空,应及时处治。当河床冲刷严重危机墩台基础时,除必要时在上游设置调治构造物外,还可根据河床水位的高低,在枯水期铺砌单层、双层块(片)石护底,或采取沉石笼(可采用耐特龙塑料网石笼)、抛石块护基处理。

3.5土的冻胀过程

土的冻结初期,水局部结晶,在个别部位形成小冰晶。当冰晶形成后,与冻结锋面连接的薄膜水立刻向它移去,形成水膜,该水膜处于弹性张力状态,并且总是力图向冻结锋面运动。冻结土中水的移动和结晶,只是在水薄膜个别部位脱离其原有部分情况下才发生。

薄膜水在冻结土里重新分布是冻胀形成过程的决定性阶段。在结晶时,它能在封闭的土体内引起弹塑变形发展,结果引起土冻结体的增大。冻结边界附近的自由水又将转变为薄膜水,结果维持着一个水分浓度梯度。当水分迁移的通道上这个梯度在作用时,正在冻结土中的水分迁移过程将一直进行。按照扩散层薄膜水厚度随负温降低而减小的过程,冻土中单位水流将变小。当冻结土空隙量超过给定条件下结晶的水体积时,冻胀过程便停止。

3.6 冻胀的防治

为了给给路面冻胀预防措施提供科学的依据,通常需确定路面防冻厚度。按强度计算的路面厚度如果小于防冻厚度,则必须设置防冻层,以满足防冻厚度的要求。我国对柔性路面的最小防冻厚度在设计规范中作了明确规定。

路面冻胀的防治,应在路基填筑中,尽量使用冻胀性小的均质土,并分层压实;做好路基的地表排水;必要时设置隔水层,切断地下水对路基的渗透,是防止和减轻冻胀的主要措施。对已建成路面,应在养护中及时填灌冻缝,防止雨雪水下渗和做好路基排水,尽量保持路基干燥。因冻胀而严重损坏必须大修的路面,则应采取切实的改善措施,预先杜绝冻胀隐患。

3.7 路基翻浆的防治

防治翻浆的基本途径是:防止地面水、地下水或者其他水分在冻结前或冻结过程中进入路基上部;在化冻期,可将聚冰层中的水分及时排除或暂时蓄积在透水性好的路面结构层中;改善土基及路面结构;可采用综合和防治。

(1)铺设隔离层

按使用材料把隔离层分为如下两类: 透水性隔离层。采用砾石、碎石、粗砂或炉渣条等材料,用于透水性路面,其厚度一般设为10 cm ~20 cm,为了防止淤塞,应分别铺设1 cm ~2 cm 的隔离层在其上面和下面,如泥炭、石屑、针刺无纺布、草皮或炉渣等。隔离层底部应高出地面水 20 cm 以上,设为3%~4%的路拱,在路基边坡处铺入路基50 cm 用大块碎砾石。

不透水隔离层。不透水隔离层有封闭式和不封闭式两种。前者适用于地面排水有困难或地下水位高的路段,用以隔断毛细水和横向渗水。后者适用于一般路段,用以隔断毛细水。

(2)做好路基排水,提高路基高度

轻型、中型和重型翻浆,丘陵山区、平原的一切新旧路都可采用这种方法。良好的路基排水可以阻止地面水或地下水浸入路基,保持路基土体干燥,将冻结时水分聚流的来源减少。提高路基是一种操作简单、效果明显、经济实用的常用措施。增大地面水位或地下水至路基边缘间的距离,保持路基上部土层干燥,不至于在冻结过程中由于聚冰过多而失稳。取土方便的路段也适用于提高路基这种措施,填筑路堤所用的土应该适水性良好。路线穿过农田地区时,应与路面设计综合考虑,少占耕地,以确定合理的填土高度。在粉性土地段及重冰冻地区,应采取其他措施如石灰土、砂垫层等同提高路基配合使用。

(3)换土

处理因土质不良或旧路的局部翻浆而造成的翻浆路段应采用换土法,是将造成路基翻浆的稀泥和土挖出,换填40cm~60cm厚的碎(砾)石或砂性土,分层压实后重新铺筑路面。翻浆严重的路段,挖除全部软土,将水稳性良好的砂砾料填入,并分层压实。

(4)规范施工

一部分翻浆发生是由于在施工中没有严格按照规范施工造成的,所以要规范施工,即只有在材料含水量在压实实验的界限范围内时,路堤的压实才能进行,超出或不到最佳含水量时不能填筑路基,必须采取相关措施,使材料在最佳含水量附近进行填筑,并做好实验工作。

3.8雪害的防治

在中国的北方地区,特别是青藏高原这种病害比较严重。雪害防治可采取防雪措施和除雪措施。防雪措施如设置防雪栅栏、防雪棚、溜雪槽等,也可以筑雪墙、土堤等防雪。除雪可用人力清除和用机械除雪。

3.9路基排水

水是影响路基强度和稳定性的另一重要因素, 许多路基病害是由水的侵蚀造成的, 因此在路基施工中, 应重视施工排水, 防止因各种原因造成的水患, 给路基、路面施工造成不必要的损失。

(1)路基排水分排地面水和排地下水两大类

①排除地面水可采用边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽、拦水带、蒸发地等设施。其作用是将可能停滞在路基范围内的地面水迅速排除,防止路基范围内的地面水流入路基内。

②排除地下水设施有排水沟、暗沟(管)、渗沟、渗井、检查井等。其作用是将路基范围内的地下水位降低或拦截地下水并将其排除到路基范围以外。(2)路基地下水排水设施的施工要点

当路基范围内出露地下水或地下水位较高,影响路基、路面强度或边坡稳定时,应设置排水沟、暗沟(管)、渗沟、渗井,检查井等地下水排水设施。①排水沟和暗沟用于当地下水位较高,潜水层埋藏不深时,截流地下水及降低地下水位。沟底宜埋人不透水层内。排水沟可兼排地表水,在寒冷地区不宜用于排除地下水。排水沟或暗沟采用混凝土浇筑或浆砌片石砌筑时,应在沟壁与含水量地层接触面的高度处,设置一排或多排向沟中倾斜的渗水孔。沟壁外侧应填以粗粒透水材料或土工合成材料作反滤层。沿沟槽每隔10~15m或当沟槽通过软硬岩层分界处时应设置伸缩缝或沉降缝。

②渗沟用于降低地下水位或拦截地下水。渗沟有填石渗沟、管式渗沟和洞式渗沟三种形式,填石渗沟只宜用于渗流不长的地段,且纵坡不能小于1%,通常为矩形或梯形,其埋置深度,应满足渗水材料的顶部(封闭层以下)不得低于原有地下水位的要求。当排除层间水时,渗沟底部应埋于最下面的不透水层上。在冰冻地区,渗沟埋深不得小于当地最小冻结深度;管式渗沟适用于地下水200---300m时,其末端宜设横向泄水管分段排除地下水。洞式渗沟适用于地下水流量较大的地段。三种渗沟均应设置排水层(或管、洞)、反滤层和封闭层。

③渗井用于排除路基附近的影响路基稳定的地面水或浅层地下水。其直径50~60cm,井内填充材料按层次在下层透水范围内填碎石或卵石,上层不透水层范围内填砂或砾石,填充料应采用筛洗过的不同粒径的材料,应层次分明,不得粗细材料混蹦塞,井壁和填充料之间应设反滤层。

渗井离路堤坡脚不应小于10m,渗水井顶部四周(进口部除外)用黏土筑堤围护,井顶应加筑混凝土盖,严防渗井淤塞。

④检查井用于检查维修渗沟。一般采用圆形,内径不小于1.Om,在井壁处的渗沟底应高出进底0.3-0.4m,井底铺一层厚0.1~0.2m的混凝土。井基如遇不良土质,应采取换填、夯实等措施。兼起渗井作用的检查井的井壁,应在含水层范围设置渗水孔和反滤层。深度大于20m的检查井,除设置检查梯外,还应设置安全设备。井口顶部应高出附近地面约0.3—0.5m,并设井盖。

(3)

三、路基地面排水设施的施工要点

路基地面排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽、拦水带、蒸发池等设施。

①边沟设置于挖方地段和填土高度小于边沟深度的填方地段。路堤靠山一侧的坡脚应设置不渗水的边沟。平曲线处边沟施工时,沟底纵坡应与曲线前后沟底纵坡平顺衔接,不允许曲线内侧有积水或外溢现象发生。曲线外侧边沟应适当加深,其增加值等于超高值。土质地段当沟底纵坡大于3%时应采取加固措施;采用干砌片石对边沟进行铺砌时,应选用有平整面的片石,各砌缝要用小石子嵌紧;采用浆砌片石铺砌时,砌缝砂浆应饱满,沟身不漏水;若沟底采用抹面时,抹面应平整压光。

②截水沟设置时主要考虑位置。在无弃土堆的情况下,截水沟的边缘离开挖方路基坡顶的距离视土质而定,以不影响边坡稳定为原则;路基上方有弃土堆时,截水沟应离开弃土堆脚1—5m,弃土堆坡脚离开路基挖方坡顶不应小于10m,弃土堆顶部应设2%倾向截水沟的横坡;山坡上路堤的截水沟离开路堤坡脚至少2.0m,并用挖截水沟的土填在路堤与截水沟之间,修筑向沟倾斜坡度为2%的护坡道或土台,使路堤内侧地面水流人截水沟排出。截水沟长度超过500m时应选择适当的地点设出水口,将水引至山坡侧的自然沟中或桥涵进水口,截水沟必须有牢靠的出水口,必要时须设置排水沟、跌水或急流槽。截水沟的出水口必须与其他排水设施平顺衔接。

为防止水流下渗和冲刷,截水沟应进行严密的防渗和加固,地质不良地段和土质松软、透水性较大或裂隙较多伪岩石路段,对沟底纵坡较大的土质截水沟及截水沟的出水口,均应采用加固措施防止渗漏和冲刷及沟壁。

③排水沟的施工应符合下列规定:

a 排水沟的线形要求平顺,尽可能采用直线形,转弯处宜做成弧线,其半径不宜小于10m,排水沟长度根据实际需要而定,通常不宜超过500m。

b排水沟沿路线布设时,应离路基尽可能远一些,距路基坡脚不宜小于3~4m。水流的流速大于容许冲刷流速时,沟底、沟壁应采取排水沟表面加固措施。

④跌水与急流槽的施工应符合下列规定:

a跌水与急流槽必须用浆砌圬工结构,跌水的台阶高度可根据地形、地质等条件决定,多级台阶的各级高度可以不同,其高度与长度之比应与原地面坡度相适应。

b急流槽的纵坡不宜超过1:1.5,同时应与天然地面坡度相配合。当急流槽较长时,槽底可用几个纵坡,一般是上段较陡,向下逐渐放缓。

c当急流槽很长时,就分段砌筑,每段不宜超过10m,接头用防水材料填塞,密实无空隙。d急流槽的砌筑应使自然水流与涵洞进、出口之间形成一个过渡段,基础应嵌入地面以下,基底要求砌筑抗滑平台并设置端护墙。

路堤边坡急流槽的修筑,应能为水流人排水沟提供一个顺畅通道,路缘石开口及流水进入路堤边坡急流槽的过渡段应连接圆顺。

第二篇:铁路路基常见病害分析及治理措施浅析

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铁路路基常见病害分析及治理措施浅析

铁路路基常见病害分析及治理措施浅析

【摘要】铁路线路常年暴露在自然环境中,受自然环境影响大,加之机车车辆本身的动力作用,轨道的几何尺寸及状况不断发生变化,路基、道床也在不断的变形变化中,加上对其重视及整治的力度不够,因此对铁路路基造成许多病害。路线路设备是铁路运输业的基础设备,由于目前我国大部分铁路路基设计采用的技术标准较低,再加上施工质量监管不力,会导致铁路路基病害的产生。所以了解病害的类型、成因及整治措施,对铁路路基的防护和治理具有重要的意义。文章分析了铁路路基病害类型及原因分析,铁路路基病害的治理措施。

【关键词】铁路路基 病害 成因 整治措施

中图分类号:U213.1 文献标识码:A 文章编号:

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。

一、铁路路基病害的分类及成因

预防铁路路基病害的产生和发展,找出病害的原因,根据情况进行合理整治,以加强设备的使用寿命,保持线路设备完整和质量均衡,使机车安全、平稳和不间断地运行,是工务段的主要职责。铁路路基的病害按表现形式,分为路基下沉、翻浆冒泥、挤出变形、边坡坍方、最新【精品】范文 参考文献

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陷穴、水浸路基、滑坡、边坡冲刷等。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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,最新【精品】范文 参考文献

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导致路基稳定性受到影响或破坏。

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。

二、铁路路基病害产生的内外因分析

造成铁路路基病害的原因有很多种,是路基填料、水、列车荷载和温度变化等多项因素综合作用的结果。综合地看,铁路路基病害的产生原因主要来自两个方面:

内因――地质和气候环境的影响。对某一具体的铁路路基来说,其地质条件是客观存在的,虽然它也处于不断的发展变化中,但基本上是一种较为稳定的量。因此,铁路路基病害的发生频率及程度,主要受气象及水文条件影响。

外因――列车振动荷载。在列车轮轴荷载的重复作用下,铁路路基会发生塑性的变形,当变形情况发展一定程度时,路基填土便产生了塑性流动,造成病害的发生。分析这种病害的成因,主要取决于路基土在循环荷载作用下的抗剪强度特性,它与土的饱和度息息相关。随着土的饱和度的加大,土的动强度明显地降低,处于铁路轨道下面的路基土,因反复受到挤压和固结而产生幅度圈套的累积塑性变形,形成了道碴坑及枕木下方积水坑。

3、线路技术设备状态。路基产生基床病害因素和线路上部建筑的技术设备、线路设计的标准、施工质量和运营中线路养护维修的质量等有直接关系。首先,线路技术设备的标准,要能满足运输要求。其次,线路施工质量也决定着路基基床的稳定。新建与改造铁路的施工质量与产生基床病害的关系及为密切。再者,线路养护维修质量,对路基基床病害的产生和发展也是有密切关系的。

三、铁路路基病害的预防与整治

1、路基滑坡的防治。防治滑坡的原则:一是预防。对有可能新生滑坡的地段或可能复活的古滑坡,应采取必要的工程措施,以防止产生新的滑坡或古滑坡的复活;二是治早。滑坡的发生与发展,是有一个过程的,早期整治,能收到事半功倍的效果;三是一次根治与分期整治相结合。滑坡一般应一次彻底根治,不留后患。

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2、路基崩塌落石的防治。一是拦截类适用于小规模、小块体的崩塌落石。拦截构造有落石平台、落石坑、落石沟、拦石墙、钢轨栅栏及柔性拦石网等;二是遮栏类应用于规模较大的崩塌落石,遮栏建筑有各种明洞和棚洞。修建明洞、棚洞,既可遮挡崩塌落石,又可对边坡下部起稳定和支撑作用;三是支挡加固类适用于不宜或难于消除的大危岩或不稳定的大孤石。支挡建筑有支顶墙、支护墙、明洞式支墙、支柱、支撑等;四是护坡、护墙适用于易风化剥落的边坡。边坡陡者用护墙,边坡缓者用护坡;五是改线绕避上述措施不能奏效时,应考虑改线绕避。

基床翻浆冒泥、下沉外挤的防治。一是排水。适用于排水不良而导致的基床病害,如路堑和站场。疏通或修建防渗侧沟、天沟、排水沟等地表排水系统;修建堵截、导引、降低地下水位的盲沟、截水沟、侧沟下渗沟等排除地下水或降低地下水位系统。以消除或减小地表水和地下水对路基基床的侵害,使基床土经常保持疏干状态;二是提高基床表层强度。适用于基床表层土承载力不足导致的基床病害,如裂土病害。防治措施一般采用换渗料土(二合土或三合土)及换砂。换填深度应以满足承载力要求为原则;三是使基面应力降低或均匀分布;四是土工膜(板)封闭层或无纺土工纤维渗滤层。这是近年广泛应用的防治基床病害的新工艺,它有隔离地表水、过滤基面水和均布基面应力等多种效用,常与换砂、砂垫层配合使用。

四、结束语

铁路线路路基的构成千差万别、各不相同,所形成的病害也各不相同。因此在路基病害的整治、治理过程中,除了要分析病害存在的机理,寻求合适的解决方案,还要总结更为先进的整改经验,利用先进的材料进行整治等。铁路路基病害的预防和整治是工务工作的一项长期而又复杂工作。

参考文献:

[1]交通部公路科学研究院.公路冲击碾压应用技术指南[M]人民交通出版社,2006.[2]田文玉.道路建筑材料[M]人民交通出版社,2006.[3]公路路基施工技术规范(JTG F102004)人民交通出版社.------------最新【精品】范文

第三篇:铁路路基病害综合整治与防护

铁路路基病害综合整治与防护 铁路路基病害综合整治与防护

路基是条带状结构工程,沿线经过的地质条件差别较大,填料也不均匀,而不少地区都存在膨胀土、红黏土、软岩风化残积土等各种工程性质不良的土,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,加之近年来随着重载及提速列车的大量开行.路基内应力水平、分布状态和作用方式显著改变.由于既有铁路线路基设计承载力偏小,在列车提速后荷载引起的动应力之下,导致各种病害的产生,或使已存在的病害更加严重而严重影响着列车的安全运行。所以了解病害的类型及其发生机理,并对其进行实用的检测,对路基的防护和治理是非常重。

一、铁路路基病害类型

1.1铁路路基病害类型及原因分析

铁路路基病害按表现形式可分为翻浆冒泥、路基下沉、挤出变形、边坡坍方、边坡冲刷、陷穴、滑坡、水侵路基、冻害等。

1.1.1翻浆冒泥

路基强度因含水过多而急剧下降,在行车作用下发生裂缝、鼓包、冒泥等现象,称之为翻浆。

翻浆冒泥一般易发生于基床土质不符合要求的部位,特别是以细粒土作路基填料、风化石质作基床,降雨量大的路堤和路堑地段为病害多发地段一定条件的含粘粒、粉粒的基床表层土在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。

1.1.2路基下沉

路基下沉主要是路基填筑密度不够和强度不足所致,表现形式有路基下沉、道砟囊或道砟袋。填方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象,为路堤沉陷。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。但有时冈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

1.1.3挤出变形

表现形式有路肩隆起、侧沟被挤,路肩外挤和边缘外膨。主要是由于土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动,基床内的土经常处于软塑状态,在基床内的影响深度较大,在列车荷载的作用下,基床上发生剪切破坏,发乍外挤变形。外挤是因为基床强度不足引起,外挤分为路肩隆起、。

1.1.4边坡坍方

坍方的表现形式有剥落、碎落、滑坍和崩坍。剥落、碎落、滑坍主要发生在路堑边坡。剥落是指边坡表层土壤,岩石风化成零碎薄片,从坡面上脱落下来的现象,剥落碎屑的堆积。会堵塞边沟,影响路基稳定。

碎落是岩石碎块的一种剥落现象.落石产生的冲击力可使路基、路面遭到破坏,威胁行人及车辆的安全。崩坍是大量土石脱离坡面翻滚于边坡下部形成倒石堆或岩堆的现象。

崩坍的土石方往往造成交通中断,也是危害最大的路基病害。崩坍的发生主要是路堑的开挖使原有自然坡面失去平衡所致。滑塌是指边坡上的大量土石沿着一定滑动面整体向下滑移的现象。

1.1.5边坡冲刷

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、冲刷作边坡冲刷用向形成冲沟或冲坑为边坡冲剧。边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟。

1.1.6陷穴

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.轨道悬宅,中断行车,甚事造成列车颠覆。陷穴病害分为黄土陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。

1.1.7 滑坡

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。

1.1.8 水浸路基

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。

1.1.9 冻害

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。1.2.0 砂害

在我国北方地区,由于地理条件原因,经常出现风沙经常掩埋铁路。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。

二、铁路路基病害产生的机理

路基病害的产生和发展与路基填料的工程性质、地表水与地下水、列车振动荷载、土的动力强度特性和温度及其变化有关。主要是路基填料、水、列车荷载和温度变化等各项因素综合作用的结果,各种因素之问又相互关联,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。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。

三、铁路路基病害检测

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,为此需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:

1)典型地段开挖横沟,了解路基的几何特性。

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、路基各个土层的地质情况;探地雷达测出的结果是基床的电性参数,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)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×10cm-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。

四、病害的预防与整治

路基病害的预防和整治,应贯彻“预防为主、综合治理”的原则,首先弄清发生病害的原因,经过综合分析。因地制宜地采取整治的措施。

4.1病害的预防

病害预防包括以下内容:①资料收集包括线路的设计、施工资料及线路区域的气候、水文、工程地质等情况,并了解其变化规律,为防治病害提供第一手资料;②根据线路当前的状态及运营情况,应每3--5行一次线路的普查,评估线路的安全状态,提前发现病害趋势并进行相应的处置。调查的方法除了传统的人工调查、轨检车检测外,铁道部目前正在推广铁路路基快速物探检测系统,检测深度达轨面下2.5m度可达80km/h入路基和路基积水,保持路基面排水坡度。

4.2病害的整治

路基病害的整治应从路基填料(改变其填料类型、改变填料的成分)防止水侵入(改善路基结构设计)、提高路基强度和刚度(改善路基结构设计)入手,路基的整治流程见图

1、前期准备→总体方案→检测路基→细化方案→治理施工→效果评价

2、路基的整治流程图

处理路基病害基本按以下步骤进行。①需要检测路基病害,判断路基病害的类型、发生的部位及规模大小、严重程度;②对产生病害的主要原因进行分析:一般为填料、水分侵入、强度不足等方面的问题;③拟采取的措施:应采用技术上可行(控制病害产生原因)、经济上合理的治理方法。

3、.路基滑坡的防治

对滑坡这一常见的路基病害的预防及治理。中国铁路有些区段滑坡病害较为密集,平均每百公里分布高达20~30处,多为山区铁路。发生滑坡常常中断行车,甚至使列车颠覆,给运输安全带来严重危害。斜坡上的岩土沿坡内的软弱带或软弱面向前和向下发生整体移动的现象,称为滑坡。发生滑坡的软弱带又称滑动带。滑动带在重力作用下,或在其他外力作用下使其剪切应力大于强度,或因震动液化、溶蚀潜蚀、自燃、人为开采等因素的作用下,使其结构破坏和岩土性质改变而丧失强度,就会引起滑动带上覆岩体或土体发生滑动。滑坡一般从地表上呈现的裂缝等迹象的变化可大致划分出蠕动、挤压、微动、滑动、大动和滑带固结六个阶段。在发生滑坡的地方,常出现环状后缘、月牙形凹地、滑坡台阶和垅状前垣等独特的地貌景观。但岩体滑坡由于其界面的生成多依附于岩体内既有的构造裂面,因此其后缘和分块裂缝一般呈直线或折线状。

滑坡按其特点可进行各种不同的分类。中国铁路按滑体的物质组成及其成因,把滑坡分为粘性土滑坡、黄土滑坡、堆填土滑坡、堆积土滑坡、破碎岩石滑坡和岩体滑坡等六类。

产生滑坡的原因有内在因素,也有外在因素。内在因素是形成滑坡的先决条件,它包括岩土性质、地质构造、地形地貌等。外因通过内因对滑坡起着促进作用,它包括水的作用、地震和人为因素等。所以,滑坡是内外各因素综合作用的结果。

防治滑坡的原则①预防。对有可能新生滑坡的地段或可能复活的古滑坡,应采取必要的工程措施,以防止产生新的滑坡或古滑坡的复活。②治早。滑坡的发生与发展,是有一个过程的,早期整治,能收到事半功倍的效果。③一次根治与分期整治相结合。滑坡一般应一次彻底根治,不留后患。但对规模较大、性质复杂、变形缓慢,一时尚不致造成重大灾害的滑坡,也可在全面规划下,分期整治。同时注意观测每期工程效果,为确定下期工程提供依据。

防治滑坡的措施应在弄清滑坡成因的基础上,对诱发滑坡的各种因素,分清主次,采取相应的工程措施。常用的防治对策有排水、减重、支挡、改善土体物理力学性质等。

(1)排水措施滑坡的发生和发展都与水的作用有关,排水是防治各类滑坡之本。但应根据具体情况,采用切合实际的排水方式。对滑坡体以外的地表水,应加以拦截和引出,在滑坡可能发展的边界5m以外修建一条或多条环形截水沟;对滑坡体以外的地下水,应修建截水盲沟;对滑坡体内的地下水,应疏干和引出,浅层地下水采用支撑盲沟,深层地下水采用泄水隧洞,亦可采用垂直孔群或仰斜孔群排水;对滑体范围内的地表水,应尽快汇集引出以防下渗,在充分利用天然沟谷的基础上,修建排水系统。

(2)减重措施当滑动面不深,且滑体呈上陡下缓状,滑坡范围外有稳定的山坡,滑坡不可能向上发展时,在滑坡上部减重,以减小滑坡的下滑力,是一种操作简单、经济实惠的防治措施。将减重的土体堆在坡脚反压,以增加抗滑力,效果更好。(3)支挡措施根据滑体推力的大小,可以选用适当的支挡结构防滑。

①抗滑挡墙。它是广泛应用的一种防治滑坡措施。它施工方便,稳定滑坡收效快。抗滑挡墙多为重力式,石砌,也有用混凝土或钢筋混凝土的。

②抗滑桩。它是利用桩在稳定岩土中的嵌固力支挡滑体的建筑物。它具有对滑体扰动少,操作简便,工期短,收效快,对行车干扰小,安全可靠等优点。抗滑桩多为挖孔或钻孔放入钢筋骨架灌筑混凝土而成。抗滑桩在滑动面以下的锚固深度,应根据滑体作用在桩上的主动土压力、桩前的被动土压力、岩土性质等来确定。

③锚杆挡墙。是一种新型支挡结构,由锚杆、肋柱和挡板三部分组成,用于薄层块状滑坡或基岩埋深较浅、滑体横长滑面较陡的滑坡。具结构轻盈,节约材料,适宜机械化施工,提高生产效率等优点。

④抗滑明洞。若滑动面的下缘处在边坡上的较高位置,可视地基情况设置坑滑明洞,洞顶回填土石支撑滑体,或滑体越过洞顶落在线路之外。但这一措施对行车干扰大,施工困难,造价昂贵,只有在其他措施难以奏效时采用。

(4)改善滑坡土体的物理力学性质用物理化学方法,加固和稳定滑坡。方法很多,如焙烧、成浆、加灰土桩、硅化、电渗、离子交换等。这些方法,由于工序复杂,成本较高,目前中国铁路仅小规模试用,尚未广泛采用。(5)改线绕避上述整治措施难以奏效时,在经济技术合理情况下,可以考虑改线绕避。养护维修要点:

①滑坡区的地表排水设备,如截水沟、排水沟、吊沟等应做到无淤积、无漏水、无冲刷、排水畅通、沟涵相通。对失效损坏处所,应及时修补,确保状态良好。

②滑坡区的地下排水设备,如支承渗沟、暗沟、隧洞、渗井、渗管等,应定期检查,及时清理和疏通。对失效或损坏处所,应及时修补或整治。地下排水设施,一般每年在春融之后和冰冻之前,在雨季开始之前和暴雨之后,必须仔细观测其流量,掌握其变化规律和排水效果,发现异常及时处理。

③滑坡区的防护和加固建筑物,应保持完整无损,如有开裂、滑移,必须认真查明原因,采取治理措施,不可麻痹大意,要防患于未然。④对规模大,情况复杂的大滑坡,虽经模治仍在缓慢变形或间歇变形,应对其认真观测,实行动态监控,掌握变化规律和发展趋势,以便及时采取有效措施。

⑤保护好山坡植被,搞好水土保持,也是滑坡区养护维修的重要任务。

2.路基崩塌落石的防治

崩塌落石是堑坡或其上山坡的岩块土石发生崩塌或坠落造成危害的地质现象。具有突然、快速和较难预测的特点,是地形、地质比较复杂的山区铁路十分常见的路基病害,对铁路行车安全危害甚大,经常导致中断行车,甚至列车颠覆。形成崩塌的原因: ①陡峭高峻的边坡或山体斜坡,坡度大于45°、高度大于30m,特别是坡度在55°~75°的斜坡,是崩塌多发地段。②由风化的坚硬岩层组成的又高又陡的斜坡,如互层砂岩,稳定性更差,容易形成崩塌。

③受地质构造影响严重,有很多结构面将岩体切割成不连续体的斜坡,特别是有两组结构面倾向线路,其中一组倾角较缓时,容易向线路崩塌。

④水的作用是产生崩塌的重要因素。绝大多数的崩塌发生在雨季或暴雨之后,因为水的渗入,对岩石产生软化、润滑和动水压力作用,使岩体强度降低,内摩擦力减小,促使崩塌发生。⑤其他如地震、爆破、人工开挖斜坡及列车震动等,都是诱发崩塌的因素。防治原则以预防为主,制早治小,一次根治,不留后患为原则。

①新建铁路应加强工程地质工作,对崩塌落石地段,严重者应予以绕避,不能绕避时,应修建必要的预防性工程,防患于未然。②养护维修应对可能发生崩塌落石地段,加强检查巡视,发现变形失稳征兆,应及时采取措施,治早治小,防止因病害扩大而导致灾害的发生。

③病害发生后,整治工作要坚持一次根治、不留后患。否则,往往会招致大的灾害。

防治措施应根据病害性质、规模及所处地形、地质情况,因地制宜地选择。常用的防治措施有如下类型。

①拦截类适用于小规模、小块体的崩塌落石。拦截构造有落石平台、落石坑、落石沟、拦石墙、钢轨栅栏及柔性拦石网等。

②遮栏类应用于规模较大的崩塌落石,遮栏建筑有各种明洞和棚洞。修建明洞、棚洞,既可遮挡崩塌落石,又可对边坡下部起稳定和支撑作用。

③支挡加固类适用于不宜或难于消除的大危岩或不稳定的大孤石。支挡建筑有支顶墙、支护墙、明洞式支墙、支柱、支撑等。④护坡、护墙适用于易风化剥落的边坡。边坡陡者用护墙,边坡缓者用护坡。⑤改线绕避上述措施不能奏效时,应考虑改线绕避。养护维修要点:

①崩塌落石地段应进行定期检查、经常检查和雨季汛期检查。所谓定期检查是指春检和秋检,对崩塌落石地段及其防护建筑物进行全面地检查。春检时发现隐患,采取防范措施安全渡汛;秋检时是检查汛期过后崩塌落石处所的变化情况及防护建筑物的破损情况,分轻重缓急,安排路基大、维修计划。巡山工和重点病害看守工对所管责任地段或处所,应经常巡视检查,监视危岩落石的发展动向,防患于未然。雨季汛期应加强检查力度,执行雨前、雨中、雨后检查制度,是防止崩塌落石事故的有效措施。②及时清理被拦截的崩塌坠落土石,修理被破坏的建筑物及排水设备。

③对范围大、数最多、危石分散、清除整治困难的崩塌落石地段,应设置报警装置,以防发生事故。

3.基床翻浆冒泥、下沉外挤的防治

基床翻浆冒泥、下沉外挤是路基本体变形而引起的病害。一般发生在基床为黏土类的路基地段,排水不良的路堑和站场比较多见。翻浆冒泥和基床下沉外挤病害,是基床变形不同阶段的表征,翻浆冒泥导致陷槽或碴囊基床下沉,陷槽或碴囊的发展使基床抗剪强度下降,导致路肩隆起或边坡外挤。基床翻浆冒泥引起的轨道不平顺,恶化了列车运行条件,但变形发展缓慢,对行车安全影响不大。而基床下沉外挤,则可能造成行车中断甚至列车颠覆,严重危及行车安全。

病害成因基床排水不良承载力不足或受水浸承载力进一步下降的土质基床在列车荷载反复作用下,将逐渐形成基床翻浆冒泥下沉外挤的病害。水若源于降雨,翻浆冒泥表现为季节性,即雨季发生,旱季不发生;水若源于地下水,则翻浆冒泥表现为常年性,但雨季比较严重。基床土遇水承载力下降,原因比较复杂,如基床土为膨胀土未更换或改良;排水系统不完善;基床未作砂垫层或厚度不足;填土密实度未按规定控制;轨道状态不良;速度、轴重增加而轨道与之不相匹配等,都将使基床强度与行车条件不相匹配,以致产生基床病害。防治原则“预防为主,治早治小”。应在基床变形的初始阶段及早整治,不要到碴囊形成甚至下沉外挤再整治,这样做可事半功倍。防治措施应视病害性质,产生原因,地段长短及施工条件等情况,合理选择施工工艺,综合整治以求实效。

①排水。适用于排水不良而导致的基床病害,如路堑和站场。疏通或修建防渗侧沟、天沟、排水沟等地表排水系统;修建堵截、导引、降低地下水位的盲沟、截水沟、侧沟下渗沟等排除地下水或降低地下水位系统。以消除或减小地表水和地下水对路基基床的侵害,使基床土经常保持疏干状态。

②提高基床表层强度。适用于基床表层土承载力不足导致的基床病害,如裂土病害。防治措施一般采用换渗料土(二合土或三合土)及换砂。换填深度应以满足承载力要求为原则。③使基面应力降低或均匀分布。

④土工膜(板)封闭层或无纺土工纤维渗滤层。这是近年广泛应用的防治基床病害的新工艺,它有隔离地表水、过滤基面水和均布基面应力等多种效用,常与换砂、砂垫层配合使用。作为隔断排水层的材料,它能渗水,又能隔断粘土细粒,具有足够的强度,又有延伸性,是整治基床病害的好材料,但这种材料造价较高,使用寿命尚有待测试。

4.路基陷穴的防治

路基陷穴是路基下面隐伏的洞穴顶部塌陷引起的一种路基病害。塌陷有时能使轨道悬空,给行车安全带来严重后果,这些洞穴有三类,一是石灰岩地区的岩溶洞穴;二是黄土地区的黄土陷穴;三是人工遗留的洞穴,如古墓、古窖、古井、遗弃的坑道等。有些洞穴,修建铁路时未发现,或发现未作处理,有些黄土陷穴是在铁路建成后,因路基排水不良,水流集中潜蚀而成。石灰岩溶洞主要分布在中国南方广西、贵州和云南东部,湖南、湖北西部及广东的西部和北部也很发育,北方主要分布在山西与河北的太行山、太岳山、吕梁山和燕山一带。黄土陷穴主要分布在西北和华北地区,尤其是黄河中游地区。

形成原因:造成洞穴顶部塌陷的主要因素是水的作用和列车荷载作用。洞穴在水的侵蚀、潜蚀作用下和列车动荷载的反复作用下,洞顶的岩土结构逐渐遭到破坏,承载力也逐渐丧失,最终突然塌陷。

预防措施:预防洞顶塌陷,必须预先弄清楚影响路基稳定范围内,隐伏洞穴的分布情况、形状大小、埋藏深度、顶部厚度、洞穴处工程地质和水文地质情况,以及洞穴的发展趋势等,而后采取工程措施,预防洞穴塌陷。但要做到这一点,只有在新线勘测设计或施工阶段才有可能。通车后在运营条件下,很难做到。黄土路基,只要做好路基排水,就能预防新生陷穴的发生。

整治措施:陷穴发生后,首先应根据陷穴发生的部位、规模、对路基稳定性或行车安全的危害程度,进行评估,确定是否紧急处理。发生在轨道下面的陷穴,对行车安全危害较大,应采取紧急措施,如填实陷坑,整修线路,扣轨慢行,派人看守,情况危急时,应封锁线路。其次应做细致调查,查清塌陷洞穴的成因,形状大小,平面位置,埋藏深度,工程地质和水文地质特征及可能的发展趋势,为彻底整治提供依据。常用措施有:①开挖回填。如暂不危及行车安全,此措施应作为首选,它能确保质量,不留后患。③塌陷洞穴在轨道下方,无法开挖,可钻孔灌砂、灌注泥浆、砂浆或混凝土浆。④规模较大或与暗河相通的溶洞塌陷,可采用网格梁、地基梁、框架梁跨越,或其他类梁跨越等。无论采用何种措施,都要做好排水,尤其是黄土陷穴,排水设施有效、完善与否是整治成败的的关键。

5.路基冲刷的防治

位于河流岸边、河滩或水库岸边的路基,因常年或季节性水流冲刷、波浪和渗流的作用,往往造成路基冲空、边坡滑坍等病害。防治这类病害,必须掌握水流性质、变化规律及可能对岸边或路基造成危害的性质和严重程度,使防治措施准确到位。为此,应细致地调查勘测、精心分析,提出符合实际的科学结论。

防护工程分直接防护和间接防护两类。直接防护是对路基本体加固,以抵御水流的冲刷;间接防护是借导流或挑流工程,改变水流性质,间接达到避免或减轻水流对路基冲刷的目的。直接防护方式

干砌石护坡。适用于不受主流冲刷的路堤边坡。

浆砌片护坡。适用于主流冲刷及波浪作用强烈的路堤边坡。

抛石。适用于水流方向平顺,无严重局部冲刷,已被水浸的路堤边坡。④

石笼。适用于既受洪水冲刷又缺少大石料的区段。⑤

挡水墙。适用于峡谷急流和水流冲刷严重地段。

直接防护与铺草皮护坡、抛石护坡、片石护坡、石笼护坡。但每一种方式都有自己的局限性,有的造价太高,有的年限较短,采用直接防护要因地制宜,对经济和质量优化,间接防护

①挑水坝。适用于河床较宽,冲刷和淤积大致平衡。水流性质较易改变的河段,有的地主可以顺河势布置向导流建筑物。防护地段较长,更宜采用。

②顺坝。适置横向导流建筑物。防护地段较长,更宜采用。

③潜坝。适用于河不太宽,洪水时流速较大河水深较的河段,侵占河槽较少又能减轻对路堤的冲刷,但宜和加固路堤边坡配合使用。④防水林带。适用于路基外侧河滩季节性洪水冲刷地段。但导流建筑物的修建是一项技术复杂、工程浩大的措施。

间接防护成败的关键是导流建筑物的正确选择和布置,因此应切实依据天然河道的特性确定导治线、导治水位和选择导流建筑物的类型。

上述防护工程措施,既可单独使用,也可综合使用,应根据河流形态,地质情况和水流特性合理选用。如山区河流,由于河道窄、纵坡陡,防护工程应尽量顺乎自然,宜选用直接防护措施,若以挑水坝等导流措施防护,往往失败的多,收获的少。防护设施养护要点:

①经常检查,特别是洪水期间和洪水过后,应进行全面检查,范围不大的损毁,应及时修补;范围较大的损毁,应充分调查,分析原因,而后制定整治措施。

②调查重点应放在水下部位。特别是直接防护工程的水下部位,基础冲空往往是导致路堤突然坍滑的主要原因。③水毁设施的修复,应充分考虑原设计意图,以防新增设施造成新的不良后果。

④损毁情况然及行车安全时,应采取紧急措施,护住坡脚,通常抛石或抛石笼紧急防护。

所以我们在新建线路时,线路选线时应尽可能避免与河流争地。为了防止河岸路基遭受冲刷,可修各种路基挡土墙和圬工护坡,并将基础埋置于淘刷线以下。基础埋深不足时应按不同河床堆积物的情况在脚墙外修较宽的沉排、石笼,或堆垒大量漂砾或混凝土块体,或砌筑圬工护墙;也可用改河和导流的办法避免路基直接受激流冲刷。

6.路基冻害的防治

中国东北地区及西北高原地区,多为季节性冻土地区,地表土层一般冬季冻结,春季开始融化,夏季除永冻层外将全部融化。这类地区的路基,在土、水、温度的共同影响下,路基面将发生不同程度的冻胀,春夏又发生融化下沉,使轨面高低、水平产生不均匀变形,严重地段往往伴生翻浆冒泥,道碴陷槽,基床外挤等病害。

冻害发生在寒冷地区,如路基土为透水性较差的细粒土,当含水量较高或路基面积水,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。冻胀是由于路基下部的水向上集聚并冻结成冰所致,过大的冻胀可使柔性路面鼓包,开裂,使刚性路面错缝、折断,冻胀是翻浆过程的一个阶段同时也是一种单独的路基病害。

冻胀原因及影响因素由于土中的水在冻结过程中有向冻结锋面迁移的特征,并不断析出冰层,且体积增大9%这一物理力学现象造成。所以,冻结过程中土中水的迁移机理,是产生路基冻害的基本原因。影响因素:

①温度的影响。当土层温度处于负温相转换区,且冻结速率较低时,土水中迁移最活跃,以致形成较大的冻胀。

②土质的影响。由粒径大于0.1mm的粗颗粗组成的土质,无冻胀或冻胀较小,如砂、砾石、碎石等;由粒径小于0.1mm细颗粒组成的土质,如砂黏土、黏土等,有较大冻胀性,尤其是黏粒含量大于15%,密度较小的粉粒土冻胀最强烈。③水分的影响。土的天然含水量越大,冻胀性也越大,特别是有地下水补给时,会发生强烈的冻胀。冻害的表现形态:

从轨面前后高低变形看,分为冻峰(臌包)、冻谷(凹槽)、冻阶(台阶)。②

从轨面水平变形看,分为单股冻起、双股冻起、交错冻起。③

从冻胀部位看,分为道床冻胀、基床表层冻胀、基床深层冻胀。

从冻起高度看,冻起高度小于25mm,为一般冻害,冻起高度25~50mm,为较大冻害,冻起高度大于50mm,称为大冻害。预防措施:

保持道床清洁,防止泥土混入,及时清除土垅,以利排水。②

路肩和边坡保持平整,无坑洼、裂缝、防止积水下渗。

侧沟、天沟等地表排水设施及渗沟、暗沟等地下排水设施应保持工况完好,畅通无阻,防止或减少水对路基的补给。整治措施冻害发生后,首先应认真进行调查,弄清冻胀发生部位、形状、高度、起落及发展过程,弄清冻胀土层的性质被、结构及水文地质条件,以便分析冻胀产生的原因和变化规律,然后提出相应的整治措施。常用的整治措施有∶

①修建减少路基基床含水量的排水设施。如修建具有抗冻防渗能力的地表排水设施,以防治因地表水节而引起的冻胀;修建渗沟、暗沟、截水沟等,截断、疏导地下水或降低地下水位,以防治因地下水补给而引起冻胀。

②挖除冻害地段的基床土,换填无冻胀或冻胀很小的碎石、河沙、砂类土等。换土深度应主冻结试之下,换土宽度应包括路肩在内的整断面更换。

③在基床表层铺设保温层,改善基床温度环境,使表层下的基床土不冻结或减小冻结深度。保温材料一般用炉渣,其导热系数小、,成本低廉,也可用石棉、泡沫聚苯乙烯板等保温材料。国外经验表明,用泥炭或冷压泥炭砖作保温材料,效果良好,使用时间长。湿度大的泥炭在水分冻结时,会释放大量潜热,能防止泥炭进一步冻结。

④人工盐化基床土。用氯盐(NaCl)整治路基冻害,费工较多。效果虽明显,但有效时间短,一般只用于基床表层冻胀地段。选择上述措施时,应注意总体效果,考虑相互配合,以期达到根除冻害的目的。

7.路基雪害的防治

中国黑龙江、吉林、内蒙古等省区,属寒温带大陆性季风气候,全年降雪天数190~200d,积雪天数160~180d,最大积雪深度200~1000mm。年平均风速4.4m/s,最大风速40m/s。这些地区的铁路线路,冬季常被雪埋,严重影响行车安全。

易于积雪地段由于铁路线路的地形、地貌及其与主风向的夹角各不相同,线路积雪的程度也不一样。经验表明,下列地段易于积雪: ①

车站站场;

路堑与路堤交界处; ③

深2m以下的浅路堑; ④

高1.2m以下的矮路堤;

复线并行不等高的高差大于0.3m地段。

防治措施积雪掩埋线路危及行车安全。积雪融化后,增加路基含水量,降低中期承载能力,形成路基翻浆冒泥和陷槽等病害。易被雪地埋钱,必须那瓣治驰。最经济有效,且一劳永逸的防治措施是营造防护林带(参见线路维修管理之铁路沿线造林绿化)。它不仅可以防止雪害,而且还可以改造生态环境。防雪林带的布设位置、型式、树种,应根据地理、气候、土壤条件,风速、风向、积雪程度等情况选定。在无营造防雪林条件或防雪林尚未发挥作用之前,也可修建一些临时防雪设备,如移防防雪栅、防雪堤垣、防雪堤垣、导风挡板等。冬季有时会发生预计不到的暴风雪,在不积雪地段,也会严重积雪而影响行车。为预防不设,应在适当区段,储备一些除雪机,以备急需。

路基沙害的防治通过沙漠(包括沙质荒漠、戈壁及沙地)地区的铁路,如包兰线、兰新线、集二线、京通线、青藏线、南疆线、乌吉线及陇海线经黄河故道地段等,在风的作用下,移动沙流经常给铁路造成不同程度的危害,有时甚至掩埋线路,危及行车安全。

沙害形态风沙对线路的危害主要表现在流沙在线路上的堆积,以及流沙对路堤边坡的吹蚀和对道床的掏空。线路上堆积的沙,掩埋枕面以上,以称一级沙害,掩埋面以上至轨面以下,称二级沙害;掩埋枕面以下,称三级沙害。

防治原则和措施沙害的防治原则是因害设防,因地制宜和就地取材。沙害防治措施,分为植物固沙和工程固沙两类。植物固沙是治本良策,既可阻截沙流,防止风蚀,又可调节小气候,改善生态环境和改良土壤。

植物固沙以营造林带为本。林带采用植物混种、均匀透风类型。迎风林带先矮后高,即先灌木,后乔木;背风侧则先高后矮,有效防护宽度一般为树高的15~25倍。沙害严重地段,迎风侧可营造多条林带。防沙林应根据沙漠性质、水文地质条件、气候特征力求所选树种生长快、固沙、防风能力强、不怕沙埋。常被选用的植物首沙枣、胡杨、小叶杨、文冠果、花棒、沙蒿、胡枝子、杨柴等十几种(参见线路维修管理之铁路沿线造林绿化)。

工程固沙一般用在没有植物生长条件的地段,或作为植物固沙初期的辅助措施。常用以下几种形式:

①路基本体护。对路基或路堑本体用不同的材料进行覆盖,如干砌片石(或预制水泥板)、栽砌或散铺卵砾石。路基两侧防护。在路基两侧一定范围内修筑一些阻沙、固沙及导沙设施,保护线路不被流沙掩埋。阻沙设施包括防沙栅栏、防沙沟堤、防沙挡墙等;固沙措施包括麦草沙障、土埂沙障、化学乳剂固沙、铺设卵石或黏土覆盖沙面等。导沙设施包括用卵石铺砌而成表面光滑的输沙平台、在路基迎风侧修建导沙堤等。

第四篇:铁路路基病害综合整治与防护

论文关键词:铁路路基,病害,机理,检测

论文摘要: 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。

路基是条带状结构工程,沿线经过的地质条件差别较大,填料也不均匀,而不少地区都存在膨胀土、红黏土、软岩风化残积土等各种工程性质不良的土,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,加之近年来随着重载及提速列车的大量开行.路基内应力水平、分布状态和作用方式显著改变.由于既有铁路线路基设计承载力偏小,在列车提速后荷载引起的动应力之下,导致各种病害的产生,或使已存在的病害更加严重而严重影响着列车的安全运行。所以了解病害的类型及其发生机理,并对其进行实用的检测,对路基的防护和治理是非常重要。

l铁路路基病害类型

1.1铁路路基病害类型及原因分析

铁路路基病害按表现形式可分为翻浆冒泥、路基下沉、挤出变形、边坡坍方、边坡冲刷、陷穴、滑坡、水侵路基、冻害等。

1.1.1翻浆冒泥

路基强度因含水过多而急剧下降,在行车作用下发生裂缝、鼓包、冒泥等现象,称之为翻浆。

翻浆冒泥一般易发生于基床土质不符合要求的部位,特别是以细粒土作路基填料、风化石质作基床,降雨量大的路堤和路堑地段为病害多发地段一定条件的含粘粒、粉粒的基床表层土在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。

1.1.2路基下沉

路基下沉主要是路基填筑密度不够和强度不足所致,表现形式有路基下沉、道砟囊或道砟袋。填方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象,为路堤沉陷。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。但有时冈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

1.1.3挤出变形

表现形式有路肩隆起、侧沟被挤,路肩外挤和边缘外膨。主要是由于土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动,基床内的土经常处于软塑状态,在基床内的影响深度较大,在列车荷载的作用下,基床上发生剪切破坏,发乍外挤变形。外挤是因为基床强度不足引起。外挤分为路肩隆起、。

1.1.4边坡坍方

坍方的表现形式有剥落、碎落、滑坍和崩坍。剥落、碎落、滑坍主要发生在路堑边坡。剥落是指边坡表层土壤,岩石风化成零碎薄片,从坡面上脱落下来的现象,剥落碎屑的堆积。会堵塞边沟,影响路基稳定。

碎落是岩石碎块的一种剥落现象.落石产生的冲击力可使路基、路面遭到破坏,威胁行人及车辆的安全。崩坍是大量土石脱离坡面翻滚于边坡下部形成倒石堆或岩堆的现象。

崩坍的土石方往往造成交通中断,也是危害最大的路基病害。崩坍的发生主要是路堑的开挖使原有自然坡面失去平衡所致。滑塌是指边坡上的大量土石沿着一定滑动面整体向下滑移的现象。

1.1.4边坡冲刷

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、冲刷作边坡冲刷用向形成冲沟或冲坑为边坡冲剧。边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟。

1.1.5陷穴

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.轨道悬宅,中断行车,甚事造成列车颠覆。陷穴病害分为黄土陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。

1.1.6 滑坡

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。

1.1.7 水浸路基

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。

1.1.8 冻害

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。

1.1.8 砂害

在我国北方地区,由于地理条件原因,经常出现风沙经常掩埋铁路。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

路基病害的产生和发展与路基填料的工程性质、地表水与地下水、列车振动荷载、土的动力强度

特性和温度及其变化有关。主要是路基填料、水、列车荷载和温度变化等各项因素综合作用的结果,各种因素之问又相互关联,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。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铁路路基病害检测

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,为此需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:

1)典型地段开挖横沟,了解路基的几何特性。

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、路基各个土层的地质情况;探地雷达测出的结果是基床的电性参数,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)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×10cm-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。

4病害的预防与整治

路基病害的预防和整治,应贯彻“预防为主、综合治理”的原则,首先弄清发生病害的原因,经过综合分析。因地制宜地采取整治的措施。

4.1病害的预防

病害预防包括以下内容:①资料收集包括线路的设计、施工资料及线路区域的气候、水文、工程地质等情况,并了解其变化规律,为防治病害提供第一手资料;②根据线路当前的状态及运营情况,应每3--5行一次线路的普查,评估线路的安全状态,提前发现病害趋势并进行相应的处置。调查的方法除了传统的人工调查、轨检车检测外,铁道部目前正在推广铁路路基快速物探检测系统,检测深度达轨面下2.5m度可达80km/h入路基和路基积水,保持路基面排水坡度。

4.2病害的整治

路基病害的整治应从路基填料(改变其填料类型、改变填料的成分)防止水侵入(改善路基结构设计)、提高路基强度和刚度(改善路基结构设计)入手,路基的整治流程见图

前期准备→总体方案→检测路基→细化方案→治理施工→效果评价

路基的整治流程图

处理路基病害基本按以下步骤进行。①需要检测路基病害,判断路基病害的类型、发生的部位及规模大小、严重程度;②对产生病害的主要原因进行分析:一般为填料、水分侵入、强度不足等方面的问题;③拟采取的措施:应采用技术上可行(控制病害产生原因)、经济上合理的治理方法。

1.路基滑坡的防治

对滑坡这一常见的路基病害的预防及治理。中国铁路有些区段滑坡病害较为密集,平均每百公里分布高达20~30

处,多为山区铁路。发生滑坡常常中断行车,甚至使列车颠覆,给运输安全带来严重危害。斜坡上的岩土沿坡内的软弱带或软弱面向前和向下发生整体移动的现象,称为滑坡。发生滑坡的软弱带又称滑动带。滑动带在重力作用下,或在其他外力作用下使其剪切应力大于强度,或因震动液化、溶蚀潜蚀、自燃、人为开采等因素的作用下,使其结构破坏和岩土性质改变而丧失强度,就会引起滑动带上覆岩体或土体发生滑动。滑坡一般从地表上呈现的裂缝等迹象的变化可大致划分出蠕动、挤压、微动、滑动、大动和滑带固结六个阶段。在发生滑坡的地方,常出现环状后缘、月牙形凹地、滑坡台阶和垅状前垣等独特的地貌景观。但岩体滑坡由于其界面的生成多依附于岩体内既有的构造裂面,因此其后缘和分块裂缝一般呈直线或折线状。

滑坡按其特点可进行各种不同的分类。中国铁路按滑体的物质组成及其成因,把滑坡分为粘性土滑坡、黄土滑坡、堆填土滑坡、堆积土滑坡、破碎岩石滑坡和岩体滑坡等六类。

产生滑坡的原因有内在因素,也有外在因素。内在因素是形成滑坡的先决条件,它包括岩土性质、地质构造、地形地貌等。外因通过内因对滑坡起着促进作用,它包括水的作用、地震和人为因素等。所以,滑坡是内外各因素综合作用的结果。

防治滑坡的原则①预防。对有可能新生滑坡的地段或可能复活的古滑坡,应采取必要的工程措施,以防止产生新的滑坡或古滑坡的复活。②治早。滑坡的发生与发展,是有一个过程的,早期整治,能收到事半功倍的效果。③一次根治与分期整治相结合。滑坡一般应一次彻底根治,不留后患。但对规模较大、性质复杂、变形缓慢,一时尚不致造成重大灾害的滑坡,也可在全面规划下,分期整治。同时注意观测每期工程效果,为确定下期工程提供依据。

防治滑坡的措施应在弄清滑坡成因的基础上,对诱发滑坡的各种因素,分清主次,采取相应的工程措施。常用的防治对策有排水、减重、支挡、改善土体物理力学性质等。(1)排水措施滑坡的发生和发展都与水的作用有关,排水是防治各类滑坡之本。但应根据具体情况,采用切合实际的排水方式。对滑坡体以外的地表水,应加以拦截和引出,在滑坡可能发展的边界5m以外修建一条或多条环形截水沟;对滑坡体以外的地下水,应修建截水盲沟;对滑坡体内的地下水,应疏干和引出,浅层地下水采用支撑盲沟,深层地下水采用泄水隧洞,亦

可采用垂直孔群或仰斜孔群排水;对滑体范围内的地表水,应尽快汇集引出以防下渗,在充分利用天然沟谷的基础上,修建排水系统。(2)减重措施当滑动面不深,且滑体呈上陡下缓状,滑坡范围外有稳定的山坡,滑坡不可能向上发展时,在滑坡上部减重,以减小滑坡的下滑力,是一种操作简单、经济实惠的防治措施。将减重的土体堆在坡脚反压,以增加抗滑力,效果更好。(3)支挡措施根据滑体推力的大小,可以选用适当的支挡结构防滑。①抗滑挡墙。它是广泛应用的一种防治滑坡措施。它施工方便,稳定滑坡收效快。抗滑挡墙多为重力式,石砌,也有用混凝土或钢筋混凝土的。②抗滑桩。它是利用桩在稳定岩土中的嵌固力支挡滑体的建筑物。它具有对滑体扰动少,操作简便,工期短,收效快,对行车干扰小,安全可靠等优点。抗滑桩多为挖孔或钻孔放入钢筋骨架灌筑混凝土而成。抗滑桩在滑动面以下的锚固深度,应根据滑体作用在桩上的主动土压力、桩前的被动土压力、岩土性质等来确定。③锚杆挡墙。是一种新型支挡结构,由锚杆、肋柱和挡板三部分组成,用于薄层块状滑坡或基岩埋深较浅、滑体横长滑面较陡的滑坡。具结构轻盈,节约材料,适宜机械化施工,提高生产效率等优点。④抗滑明洞。若滑动面的下缘处在边坡上的较高位置,可视地基情况设置坑滑明洞,洞顶回填土石支撑滑体,或滑体越过洞顶落在线路之外。但这一措施对行车干扰大,施工困难,造价昂贵,只有在其他措施难以奏效时采用。(4)改善滑坡土体的物理力学性质用物理化学方法,加固和稳定滑坡。方法很多,如焙烧、成浆、加灰土桩、硅化、电渗、离子交换等。这些方法,由于工序复杂,成本较高,目前中国铁路仅小规模试用,尚未广泛采用。(5)改线绕避上述整治措施难以奏效时,在经济技术合理情况下,可以考虑改线绕避。

养护维修要点①滑坡区的地表排水设备,如截水沟、排水沟、吊沟等应做到无淤积、无漏水、无冲刷、排水畅通、沟涵相通。对失效损坏处所,应及时修补,确保状态良好。③滑坡区的地下排水设备,如支承渗沟、暗沟、隧洞、渗井、渗管等,应定期检查,及时清理和疏通。对失效或损坏处所,应及时修补或整治。地下排水设施,一般每年在春融之后和冰冻之前,在雨季开始之前和暴雨之后,必须仔细观测其流量,掌握其变化规律和排水效果,发现异常及时处理。③滑坡区的防护和加固建筑物,应保持完整无损,如有开裂、滑移,必须认真查明原因,采取治理措施,不可麻痹大意,要防患于未然。④对规模大,情况复杂的大滑坡,虽经模治仍在缓慢变形或间歇变形,应对其认真观测,实行动态监控,掌握变化规律

和发展趋势,以便及时采取有效措施。⑤保护好山坡植被,搞好水土保持,也是滑坡区养护维修的重要任务。

2.路基崩塌落石的防治

崩塌落石是堑坡或其上山坡的岩块土石发生崩塌或坠落造成危害的地质现象。具有突然、快速和较难预测的特点,是地形、地质比较复杂的山区铁路十分常见的路基病害,对铁路行车安全危害甚大,经常导致中断行车,甚至列车颠覆。形成崩塌的原因①陡峭高峻的边坡或山体斜坡,坡度大于45°、高度大于30m,特别是坡度在55°~75°的斜坡,是崩塌多发地段。②由风化的坚硬岩层组成的又高又陡的斜坡,如互层砂岩,稳定性更差,容易形成崩塌。③受地质构造影响严重,有很多结构面将岩体切割成不连续体的斜坡,特别是有两组结构面倾向线路,其中一组倾角较缓时,容易向线路崩塌。④水的作用是产生崩塌的重要因素。绝大多数的崩塌发生在雨季或暴雨之后,因为水的渗入,对岩石产生软化、润滑和动水压力作用,使岩体强度降低,内摩擦力减小,促使崩塌发生。⑤其他如地震、爆破、人工开挖斜坡及列车震动等,都是诱发崩塌的因素。

防治原则以预防为主,制早治小,一次根治,不留后患为原则。①新建铁路应加强工程地质工作,对崩塌落石地段,严重者应予以绕避,不能绕避时,应修建必要的预防性工程,防患于未然。②养护维修应对可能发生崩塌落石地段,加强检查巡视,发现变形失稳征兆,应及时采取措施,治早治小,防止因病害扩大而导致灾害的发生。③病害发生后,整治工作要坚持一次根治、不留后患。否则,往往会招致大的灾害。

防治措施应根据病害性质、规模及所处地形、地质情况,因地制宜地选择。常用的防治措施有如下类型。①拦截类适用于小规模、小块体的崩塌落石。拦截构造有落石平台、落石坑、落石沟、拦石墙、钢轨栅栏及柔性拦石网等。②遮栏类应用于规模较大的崩塌落石,遮栏建筑有各种明洞和棚洞。修建明洞、棚洞,既可遮挡崩塌落石,又可对边坡下部起稳定和支撑作用。③支挡加固类适用于不宜或难于消除的大危岩或不稳定的大孤石。支挡建筑有支顶墙、支护墙、明洞式支墙、支柱、支撑等。④护坡、护墙适用于易风化剥落的边坡。边坡陡者用护墙,边坡缓者用护坡。⑤改线绕避上述措施不能奏效时,应考虑改线绕避。

养护维修要点①崩塌落石地段应进行定期检查、经常检查和雨季汛期检查。所谓定期检查是指春检和秋检,对崩塌落石地段及其防护建筑物进行全面地检查。春检时发现隐患,采取防范措施安全渡汛;秋检时是检查汛期过后崩塌落石处所的变化情况及防护建筑物的破损情况,分轻重缓急,安排路基大、维修计划。巡山工和重点病害看守工对所管责任地段或处所,应经常巡视检查,监视危岩落石的发展动向,防患于未然。雨季汛期应加强检查力度,执行雨前、雨中、雨后检查制度,是防止崩塌落石事故的有效措施。②及时清理被拦截的崩塌坠落土石,修理被破坏的建筑物及排水设备。③对范围大、数最多、危石分散、清除整治困难的崩塌落石地段,应设置报警装置,以防发生事故。

3.基床翻浆冒泥、下沉外挤的防治

基床翻浆冒泥、下沉外挤是路基本体变形而引起的病害。一般发生在基床为黏土类的路基地段,排水不良的路堑和站场比较多见。翻浆冒泥和基床下沉外挤病害,是基床变形不同阶段的表征,翻浆冒泥导致陷槽或碴囊基床下沉,陷槽或碴囊的发展使基床抗剪强度下降,导致路肩隆起或边坡外挤。基床翻浆冒泥引起的轨道不平顺,恶化了列车运行条件,但变形发展缓慢,对行车安全影响不大。而基床下沉外挤,则可能造成行车中断甚至列车颠覆,严重危及行车安全。

病害成因基床排水不良承载力不足或受水浸承载力进一步下降的土质基床在列车荷载反复作用下,将逐渐形成基床翻浆冒泥下沉外挤的病害。水若源于降雨,翻浆冒泥表现为季节性,即雨季发生,旱季不发生;水若源于地下水,则翻浆冒泥表现为常年性,但雨季比较严重。基床土遇水承载力下降,原因比较复杂,如基床土为膨胀土未更换或改良;排水系统不完善;基床未作砂垫层或厚度不足;填土密实度未按规定控制;轨道状态不良;速度、轴重增加而轨道与之不相匹配等,都将使基床强度与行车条件不相匹配,以致产生基床病害。防治原则“预防为主,治早治小”。应在基床变形的初始阶段及早整治,不要到碴囊形成甚至下沉外挤再整治,这样做可事半功倍。

防治措施应视病害性质,产生原因,地段长短及施工条件等情况,合理选择施工工艺,综合整治以求实效。①排水。适用于排水不良而导致的基床病害,如路堑和站场。疏通或修建防渗侧沟、天沟、排水沟等地表排水系统;修建堵截、导引、降低地下水位的盲沟、截水

沟、侧沟下渗沟等排除地下水或降低地下水位系统。以消除或减小地表水和地下水对路基基床的侵害,使基床土经常保持疏干状态。②提高基床表层强度。适用于基床表层土承载力不足导致的基床病害,如裂土病害。防治措施一般采用换渗料土(二合土或三合土)及换砂。换填深度应以满足承载力要求为原则。③使基面应力

降低或均匀分布。④土工膜(板)封闭层或无纺土工纤维渗滤层。这是近年广泛应用的防治基床病害的新工艺,它有隔离地表水、过滤基面水和均布基面应力等多种效用,常与换砂、砂垫层配合使用。作为隔断排水层的材料,它能渗水,又能隔断粘土细粒,具有足够的强度,又有延伸性,是整治基床病害的好材料,但这种材料造价较高,使用寿命尚有待测试。

4.路基陷穴的防治

路基陷穴是路基下面隐伏的洞穴顶部塌陷引起的一种路基病害。塌陷有时能使轨道悬空,给行车安全带来严重后果,这些洞穴有三类,一是石灰岩地区的岩溶洞穴;二是黄土地区的黄土陷穴;三是人工遗留的洞穴,如古墓、古窖、古井、遗弃的坑道等。有些洞穴,修建铁路时未发现,或发现未作处理,有些黄土陷穴是在铁路建成后,因路基排水不良,水流集中潜蚀而成。石灰岩溶洞主要分布在中国南方广西、贵州和云南东部,湖南、湖北西部及广东的西部和北部也很发育,北方主要分布在山西与河北的太行山、太岳山、吕梁山和燕山一带。黄土陷穴主要分布在西北和华北地区,尤其是黄河中游地区。

形成原因:造成洞穴顶部塌陷的主要因素是水的作用和列车荷载作用。洞穴在水的侵蚀、潜蚀作用下和列车动荷载的反复作用下,洞顶的岩土结构逐渐遭到破坏,承载力也逐渐丧失,最终突然塌陷。

预防措施:预防洞顶塌陷,必须预先弄清楚影响路基稳定范围内,隐伏洞穴的分布情况、形状大小、埋藏深度、顶部厚度、洞穴处工程地质和水文地质情况,以及洞穴的发展趋势等,而后采取工程措施,预防洞穴塌陷。但要做到这一点,只有在新线勘测设计或施工阶段才有可能。通车后在运营条件下,很难做到。黄土路基,只要做好路基排水,就能预防新生陷穴的发生。

整治措施:陷穴发生后,首先应根据陷穴发生的部位、规模、对路基稳定性或行车安全的危害程度,进行评估,确定是否紧急处理。发生在轨道下面的陷穴,对行车安全危害较大,应采取紧急措施,如填实陷坑,整修线路,扣轨慢行,派人看守,情况危急时,应封锁线路。其次应做细致调查,查清塌陷洞穴的成因,形状大小,平面位置,埋藏深度,工程地质和水文地质特征及可能的发展趋势,为彻底整治提供依据。常用措施有:①开挖回填。如暂不危及行车安全,此措施应作为首选,它能确保质量,不留后患。③塌陷洞穴在轨道下方,无法开挖,可钻孔灌砂、灌注泥浆、砂浆或混凝土浆。④规模较大或与暗河相通的溶洞塌陷,可采用网格梁、地基梁、框架梁跨越,或其他类梁跨越等。无论采用何种措施,都要做好排水,尤其是黄土陷穴,排水设施有效、完善与否是整治成败的的关键。

5.路基冲刷的防治

位于河流岸边、河滩或水库岸边的路基,因常年或季节性水流冲刷、波浪和渗流的作用,往往造成路基冲空、边坡滑坍等病害。防治这类病害,必须掌握水流性质、变化规律及可能

对岸边或路基造成危害的性质和严重程度,使防治措施准确到位。为此,应细致地调查勘测、精心分析,提出符合实际的科学结论。

防护工程分直接防护和间接防护两类。直接防护是对路基本体加固,以抵御水流的冲刷;间接防护是借导流或挑流工程,改变水流性质,间接达到避免或减轻水流对路基冲刷的目的。

直接防护方式①干砌石护坡。适用于不受主流冲刷的路堤边坡。②浆砌片护坡。适用于主流冲刷及波浪作用强烈的路堤边坡。③抛石。适用于水流方向平顺,无严重局部冲刷,已被水浸的路堤边坡。④石笼。适用于既受洪水冲刷又缺少大石料的区段。⑤挡水墙。适用于峡谷急流和水流冲刷严重地段。

直接防护与铺草皮护坡、抛石护坡、片石护坡、石笼护坡。但每一种方式都有自己的局限性,有的造价太高,有的年限较短,采用直接防护要因地制宜,对经济和质量优化,间接防护①挑水坝。适用于河床较宽,冲刷和淤积大致平衡。水流性质较易改变的河段,有的地主可以顺河势布置向导流建筑物。防护地段较长,更宜采用。②顺坝。适置横向导流建筑物。防护地段较长,更宜采用。③潜坝。适用于河不太宽,洪水时流速较大河水深较的河段,侵占河槽较少又能减轻对路堤的冲刷,但宜和加固路堤边坡配合使用。④防水林带。适用于路基外侧河滩季节性洪水冲刷地段。但导流建筑物的修建是一项技术复杂、工程浩大的措施。

间接防护成败的关键是导流建筑物的正确选择和布置,因此应切实依据天然河道的特性确定导治线、导治水位和选择导流建筑物的类型。

上述防护工程措施,既可单独使用,也可综合使用,应根据河流形态,地质情况和水流特性合理选用。如山区河流,由于河道窄、纵坡陡,防护工程应尽量顺乎自然,宜选用直接防护措施,若以挑水坝等导流措施防护,往往失败的多,收获的少。

防护设施养护要点①经常检查,特别是洪水期间和洪水过后,应进行全面检查,范围不大的损毁,应及时修补;范围较大的损毁,应充分调查,分析原因,而后制定整治措施。②调查重点应放在水下部位。特别是直接防护工程的水下部位,基础冲空往往是导致路堤突然坍滑的主要原因

。③水毁设施的修复,应充分考虑原设计意图,以防新增设施造成新的不良后果。④损毁情况然及行车安全时,应采取紧急措施,护住坡脚,通常抛石或抛石笼紧急防护。

所以我们在新建线路时,线路选线时应尽可能避免与河流争地。为了防止河岸路基遭受冲刷,可修各种路基挡土墙和圬工护坡,并将基础埋置于淘刷线以下。基础埋深不足时应按不同河床堆积物的情况在脚墙外修较宽的沉排、石笼,或堆垒大量漂砾或混凝土块体,或砌筑圬工护墙;也可用改河和导流的办法避免路基直接受激流冲刷。

6.路基冻害的防治

中国东北地区及西北高原地区,多为季节性冻土地区,地表土层一般冬季冻结,春季开始融化,夏季除永冻层外将全部融化。这类地区的路基,在土、水、温度的共同影响下,路基面将发生不同程度的冻胀,春夏又发生融化下沉,使轨面高低、水平产生不均匀变形,严

重地段往往伴生翻浆冒泥,道碴陷槽,基床外挤等病害。

冻害发生在寒冷地区,如路基土为透水性较差的细粒土,当含水量较高或路基面积水,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。冻胀是由于路基下部的水向上集聚并冻结成冰所致,过大的冻胀可使柔性路面鼓包,开裂,使刚性路面错缝、折断,冻胀是翻浆过程的一个阶段同时也是一种单独的路基病害。

冻胀原因及影响因素由于土中的水在冻结过程中有向冻结锋面迁移的特征,并不断析出冰层,且体积增大9%这一物理力学现象造成。所以,冻结过程中土中水的迁移机理,是产生路基冻害的基本原因。影响因素:①温度的影响。当土层温度处于负温相转换区,且冻结速率较低时,土水中迁移最活跃,以致形成较大的冻胀。②土质的影响。由粒径大于0.1mm的粗颗粗组成的土质,无冻胀或冻胀较小,如砂、砾石、碎石等;由粒径小于0.1mm细颗粒组成的土质,如砂黏土、黏土等,有较大冻胀性,尤其是黏粒含量大于15%,密度较小的粉粒土冻胀最强烈。③水分的影响。土的天然含水量越大,冻胀性也越大,特别是有地下水补给时,会发生强烈的冻胀。

冻害的表现形态:①从轨面前后高低变形看,分为冻峰(臌包)、冻谷(凹槽)、冻阶(台阶)。②从轨面水平变形看,分为单股冻起、双股冻起、交错冻起。③从冻胀部位看,分为道床冻胀、基床表层冻胀、基床深层冻胀。④从冻起高度看,冻起高度小于25mm,为一般冻害,冻起高度25~50mm,为较大冻害,冻起高度大于50mm,称为大冻害。

预防措施:①保持道床清洁,防止泥土混入,及时清除土垅,以利排水。②路肩和边坡保持平整,无坑洼、裂缝、防止积水下渗。③侧沟、天沟等地表排水设施及渗沟、暗沟等地下排水设施应保持工况完好,畅通无阻,防止或减少水对路基的补给。

整治措施冻害发生后,首先应认真进行调查,弄清冻胀发生部位、形状、高度、起落及发展过程,弄清冻胀土层的性质被、结构及水文地质条件,以便分析冻胀产生的原因和变化规律,然后提出相应的整治措施。常用的整治措施有∶①修建减少路基基床含水量的排水设施。如修建具有抗冻防渗能力的地表排水设施,以防治因地表水节而引起的冻胀;修建渗沟、暗沟、截水沟等,截断、疏导地下水或降低地下水位,以防治因地下水补给而引起冻胀。②挖除冻害地段的基床土,换填无冻胀或冻胀很小的碎石、河沙、砂类土等。换土深度应主冻结试之下,换土宽度应包括路肩在内的整断面更换。③在基床表层铺设保温层,改善基床温度环境,使表层下的基床土不冻结或减小冻结深度。保温材料一般用炉渣,其导热系数小、,成本低廉,也可用石棉、泡沫聚苯乙烯板等保温材料。国外经验表明,用泥炭或冷压泥炭砖作保温材料,效果良好,使用时间长。湿度大的泥炭在水分冻结时,会释放大量潜热,能防止泥炭进一步冻结。④人工盐化基床土。用氯盐(NaCl)整治路基冻害,费工较多。效果虽明显,但有效时间短,一般只用于基床表层冻胀地段。选择上述措施时,应注意总体效果,考虑相互配合,以期达到根除冻害的目的。

7.路基雪害的防治

中国黑龙江、吉林、内蒙古等省区,属寒温带大陆性季风气候,全年降雪天数190~200d,积雪天数160~180d,最大积雪深度200~1000mm。年平均风速4.4m/s,最大风速40m/s。这些地区的铁路线路,冬季常被雪埋,严重影响行车安全。

易于积雪地段由于铁路线路的地形、地貌及其与主风向的夹角各不相同,线路积雪的程度也不一样。经验表明,下列地段易于积雪:①车站站场;②路堑与路堤交界处;③深2m以下的浅路堑;④高1.2m以下的矮路堤;⑤复线并行不等高的高差大于0.3m地段。

防治措施积雪掩埋线路危及行车安全。积雪融化后,增加路基含水量,降低中期承载能力,形成路基翻浆冒泥和陷槽等病害。易被雪地埋钱,必须那瓣治驰。最经济有效,且一劳永逸的防治措施是营造防护林带(参见线路维修管理之铁路沿线造林绿化)。它不仅可以防止雪害,而且还可以改造生态环境。防雪林带的布设位置、型式、树种,应根据地理、气候、土壤条件,风速、风向、积雪程度等

情况选定。在无营造防雪林条件或防雪林尚未发挥作用之前,也可修建一些临时防雪设备,如移防防雪栅、防雪堤垣、防雪堤垣、导风挡板等。冬季有时会发生预计不到的暴风雪,在不积雪地段,也会严重积雪而影响行车。为预防不设,应在适当区段,储备一些除雪机,以备急需。

路基沙害的防治通过沙漠(包括沙质荒漠、戈壁及沙地)地区的铁路,如包兰线、兰新线、集二线、京通线、青藏线、南疆线、乌吉线及陇海线经黄河故道地段等,在风的作用下,移动沙流经常给铁路造成不同程度的危害,有时甚至掩埋线路,危及行车安全。

沙害形态风沙对线路的危害主要表现在流沙在线路上的堆积,以及流沙对路堤边坡的吹蚀和对道床的掏空。线路上堆积的沙,掩埋枕面以上,以称一级沙害,掩埋面以上至轨面以下,称二级沙害;掩埋枕面以下,称三级沙害。

防治原则和措施沙害的防治原则是因害设防,因地制宜和就地取材。沙害防治措施,分为植物固沙和工程固沙两类。植物固沙是治本良策,既可阻截沙流,防止风蚀,又可调节小气候,改善生态环境和改良土壤。

植物固沙以营造林带为本。林带采用植物混种、均匀透风类型。迎风林带先矮后高,即先灌木,后乔木;背风侧则先高后矮,有效防护宽度一般为树高的15~25倍。沙害严重地段,迎风侧可营造多条林带。防沙林应根据沙漠性质、水文地质条件、气候特征力求所选树种生长快、固沙、防风能力强、不怕沙埋。常被选用的植物首沙枣、胡杨、小叶杨、文冠果、花棒、沙蒿、胡枝子、杨柴等十几种(参见线路维修管理之铁路沿线造林绿化)。

工程固沙一般用在没有植物生长条件的地段,或作为植物固沙初期的辅助措施。常用以下几种形式:①路基本体护。对路基或路堑本体用不同的材料进行覆盖,如干砌片石(或预制水泥板)、栽砌或散铺卵砾石。路基两侧防护。在路基两侧一定范围内修筑一些阻沙、固沙及导沙设施,保护线路不被流沙掩埋。阻沙设施包括防沙栅栏、防沙沟堤、防沙挡墙等;固沙措施包括麦草沙障、土埂沙障、化学乳剂固沙、铺设卵石或黏土覆盖沙面等。导沙设施包括用卵石铺砌而成表面光滑的输沙平台、在路基迎风侧修建导沙堤等。

第五篇:浅谈铁路路基病害原因及整治措施

浅谈铁路路基病害原因及整治措施

原平分公司

霍伟珺

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,检测,整治

路基是条带状结构工程,沿线经过的地质条件差别较大,填料也不均匀,而不少地区都存在膨胀土、红黏土、软岩风化残积土等各种工程性质不良的土,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,加之近年来随着重载及提速列车的大量开行.路基内应力水平、分布状态和作用方式显著改变.由于既有铁路线路基设计承载力偏小,在列车提速后荷载引起的动应力之下,导致各种病害的产生,或使已存在的病害更加严重而严重影响着列车的安全运行。所以了解病害的类型及其发生机理,并对其进行实用的检测,对路基的防护和治理是非常重要。1 铁路路基病害类型

1.1 铁路路基病害类型及原因分析

铁路路基病害按表现形式可分为翻浆冒泥、路基下沉、挤出变形、边坡坍方、边坡冲刷、陷穴、滑坡、水侵路基、冻害等。1.1.1 翻浆冒泥

路基强度因含水过多而急剧下降,在行车作用下发生裂缝、鼓包、冒泥等现象,称之为翻浆。翻浆冒泥一般易发生于基床土质不符合要求的部位,特别是以细粒土作路基填料、风化石质作基床,降雨量大的路堤和路堑地段为病害多发地段一定条件的含粘粒、粉粒的基床表层土在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。1.1.2 路基下沉

路基下沉主要是路基填筑密度不够和强度不足所致,表现形式有路基下沉、道碴囊等。填方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象,为路堤沉陷。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。但有时冈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 1.1.3 挤出变形

表现形式有路肩隆起、侧沟被挤,路肩外挤和边缘外膨。主要是由于土体强度不足而产生的剪切破坏或塑性流动,基床内的土经常处于软塑状态,在基床内的影响深度较大,在列车荷载的作用下,基床上发生剪切破坏,发乍外挤变形。外挤是因为基床强度不足引起,外挤分为路肩隆起。1.1.4边坡坍方

坍方的表现形式有剥落、碎落、滑坍和崩坍。剥落、碎落、滑坍主要发生在路堑边坡。剥落是指边坡表层土壤,岩石风化成零碎薄片,从坡面上脱落下来的现象,剥落碎屑的堆积。会堵塞边沟,影响路基稳定。

碎落是岩石碎块的一种剥落现象.落石产生的冲击力可使路基、路面遭到破坏,威胁行人及车辆的安全。崩坍是大量土石脱离坡面翻滚于边坡下部形成倒石堆或岩堆的现象。

崩坍的土石方往往造成交通中断,也是危害最大的路基病害。崩坍的发生主要是路堑的开挖使原有自然坡面失去平衡所致。滑塌是指边坡上的大量土石沿着一定滑动面整体向下滑移的现象。1.1.4边坡冲刷

边坡冲刷指较高大的土质路堑、路堤边坡、岸坡的路堤边坡)或严重风化的软质岩石边坡受到水流的冲蚀、冲刷作边坡冲刷用向形成冲沟或冲坑为边坡冲剧。边坡冲刷分为边坡淘刷和边坡冲沟。1.1.5陷穴

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.轨道悬宅,中断行车,甚事造成列车颠覆。陷穴病害分为黄土陷穴、岩溶洞穴、盐蚀溶洞和墓穴兽洞等。

1.1.6滑坡滑坡指影响路基稳定的土体滑动。分为边坡的深层滑动、路基滑移及山体滑坡。1.1.7水浸路基

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。1.1.8冻害

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。2 铁路路基病害产生的机理

路基病害的产生和发展与路基填料的工程性质、地表水与地下水、列车振动荷载、土的动力强度特性和温度及其变化有关。主要是路基填料、水、列车荷载和温度变化等各项因素综合作用的结果,各种因素之问又相互关联,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:

病害的发生取决于特定的地质环境;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。

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 病害的预防与整治

路基病害的预防和整治,应贯彻“预防为主、综合治理”的原则,首先弄清发生病害的原因,经过综合分析。因地制宜地采取整治的措施。3.1 病害的预防

病害预防包括以下内容:①资料包括线路的设计、施工资料及线路区域的气候、水文、工程地质等情况,并了解其变化规律,为防治病害提供第一手资料;②根据线路当前的状态及运营情况,应每3—5月进行一次线路普查,评估线路的安全状态,提前发现病害趋势并进行相应的处置。调查的方法除了传统的人工调查、轨检车检测外,铁道部目前正在推广铁路路基快速物探检测系统,检测深度达轨面下路基积水,保持路基面排水坡度。3.2 病害的整治

路基病害的整治应从路基填料防止水侵入、提高路基强度和刚度入手,路基的整治流程: 前期准备→总体方案→检测路基→细化方案→治理施工→效果评价

处理路基病害基本按以下步骤进行。①需要检测路基病害,判断路基病害的类型、发生的部位及规模大小、严重程度;②对产生病害的主要原因进行分析:一般为填料、水分侵入、强度不足等方面的问题;③拟采取的措施:应采用技术上可行、经济上合理的治理方法。3.2.1 基床翻浆冒泥、下沉外挤的防治

基床翻浆冒泥、下沉外挤是路基本体变形而引起的病害。一般发生在基床为黏土类的路基地段,排水不良的路堑和站场比较多见。翻浆冒泥和基床下沉外挤病害,是基床变形不同阶段的表征,翻浆冒泥导致陷槽或碴囊基床下沉,陷槽或碴囊的发展使基床抗剪强度下降,导致路肩隆起或边坡外挤。基床翻浆冒泥引起的轨道不平顺,恶化了列车运行条件,但变形发展缓慢,对行车安全影响不大。而基床下沉外挤,则可能造成行车中断甚至列车颠覆,严重危及行车安全。

病害成因基床排水不良承载力不足或受水浸承载力进一步下降的土质基床在列车荷载反复作用下,将逐渐形成基床翻浆冒泥下沉外挤的病害。水若源于降雨,翻浆冒泥表现为季节性,即雨季发生,旱季不发生;水若源于地下水,则翻浆冒泥表现为常年性,但雨季比较严重。基床土遇水承载力下降,原因比较复杂,如基床土为膨胀土未更换或改良;排水系统不完善;基床未作砂垫层或厚度不足;填土密实度未按规定控制;轨道状态不良;速度、轴重增加而轨道与之不相匹配等,都将使基床强度与行车条件不相匹配,以致产生基床病害。防治原则“预防为主,治早治小”。应在基床变形的初始阶段及早整治,不要到碴囊形成甚至下沉外挤再整治,这样做可事半功倍。

防治措施应视病害性质,产生原因,地段长短及施工条件等情况,合理选择施工工艺,综合整治以求实效。①排水。适用于排水不良而导致的基床病害,如路堑和站场。疏通或修建防渗侧沟、天沟、排水沟等地表排水系统;修建堵截、导引、降低地下水位的盲沟、截水沟、侧沟下渗沟等排除地下水或降低地下水位系统。以消除或减小地表水和地下水对路基基床的侵害,使基床土经常保持疏干状态。②提高基床表层强度。适用于基床表层土承载力不足导致的基床病害,如裂土病害。防治措施一般采用换渗料土及换砂。换填深度应以满足承载力要求为原则。③使基面应力降低或均匀分布。④土工膜封闭层或无纺土工纤维渗滤层。这是近年广泛应用的防治基床病害的新工艺,它有隔离地表水、过滤基面水和均布基面应力等多种效用,常与换砂、砂垫层配合使用。作为隔断排水层的材料,它能渗水,又能隔断粘土细粒,具有足够的强度,又有延伸性,是整治基床病害的好材料,但这种材料造价较高,使用寿命尚有待测试。

朔黄线K61+410~K61+500、K65+490~K65+850、K67+240~K67+315先后出现不同程度的下沉,采用铺设不透水土工布、修建防渗侧沟、天沟、排水沟等方法,取得了较好的效果,彻底解决了路基基床翻浆冒泥、下沉外挤等病害,消除了运输中的安全隐患。3.2.2 路基陷穴的防治

路基陷穴是路基下面隐伏的洞穴顶部塌陷引起的一种路基病害。塌陷有时能使轨道悬空,给行车安全带来严重后果,这些洞穴有三类,一是石灰岩地区的岩溶洞穴;二是黄土地区的黄土陷穴;三是人工遗留的洞穴,如古墓、古窖、古井、遗弃的坑道等。有些洞穴,修建铁路时未发现,或发现未作处理,有些黄土陷穴是在铁路建成后,因路基排水不良,水流集中潜蚀而成。

形成原因:造成洞穴顶部塌陷的主要因素是水的作用和列车荷载作用。洞穴在水的侵蚀、潜蚀作用下和列车动荷载的反复作用下,洞顶的岩土结构逐渐遭到破坏,承载力也逐渐丧失,最终突然塌陷。

预防措施:预防洞顶塌陷,必须预先弄清楚影响路基稳定范围内,隐伏洞穴的分布情况、形状大小、埋藏深度、顶部厚度、洞穴处工程地质和水文地质情况,以及洞穴的发展趋势等,而后采取工程措施,预防洞穴塌陷。

整治措施:陷穴发生后,首先应根据陷穴发生的部位、规模、对路基稳定性或行车安全的危害程度,进行评估,确定是否紧急处理。发生在轨道下面的陷穴,对行车安全危害较大,应采取紧急措施,如填实陷坑,整修线路,扣轨慢行,派人看守,情况危急时,应封锁线路。其次应做细致调查,查清塌陷洞穴的成因,形状大小,平面位置,埋藏深度,工程地质和水文地质特征及可能的发展趋势,为彻底整治提供依据。常用措施有:①开挖回填。如暂不危及行车安全,此措施应作为首选,它能确保质量,不留后患。③塌陷洞穴在轨道下方,无法开挖,可钻孔灌砂、灌注泥浆、砂浆或混凝土浆。④规模较大或与暗河相通的溶洞塌陷,可采用网格梁、地基梁、框架梁跨越,或其他类梁跨越等。无论采用何种措施,都要做好排水,尤其是黄土陷穴,排水设施有效、完善与否是整治成败的的关键。

朔黄线2008年5月K69+320下行路堑塌陷,抢修拆除原浆砌护坡发现为人工洞穴坍塌所致,经现场调查及物探发现K69+305-K69+370段地面以下存在两处人工洞穴,洞穴埋深约11-12米,宽度4米,高度5米,两处洞穴充填不饱满。

针对此类病害,原平分公司与设计院经过反复研究施工方案,在不影响运输安全的情况下采取了以下措施,解决了洞穴塌陷问题,:

1、对以上两处洞穴采用浆砌片石填筑,注射水泥浆封堵洞口

2、对K69+305-K69+370段路基旋喷桩注浆加固后再做基床封闭,在轨枕下40cm处铺设防水土工布。

3、护坡塌陷部分夯实平整后,采用M7.5水泥砂浆砌筑。

4、完善加固K69+305-K69+370处的浆砌水沟、天沟。

3.2.3 路基冻害的防治

路基冻害多发季节性冻土地区,地表土层一般冬季冻结,春季开始融化,夏季全部融化。这类地区的路基,在土、水、温度的共同影响下,路基面将发生不同程度的冻胀,春夏又发生融化下沉,使轨面高低、水平产生不均匀变形,严重地段往往伴生翻浆冒泥,道碴陷槽,基床外挤等病害。

冻害发生在寒冷地区,如路基土为透水性较差的细粒土,当含水量较高或路基面积水,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。冻胀是由于路基下部的水向上集聚并冻结成冰所致,过大的冻胀可使柔性路面鼓包,开裂,使刚性路面错缝、折断,冻胀是翻浆过程的一个阶段同时也是一种单独的路基病害。冻胀原因及影响因素由于土中的水在冻结过程中有向冻结锋面迁移的特征,并不断析出冰层,且体积增大这一物理力学现象造成。所以,冻结过程中土中水的迁移机理,是产生路基冻害的基本原因。影响因素:①温度的影响。当土层温度处于负温相转换区,且冻结速率较低时,土水中迁移最活跃,以致形成较大的冻胀。②土质的影响。由粒径大于0.1mm的粗颗粗组成的土质,无冻胀或冻胀较小,如砂、砾石、碎石等;由粒径小于0.1mm细颗粒组成的土质,如砂黏土、黏土等,有较大冻胀性,尤其是黏粒含量大于15,密度较小的粉粒土冻胀最强烈。③水分的影响。土的天然含水量越大,冻胀性也越大,特别是有地下水补给时,会发生强烈的冻胀。

冻害的表现形态:①从轨面前后高低变形看,分为冻峰、冻谷、冻阶。②从轨面水平变形看,分为单股冻起、双股冻起、交错冻起。③从冻胀部位看,分为道床冻胀、基床表层冻胀、基床深层冻胀。④从冻起高度看,冻起高度小于25mm,为一般冻害,冻起高度25~50mm,为较大冻害,冻起高度大于50mm,称为大冻害。

预防措施:①保持道床清洁,防止泥土混入,及时清除土垅,以利排水。②路肩和边坡保持平整,无坑洼、裂缝、防止积水下渗。③侧沟、天沟等地表排水设施及渗沟、暗沟等地下排水设施应保持工况完好,畅通无阻,防止或减少水对路基的补给。

整治措施冻害发生后,首先应认真进行调查,弄清冻胀发生部位、形状、高度、起落及发展过程,弄清冻胀土层的性质被、结构及水文地质条件,以便分析冻胀产生的原因和变化规律,然后提出相应的整治措施。常用的整治措施有∶①修建减少路基基床含水量的排水设施。如修建具有抗冻防渗能力的地表排水设施,以防治因地表水节而引起的冻胀;修建渗沟、暗沟、截水沟等,截断、疏导地下水或降低地下水位,以防治因地下水补给而引起冻胀。②挖除冻害地段的基床土,换填无冻胀或冻胀很小的碎石、河沙、砂类土等。换土深度应主冻结试之下,换土宽度应包括路肩在内的整断面更换。③在基床表层铺设保温层,改善基床温度环境,使表层下的基床土不冻结或减小冻结深度。保温材料一般用炉渣,其导热系数小、,成本低廉,也可用石棉、泡沫聚苯乙烯板等保温材料。国外经验表明,用泥炭或冷压泥炭砖作保温材料,效果良好,使用时间长。湿度大的泥炭在水分冻结时,会释放大量潜热,能防止泥炭进一步冻结。④人工盐化基床土。用氯盐整治路基冻害,费工较多。效果虽明显,但有效时间短,一般只用于基床表层冻胀地段。选择上述措施时,应注意总体效果,考虑相互配合,以期达到根除冻害的目的。

参考文献:

[1] 王永春.铁路路基病害的整治和预防 [J].民营科技,2010(11)

[2] 杜攀峰,廖立坚,杨新安.铁路路基病害的智能识别[J].铁道学报,2010(3)[3] 黄书华,谢达文.铁路路基病害整治技术 [J].铁道建筑,2008,(9)[4] 李旻.浅谈大准铁路路基病害整治[J];内蒙古科技与经济,2007(7X)

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