《铁路路基基床病害防治技术方法研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铁路路基基床病害防治技术方法研究（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、铁铁路路基基床病害防治技路路基基床病害防治技术术方法研究方法研究引言铁路技术管理规程第 35 条规定：“路基应按铁路等级选择优质填料填筑坚实，基床应强化处理，并经常保持干燥、稳固及完好状态对不稳固的路基，应进行调查，分析原因，采取措施，消除病害。”由于铁路既有线路建设年代、技术标准及填筑材料不同，在列车运行速度、密度和单位荷载都不断提高的情况下，既有线路路基基床会发生各种病害，如，多雨地区的浸水、沉降，寒冷地区的冻胀、隆起，软土地区的地基路堤工后沉降等，直接引起基床变形，这些变形都会导致线路上部构造发生变化，譬如：几何尺寸、线路方向、轨道平顺度等不易长期保持稳定，从而影响列车的正常运营，甚至危
2、及列车安全。用科学的态度和方法，认真研究铁路线路路基基床病害的防治技术，以利在在新线路铺设和既有营运线路基床维修和病害整治中，利用现代化科学理论和方法、技术、设备等，确保铁路路基基床技术状态完好，支撑线路上部建筑，确保列车安全运行，是本文的研究目的。由于基础理论和实践经验有限，本文不可避免地存在错误，请各位导师批评指正。1 基床病害的分类及形成条件1.1 基床病害的分类铁路路基基床是指路基上部受列车动力作用和水文气候变化影响较大的一层，它的确切厚度，视路基构造、运输条件和水文气候条件的不同而有差别，一般约有 13m 左右，在这范围内，尤以路基面下0.5m 内受动力的影响较为剧烈，再下去应力缩减
3、较快，到路基面下1.0m 处，路基动应力约为路基面的 1/3。运营线路，由于列车经常不断地、反复地运行，对线路产生一定的压力和剧烈的振动，这些重压与振动通过线路上部构造（轨道）对路基基床施加相应的压力和振动，以致轨道面的质量处于不断地变化之中，这些变化有的是由于水、土、力等不力因素的作用，有的是技术设施上存在缺点，有的是在筑路施工中施工不良，有的是经常养护维修不好所引起的。由于上述原因，基床会产生变形和病害。基床变形是指路基基床部分原有形状发生非弹性的任何变形。在发生变形之先，有一个引起变形的过程，这个过程通常称之为基床病害，而变形只是病害的现象。一般情况下是先发生病害而后引起变形，但有时病害
4、与变形同时发生。例如，轨道沉落，既是病害又是变形，变形可由外表的观察或测量断定，病害的判断则需经过研究和检查路基内部情况。我国幅原辽阔，南北温差大，东西降水不均，且地表构造复杂。如多雨地区气候温和、潮湿、多雨水，而路基土质又多系粘性土和粉质粘土，颗粒细小，含水量高，以至路基面软弱，故在列车频繁地运营动力作用下，特别是在春融和雨季防洪期间，不少线路上经常发生基面翻浆冒泥、路肩外挤隆起、路基边坡外臌，引起轨道沉降。北方寒冷地区，寒冬季节则还会发生线路冻胀，引起轨道沉落和冻胀隆起。盐渍土、软土地区，多为冲海积冲洪积平原，广泛分布软土、盐渍土、臌胀土等特殊土及松软土，其主要问题是工后沉降不易控制，在最
5、不利水文、气候变化的影响和列车动载的重复作用下，常常发生道碴陷槽、翻浆冒泥、冻害、挤出等基床病害。基床变形分内部变形和外表变形。1.1.1 基床内部变形路基基床，在地表水和地下水的浸润作用下，原来有一定强度的土体和风化石质的岩体变得软弱无力了。当线路上部建筑传递来的荷重，特别是近乎周期性的列车动力作用，使粘性土和粉质粘土便发生触变而软塑液化。在路基面抗塑强度大大减弱的情况下，道碴更被切压入基床，有些在基床内部便逐步形成和发展为各式各样的道碴陷坑，从而构成基床内部变形。道碴陷坑为基床内部由于道床下陷构成各式坑洼的统称。在各种不同条件下形成的道碴陷坑，其深浅、大小和形状各不相同，但按其发生的部位和
6、发展的过程来讲，道碴陷坑可分为：道碴槽、道碴锅、道碴囊和道碴窝四类。道碴槽的陷坑部位并不深，属于路基面变形范围。道碴锅就比较深些，已经由基面进入到基床内部。 （见图 11）道碴囊是在基床内部深入发展的结果。 （见图 12）由于气温变化引起的冻结作用所形成的蜂窝式道碴陷坑称之谓道碴窝。 （见图 13）1.1.2 基床外表变形基床内部变形产生道碴陷坑，导致了基床外表发生相应的变形。内部变形是根源，外表变形则是后果。随着道碴陷坑的类型、形式和发生部位的不同，基床外表便也相应地发生不同部位不同类型的变形。因此，基床内外的变形是密切相关而又互为里表的。按照变形发生的部位和程度，基床外表变形有：基面变形翻
7、浆冒泥和冻胀；路肩变形路肩外挤和隆起；边坡变形路堤边坡外臌。（1）基面变形翻浆冒泥和冻胀翻浆冒泥为我国雨水充沛地带铁路线上最常发生的，实质上是由翻浆和冒泥两种不同性质的病害所组成；基面冻胀病害多发生在我国北方寒冷地区的铁道线路上。翻浆类型及其特征翻浆，是由含有一定量细小粉土、粘土颗粒以及少量砂粒所组成。比较紧密、强度较高的路基面，受积水和运行列车动力不断地作用，基面土发生触变和液化。又由于列车周期性的运动作用，使触变了的土未及恢复又再次发生触变液化，这样反复地触变液化，使路基面形成泥浆。同时，列车运行时，线路以波浪式的运动起伏，对路基面产生真空抽吸作用，使泥浆通过道床孔隙向上翻冒，便形成路基面
8、翻浆。路基面翻浆的特征有：（a）翻浆由路基面开始，逐渐侵入道床，以至轨枕底部，严重的在轨枕面上也泛滥泥浆；（b）路基面存在不深的道碴槽有的甚至不存在道碴槽，由于积水，其表层土便泡成稀泥薄浆或软塑状态的稠泥，整个路基面呈泥碴混合体；（c）翻浆初期，在道碴孔隙间可以清楚地看到泥浆上冒的途径痕迹，冒出泥浆的着色基本上与路基面土质相同，有时由于污染的原因，比路基面土的颜色稍深一些；（d）稠泥型泥浆的上冒，其根部有下泥盘，道床和轨枕面有上泥盘，上下泥盘之前有冒泥孔，列车经过基面受压时，下泥盘的泥浆就经冒泥孔道通道上冒，列车过后，大部分上冒的泥浆返回下泥盘，并逐渐加剧了翻浆的程度；（e）雨季开始，首先在钢
9、轨接头处出现翻浆，随着雨季的延续，迅速蔓延到钢轨的其余部位，雨季过后，逐渐减轻；（f）一般翻浆地段轨道并不沉落。现场的经验是：“翻浆不下沉，下沉不翻浆”。实际上，在不少情况下，由于各种翻浆的相互影响，道床翻浆和路基面翻浆往往不是单独存在，而是呈复合状态出现的，既有道床翻浆，又有基面翻浆。表 1 道床、路基面翻浆对照表道床翻浆 路基面翻浆1.受外来因素的影响，污染道床，引起翻浆；2.完全由于地表排水不良，在列车频繁的振动和抽吸作用下而翻浆；3 所翻的泥浆多为稀泥薄浆，颜色质黑污浊，与路基面土色不同；4.翻浆的部位发生在道床内，愈接近道床上部愈严重；5.不受钢轨接头的限制，春融雨季季节翻浆较严重，
10、干旱天气不翻浆，固结成硬块。 1.内在的原因。由于路基土质不良或石质路基面有裂隙、泉眼而引起翻浆；2.很多是由于地下水的作用（也有少数是地表水的作用）泥浆在道床内或循道碴孔隙沿轨枕边沿在轨底附近翻冒；3.所翻的泥浆有稀有稠，颜色基本上与路基面土质相同，略带深色；4.泥浆从路基面向上翻冒，愈接近路基面愈严重；5.先从接头处出现，随春融、雨季而蔓延，雨季过后，逐渐减轻。冒泥及其特征冒泥，翻浆的另一种表现形式。实质上就是翻土。比较松散软弱的粘性土或粉质粘土路基面，特别是线路上部建筑结构薄弱的新线上，或者是基床上部为松软的粘性土和粉质粘土，下部为较密实的土层；或者是上层为受风化作用所软化了的岩层，下层
11、为坚硬的岩层，当含水量达到一定程度时，粘性土发生臌胀，在列车反复重压和振动作用下，基面便软塑变形，随着路基面压力的扩散变化，土便顺着弧形槽底向路肩和道心以及轨枕匣内挤移蠕动上冒；有的在初步形成的陷槽内积水，泡软基面土壤，在受动力作用下，松软的土顺着应力弧线上冒的现象均称为冒泥。冒泥，实质上是道碴槽发展形成道碴锅的过程所表现的病害形式。它的特征有：（a）土的含量不一定需要达到饱和或过饱和程度，可塑的土都会发生冒泥；（b）所冒的泥土虽然比较松散，但它的连续性并未受到破坏，经常夹杂钢轨下路基面上的石屑、碎块或黄砂；（c）冒泥的结果，在轨枕头和道心内形成三条土垅。严重时，轨枕匣内形成土梗；（d）冒泥的
12、形成和发展的结果，道碴槽便演变成为大锅底型或马鞍型的道碴锅，轨道便出现剧烈的沉落变形；（e）随着冒泥病害的发展，轨面剧烈的变化，需要经常添碴起道，添碴越多，冒泥越是加剧，成为恶性循环。冒泥病害深入发展形成道碴锅后，轨道沉落的症状反趋和缓；（f）经常发生在路基面松软的新建路堤上，运营已久的老路基和路堑内很少发生。翻浆与冒泥两种基床病害，虽然其表现形式不同，但其构成的条件和形成后对线路的危害情况大致相同。冻胀及其特征冻害，多发生在寒冷地区。如路基土为透水性较差的细粘土，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，就会引起不均匀的冻胀现象。过大的冻胀可使柔性路基面鼓包、开裂，使
13、刚性路基面错缝，折断。冻胀是翻浆过程的一个阶段，同时也是一种单独的基床病害。它的特征有：（a）冻害多发生在季节性冻土地区、地表土层一般冬季冻结，春季开始融化，夏季将全部融化；（b）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；（c）当土层温度处于负温相转换区，且冻结速率较低时，土中水迁移最活跃，以致形成较大的冻胀；（d）结构土由粒径大于 0.1mm 粗颗粒组成的土质，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，有较大冻胀性，如砂粘土、粘土等，尤其
14、是粘粒含量大于 15%，密度较小的粉粒土冻胀最强烈；（e）土的天然含水量越大、冻胀性越大，特别是有地下水补给时，会发生强烈的冻胀。（2）路肩变形路肩外挤和隆起路肩挤出为路肩变形的统称。实质上是由外挤路肩横向挤出，降起路肩向上挤出的两种不同类型的病害组成。路肩外挤及其特征路基基床如为中塑性或为高塑性的粘土、粉质粘土、淤泥、泥炭等排水不良的土质所筑成，由于施工和养护维修不良，经常处于软塑状态，基床软硬不均，上下强度不同，形成人为的刚卧层；路堑基床内部离路基面不深的部位存在天然的刚卧层岩层，其产状不论是水平还是倾斜，均阻碍了道碴陷坑向下发展，同时侧面的阻力薄弱，便向一侧或两侧横向发展，引起路肩横向外
15、挤，挤塌肩的现象，称之为路肩外挤。如图 1-4、1-5、1-6。路肩外挤的特征有：（a）路肩软塑的土，基本上成水平方向向外侧挤推移动，挤宽路肩，一般不会有隆起现象；（b）经常在路堑出口处及有人为刚卧层的路堤上产生路肩变形，把侧沟挤坍挤窄，堵塞侧沟，造成地面排水不良，即使采取了加固措施，如浆砌污工建筑物，也难免不遭到破坏；（c）轨道严重沉落，轨面剧烈变化，需要经常添碴起道；（d）由于受水的影响，在春融或雨季期间发展较快；（e）随着时间的延续，变形逐渐加剧，最后造成路肩向外推塌，危及行车安全。路肩隆起及其特征路堑内基床土为中塑性和高塑性的粘土、粉质粘土、淤泥、泥炭、腐植土等排水不良的土质，含水量接
16、近饱和状态，或在离路基面不深的部位存在天然的刚卧层岩层，其产状不论是水平或倾斜，阻碍了道碴锅向下发展，同时侧面阻力坚强，横向外挤不能发展，便单侧或双侧向上发展，产生路肩向上隆起的现象，称之为路肩隆起。如图1-7、1-8、1-9路肩隆起的特征有：（a）一般情况下，路肩隆起只发生在路堑内的路肩和侧沟内，特别是在下有刚卧层的山口处所；（b）路肩横向隆起成土梗，影响路基排水，严重的有时隆起成小丘，基床内部马鞍型道碴锅有明显的滑动迹象；（c）轨面变化剧烈，轨道持续沉落，需经常添碴起道，这样越添碴起道，越是隆起，二者便成恶性循环；（d）由于受水的影响，在春融和雨季期间发展较快，轨面变化剧烈；（e）随着时间的延续，轨道变化逐渐加剧，列车经过时剧烈摇晃，甚至危及列车安全。（3）边坡变形路堤边坡外臌在粘性土或粉质粘土的路堤上，基床松软处，受列车动力作用，道碴锅集中一处向边坡深入发展成大道碴囊，经常积水，路堤一侧或两侧边坡的中上部位向外臌凸，严重者有时形成小丘或台地，引起轨道慢性而比较均匀沉落的现
