鐵路路基翻漿冒泥病害機(jī)理及整治探析
2015-06-01
一、引言
路基是整個(gè)鐵路工程的基礎(chǔ)，它對(duì)鐵路的正常運(yùn)行具有重要的作用。因此，為了保證鐵路的正常運(yùn)行，在路基修筑的時(shí)候，必須采取相應(yīng)的措施，防治各種病害，保證鐵路路基質(zhì)量。翻漿冒泥是鐵路路基比較常見的病害，它的出現(xiàn)，對(duì)整個(gè)鐵路工程會(huì)產(chǎn)生的嚴(yán)重的不利影響。它不僅導(dǎo)致線路技術(shù)狀態(tài)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，嚴(yán)重影響鐵路工程建設(shè)的質(zhì)量，還會(huì)增加鐵路工程的維修量，縮短鐵路上部建筑材料的使用壽命，造成大量的人力、物力、材料的浪費(fèi)，甚至影響列車的安全運(yùn)行。正因?yàn)槿绱?，探討分析鐵路路基翻漿冒泥病害機(jī)理，分析其影響因素、形成原因，并提出相應(yīng)的整治策略無疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二、鐵路路基翻漿冒泥相關(guān)問題概述
調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，在鐵路路基建設(shè)中，路基病害比較普遍存在，并且里程逐年增加，盡管在工程建設(shè)施工都十分重視采取相應(yīng)的策略來防治路基病害，但是路基病害仍然不能從根本上消除，對(duì)列車的安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。在所有的鐵路路基病害當(dāng)中，翻漿冒泥是十分常見的病害，尤其是廣大江南地區(qū)，翻漿冒泥的存在更為明顯，其影響也更為嚴(yán)重。對(duì)于江南地區(qū)來說，土質(zhì)不良、氣候、降水是導(dǎo)致基翻漿冒泥頻發(fā)的主要原因。此外，在粘土地區(qū)，翻漿冒泥也比較嚴(yán)重。翻漿冒泥的存在會(huì)引發(fā)軌道偏移、軌面高低不平、鋼軌硬彎等問題，對(duì)整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的影響，甚至直接影響到列車的安全運(yùn)行。因此，為了保證鐵路路基質(zhì)量，保證列車的安全運(yùn)行，在路基工程建設(shè)中，必須采取相應(yīng)的策略，防治翻漿冒泥現(xiàn)象的出現(xiàn)，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的病害，應(yīng)該采取有效的措施，做好防治工作，以提高鐵路路基質(zhì)量，為列車的安全運(yùn)行提供保障。
三、鐵路路基翻漿冒泥病害的影響因素
對(duì)鐵路路基來說，其病害的影響因素多種多樣，通常某種病害的發(fā)生是多種因素共同作用的結(jié)果，具體來說，包括以下幾種因素。
1、土石地質(zhì)狀況。這是導(dǎo)致翻漿冒泥產(chǎn)生的前提條件，研究表明，在翻漿冒泥土質(zhì)當(dāng)中，如果存在著軟化物質(zhì)，例如蒙托石、綠泥石等等，往往會(huì)直接導(dǎo)致翻漿冒泥現(xiàn)象的發(fā)生。此外，如果在土質(zhì)當(dāng)中，存在著顆粒細(xì)小、透水性差、親水性強(qiáng)、脫水收縮龜裂等情況，也會(huì)直接導(dǎo)致翻漿冒泥的發(fā)生。例如粉性土、粘性土、粗粒土等等，它們?cè)谝欢l件下，容易形成翻漿冒泥現(xiàn)象的發(fā)生。
2、氣溫和水的影響。通過研究和分析我們可以得知，翻漿冒泥發(fā)生的過程，事實(shí)上就是水在路基中遷移、相變的過程。并且，水是導(dǎo)致翻漿冒泥發(fā)生的必要條件，如果沒有水，那么翻漿冒泥便將不會(huì)存在。只有在水的作用下，才能加劇土壤中的易軟化的物質(zhì)的程度，例如，土體膨脹軟化，形成道碴陷槽，填土軟化范圍逐漸擴(kuò)大等等情況，都會(huì)對(duì)路基產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。除此之外，冰凍也會(huì)對(duì)翻漿冒泥的形成有很大的影響。
3、列車動(dòng)力作用。這是翻漿冒泥形成的原因之一，通常是在動(dòng)力作用下，加劇了翻漿冒泥的形成。土在重復(fù)動(dòng)力作用的影響下，其塑性變形會(huì)不斷的積累，進(jìn)而引起基床變形和破壞，而在列車的作用下，這種塑性變形會(huì)得到進(jìn)一步的加劇。而如果通車量越大，荷載影響越明顯，路基翻漿也越明顯。
4、道碴問題。主要是指劣質(zhì)道碴、道床道碴不干凈，外來物質(zhì)對(duì)道床造成污染和破壞，使得排水系統(tǒng)被阻礙，造成排水不暢，引起積水，導(dǎo)致線路臟污，時(shí)間長了積水便會(huì)滲入路基，再加上列車的荷載影響，進(jìn)而引發(fā)翻漿冒泥現(xiàn)象。
5、道床厚度不足。如果道床的厚度不夠，往往會(huì)降低道床的彈性，使得路基的受力不均勻，壓強(qiáng)增大。道床的石碴侵入路拱，路拱的砂子侵入基床，導(dǎo)致路拱變薄，引起排水效果變差，進(jìn)而導(dǎo)致道心積水，或者引發(fā)道床或者路基產(chǎn)生塑性變形現(xiàn)象，導(dǎo)致軌道空板現(xiàn)象的產(chǎn)生。
6、路拱瓦解。出現(xiàn)翻漿冒泥現(xiàn)象，往往會(huì)使路拱瓦解甚至消失，對(duì)于路基面以上的水，將不能排除線路。而水滲入路基之后，在列車的重復(fù)動(dòng)載作用下，使得翻漿更為嚴(yán)重，對(duì)路基造成更大的不利影響。
7、土質(zhì)土體不良。土質(zhì)土體不良容易發(fā)生沉降，使得路基不穩(wěn)定，影響車輛的通行。所以，在工程建設(shè)中，如果遇到不良土質(zhì)土體，必須采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改良。
四、鐵路路基翻漿冒泥病害的分類
1、根據(jù)基床土質(zhì)巖性和地下水進(jìn)行的分類。第一、土質(zhì)基面翻漿，主要在路堤和土質(zhì)路塹上面，基床主要結(jié)構(gòu)是粘土，密實(shí)度差。如果出現(xiàn)降水或者活載作用，翻冒泥漿便會(huì)進(jìn)入道床，一般出現(xiàn)在雨季，基面下沉嚴(yán)重的話往往會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生。第二、巖質(zhì)基面翻漿，泥漿主要來自基面，雨季翻漿，到了旱季就停止。第三、裂隙泉眼翻漿，主要在山區(qū)和丘陵地區(qū)，通常地下水較發(fā)育地段，泥漿由壓力水帶至道床，翻漿一年四季一直出現(xiàn)，在雨季的時(shí)候更加嚴(yán)重。第四、下沉擠出基床。它是一種整體軟化的情形，基床土質(zhì)呈軟塑性狀態(tài)，在雨季的時(shí)候，下沉速度更快。
2、根據(jù)水源分類情況進(jìn)行的分類。第一、地下水類。該類受地下水的影響比較嚴(yán)重，土基常年處于潮濕狀態(tài)，引起翻漿的發(fā)生。地下水包括上層滯水，潛水，層間水，裂隙水，泉水，管道漏水等等。其中潛水主要在平原地區(qū)，而其它種類的水多見于山區(qū)。第二、地面水類。主要是受到地面水的影響，導(dǎo)致土基潮濕，引起翻漿的產(chǎn)生。就地面水來說，它主要是指季節(jié)性積水，還包括由于路徑、路面排水不良而造成的路旁積水和路面滲水。第三、土體水類。由于施工處于雨季，遇到雨水，或者采用過濕土填筑，這樣就導(dǎo)致所填的土壤的含水量過大，如果溫度過低的話，上部含水量會(huì)顯著的增加，導(dǎo)致翻漿的產(chǎn)生。第四、氣態(tài)水。冬季的溫差過大，在這種作用下，土中的水異氣態(tài)的形式向上運(yùn)動(dòng)，并且在土基頂面和路面結(jié)構(gòu)層聚集，導(dǎo)致翻漿的產(chǎn)生。第五、混合水類。受到兩種或者兩種以上水類作用而產(chǎn)生的翻漿，一般還要根產(chǎn)生原因不同，進(jìn)一步確定名稱。例如，地下水地面水類。
五、鐵路路基翻漿冒泥病害機(jī)理
根據(jù)已有的研究成果，并結(jié)合實(shí)際觀察情況，一般將翻漿冒泥的形成分為以下三個(gè)階段，不同的階段其成因不同，并具有自己的特點(diǎn)。
1、擠壓上升階段。當(dāng)鐵路工程竣工或者經(jīng)過修整之后，一般是道碴潔凈，基面平整，排水通暢，在這種情況下，往往不會(huì)發(fā)生翻漿冒泥現(xiàn)象。然而，隨著時(shí)間的推移，由于基床下存在著粘性土或者軟質(zhì)巖，受到火車荷載的反復(fù)作用，引發(fā)基床面不均勻沉降的產(chǎn)生。如果出現(xiàn)雨水浸入基床的情況，在凹洼往往積水，而積水卻不容易排除。在火車動(dòng)荷載的作用下，基床面土層會(huì)出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，進(jìn)而形成泥漿。泥漿便會(huì)沿著道碴孔隙上升，這是翻漿冒泥形成的初期。在這個(gè)階段，如果有降雨的發(fā)生，道床中的泥位便會(huì)不斷擠壓上升。而如果沒有降水，或者沒有任何形式水源的補(bǔ)給，往往會(huì)形成板結(jié)層，并且泥漿是不會(huì)從道床面擠出的。
2、泥漿擠壓抽吸階段。一階段所形成的板結(jié)道碴層，相對(duì)較為松散，并不密實(shí)，如果環(huán)境較為干燥的話，還會(huì)出現(xiàn)裂縫。而如果出現(xiàn)降水情況，基層面便會(huì)再次產(chǎn)生泥漿，并且泥漿受到擠壓力和抽吸力，受到這兩種力的作用的原因是泥化道碴層形成一個(gè)板結(jié)層，加大孔隙泥漿水的壓力，泥漿回到膠結(jié)板上面。
3、路基翻漿冒形成階段。在道床中，雨水發(fā)生下滲現(xiàn)象，基床出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，泥漿出現(xiàn)上升現(xiàn)象，并且道碴板結(jié)變得越來越嚴(yán)重。這樣就會(huì)引發(fā)枕下的封閉進(jìn)一步密閉，孔隙水壓力也越來越大，泥漿還會(huì)沿著某些孔洞上升，直至溢滿道床，掩蓋整個(gè)軌枕，并且還使得道床積水，出現(xiàn)雜草叢生現(xiàn)象，這就是翻漿冒泥的形成階段。對(duì)于形成階段，根據(jù)漿液的不同，可以分為以下三種：第一、小循環(huán)翻漿。降水時(shí)間短，雨量小，水滲入到泥漿板結(jié)道床當(dāng)中，在泥化的碴層當(dāng)中產(chǎn)生泥漿，翻冒到道床表面，這種情況一般不會(huì)影響基床的穩(wěn)定性。第二、大循環(huán)翻漿。由于在長時(shí)間降水過程中，從板結(jié)道碴底部翻出的泥漿現(xiàn)象，它也是由降雨所引起的。由于長期降水，機(jī)床面上會(huì)有很多的雨水滲到，從而形成泥漿，進(jìn)而泥漿被擠向道床表面，土體被進(jìn)一步軟化，進(jìn)而引發(fā)基床失穩(wěn)現(xiàn)象的出現(xiàn)，導(dǎo)致事故的發(fā)生。第三、復(fù)合型翻漿冒泥。它是指在同一地點(diǎn)，大循環(huán)和小循環(huán)同時(shí)產(chǎn)生，一般發(fā)生在連綿的雨季。當(dāng)出現(xiàn)這種情況的時(shí)候，大循環(huán)往往是主要的，泥漿大部分來自基床面，危害也比較大，與大循環(huán)的危害是一樣的。
六、鐵路路基翻漿冒泥病害的整治策略
為了提高路基的質(zhì)量，在工程建設(shè)中需要采取相應(yīng)的策略，對(duì)翻漿冒泥進(jìn)行整治。實(shí)踐表明，在整治工作中，如果采用有效的方法，既能節(jié)省人力和物力，還能夠收到更好的整治效果。一般來說，鐵路路基翻漿冒泥病害的整治策略包括以下幾種。
1、做好水溫調(diào)節(jié)和排水工作。在工程建設(shè)過程中，設(shè)置好路基排水系統(tǒng)，對(duì)路基的水溫情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免地下水、地面水或者其它水分在凍結(jié)前或者凍結(jié)過程中進(jìn)入路基上部，這樣能夠避免對(duì)路基帶來的損害，有利于提高路基工程質(zhì)量。例如，在路基建設(shè)中，設(shè)置好隔離層、隔溫層，采用合理的排水系統(tǒng)，做好對(duì)路基的排水工作，避免排水不暢情況的發(fā)生，此外，提高路基也是一種有效的策略。
2、設(shè)置排水層。在路基建設(shè)的過程中，如果出現(xiàn)水分聚集在路基上部的情況，可以采取以下策略進(jìn)行處理：在化凍時(shí)期將多余的水分及時(shí)排除，或者即使沒有立即排除，可以將它進(jìn)行暫時(shí)蓄積，放在水穩(wěn)性較好的路面結(jié)構(gòu)層當(dāng)中，這樣能夠達(dá)到良好的處理效果。例如，設(shè)置排水層，或者設(shè)置蓋水砂墊層，可以對(duì)水分進(jìn)行良好的處理，避免給路基帶來危害。
3、改善土基，加強(qiáng)路面。這也是整治翻漿冒泥的重要策略之一，具體的操作方法如下：路基換土，或者運(yùn)用加固土，在路面采用石灰石，煤渣石灰石等結(jié)構(gòu)層，以達(dá)到良好的處理效果。
4、綜合運(yùn)用多種處理方法。在實(shí)際工作中，如果單一的采用某種方法往往不能達(dá)到令人滿意的效果，或者不夠經(jīng)濟(jì)合理，因而一般是要綜合運(yùn)用多種處理方法，這樣才能達(dá)到更好的處理效果。
七、鐵路路基翻漿冒泥病害整治的具體實(shí)例
為了讓人們對(duì)鐵路路基翻漿冒泥病害的整治有更加全面的了解，下面將結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步的解釋說明。
1、路基病害狀況及原因分析。某鐵路路基受到雨水的浸泡，出現(xiàn)排水不暢的情況，出現(xiàn)較大面積的沉降變形和翻漿冒泥現(xiàn)象，通過對(duì)該路段的研究和分析，引起該路段發(fā)生翻漿冒泥的主要原因包括以下兩個(gè)方面：路基填料土質(zhì)細(xì)膩，有滑感，土壤為中等膨脹土，自由膨脹率在50%左右；該地處于濕潤地區(qū)，降水豐富，大氣降水是路基病害的誘發(fā)因素。
2、具體整治措施。為了根治該路段的病害，對(duì)翻漿冒泥進(jìn)行整治，通過全面的對(duì)比和分析，決定采用石灰改良基床填料與鋪設(shè)土工布相結(jié)合的方法進(jìn)行處理，具體措施如下：采用人工拆除的方法，將軌道和道床線路軌排拆除掉；將機(jī)床范圍內(nèi)的填料挖除，采用汽車運(yùn)輸石灰與土方填料，并按照相應(yīng)的比例進(jìn)行攪拌，使其變得均勻；在回填之前，還需要將路基表層壓實(shí)，并達(dá)到相應(yīng)的壓實(shí)系數(shù)，使其充分壓實(shí)之后，才能進(jìn)行回填；在回填的時(shí)候，為了保證質(zhì)量，采用分層回填的方式進(jìn)行，每次的填土厚度不能超過0.5m，壓實(shí)后的厚度在0.3m左右，壓實(shí)后需要進(jìn)行檢驗(yàn)，當(dāng)壓實(shí)系數(shù)達(dá)到97%之后，才能進(jìn)行下一層的回填工作；與路基面相距0.3m的地方鋪設(shè)一層土工布，確保壓實(shí)的路面光滑，防止土工布出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。此外，在路基面還要設(shè)置雙向排水坡，坡度為5%。
八、結(jié)束語
總而言之，鐵路路基翻漿冒泥病害對(duì)整個(gè)鐵路工程和列車運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。今后在工程建設(shè)中，我們一定要高度重視對(duì)鐵路路基翻漿冒泥病害的整治工作，并積極采取相應(yīng)的策略，提高路基建設(shè)的工程質(zhì)量，保證列車的安全運(yùn)行，為列車的正常運(yùn)作和人們的安全出行創(chuàng)造良好的條件。
