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        鐵路路基病害產(chǎn)生機(jī)理及處理技術(shù)研究

        2014-10-21 18:08:49朱雷
        基層建設(shè) 2014年8期
        關(guān)鍵詞:處理技術(shù)

        朱雷

        上海鐵路局工務(wù)處 上海市 200071

        摘要:鐵路路基是鐵路運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵工程,對(duì)于提高鐵路線(xiàn)路的運(yùn)力,保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩计鸬疥P(guān)鍵性的作用。本文基于這種背景,分析了當(dāng)前鐵路路基存在的病害類(lèi)型,并簡(jiǎn)析了其產(chǎn)生的機(jī)理,據(jù)此提出了幾點(diǎn)處理與預(yù)防的建議。

        關(guān)鍵詞:鐵路路基病害;病害機(jī)理;處理技術(shù)

        鐵路路基在施工的過(guò)程中,因?yàn)槭艿搅俗匀画h(huán)境、施工條件以及技術(shù)水平等限制,致使施工的質(zhì)量往往難以保證,使得鐵路路基的病害逐漸成為了一種分布廣、治理難以及多發(fā)性強(qiáng)的病害,嚴(yán)重影響著鐵路運(yùn)輸功能的發(fā)揮,這就為鐵路病害的類(lèi)型、機(jī)理、檢測(cè)以及防治的方法研究提供了現(xiàn)實(shí)的必要。

        一、鐵路路基病害的機(jī)理及其因素分析

        (一)鐵路路基的常見(jiàn)病害

        總體來(lái)講,鐵路路基的病害類(lèi)型可以分為九類(lèi),分別為翻漿冒泥、下沉、變形、邊坡塌陷、邊坡沖刷、陷穴、滑坡、水浸以及凍害這幾大類(lèi)。鐵路路基發(fā)生病害的原因比較復(fù)雜,并且每一種病害類(lèi)型都有著自己特殊的病理,需要根據(jù)實(shí)際情況采取恰當(dāng)?shù)拇胧?/p>

        (二)鐵路路基病害的機(jī)理分析

        1.地質(zhì)環(huán)境因素的影響

        對(duì)已有的列車(chē)運(yùn)行線(xiàn)路來(lái)說(shuō),鐵路路基的地質(zhì)條件是客觀(guān)存在的、不可改變的,雖然長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)地質(zhì)條件會(huì)發(fā)生一定的變化,但是在短期內(nèi)地質(zhì)條件可以視為一個(gè)常量,具有比較高的穩(wěn)定性,所以如果沒(méi)有特殊的條件,鐵路路基對(duì)于病害產(chǎn)生的影響作用是比較小的,也就是說(shuō)鐵路路基的病害在很大程度上是因?yàn)闅庀笏牡臈l件在長(zhǎng)期的鐵路運(yùn)輸過(guò)程中受到了列車(chē)振動(dòng)荷載的影響而發(fā)生了變化,進(jìn)而使得鐵路路基的情況發(fā)生了改變。

        2.列車(chē)振動(dòng)荷載的影響

        通過(guò)對(duì)鐵路路基的長(zhǎng)期觀(guān)測(cè),我們可以看出在列車(chē)輪軸荷載的重復(fù)作用下,路基逐漸出現(xiàn)了過(guò)大的塑性變形,這種變形的積累達(dá)到了一定程度的時(shí)候?qū)?huì)使得鐵路的路基出現(xiàn)塑性流動(dòng),進(jìn)而發(fā)生鐵路路基的病害。

        在列車(chē)振動(dòng)荷載的長(zhǎng)期作用下,路基土的抗剪性強(qiáng)度發(fā)生了變化,而路基土的抗剪性強(qiáng)度與路基土壤的飽和程度有著密切的關(guān)系,隨著路基土飽和強(qiáng)度的增加,路基土的抗剪性強(qiáng)度將會(huì)逐漸的減弱,路基土經(jīng)過(guò)了若干次的循環(huán)加載后穩(wěn)定狀態(tài)下的最大偏應(yīng)力將會(huì)顯著的降低,此時(shí)處于軌道下方的路基土在經(jīng)過(guò)了反復(fù)的擠壓以及固結(jié)之后會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的累積塑性變形,進(jìn)而形成道碴坑以及積水坑,尤其是在雨季,基床的填土容易出現(xiàn)含水量飽和的狀態(tài),此時(shí)的強(qiáng)度也就會(huì)顯著的降低,進(jìn)而使得道床的工作性能顯著的下降,甚至出現(xiàn)線(xiàn)路嚴(yán)重不平順的情況,進(jìn)而影響鐵路線(xiàn)路功能與作用的發(fā)揮,影響鐵路行車(chē)的安全性。

        3.基床土質(zhì)的影響

        砂粘土、粉質(zhì)的粘土以及風(fēng)化比較嚴(yán)重的石基床是比較容易發(fā)生基床病害的機(jī)床類(lèi)型,尤其是粘粒的含量在30%以上、粉粒的含量在40%以上的土質(zhì);同時(shí)基土的礦物含量也是造成路基病害的主要原因,尤其是在基土中含有了蒙脫石以及伊利石的路基土;最后便是基床土的可塑性,研究表明可塑性較高的土質(zhì)發(fā)生路基病害的幾率較高,所以我國(guó)規(guī)定基床用土必須加以選擇或改良。

        二、鐵路路基病害的處理技術(shù)

        鐵路路基是鐵路運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵基礎(chǔ),一旦發(fā)生病害就需要及時(shí)的采取措施進(jìn)行解決,進(jìn)而保證鐵路運(yùn)輸?shù)恼_M(jìn)行,為此需要明確處理的基本原則,并且能夠針對(duì)不同的病害情況采取不同的處理措施。

        (一)路基病害的處理原則

        1.快速修復(fù)。這一原則的基本出發(fā)點(diǎn)是為了盡量減少路基病害對(duì)行車(chē)造成的干擾,減少經(jīng)濟(jì)損失,在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)鐵路的運(yùn)輸能力,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鐵路的正常運(yùn)輸。所以,在對(duì)病害處理的過(guò)程中使用的都是一些成型的材料和快速的技術(shù)措施,進(jìn)而提高處理的效率。

        2.最小擾動(dòng)。這一原則強(qiáng)調(diào)的是整修工作對(duì)原有鐵路線(xiàn)路狀態(tài)的改動(dòng)與影響能夠保持在最小水平,減少對(duì)既有線(xiàn)路設(shè)備的擾動(dòng),這就需要對(duì)病害的情況進(jìn)行具體的分析,對(duì)病害的結(jié)果進(jìn)行分級(jí)處理,進(jìn)而在第一時(shí)間采取適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案,加快病害的解決速度。

        3.提高效率。效率關(guān)系著整治的時(shí)間,所以這一原則強(qiáng)調(diào)的是整治工作的技術(shù)水平以及整治方案編訂的科學(xué)性、合理性,進(jìn)而減少整治作業(yè)的時(shí)間,經(jīng)濟(jì)有效快速的解決危害。

        (二)路基病害的處理辦法

        1.開(kāi)挖橫溝,了解地質(zhì)特性

        橫溝的開(kāi)挖需要選擇在那些比較典型的地段,這類(lèi)地段的地質(zhì)特征具有比較顯著的代表性以及比較高的研究?jī)r(jià)值,能夠?yàn)槠渌厥獾刭|(zhì)類(lèi)型的研究提供較豐富的經(jīng)驗(yàn)以及較科學(xué)的研究方法,所以橫溝的開(kāi)挖一定要選擇那些比較典型的地段。

        同時(shí)也需要對(duì)開(kāi)挖地段的地質(zhì)特征做好記錄,不僅是對(duì)當(dāng)次作業(yè)的詳細(xì)記錄,方便作業(yè)結(jié)束后的檢查與審核工作,也是為今后的挖掘與檢查工作提供了詳盡的數(shù)據(jù)與能夠參考的材料,為今后的地段檢修與病害的排查工作提供真實(shí)的數(shù)據(jù)與可信的參考。

        2.地質(zhì)探測(cè),深入掌握病害情況

        地質(zhì)探測(cè)目前的常用技術(shù)為地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法以及瞬態(tài)面波法,地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法能夠直觀(guān)的反映出鐵路路基的幾何形態(tài),同時(shí)也具有表層分辨率比較高的特點(diǎn),進(jìn)而對(duì)路基結(jié)構(gòu)的分層進(jìn)行探明,明確鐵路路基的基本情況;同時(shí)對(duì)路基病害的類(lèi)型、程度以及具體的位置信息進(jìn)行探明,為下一步電性參數(shù)的分析提供基礎(chǔ),但是這種探測(cè)方法不能夠給出地段路基的力學(xué)特征。

        瞬態(tài)面波法的探測(cè)技術(shù)因?yàn)槭陮?duì)于高頻的信號(hào)具有較高的散射性,所以信號(hào)的精度在探測(cè)的過(guò)程中會(huì)受到限制與影響而不能夠精確的反映出路基的具體情況,但是雷達(dá)的探測(cè)方法能夠?qū)ζ洳蛔阒庍M(jìn)行彌補(bǔ),進(jìn)而提高探測(cè)的精度水平,同時(shí)因?yàn)樗矐B(tài)面波法的測(cè)試方法在土中的頻散曲線(xiàn)比較光滑,能夠準(zhǔn)確的反映出路基土的力學(xué)參數(shù)的變化趨勢(shì)與深度變化之間的關(guān)系,不會(huì)因?yàn)樯疃仍黾佣沟脺y(cè)試的精度受到負(fù)面的影響,這就對(duì)雷達(dá)探測(cè)法會(huì)受到深度影響的缺陷進(jìn)行了彌補(bǔ)。

        這兩種方法的結(jié)合使用能夠很好的實(shí)現(xiàn)探測(cè)路基情況的目的,完成對(duì)于路基表層以及路基下基土承載能力的測(cè)試與探查的任務(wù),實(shí)現(xiàn)路基測(cè)試的基本目的,完成對(duì)于病害的檢測(cè)。

        3.對(duì)路基的強(qiáng)度以及剛度等參數(shù)進(jìn)行分析

        重型的動(dòng)力觸探方法反映的主要是路基土的力學(xué)性能,反映的是測(cè)試點(diǎn)位置的力學(xué)性能指標(biāo),測(cè)試的擊數(shù)越高,則說(shuō)明路基土的土質(zhì)越好,也就表明路基土的強(qiáng)度越高。這種測(cè)試方法能夠從不同的深度測(cè)試路基土的力學(xué)性能,進(jìn)而對(duì)路基的狀況進(jìn)行分析與研究。輕型的動(dòng)力觸探方法與重型的動(dòng)力觸探方法具有相似的工作原理,只是輕型的動(dòng)力觸探方法的擊數(shù)與重型的觸探方法有所區(qū)別,這種方法也能夠?qū)τ|探地點(diǎn)的力學(xué)性能進(jìn)行比較準(zhǔn)確的反映。

        4.根據(jù)病害情況,采取科學(xué)的處理措施

        鐵路路基的病害因?yàn)槠洚a(chǎn)生的原因不同,所以在實(shí)際處理的過(guò)程中所應(yīng)該采取的措施也不同,以下對(duì)每種病害的主要原因及相應(yīng)的處理辦法進(jìn)行比較分析:

        病害名稱(chēng) 病害

        表現(xiàn) 病害成因 處理辦法

        翻漿冒泥 泥漿向上翻冒 1)路基填料的性質(zhì)不良,級(jí)配不合理;2)水在路基中發(fā)生遷移、相變情況;3)溫度的變化主要是引起路基中水的遷移和相變,從而引起路基可能產(chǎn)生翻漿冒泥;4)列車(chē)荷載是產(chǎn)生路基基床翻漿冒泥的外在因素 采取預(yù)防與整治相結(jié)合的原則,需要在設(shè)計(jì)中采用優(yōu)質(zhì)的填料,修筑斜坡,保持排水通暢;同時(shí)需要對(duì)出現(xiàn)翻漿冒泥的區(qū)域進(jìn)行清理,鋪設(shè)砂墊層、設(shè)置封閉層或者是使用土工纖維對(duì)病害區(qū)域進(jìn)行整治。

        下沉 路基土豎向變形 1)路基土壓實(shí)度不足;2)路基填料不均勻,控制不當(dāng);3)地下水影響。 使用置換法,對(duì)路基的基層土進(jìn)行置換,提高路基的堅(jiān)固性;使用排水固結(jié)法,對(duì)病害的區(qū)域進(jìn)行加載、超載以及真空的預(yù)壓法;或者是使用灌入固化物對(duì)路基進(jìn)行加固以及對(duì)路基土進(jìn)行振沖擠密的處理。

        擠出變形 路基土被擠出

        發(fā)生變形 1)基床遭到破壞;2)列車(chē)荷載強(qiáng)度過(guò)大。 首先需要對(duì)路基進(jìn)行排水處理,減少水流的流動(dòng)對(duì)路基造成的侵害;提高基床的表層硬度,或者是降低基面的應(yīng)力(如片石反壓、樁基等)。

        邊坡溜坍 表層土滑溜

        與坍塌 1)地表水滲透;2)地下水影響;3)表層荷載強(qiáng)度過(guò)高。 修繕排水設(shè)施,減少水流的侵蝕作用;同時(shí)也要加固邊坡,提高其穩(wěn)固性。

        邊坡沖刷 路堤邊坡受 到?jīng)_刷 1)水流的沖刷破壞了風(fēng)化基石的穩(wěn)定性;2)未設(shè)臨時(shí)急流槽和攔水??;3)每次雨水沖刷后未及時(shí)修補(bǔ)路基。 對(duì)地表水進(jìn)行引導(dǎo),減少水流對(duì)基床的沖刷,同時(shí)也要兼顧邊坡的結(jié)構(gòu)。

        陷穴 基床、道床下沉 1)路基土的堅(jiān)固性較差;2)路基基床土質(zhì)不良;3)排水不暢;4)基底軟弱。 路基陷穴可以采取措施包括:開(kāi)挖回填、灌注砂漿以及架設(shè)地基梁等,無(wú)論采取哪種方式,都要保證排水工作的到位有效。

        滑坡 路基土體滑動(dòng) 1)路基位于滑動(dòng)的多發(fā)區(qū)域;2)水流沖刷;3)外部荷載強(qiáng)度過(guò)大。 進(jìn)行錨索加固的處理,提高路基堅(jiān)實(shí)性。

        水浸路基 路基被浸水淹沒(méi) 1)設(shè)計(jì)水位過(guò)低;2)土壤沒(méi)有壓實(shí);3)沒(méi)有對(duì)路基進(jìn)行邊坡加固。 抬高路基的高度,使得路基能夠免受地下水水位上升的危害,保證路基質(zhì)量。路基邊坡采用片石加固至最高水位線(xiàn)以上。

        凍害 路基土出現(xiàn)冰塊 1)氣候寒冷;2)路基土透水性差;3)排水設(shè)施不完善。 修建基床的排水設(shè)施;挖除凍害地段的基床土,換填碎石或者是砂土;為基床鋪設(shè)保溫層;鹽化基床土。

        結(jié)語(yǔ)

        鐵路的路基是對(duì)鐵路的運(yùn)輸能力提供保障的基本環(huán)節(jié),但是因?yàn)榈刭|(zhì)地形情況、施工條件以及振動(dòng)荷載的影響,在日常養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些病害,需要及時(shí)對(duì)這些病害進(jìn)行整治與預(yù)防,為鐵路的運(yùn)力提供保障,進(jìn)而促進(jìn)鐵路運(yùn)輸?shù)目焖俜€(wěn)定發(fā)展。

        參考文獻(xiàn):

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