鐵路路基翻漿冒泥病害機理及整治探析
2015-06-01
一、引言
路基是整個鐵路工程的基礎(chǔ)，它對鐵路的正常運行具有重要的作用。因此，為了保證鐵路的正常運行，在路基修筑的時候，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)，對整個鐵路工程會產(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，甚至影響列車的安全運行。正因為如此，探討分析鐵路路基翻漿冒泥病害機理，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)實意義。
二、鐵路路基翻漿冒泥相關(guān)問題概述
調(diào)查統(tǒng)計顯示，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，對列車的安全運行產(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。翻漿冒泥的存在會引發(fā)軌道偏移、軌面高低不平、鋼軌硬彎等問題，對整個軌道結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的影響，甚至直接影響到列車的安全運行。因此，為了保證鐵路路基質(zhì)量，保證列車的安全運行，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，為列車的安全運行提供保障。
三、鐵路路基翻漿冒泥病害的影響因素
對鐵路路基來說，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，存在著顆粒細小、透水性差、親水性強、脫水收縮龜裂等情況，也會直接導(dǎo)致翻漿冒泥的發(fā)生。例如粉性土、粘性土、粗粒土等等，它們在一定條件下，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大等等情況，都會對路基產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。除此之外，冰凍也會對翻漿冒泥的形成有很大的影響。
3、列車動力作用。這是翻漿冒泥形成的原因之一，通常是在動力作用下，加劇了翻漿冒泥的形成。土在重復(fù)動力作用的影響下，其塑性變形會不斷的積累，進而引起基床變形和破壞，而在列車的作用下，這種塑性變形會得到進一步的加劇。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，時間長了積水便會滲入路基，再加上列車的荷載影響，進而引發(fā)翻漿冒泥現(xiàn)象。
5、道床厚度不足。如果道床的厚度不夠，往往會降低道床的彈性，使得路基的受力不均勻，壓強增大。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，往往會使路拱瓦解甚至消失，對于路基面以上的水，將不能排除線路。而水滲入路基之后，在列車的重復(fù)動載作用下，使得翻漿更為嚴(yán)重，對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，密實度差。如果出現(xiàn)降水或者活載作用，翻冒泥漿便會進入道床，一般出現(xiàn)在雨季，基面下沉嚴(yán)重的話往往會導(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)，在雨季的時候，下沉速度更快。
2、根據(jù)水源分類情況進行的分類。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)的形式向上運動，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理
根據(jù)已有的研究成果，并結(jié)合實際觀察情況，一般將翻漿冒泥的形成分為以下三個階段，不同的階段其成因不同，并具有自己的特點。
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，往往不會發(fā)生翻漿冒泥現(xiàn)象。然而，隨著時間的推移，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。在火車動荷載的作用下，基床面土層會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，進而形成泥漿。泥漿便會沿著道碴孔隙上升，這是翻漿冒泥形成的初期。在這個階段，如果有降雨的發(fā)生，道床中的泥位便會不斷擠壓上升。而如果沒有降水，或者沒有任何形式水源的補給，往往會形成板結(jié)層，并且泥漿是不會從道床面擠出的。
2、泥漿擠壓抽吸階段。一階段所形成的板結(jié)道碴層，相對較為松散，并不密實，如果環(huán)境較為干燥的話，還會出現(xiàn)裂縫。而如果出現(xiàn)降水情況，基層面便會再次產(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。這樣就會引發(fā)枕下的封閉進一步密閉，孔隙水壓力也越來越大，泥漿還會沿著某些孔洞上升，直至溢滿道床，掩蓋整個軌枕，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，這種情況一般不會影響基床的穩(wěn)定性。第二、大循環(huán)翻漿。由于在長時間降水過程中，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，機床面上會有很多的雨水滲到，從而形成泥漿，進而泥漿被擠向道床表面，土體被進一步軟化，進而引發(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，大循環(huán)和小循環(huán)同時產(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，對翻漿冒泥進行整治。實踐表明，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)，對路基的水溫情況進行調(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)過程中進入路基上部，這樣能夠避免對路基帶來的損害，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行處理：在化凍時期將多余的水分及時排除，或者即使沒有立即排除，可以將它進行暫時蓄積，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，可以對水分進行良好的處理，避免給路基帶來危害。
3、改善土基，加強路面。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，以達到良好的處理效果。
4、綜合運用多種處理方法。在實際工作中，如果單一的采用某種方法往往不能達到令人滿意的效果，或者不夠經(jīng)濟合理，因而一般是要綜合運用多種處理方法，這樣才能達到更好的處理效果。
七、鐵路路基翻漿冒泥病害整治的具體實例
為了讓人們對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)合工程實例，對此進行進一步的解釋說明。
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方面：路基填料土質(zhì)細膩，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，對翻漿冒泥進行整治，通過全面的對比和分析，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；將機床范圍內(nèi)的填料挖除，采用汽車運輸石灰與土方填料，并按照相應(yīng)的比例進行攪拌，使其變得均勻；在回填之前，還需要將路基表層壓實，并達到相應(yīng)的壓實系數(shù)，使其充分壓實之后，才能進行回填；在回填的時候，為了保證質(zhì)量，采用分層回填的方式進行，每次的填土厚度不能超過0.5m，壓實后的厚度在0.3m左右，壓實后需要進行檢驗，當(dāng)壓實系數(shù)達到97%之后，才能進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整個鐵路工程和列車運行都會產(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，保證列車的安全運行，為列車的正常運作和人們的安全出行創(chuàng)造良好的條件。
