铁路路基常见病害治理探讨

铁路路基常见病害治理探讨摘要路基是整条道路的基础，更是保证列车平稳运行的关键。路基在承受土体自重、行车荷载和各种自然因素的作用下，引起路基标高和边坡坡度、形状的改变，严重时造成土体位移，危及路基的整体性和稳定性，造成路基的各种破坏。关键词铁路路基；常见病害；防治措施铁路路基是轨道系统的基础，更是保证轨道几何尺寸的关键。在现实中，由于各种荷载、路基填料质量及排水不畅等因素的影响，会导致路基的形状、边坡坡度发生改变，严重影响线路的质量和稳定性。为了保证列车的安全、平稳运行，就必须采取一定的措施对各种病害进行整治，本文结合大准铁路中出现的路基病害，介绍铁路路基中常见病害的处理方法。1常见铁路路基病害1.1路基的下沉路基沉陷是指路基在垂直方向产生较大的沉落。路基的不均匀下陷，将造成局部路段破坏，影响行车。路基沉陷有如下两种情况：一是路基本身的沉陷；二是由于路基下部天然地面承载能力不足，在路基自重与车辆荷载的作用下引起的沉陷。1.2不良地质和水文条件造成的路基破坏铁路在不良地质条件和较大自然灾害地区，均可能导致路基的破坏。1.3路基道碴陷槽、道碴囊路基基床在地表水和地下水的浸润作用下，将原有的土体和风化石质的岩体强度大大降低。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［1］。道碴陷坑为基床内部由于道床下陷构成各式坑洼的统称。按其发生的部位和发展的过程来讲，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。2常见铁路路基病害整治方案铁路路基基床病害的整治应从线路上部病害整治（消灭几何尺寸超限，紧松、补缺、换损，增强轨道框架刚性）、防止水侵入（改善基床结构设计，增强基床排水和阻水功能）等方面入手。2.1排水排水，适用于排水不良导致的基床病害，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；修建堆载、导引、降底地下水位的盲沟、截水沟、侧沟、下渗沟等排除地下水或降底地下水位系统，等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］。2.2清筛道床彻底清筛道床处理道床不洁所造成的道床翻浆是最有效的方法。彻底清筛道床的方法是将道床内的泥碴彻底挖除到规定深度，做成基面横向排水水坡，然后回填洁净的碎石道碴和补充部分新碴至设计的道床厚度2.3砂垫床在碎石道床的下部路基面上，用符合一定材质要求的砂，铺设一定断面的砂层，称做砂垫床。在道床内加铺一层厚约200mm的砂垫床，在防治土质基面翻浆病害能起到隔离、过滤、扩散。保护等作用。砂垫床最适用于防治无地下水影响的土质路基面翻浆，也适用于防治风化石质基面翻浆。不适用于由于地下水造成的裂隙、泉眼翻浆。3工程实例本文结合实例，以我单位所管辖的大准线K251+050-780、DZK0+0-650的路基病害为例，进行路基病害的研究。3.1路基病害概况路基病害区为深切沟谷地貌，剥蚀切割作用强烈，多发育“V字形沟谷，两侧谷坡地形较陡，冲沟发育。本段线路所经地属于季节性河流，流量受降雨强度控制，夏秋雨季水量较大，汇入黄河，其余大部分时间断流，。从路基钻孔情况来看，整修路基区的地下水不发育，基岩面上部钻孔有缩孔现象。经现场实地勘测，发现主要病害情况如下：1） K251+090〜K251+160段线路右侧出现多条贯通裂缝，最长70m，最大宽度50mm；2） K251+050〜+780、DZK0+350〜+650段线路路基已出现明显沉陷现象，最大沉陷量0.5m；3） K251+050〜+140段一级坡面护坡出现明显外鼓现象，路基出现横向裂缝，宽度5mm〜20mm；4） K251+150〜+180段二级边坡坡面出现多条牵引裂缝，宽度10〜40mm。5） 排水沟大部分破裂、填埋，失去功效。3.2路基病害原因分析及稳定性评价3.2.1路基病害原因分析本段路堤使用的填料属于C组〜D组填料，即在可使用的填料（泥质胶结，易风化的软块石）和不应使用的填料（风化严重的软块石）之间，根据规定，如用D组填料是应采用不同措施，如放缓边坡、加固坡面、提高压实密度等，但根据现场勘查情况情况来看，施工过程中未做类似处理。从挖探情况来看，填料中的泥岩已完全风化为近土状、土状，处于潮湿环境，呈可塑状态。填料中所使用的砂岩分布也极不均匀，块石间有空隙，敲击块石有空洞声，在路基施工过中部分层位碾压密实度不够。从钻探来看，取芯率极低，较易钻进，钻进过程中泥浆或水跑漏现象比较严重，钻孔动力触探试验的击数普通较小（见表1），路基承载力不高，密实度不均匀。3.2.2路基的稳定性评价和计算分析1）滑坡稳定性计算分析滑带强度指标在滑坡稳定计算中起着十分重要的作用。一般情况下，滑带强度指标通过试验方法、反算法和经验数据法确定。由于本边坡勘察过程所进行的物理力学试验有限。滑动带指标的确定，根据边坡的地质环境条件、边坡性质、边坡目前所处的稳定状态（裂缝变形现象）及其环境变化因素，判断稳定度，反求滑动带（主要为泥岩全风化物）力学参数，参考滑带的力学性能，及类似工程的实例的相差经验指标综合确定。根据路基病害勘察资料稳定性分析，算得计算指标及稳定性系数（见表2）：后级浅层滑坡在天然状态下，稳定度为0.97，处于不稳定状态；后级深层滑坡在天然状态下，稳定度为1.02，处于欠稳定状态；前级滑坡在天然状态下，稳定度为0.98，处于不稳定状态。需加以工程治理，以保证坡体的长期稳定。根据计算指标求得各断面推力大小（见表-3），以此为依据进行治理工程设计。3.2.3边坡稳定性评价根据设备使用单位观测，每逢雨季，路基的沉降变形非常剧烈，目前部分路段累计沉陷量已超过0.5m；从现场踏勘的情况来看，K251+050〜K251+210段线路右侧有多条贯通裂缝，路堤二级边坡上也有多条牵引裂缝，一级坡面上有明显连续的鼓出现象，在路肩上由于不均匀沉降已产生横向裂缝。根据勘察成果资料、坡体的变形情况和稳定性计算，该段路基目前处于沉陷变形挤压阶段向滑动的过渡期，属于欠稳定坡体，随着沉陷变形的不断发展，线路随时都有向临空面方向突然发生滑移的可能。其他病害段目前还是以沉降为主，滑移现象不明显。3.3路基病害治理方案3.3.1预应力锚索框架加固方案为保证铁路路基的安全和稳定，根据工程地质条件和现场病害情况对K251+050〜K251+210段高路堤边坡采取锚索框架方案［3］。在一级边坡设I型C25钢筋混凝土预应力锚索架三排，共44组，预应力锚索396根。每组框架由三片竖肋、三根横梁组成，竖肋和横梁的截面尺寸为0.5mx0.5m，竖肋埋深1.6m，竖肋间距中〜中3m，每片竖肋3孔A型（5中S15.2）预应力锚索，每孔锚索设计拉力为550kN，锚孔下倾与水平夹角为30°，锚固段长10m；在二级边坡设I型C25钢筋混凝土预应力锚索框架一排，共7组，预应力锚索63根；II型C25钢筋混凝土预应力锚索框架一排，共9组，预应力锚索54根，I型C25钢筋混凝土预应力锚索框架的布置与一级坡相同；II型C25钢筋混凝土预应力锚索框架由三片竖肋、两根横梁组成，竖肋和横梁的截面尺寸为0.5mx0.5m，，竖肋埋深1.6m，竖肋间距中〜中3m，每片竖肋2孔A型（5中S15.2）预应力锚索，每孔锚索设计拉力为550kN，孔径O=130mm，锚孔下倾与水平夹角为25°，锚固段长10m。3.3.2注浆加固方案采用压力注浆对该病害路基进行加固。该方法以水泥水玻璃为主剂，通过花管、注浆管、分浆器、注浆泵等把配置好的悬浊液浆材压入路基土层，浆材通过充填、压密、劈裂、渗透等方式在路基土中形成胶结土层，使该部分疏松的土体及孔隙和裂隙得到固结，浆脉骨架和土体共同形成复合地基。压力注浆可达到以下目的：1） 压力注浆可以在路基土层中形成随机分布的浆液脉体，充填原来土体中的孔洞、裂隙，进而对土体进行劈裂挤密，形成树枝状或板状的结构，该结构与其之间的土体形成新的复合土体；2） 随机分布的浆脉相互穿插，由于浆脉固体具有较高的强度，因此将产生一定的支撑作用；3） 浆脉之间的土体，在劈裂过程中被挤压，提高了密实程度，从而也改变了原土体的性能，如阻水性及抗剪能力等都得到提高；4） 浆脉的支撑作用和土体强度的改善，使新的复合土体的综合强度得到提高，也即提高了路基土的综合强度。注浆设计水灰比为0.4〜0.45、灰砂比1：1，采用水玻璃为促凝剂，其参量为水泥用量的5%〜10%，注浆量为每方土200L，注浆孔间距1.5m，根据现场具体情况可作适当调整，3.4施工注意事项3.4.1锚索1） 锚索孔位测设必须准确，偏差不得超过±5cm，钻孔倾角允许误差±2°。考虑沉砟的影响，为确保锚索深度，实际钻孔深度要大于设计深度1m；2） 锚索成孔禁止开水钻进，以确保锚索施工不致于恶化边坡工程地质条件；3） 锚索孔径不得小于设计，钻孔完成后必须使用高压空气（风压0.2MPa〜0.4MPa）将孔中岩粉或地下水全部清除，以免降低水泥砂浆与孔壁岩体的粘结强度；4） 采用从孔底到孔口返浆式注浆，确保注浆饱满，砂浆强度不低于25MPa；5） 锚筋材料采用高强度、低松弛无粘结预应力钢绞线，直径①15.2mm、强度1860MPa，要求顺直、无损伤；6） 锚索下料采用砂轮切割机切割，避免电焊切割。锚固段及自由段钢绞线必须按设计要求绑扎架线环；7） 锚索张拉前必须对张拉设备进行标定。正式张拉前对锚索进行1次张拉，荷载等级为0.1倍的设计拉力。锚索正式张拉分两次进行，第一次张拉至设计荷载的80%，待7天后进行二次张拉至设计锁定荷载120%，卸载至设计锁定荷载锁定。锚索张拉分级进行，每级荷载分别为设计锁定荷载的0.25、0.5、0.8、1.0、1.2倍，除最后一级需要稳定15min外，其余每级需要稳定5min，并分别记录每一级钢绞线的伸长量，在每一级稳定时间内必须测读锚头位移三次。张拉后若发现有明显的预应力损失，应及时进行进行补强张拉；8） 张拉变形稳定后，卸荷载至锁定荷载锁定锚固，预留10cm，切除多余钢绞线，用C25混凝土封闭锚头。在未封闭前注意外露钢绞及锚头的防腐［4］。3.4.2注浆加固1） 在施工过程中随时检查轨道几何尺寸的变化情况；2） 注浆自下而上、分层灌注，每层注浆区段准确到位，严格控制注浆压力;3） 砂浆配置严格按设计要求，搅拌时间不得小于2min，配好的砂浆过筛后放入贮浆槽，并不断搅拌，以防止砂浆分层析水；4）为防止砂浆向外流失，降低加固效果，注浆应从路基外侧向路基逐步推进。4结论路基病害的发生是无法避免而要彻底的控制路基病害也是不现实的，基于此在充分认识路基常见病害与病害