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摘要：随着我国经济的不断发展，铁路事业进入快速发展的阶段，铁路路基病害的出现成为威胁铁路正常运输秩序的祸害，因此必须对其进行有效的整治，才能保证铁路的正常运营。
关键词：铁路路基；病害类型；检测；整治技术
作为一种线状工程，铁路要通过气候条件与地质条件不同的地区，使用不均匀的填料，在施工、经济、技术等多方面因素的限制下，结构设计和填料选取工作中采用的技术标准较低，缺乏严格的施工要求，因而引起了各类病害，使列车运行的安全性受到了严重影响。尤其是最近几年，铁路上运行着许多提速和重载列车，破坏了原本的动态平衡，为了确保列车正常运行，必须加强整治各种病害。
一、铁路路基的常见病害类型
常见的铁路路基病害共包括以下几种类型：①翻浆冒泥。铁轨被行驶的列车反复碾压，所以路基本身必须具备足够的强度，假如路基土质有过高的含水量，反复碾压的列车就会使路基发生冒泥、鼓包、裂缝等现象，也就是我们所说的翻浆。施工质量不达标是造成路基翻浆的原因之一，此外，路基土质与标准不符，造成路基稳定性差，在降雨量较大时路堑与路基地段就会发生不同程度的病害；②挤出变形。铁路路基的土质存在的状态为软土时，其密实度较低，受到列车的多次碾压后，此类软土就会变为流动状态，当承受力达到一定值后，就会出现剪切破坏，发生挤压变形；③路基下沉。路基如果不具备足够的密度与强度，在受到运行中的列车的反复振动后，就会逐渐发生下沉，或者出现断面现象，最终在较大面积范围内发生沉降变形；④陷穴。如果有洞穴存在于路基与其附近区域，那么道床与基床会发生坍塌时突然沉落，因此而悬空的轨道会导致行车被中断，严重时还会引起列车颠覆事故，造成人员伤亡；⑤边坡冲刷。水流对风化严重的软质岩石边坡或高大的岸坡路堤、路堤边坡、土质路堑进行冲刷、冲蚀，导致其形成冲坑或冲沟的过程就是边坡冲刷；⑥水浸路基。铁路由于洪水灾害而被水漫过时，轨道与路基浸泡在水中，若路基没有足够强度，这种情况下就会形成坍塌或出现局部地基沉降；⑦滑坡。因土体滑动而使路基稳定性受到影响，包括山体滑坡、路基滑移与边坡的深层滑动。
二、铁路路基病害产生的机理
铁路路基质量病害的发生与否与以下五个因素有关：铁路路基材料、地下水与地表水的分布、列车动力荷载、基床土质的动力强度特性、气温的变化，这五项因素之间的相互联系与综合作用就形成了铁路路基质量病害发生的主要原因。由于各种因素之间这种错综复杂的关系，使得铁路路基质量病害复杂多变，不同的病害都有不同于其他病害的特殊病理。特别是在铁路线路长期运营的情况下，由于自然环境对路基的长期侵蚀和维修保养的不及时，使得病害类型、病害分布和病害发育具有明显的非线性和随机性。我们可以将病害发生的机理概括为内因和外因两个方面：内因是指可能导致病害发生的地质条件；外因是指可能导致病害发生的气候变化和列车动力荷载。无论选择任何一条实际线路来进行分析，该线路的地质条件都是客观存在的，其特质受外界因素的影响较小且变化缓慢，具有足够的稳定度。所以铁路路基质量病害的发生在很大程度上取决于前文所提的外因，特别是病害发生的频繁度和严重度与气候和动力荷载的长期重复影响息息相关。对记录下来的历史数据进行分析可以发现，在外因的作用下，路基的塑性变形过大是路基渐进性破坏的主要特征：如果让塑性变形的累加超过一定的范罔，路基填土就会发生塑性流动，进而导致路基病害的发生。这一类病害的发生与基床土质的饱和密度有直接的联系，土的动强度将随着饱和度的不断降低得到明显的加强。当轨道的路基土的塑性变形的累加超过一定程度，就会在枕木下方形成积水坑和道碴坑。若是在多雨季节，基床填土的含水量处于饱和态后使得动强度明显下降，这就会让道床的工作性能得到破坏并使得线路产生严重的不平顺，极大地威胁到了行车的安全。
三、铁路路基病害的检测方法
为了有效的整治铁路路基的病害，首先要进行准确到位的病害检测，深入的分析路基病害的原因。按照铁路既有线路的特征，铁路路基的检测不能影响或者少影响列车的形式，因此需要采取的监测手段，要最大程度上实现快速、准确，减少因为病害检测造成的不便可采用轻型动力触探、地质雷达、瞬态面波法和取土试验等多种手段对线路进行试验检测，具体步骤和方法如下：1.在病害多发地段进行开挖横沟，查明路基的几何特征2.使用探地雷达法以及瞬态面波法。探地雷达法的优点是能够直观反映出道床的几何形态而且表层分辨率高，能够实现路基结构分层的探明；能够探测出路基病害的类型及程度和具体位置，此法可以用来分析道床、路基各个土层的地质情况；其测量的数据为基床的电性参数，不能给出路基的力学特性。因为高频信号的限制和道砟的散射，瞬态面波法表层状况无法精确地反映出土层的真实状况，探地雷达法很好的弥补了这方面的不足，而瞬态面波法能够随深度的变化准确反映出路基土的力学参数，能够测试到比较深的深度，弥补了探地雷达法不能给出路基的力学特性的不足。对铁路线路路基病害的检测，主要就是检测路基表层和其下路基土的承载能力，综合运用两种检测方法，能够实现很好的检测路基的目的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆3.对铁路路基强度，路基刚度等参数的分析。重型动力触探是进行路基力学性能的探测为主，是按照击数×10cm-1 来标线路基各个位置的力学性能的参数指标，击数越高表明路基土质的性能越好，路基的强度也就越，能够从不同深度位置来测试出不同深度下土的力学性能，以更好的进行路基状况的分析。轻型动力触探与重型动力触探原理基本上是相同的，只是重型动力触探以击数×30cm-1 来展现铁路路基，每个位置的力学性能指标。针对现有的铁路线路的特征，对现有路基测试要按照原位以及区段测试相结合的测试措施，这样能够实现对既有铁路路基的基本状况，进行一个综合的评价，为铁路路基病害的预防和处理提供实际的资料。
四、铁路路基病害的整治技术
整治铁路路基的病害需要从提高路基刚度与强度、避免水侵入、改变路基填料入手，具体而言，首先要对路基病害加以检测，明确规模大小、发生部位等；其次要分析引起病害的原因；最后要在考虑经济性、可行性的基础上制定处理方案。
1.铁路路基病害的检测技术。首先选择典型地段进行横沟开挖，明确铁路路基的几何特性。接着通过瞬态面波法与探地雷达法大面积扫描与检测试验区段中的路基。探地雷达法的优点包括表层分辨率高、反映的道床几何形态比较直观，能够明确路基结构分层；对路基病害的具体位置、程度与类型进行探测，分析路基、道床中不同土层的地质情况进行分析；通过探地雷达可以得到基床电性参数，但是缺少力学特性指标。在高频信号与道砟散射的限制下，瞬态面波法无法将土层真实的状况精确地反映出来，其不足之处可以用探地雷达法来弥补。瞬态面波法可以将路基土不同深度处的力学参数变化准确地反映出来，而且具有较大的测试深度，使探地雷达法的缺陷得到弥补。在测试路基病害时，重要的指标就是路基表层是否有砟囊、陷槽，与下面路基土的承载力。结合使用这两种方式可以起到相辅相成、优势互补的效果，得到准确的测试结果。最后，需要深入分析路基的重要参数，如刚度、强度等。在检测路基土的试验中，轻型动力触探可以体现力学性能，也就是通过基数来体现不同位置的力学性能，土的强度与性能随着击数的提高而增高，可以在深度不同的位置对相应深度的土的力学性质进行测试，从而了解路基状况。根据铁路显露的特点，按照区段测试（瞬态面波法、地质雷达法）与原位（动力触探）测试相结合的方式来测试路基，综合评价路基的整齐状况，以便科学处理路基病害。
2.铁路路基病害的治理技术。治理路基病害的方法较多，铁路线路的不同，或相同线路但区段不同时，可能会采用不同的路基填料，所以造成病害的原因与部位也不尽相同，治理人员需要根据不同病害的特点，有针对性地采取相应措施，具体而言，共包括以下几种整治措施。①路基换填。该方法适用于深陷槽病害与发生下沉外挤的软弱基床，通过基床表层换填法进行处理。根据软弱层厚度来决定换填厚度，通常在50 ～ 60cm 之间。选取具有良好级配的中粗砂或碎石土作为普通地段的换填料，或者将土壤工程性质已经被改良的材料掺入原机床中，使其变为改良土。该方法虽然效果良好，但是会影响正常行车，所以运力繁忙时通常不会应用。②减压。该方法可以使路基受到的列车荷载降低，通过对轨道与路基的结构做出改变来达到目的，具体方法主要包等。包括设置垫层、加厚道床、使用重型钢轨、缩小轨枕的间距、加长轨枕长度等。③改土。对路基土的力学特性进行改良，从而实现整治的目的，应用的方法主要有两种，即水泥土挤密桩加固法与压力灌浆法。土质改良就是改善基床填土，通过改良基床的填料和结构来提高路基设计标准，特别是基床填料的标准。在铁路路基建设初期，就要对基床填料进行严格地筛选，若缺乏合适的基床填料，就应该采取铺设土工合成材料的措施来对土质进行改良。若已经铺设好的线路在使用中出现了病害路段，必须采用彻底的方案来对病害进行治理才能不留后患。具体的措施有：水泥桩加固、铺设土工合成材料和土质换填等。减少列车振动荷载就是减轻列车荷载对基床的作用效果，一般要改变道床和轨道结构。具体的措施包括：加长轨枕长度并缩少间距；换重型钢轨；加厚道床并铺设垫层；改造机车车辆轴距。在合理的范围内，若轨枕长度增加8%，则可以降低基床动应力6%；若轨枕长度增加16%，则可降低11%。若60 型钢轨替换50 型钢轨，则可降低基床动应力12%。这些措施若综合使用，改善效果可能增加一倍。④加强路基排水。对铁路路基病害进行整治的关键就是治水，不仅要采取必要的防水措施，还需要以现场情况为依据设置水井或者增设横向排水等。排水和防水的目的是防止水浸化路基和排除路基积水，保持基面排水坡度，适用于由排水不良引发的路基病害。排水和防水并不仅仅指简单的把水引出，而是要做到防排结合。排水和防水的主要手段是通过铺设不透水的土工纤维来截留地表水，利用盲沟和侧沟疏导地下水，始终保持基床的排水性能处于良好状态。找到水的来源后，要对来水进行截水，切断水的来源，之后要分别针对地面水和地下水进行排水。对于地面水，可以利用单侧或双侧排水沟进行排水，也可以利用取土坑来进行排水。天沟、侧沟及各类防排水沟设施，都必须满足将积水引导至路基以外的基本要求。对于地下水，要分两种情况进行处理：若地下水只是浅埋或无固定含水层，可以利用明沟、排水槽、支撑渗沟等排水设施；若地下水深埋或有固定含水层，就要利用渗水隧洞、渗井或斜仰式钻孔等排水设施进行排水。⑤路堑边坡易产生溜坍，在排水系统不完善，平台截水沟未接通吊沟或引出路基外的地段，当遇到长期阴雨或暴雨时，雨水滑裂隙下渗，使路堑边坡表层饱和，或水直接冲刷路堑边坡，导致边坡失去稳定造成溜坍。另外，对于高度较高的路堑边坡，其土压力大；地质不良或堑顶天沟开裂下沉、天沟基础土体不密实时，连续降雨易导致路堑边坡滑坡。铁路路基边坡主要是对路基起防护作用，其质量对路基的稳定性和耐久性有着重要的作用。虽然路基边坡不直接承受线路上部结构静荷载和列车行驶的动荷载，但如果路基边坡出现病害，则易产生路肩下沉、边坡坍塌等隐患。对于路基边坡病害的预防和整治，应在加强和维护防排水的基础上，治理边坡病害。路堑侧沟、路堑天沟、平台截水沟及吊沟应保持通畅和无积水，及时修补裂缝、勾缝脱落、石块松动脱落处，疏通路基支挡结构等建筑物的泄水孔，夯填砌体与土体间离缝，勾补脱落损坏的灰缝。路基边坡病害治理应根据坡面病害的类型、病害产生的原因、工程与水文地质情况、气候及施工条件等因素确定，通常采用植被防护、骨架防护、封闭式防护等多种措施综合治理；此外，还应经常对路基坡面进行养护，具体措施包括修补边坡植被，清除零星坍体及设备上的土石堆积，清除坡面的零星活石及松动孤石，夯填影响坡面稳定的土质坡面裂缝，整平路肩，清除路堤肩缘下的弃砟弃土，处理路肩低洼处的积水。
构成铁路路基的填料不同时，引起病害的原因与产生的病害类型也不尽相同。所以有关人员应当综合考虑铁路所在地区的特点、路基病害类型等有针对性地选择政治技术，如果有必要可以结合使用多种方法，因地制宜，彻底根治病害。除了要检测病害，对发生路基病害的规模大小、类型、部位等进行判定，还需确定病害发生原因，从而对症下药，重视后期评价工作，积累整治经验。
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论文作者:刘大玲
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第12期
论文发表时间:2018/9/20
标签：路基论文; 病害论文; 铁路论文; 土质论文; 发生论文; 列车论文; 填料论文; 《建筑学研究前沿》2018年第12期论文;