【正文】 1 鐵路 路基 病害整治方案設(shè)計(jì) 第 1章 緒論 第 1節(jié) 概述 京九線為國家Ⅰ級(jí)復(fù)線鐵路 、 繁忙干線 。濟(jì)南鐵路局管段起于臨清 K372+777,止于梁堤頭 K650+273,營業(yè)長(zhǎng)度 ,路基平均高度 6～ 9m, 設(shè)計(jì)最高列車速度 120 km /h,現(xiàn)提速至 140km/h,部分地段提高到 160km/h。該段線路全部位于 魯西平原 黃泛區(qū) ,地勢(shì)西南高、東北低，地面坡度 1/5000至 1/10000；地貌主要分為河灘高地、緩平坡地、碟形洼地、背河槽狀洼地、沙質(zhì)河槽地、決口扇形地、淺平洼地。 路基施工時(shí)采用就地 取土 方式 ,填料為黃河多年沖積形成的粉黏土夾粉土和粉砂土 ,屬 C組填料 。 由于該類土特殊的工程地質(zhì)特性 ,導(dǎo)致 該段 路基產(chǎn)生多種病害 ，嚴(yán)重威脅行車安全 。 1 京九線 路基病害類型 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 京九線聊城工務(wù)段管內(nèi) 路基病害類型常見的主要有 10 類：（ 1）路基成段下沉；（ 2）路基邊坡溜坍；（ 3）路肩縱向開裂；（ 4）路基暗洞；（ 5）邊坡沖刷沖溝；（ 6）路基翻漿冒泥 ；（ 7）道碴陷槽、道碴囊；（ 8）橋頭護(hù)錐沖空或坍塌 。 （ 9）橋涵兩側(cè)路基沉陷；（ 10）水浸路基?，F(xiàn)分述如下： （ 1） 路基成段下沉病害 京九線聊城工務(wù)段管內(nèi) K372+777~K494+500 線路開通驗(yàn)收時(shí)道床厚度在~ 之間，開通半年后道床厚度發(fā)展到 ~ 之間，一年以后道床厚度發(fā)展到 ~ 之間，其特征為橋涵兩側(cè)路基大量下沉，為保持軌道原有水平面只有不斷補(bǔ)充道碴，經(jīng)過不斷補(bǔ)碴使下沉地段的道床厚度不斷增加；而大橋及特大橋有碴橋面在進(jìn)行大機(jī)維修時(shí)為了使橋上軌道平面和下沉地段的軌道平面順接造成了橋面道床厚度不升反降，這樣造成有碴橋面枕下石碴越來越薄加大了列車對(duì)橋梁的沖擊力，影響了設(shè)備安全。這種病害在聊城段管內(nèi) K372+777~K494+500 范圍間，僅 2020年共發(fā)生線路路基下沉 186 處，下沉在 以上的累計(jì)達(dá) 。這種病害多發(fā) 2 生在路基施工碾壓不實(shí)地段和橋涵兩側(cè)。 如 K479+300~K480+000 處路基下沉處所 、K408+100~K408+800 處路基下沉處所和孫口黃河特大橋與兩端引橋之間的路基下沉地點(diǎn)。 （ 2） 路基邊坡溜坍病害 路基邊坡經(jīng)雨水沖刷，土體含水量達(dá)到飽和后，從路基邊坡上部、路肩中部或道床坡腳處先沿路基縱向開裂，在含水量達(dá)到飽和極限后，與路基母體分裂開的部分土體會(huì)沿有一定曲率的滑動(dòng)線下滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成 道床石碴溜淌下滑，出現(xiàn)軌道外部軌枕頭懸空，嚴(yán)重影響行車安全。此種病害在聊城工務(wù)段管內(nèi)從 1996 年至今共發(fā)生 1367處，累計(jì)延長(zhǎng)達(dá) 。如京九線上行 452+300~K453+500 曲線下股外側(cè)路肩滑坡一處就有 。 （ 3） 路肩縱向開裂病害 此種病害是路基邊坡溜坍病害的先兆。雨季發(fā)生率占路基總長(zhǎng)度的 20%。此類病害最有典型代表意義的當(dāng)數(shù)九八年孫口黃河特大橋橋北端下行 K488+890~K489+104 路肩縱向開裂病害，全長(zhǎng) 214m 貫穿整個(gè)橋間路基，裂紋寬度最大接近 200mm 左右，內(nèi)外高差最大相 錯(cuò)約 100mm，一旦繼續(xù)發(fā)展京九線該段線路將面臨斷道的危險(xiǎn)。 （ 4） 路基暗洞病害 此種病害是雨水在路基基頂、碎石道床下面或橋涵兩側(cè)路基沉陷處排水不暢出現(xiàn)積水，路基受積水作用軟化，道床碎石碴沉陷進(jìn)路基土體中，形成道碴沉陷或道碴囊，在列車經(jīng)過時(shí)的震動(dòng)下碎石和積水不斷相互作用下，路基道碴陷槽內(nèi)的土體在積水的浸泡下和碎石碴的擠壓下軟化稀釋，最后路基道碴陷槽不斷加深，最終形成了路基暗洞。在雨水的長(zhǎng)時(shí)間作用下；路基土體不斷受到雨水的浸蝕，暗洞會(huì)越變?cè)酱螅罱K會(huì)使道床沉陷出現(xiàn)軌枕懸空，危及行車安全。此病害特征為初期在 路基底部出現(xiàn)渾濁潛流或土質(zhì)淤積現(xiàn)象，不易被檢查發(fā)現(xiàn)，一旦達(dá)到容易發(fā)現(xiàn)時(shí)，已經(jīng)造成道床石碴沉陷或軌枕懸空。此類病害自京九線開通以來至今共累計(jì)發(fā)生了 891 處，最有代表性的實(shí)例為 1998 年 8月份發(fā)生在上行 K479+600 的一處暗洞病害，造成道床沉陷長(zhǎng) 22 米，沉陷深度 米，軌枕懸空 25 根，造成線路封鎖 3 小時(shí)。 （ 5） 邊坡沖刷沖溝病害 此類病害是在急、大暴雨天氣，降雨時(shí)間較短的情況下路基邊坡排水不及形成的路基表面急性沖刷。一般表現(xiàn)為路肩變窄和從道床坡腳處開始至基底的沖溝。此種病害最為普遍，長(zhǎng)度在一米以上、寬度 .在 米以上、深度在 米以上的路基沖溝病 3 害自開通至今共累計(jì)發(fā)生了 2311 處。 （ 6） 路基翻漿冒泥病害 因含有過多的水分，使得路基急劇下降，在連續(xù)經(jīng)過的列車的作用下，產(chǎn)生裂縫、冒泥或者鼓包等現(xiàn)象，我們稱這些現(xiàn)象為翻漿。當(dāng)基床土質(zhì)不符合要求時(shí)，容易發(fā)生翻漿冒泥的現(xiàn)象，尤其是以風(fēng)化石質(zhì)作基床，用細(xì)粒土作路基填料，具有較大降雨量的路堤和路塹等地段，常會(huì)發(fā)生翻漿冒泥的現(xiàn)象。 （ 7） 道碴陷槽、道碴囊 病害 此種病害是路基暗洞造成道床沉陷或軌枕懸空后，工務(wù)作業(yè)人員為了盡快搶通線路，只能臨時(shí)將石碴填到沉陷 處補(bǔ)齊沉陷量后，使路基暗洞中填滿石碴，使其形成了道碴囊病害，而這種病害不易發(fā)現(xiàn)，往往形成碴囊積水沖出路基形成災(zāi)害。實(shí)例如前面路基病害⑷路基暗洞經(jīng)過臨時(shí)處理后造成的人為道碴囊病害。 （ 8） 橋頭護(hù)錐沖空或坍塌病害 此種病害發(fā)生原因是路基在修筑過程中橋頭和涵洞兩側(cè)軋實(shí)度不夠。該處路基在線路開通運(yùn)營后在列車荷載作用下出現(xiàn)不均勻下沉，形成排水不良的道碴槽，遇雨水天氣積水在列車荷載作用下，使稀釋后的泥水沿橋涵壁下瀉，長(zhǎng)時(shí)間作用后逐漸形成橋頭填土大量流失，導(dǎo)致護(hù)錐沖空或坍塌。典型實(shí)例如孫口黃河特大橋北引橋南橋頭護(hù)錐在 防洪檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)護(hù)錐坍塌，經(jīng)拆除后發(fā)現(xiàn)護(hù)錐及臺(tái)后填土沖空后形成的空洞面積達(dá) 2m 。 （ 9） 橋涵兩側(cè)路基沉陷 此種病害發(fā)生原因也是路基在修筑過程中橋頭和涵洞兩側(cè)軋實(shí)度不夠。橋涵兩側(cè)路基在線路開通運(yùn)營后在列車荷載作用下出現(xiàn)較大沉降量，使線路軌道出現(xiàn)涵頂高兩側(cè)凹的線路病害。此病害最為普遍在京九線開通以來幾乎每個(gè)橋涵都出現(xiàn)過這種病害。 （ 10） 水浸路基病害 此種病害發(fā)生原因?yàn)楣こ滩块T在修筑路基時(shí)在就地取土?xí)r，取土坑距離路堤太近，有的取土坑在雨季積水后直接出現(xiàn)水浸路基的問題，在積水長(zhǎng)時(shí)間浸泡中， 會(huì)加劇路基的下沉。 如京九線上行 K474+050和 K459+600兩處取土坑積水浸泡路基造成路基出現(xiàn)下 沉。 2 課題的 選擇 近幾年來， 京九線聊城工務(wù)段管內(nèi)路基 翻漿冒泥病害尤其突出，而且經(jīng)清篩整道 4 后很快又重新出現(xiàn) 。 經(jīng)?？吹降默F(xiàn)象是原本間斷性的若干個(gè)別的翻漿段經(jīng)過一段時(shí)間后 便連成一片，軌排出現(xiàn)區(qū)段性空板，少則 5～ 6 根軌枕，多則 40～ 50 根軌枕 。 由于這種惡性的翻漿帶 來了低扣焊縫 、 軌枕失效 、 軌道方向偏移 、 軌面高低不平 、 鋼軌硬彎等一系列病害，加劇了列車車輪對(duì)鋼軌的沖擊，由此形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重破壞軌道結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重 的已危及行車安全。圖 1圖 12所反映的 是京九線比較典型的 2處翻漿冒泥病害 。 工務(wù)部門雖然采取了多種常規(guī)治理形式對(duì)路基病害進(jìn)行整治 ,但由于路基填料不良 ,密實(shí)度差等諸多原因 ,路基發(fā)生病害依舊嚴(yán)重、頻繁。 而且不同病害的成因和形成過程彼此存在一定的聯(lián)系 , 翻漿冒泥往往與路基下沉、外擠等各種病害同時(shí)出現(xiàn)。因此 ,要做到根治翻漿冒泥病害 ,必須因地制宜、因病施治、綜合治理。而常規(guī)的單一整治效果并不理想，已無法滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求。 因此 ,積極 采用新技術(shù) 、新工藝 對(duì)路基 翻漿冒泥 病害進(jìn)行 徹底 整治 是 工務(wù)部門 當(dāng)前 一項(xiàng)緊迫 而艱巨 的 任務(wù) 。 第 2節(jié) 路基現(xiàn)狀調(diào)查 本設(shè)計(jì) 選 取 翻漿冒泥病害 比較 嚴(yán)重、 具 有代表性的京九線上下行 k494+500～k500+500區(qū) 段 為研究對(duì)象， 對(duì)路基現(xiàn)狀 進(jìn)行 調(diào)查 、 分析 ，為 徹底整治路基病害提供科學(xué)依據(jù) 。 1 填土物理力學(xué) 檢測(cè) 指標(biāo) 根據(jù)采取的擾動(dòng)土樣測(cè)出其物理力學(xué)指標(biāo)如下： （ 1） 天然含水量： %～ %； 圖 11 京九線上行 k494+810 圖 12 京九線下行 k499+950 5 （ 2） 比重： ～ ，孔隙比： ～ ； （ 3） 最佳含水量： %～ %， 平均 %； （ 4） 最大干密度： ～ ； （ 5） 液限 Wl： %～ %， 平均 %； （ 6） 塑性指數(shù) Il： ～ ， 平均 ； （ 7） 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度： ～ MPa， 飽水后強(qiáng)度降低 40%； （ 8） 直剪強(qiáng)度指標(biāo)： C=～ 18 kPa， φ =176?！?176。 ； （ 9） 滲透系數(shù)： 104～ 104cm/s； （ 10） 重塑土的完全崩解時(shí)間： 180～ 300s。 2 顆粒成分 分析 顆粒百分含量 如 表 11所示； 顆粒累計(jì)百分含量 如 表 12所示 。 表 11 顆粒百分含量 顆粒粒經(jīng) /mm 含量 /% 顆粒粒經(jīng) /mm 含量 /% ＞ ～ ～ ～ ～ ＜ ～ 表 12 顆粒累計(jì)百分含量 顆粒粒經(jīng) /mm 累計(jì)含量 /% 顆粒粒經(jīng) /mm 累計(jì)含量 /% ＞ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ 從表 1 表 12可知 ： 該填土中粒徑為 ～ mm 的粉粒含量占 % ；粒徑小于 mm的粘粒累計(jì)含量占 %；粒徑為 ～ mm 的砂粒含量占%。粉粒含量大于砂粒 ， 根據(jù)顆粒含量定名規(guī)定 ， 該 類 填土應(yīng)定名為 ： 粉土 。 6 根據(jù) 圖 13可知 ： 該種填土的 不 均 勻 系 數(shù)Cu=d60/d10=；曲率系數(shù)（ 或稱級(jí)配系數(shù)） Cc=（ d30） 2/（ d10 d60） =（ ）2/（ ） =8。根據(jù)《 規(guī)范 》 ， 不 能同時(shí)滿足 Cu＞ 5和 Cc=1～ 3這 2個(gè)條件 ， 屬于級(jí)配不良填土 ， 不易獲得較高的密實(shí)度 ， 工程品質(zhì)不良 。 3 化學(xué)成份分析 實(shí)驗(yàn) 測(cè)得化學(xué)成份數(shù)據(jù)如表 13所示。 表 13 化學(xué)成份分析 pH值 CO32/% HCO3/% Cl/% SO42/% Ca22+/% Mg22+/% K++Na+/% ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 從以上數(shù)據(jù)可以看出 ： 該地段 路基填料是一種級(jí)配不良的粉質(zhì)土 。 該土粉粒含量高 ， 粘粒含量少 ， 顆粒間 連接力小 。 干燥失水時(shí)其工程品質(zhì)接近于粉砂土 ， 強(qiáng)度較高 ，壓縮模量較大 ， 但受水飽和后孔隙水含量較大且滲透系數(shù)較小 ， 孔隙水壓力消散慢 ，在動(dòng)荷載作用下孔隙水壓力迅速增大 ， 易析水、液化 ， 其力學(xué)強(qiáng)度急劇衰減 ， 極易形成路基病害。 4 路基承載力檢測(cè) 現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 試驗(yàn)區(qū)段 路基承載力進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) ， 承載力為基床表層 0～ m 范圍內(nèi)的承載力標(biāo)準(zhǔn)值。測(cè)得其主要數(shù)據(jù)如表 14 所示。 從 表 4數(shù)據(jù)可以看出：降雨量少、路基土含水量較低（ 平均含水量 %）時(shí)，路基基床表層填土承載力平均為 163 kPa。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)測(cè)定，飽水后強(qiáng)度降低 40％，則飽水情況下承載力約為 98kPa。在動(dòng)荷載作用下，飽 水粉土析水承載力急劇降低，不能滿足路基強(qiáng)度要求。 圖 13 顆粒累計(jì)曲線 7 表 14 路基承載力、壓實(shí)系數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù) 檢測(cè)部位 承載力 /kPa 壓實(shí)系數(shù) Kh 軌下 188 道心 169 二線間 159 砟肩 151 砟腳 147 綜上所述，試驗(yàn)地段路基填料屬于級(jí)配不良的粉質(zhì)土，遇水后 ，強(qiáng)度和承載力急劇下降， 極 易 產(chǎn)生路基病害。 第 2章 路基翻漿冒泥 病害 機(jī)理分析 第 1節(jié) 翻漿冒泥病害的影響因素 由于鐵路路基易受降雨和地下水的影響 ， 一旦地表水或地下水滲入地基土中 ， 在活載的作用下 ， 孔隙水壓力不斷變化 ， 會(huì)產(chǎn)生翻漿冒泥和道 砟 陷入等整體軟化的現(xiàn)象 。路基翻漿冒泥是多種因素綜合作用的結(jié)果 ， 土質(zhì) 、 水 、 溫度 、 路面與行車荷載是影響路基翻漿冒泥的主要因素 ， 同時(shí)還包括工程措施 等 方面的原因 。 1 土、石地質(zhì)狀況是基床產(chǎn)生翻漿冒泥的前提條件 據(jù) 有關(guān) 研究表明：基床翻漿冒泥的土質(zhì)中 ， 由于含有易軟化的物質(zhì) ， 如蒙托石 、綠泥石等， 是路 基發(fā)生翻漿冒泥的最直接的原因 。 另外 ， 土質(zhì)具有顆粒細(xì)小 、 透水性差 、 親水性強(qiáng) 、 遇水軟化膨脹 、 脫水收縮龜裂等特性 ， 也是發(fā)生翻漿冒泥的前提條件 。例如京九線 聊城 — 菏澤段的粉性土具有極強(qiáng)的凍脹性 ， 最容易形成路基翻漿冒泥 病害 ；粘性土的毛細(xì)水上升雖高 ， 但速度慢 ， 只有在水源供給充足且凍結(jié)速度緩慢的情況下才能形成比較嚴(yán)重的路基翻漿冒泥；粘性土和粉圖 21 基床土顆粒分類圖 8 性