淺談鐵路路基病害防治

摘要：路基是鐵路線路的重要組成部分，它承受鐵路軌道的重量以及通過軌道傳來的機車車輛動力荷載。路基修建的質量關系到行車速度與安全，因此要求路基應堅實、穩定、耐久；具有良好的排水設施；有利于機械養護與維修;修建費用低。

關鍵詞：鐵路；路基；病害

中圖分類號：TD352+.3文獻標識碼：A

基床病害是困繞我國鐵路工務部門的主要難題之一。基床病害危害大，它不僅可能引起軌道不均勻下沉，造成軌面狀態嚴重不良，增加線路維修工作量，影響列車的正常運行，而且嚴重時還可能危及到列車運行安全。基床病害成因可簡單歸納為三個字:土、力、水，基床病害是三者綜合影響的結果。土指基床土，它受列車荷載的重復作用。力指列車荷載，列車荷載對基床作用的大小反映為基床動應力的大小和重復作用次數、它們與列車軸重、運行速度及運量(或過軸次數)等有關。水指大氣降雨和地下水。路基是條帶狀結構工程，沿線經過的地質條件差別較大，并且受到地理和氣候環境常年變化影響，加之由于技術水平、經濟條件以及施工機械設備方面的原因，施工質量往往要求不嚴，從而導致各種鐵路基床病害成為一種分布廣、治理難、多發性強的病害。所以了解病害的類型及其發生機理，并對其進行實用的檢測，對路基的防護和治理是非常重要。

1 鐵路路基病害產生的機理

路基病害的產生和發展與路基填料的工程性質、地表水與地下水、列車振動荷載、土的動力強度特性和溫度及其變化有關。主要是路基填料、水、列車荷載和溫度變化等各項因素綜合作用的結果，各種因素之問又相互關聯，鐵路路基病害發生的原因非常復雜，并且每一種病害都有自己特殊的病理。但歸納起來主要有兩個方面：病害的發生取決于特定的地質環境；病害的發生與相應的氣候變化和列車振動荷載息息相關。前者是病害發生的內因。后者是病害發生的外因。對某一具體的線路來講，其地質條件是客觀存在，雖然它也在不斷地發生變化，但基本上是一種較為穩定的量，因此，在一定程度上路基病害的發生頻率和程度將取決于氣象水文條件和列車長期重復振動荷載的影響，路基病害的產生和發展是各項因素綜合作用的結果。觀測表明，在列車輪軸荷載的重復作用下，路基的漸進破壞主要表現為過大的塑性變形，這種塑性變形累積到一定程度將會使路基填土產生塑性流動，并產生路基病害。研究表明：產生這些病害（破壞）的原因在很大程度上依賴于路基土在循環荷載作用下的抗剪強度特性，而后者與土的飽和度密切相關。隨著飽和度的增大，土的動強度（即經過若干次循環加載后仍處于穩定狀態的最大偏應力比）將顯著降低。處于軌道下方的路基土因反復受到擠壓和固結而產生過大的累積塑性變形，從而形成所謂的道碴坑以及枕木下方的積水坑。尤其是在雨季，基床填土含水量達到飽和狀態，動強度顯著減小，從而使道床工作性能急劇下降，甚至會導致線路產生嚴重的不平順而影響行車安全。

2 基床病害防治的設計原則

根據基床病害成因及特點，防治基床病害的基本原則是改土、減載、防水，綜合防治。

改土就是改善基床填土，在基床填料和基床結構上下功夫，提高目前路基設計標準特別是填料標準。新線建設時。嚴格選擇基床填料，對一些缺乏基床填料的地區，應考慮長距離運輸合格填料，或采取一定措施如土質改良或鋪設土工合成材料。雖然一次性投資相對較大，但消除了基床病害的隱患。若計算運營后基床病害影響的運營收入和整治的費用，這樣投資的回報是合算的，這已經成為共識。對于既有線出現病害的路段，應使用較為徹底的方案治理病害，不留后患。采用的措施有:換填、水泥(石灰)樁加固、鋪設土工合成材料等。

減載就是降低列車荷載對基床的作用，主要通過改變道床和軌道結構來實現，包括:①加長軌枕的長度和縮少間距。研究表明，軌枕長度從2.4m增加到2.6m，可降低基床動應力約6%，增加到2.8m可降低約11%。軌枕距離由65cm減少至60cm可降低基床動應力約6%。②使用重型鋼軌。使用60型鋼軌代替50型鋼軌可降低基床動應力約12%。綜合采取①②措施，可降低基床動應力達22%以上。③加厚道床和設置墊層。④合理設置機車車輛軸距，可降低基床動應力達7%～13%(兩軸轉向架)。①②③項在我國已普通應用，④尚沒有引起重視。

防水是就是防止水浸化基床和基床積水，保持基面排水坡度。主要是鋪設不透水土工纖維截留地表水，使用盲溝(縱橫)或加深側溝疏導地下水，維持基床結構良好的排水性能。

綜合整治就是采用綜合方法。基床病害往往是由多方面不利因素造成的，應根據成因對癥下藥，徹底根治，切不可頭痛醫頭，腳痛醫腳。如土工纖維治理翻漿冒泥時，如果路肩面或側溝內墻頂面高于土纖維鋪設的標高，可能在土與土工纖維交界處積水，軟化基床土，使基床下沉，基床面成凹形，土工纖維因受過大拉力而撕裂，整治可能失效，這時，應適當布置橫向和縱向盲溝等排水系統降低基床水位。

3 治理路基病害措施

3.1 土質改良加固基床

土質改良指使用摻加物與粘性土拌合，以達到改善土的物理力學性質、提高土的強度的目的，這類摻加物有水泥類(普通硅酸鹽水泥、石膏)、石灰類(生石灰、消石灰)、瀝青類(瀝青、瀝青乳劑等)、化學材料類(水玻璃、氯化鈣、尿素樹脂等)。目前在基床加固和整治病害使用較多的摻加物是水泥、石灰。水泥與粘土拌合的土稱水泥土，石灰與粘土拌合的土稱石灰土(或灰土)。

水泥土、石灰土改良加固效果同許多因素有關。第一是土的礦物成分。如含有高嶺石、蒙脫石等的粘性土用水泥改良加固效果較好，而含有伊里石、氯化物、水鋁石英和有機質的粘性土用水泥改良加固效果則較差。第二是土粒的大小。一般地，土粒越細，其表面積愈大，與水泥或石灰的相互作用愈充分，加固效果越好。第三是摻加物的含量。不論是水泥還是石灰，從經濟效益和技術上講，都有一個最佳的摻入量。例如，若石灰用量不足，只能部分改善土的塑性和膨脹性，強度變化小;若石灰量過多，則石灰與粘土的反應不充分，多余的石灰沉積下來，而石灰本身的強度并不高，因此，土體強度改變也不大。再如，水泥土強度隨水泥用量增加而提高，但用量超過某一限值，水泥土的強度很高，易呈脆性破壞。此外，其它影響因素有齡期、干濕循環等等。因此，在使用水泥、石灰進行土質改良加固前，應進行一些必要的試驗研究工作，包括:摻加物的最佳用量、改良土的物理力學性質的變化、改良土的無側限強度及其影響因素。在一些地區，根據當地具體情況，可以加入適當的其它摻加物如粉煤灰、石膏、氯化鈣作為固化劑等。

3.2 土工合成材料的應用

土工合成材料在巖土工程中的應用始于上世紀50年代，由于其原料豐富、質輕、強度高、耐腐蝕等優點可以彌補土質的許多缺陷，提高土的強度和增加土的穩定，因而，得到十分廣泛的應用目前，路基基床加固和病害防治應用的土工合成材料主要有土工纖維(土工膜)、土工網格、土工格室和EPS等。

結束語

實踐經驗表明，基床病害整治的成敗很大程度上取決于整治方案，幾種病害同時存在時尤其突出，而合理方案的誕生來源于對病害路段全面系統的調查研究。因此，在確定基床病害整治方案前，應收集病害地區的地質、水文資料，考察病害區段的排水系統，調查了解病害的發生發展過程，并選取代表性土質進行物理力學性質試驗，最后根據成因確定相應的整治方案。

參考文獻

[1]孫國瑛.鐵路工務[M].成都：西南交通大學出版社，1998.

[2]鄧午天等編.地質路基[M].成都：西南交通大學出版社，2000.

[3]胡長明.土木工程概論[M].北京：冶金工業出版社，2009.