探析濕陷性黃土鐵路路基整治技術

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

1 濕陷性鐵路路基的分布與形式

眾所周知，橫貫我國東西的鐵路線路主要為隴海線，而隴海線整條線路大部分都分布在我國的西北和華北地區，然而在這片廣闊的土地上，分布著大量的濕陷性黃土鐵路路基，同樣的情況也出現在我國的寶中線、寶蘭線、蘭新線和蘭青線等鐵路線路。這些濕陷性黃土主要為天然形成，在干燥的情況下它的強度很高，很難進行壓縮，然而一旦遇水后，水會迅速地鉆入黃土內部的空隙里，這時的黃土就會迅速變形。

技術人員通過對黃土樣本的實驗分析后得出，黃土內部的天然的孔隙和含有的易溶鹽使得黃土在遇水后會迅速的變形甚至塌陷。大量的可溶鹽經過日曬后濃縮在較大的孔隙四周，這使得黃土顆粒之間加大了摩擦力，這時的黃土是不易滑動的，外加重力作用，黃土被實實的壓實，此外，碳酸鈣等物質同時會發揮粘結的作用，使得黃土在干燥時具有強度高、壓縮性低等特點。但是，一旦有水進入黃土土層后則會發生極大的變化，附著在孔隙四周的膠結鹽等物質會迅速的溶解，從而降低了黃土土層之間的聯結強度，外加受到重力的作用，以及建筑在黃土土層之上的建筑物的重力影響，孔隙之間原有的組織被破壞，土層之間的滑動現象出現，孔隙的面積不斷縮小，黃土杏兒被壓實，濕陷現象從此開始。在這種路基上面行駛列車，在行駛速度較低時，對行駛基本不會產生負面影響，然而，當代列車的行進速度在不斷的刷新，行駛速度遠遠超過了以往，這時在黃土濕陷性路基上行駛，機床的表層部位則會嚴重的影響列車行駛。

2 如何對濕陷性黃土路基進行正確施工

2.1 面對濕陷性黃土路基的總體方向

面對遇水后極易塌陷的黃土路基的狀況，國內以及國外許多專家都進行了許多技術試驗，尋求更好的施工技術來整治黃土路基的濕陷性，加強其穩固性。因為，很多施工在黃土路基之上的建筑在遇水后會發生路面變形，使得建筑物受到破損。專家在經過試驗總結后發現，面對這一狀況，若在黃土路基上進行施工，應當在第一時間找到入侵到黃土土層內部的水的來源，并對其實行堵截，使得外部的水不能夠在流入土層內部；然后對受到流水入侵的黃土路基采取經濟、可靠的加固措施，保持黃土土層的穩固性、增加黃土路基的受壓能力。

一般來講，面對質地較為松軟的路基，人們在施工中有很多可采取的有效措施，比如：進行、碎石樁、旋噴樁、灰砂樁以及加入土工格柵等或是將小面積的松軟黃土換成質地更為堅硬的土。但是，這些方法只適合公路或鐵路進行線路施工之前進行。然而，有些地方的路基在經過多年的自然環境侵蝕下，或者通車多年后才發現路基軟有濕陷現象發生，原有的組織結構被破壞，線路受到變形。這種情況下，若要對其進行整治施工則較為困難，因為一旦對線路進行整治施工就會影響到整條鐵路的運營情況。

2.2 劈裂壓漿技術的原理

每一條鐵路的線路極其周邊的情況各不相同，所以在對不同的濕陷性黃土路基進行整治的方式也不盡相同，應當對每條線路、材料進行仔細分析和查看。并且，在面對濕陷性黃土鐵路路基時，應當針對其運營列車的特殊性質，應當全部或者最大可能的消除濕陷特性。

直至路基的厚度被極致壓縮或者達到飽和自重壓力外加地面的附著壓力數值小于等于此處的路基的初始壓力，此時濕陷性的路基已經被完全消除了。路基的濕陷性主要是由土層的厚度和被水侵入的面積大小決定的，所以應當把路基地面下的自重濕陷性黃土全面進行整治。

面對非自重濕陷性黃土路基，分系數等級處理。一般情況下，Ⅰ級濕陷性黃土不予進行整治；當需要整治的土層厚度1.0 至1.5m 為Ⅱ級，值得一提的是，在厚度小于1.0m 也應當進行整治，因為它也會對地面上的建筑造成危害；黨費需要整治的土層厚度1.0 至2.0m 之間時為Ⅲ級；當需要整治的土層厚度在2.0 至3.0m 時為Ⅳ級。

以下，將重點以隴海線展開對濕陷性黃土路基的鐵路路基建設為例，著重介紹劈裂壓漿技術來針對濕陷性的路基有效整治。劈裂壓漿技術遵循了路基的最小主應力面和堤軸線的方向保持相同的規律。以土體水力劈裂原理,沿線路縱向布孔,在壓漿壓力下,以適宜的漿液為能量載體,有控制地劈裂路基,在路基形成密實、豎直、連續、一定厚度的漿液防滲固結體,同時與漿脈連通的所有裂縫、洞穴等隱患均可被漿液充填密實,從而提高基床表層土體穩定性。

3 劈裂壓漿技術的應用

3.1 工程的概況

著名的隴海線天蘭復線在完工通車后僅一年后，鐵路路基就被雨水侵蝕導致了吸線路路基出現了變形情況。在05 年后，技術人員就對此段線路進行了整治，劈裂壓漿技術發揮了極大作用。先后進行了橋頭、隧道等不同地段的濕陷現象進行了壓漿整治施工。

3.2 劈裂壓漿的過程

(1)鼓泡壓密階段。漿液進入土體形成漿泡并向外擴張,使漿泡土體中引起復雜的徑向和切向應力系統,緊靠漿泡處的土體遭受嚴重的破壞和剪切,并形成塑性變形區,使土體擠密。(2)劈裂階段。漿液在壓漿壓力作用下,先后克服地層的初應力和抗拉強度,使其沿垂直于小主應力的平面上發生劈裂，漿液由此切人，擠密土體,并與土體發生物理和化學作用，形成作為骨格的漿脈。(3)被動土壓力階段。通過前兩階段的作用，土體得到初步加固，土中的軟弱面、孔隙及裂隙都被填充滿，此時漿液在較高壓力作用下，克服土的被動土壓力，擠密土體使其固結，同時漿脈周圍的土體也被壓密，形成了以漿脈網絡為骨架的復合固結土體。

3.3 如何準確計算壓漿應力

(1)砂和砂礫石地層 可按照有效應力的庫侖一莫爾破壞標準進行計算:

由于壓漿壓力的作用，使砂礫石土的有效應力減小。當壓漿壓力pe 達到下式時，就會導致地層的破壞:

隨著孔隙水壓力的增加，有效應力就逐漸減小而至與破壞包線相切，此時表明砂礫土已開始劈裂。

劈裂壓漿施工前，先是在基礎的外側周圍布設灰土樁作為帷幕，然后在灰土樁的內側靠近基礎一邊布設壓漿孔。灰土樁的作用有三個：(1)起帷幕作用，防止劈裂壓漿的漿液外竄，使漿液能夠進入到基礎底。(2)與劈裂壓漿的漿液一起，形成一道防滲墻，阻止基礎以外的水入浸路基。(3)分擔部分路基的附加應力，提高路基承載力。

3.4 施工中應注意的細節

下面僅提出幾個與此相關的問題：

3.4.1 有些漿材特別是化學漿材具有明顯的蠕變性，在恒定荷載長期作用下，壓漿體將隨時間而產生較大的附加變形。

3.4.2 當壓漿目的為防滲時，所需漿材的強度僅以能防止水壓把孔隙中的結石擠出為原則，這種情況下起作用的是結石的抗剪強度。按照抗剪破壞的原則，并假定土孔隙為有規則的平直面，如圖，則抵抗水壓力所需的抗剪強度為:

式中 C-漿液結石與孔隙壁面問的粘結力;

p-地下水的滲透壓力;d-孔隙高度;L-壓漿體長度。

今設p=10kg/cm2，d=0.51.0cm，L=100cm，代入上式得結石維持穩定所需的c值為0.025～0.05kg/cm2，此值很容易為低強度粘土水泥漿所滿足，而無需采用較高強度的漿材。

4 結論

在對天蘭線路基下沉病害的整治中，總共完成路基補強7000 米，橋頭沉陷治理16 處。通過近一年的觀察，加固效果明顯。除個別路段出現了少量下沉外，補強處理后的路基穩定，壓漿法加固濕陷性黃土路基無論是在經濟還是技術上都是一種切實可行、高效、經濟的方案。今后應擴大壓漿法路基補強的應用范圍，以確保天-蘭鐵路線的安全暢通。

[1]楊亞鋒.高分子材料在京九線橋頭路基病害處理中的應用[J].鐵道技術監督，2010(06).

[2]陳勇智，許淑珍.注漿技術在鐵路路基病害整治中的應用 [J].鐵道工程企業管理，2005(03).

[3]段銘鈺.鐵路路基翻漿冒泥的原因及整治措施[J].鐵道技術監督，2010(06).