铁路路基病害整治方案设计.doc

铁路路基病害整治方案设计第1章 绪论第1节 概述京九线为国家级复线铁路、繁忙干线。济南铁路局管段起于临清K372+777,止于梁堤头K650+273,营业长度555.02km,路基平均高度69m, 设计最高列车速度120 km /h,现提速至140km/h,部分地段提高到160km/h。该段线路全部位于鲁西平原黄泛区,地势西南高、东北低，地面坡度1/5000至1/10000；地貌主要分为河滩高地、缓平坡地、碟形洼地、背河槽状洼地、沙质河槽地、决口扇形地、浅平洼地。路基施工时采用就地取土方式,填料为黄河多年冲积形成的粉黏土夹粉土和粉砂土,属C组填料。由于该类土特殊的工程地质特性,导致该段路基产生多种病害，严重威胁行车安全。1 京九线路基病害类型据统计，京九线聊城工务段管内路基病害类型常见的主要有10类：（1）路基成段下沉；（2）路基边坡溜坍；（3）路肩纵向开裂；（4）路基暗洞；（5）边坡冲刷冲沟；（6）路基翻浆冒泥 ；（7）道碴陷槽、道碴囊；（8）桥头护锥冲空或坍塌; （9）桥涵两侧路基沉陷；（10）水浸路基。现分述如下：（1） 路基成段下沉病害京九线聊城工务段管内K372+777K494+500线路开通验收时道床厚度在0.2m0.25m之间，开通半年后道床厚度发展到0.20m0.6m之间，一年以后道床厚度发展到0.15m1.65m之间，其特征为桥涵两侧路基大量下沉，为保持轨道原有水平面只有不断补充道碴，经过不断补碴使下沉地段的道床厚度不断增加；而大桥及特大桥有碴桥面在进行大机维修时为了使桥上轨道平面和下沉地段的轨道平面顺接造成了桥面道床厚度不升反降，这样造成有碴桥面枕下石碴越来越薄加大了列车对桥梁的冲击力，影响了设备安全。这种病害在聊城段管内K372+777K494+500范围间，仅2008年共发生线路路基下沉186处，下沉在0.20m以上的累计达36.85km。这种病害多发生在路基施工碾压不实地段和桥涵两侧。如K479+300K480+000处路基下沉处所、K408+100K408+800处路基下沉处所和孙口黄河特大桥与两端引桥之间的路基下沉地点。（2） 路基边坡溜坍病害路基边坡经雨水冲刷，土体含水量达到饱和后，从路基边坡上部、路肩中部或道床坡脚处先沿路基纵向开裂，在含水量达到饱和极限后，与路基母体分裂开的部分土体会沿有一定曲率的滑动线下滑，严重时会造成道床石碴溜淌下滑，出现轨道外部轨枕头悬空，严重影响行车安全。此种病害在聊城工务段管内从1996年至今共发生1367处，累计延长达32.87km。如京九线上行452+300K453+500曲线下股外侧路肩滑坡一处就有1.2km。（3） 路肩纵向开裂病害此种病害是路基边坡溜坍病害的先兆。雨季发生率占路基总长度的20%。此类病害最有典型代表意义的当数九八年孙口黄河特大桥桥北端下行K488+890K489+104路肩纵向开裂病害，全长214m贯穿整个桥间路基，裂纹宽度最大接近200mm左右，内外高差最大相错约100mm，一旦继续发展京九线该段线路将面临断道的危险。（4） 路基暗洞病害此种病害是雨水在路基基顶、碎石道床下面或桥涵两侧路基沉陷处排水不畅出现积水，路基受积水作用软化，道床碎石碴沉陷进路基土体中，形成道碴沉陷或道碴囊，在列车经过时的震动下碎石和积水不断相互作用下，路基道碴陷槽内的土体在积水的浸泡下和碎石碴的挤压下软化稀释，最后路基道碴陷槽不断加深，最终形成了路基暗洞。在雨水的长时间作用下；路基土体不断受到雨水的浸蚀，暗洞会越变越大，最终会使道床沉陷出现轨枕悬空，危及行车安全。此病害特征为初期在路基底部出现浑浊潜流或土质淤积现象，不易被检查发现，一旦达到容易发现时，已经造成道床石碴沉陷或轨枕悬空。此类病害自京九线开通以来至今共累计发生了891处，最有代表性的实例为1998年8月份发生在上行K479+600的一处暗洞病害，造成道床沉陷长22米，沉陷深度2.8米，轨枕悬空25根，造成线路封锁3小时。（5） 边坡冲刷冲沟病害此类病害是在急、大暴雨天气，降雨时间较短的情况下路基边坡排水不及形成的路基表面急性冲刷。一般表现为路肩变窄和从道床坡脚处开始至基底的冲沟。此种病害最为普遍，长度在一米以上、宽度.在0.4米以上、深度在0.3米以上的路基冲沟病害自开通至今共累计发生了2311处。 （6） 路基翻浆冒泥病害因含有过多的水分，使得路基急剧下降，在连续经过的列车的作用下，产生裂缝、冒泥或者鼓包等现象，我们称这些现象为翻浆。当基床土质不符合要求时，容易发生翻浆冒泥的现象，尤其是以风化石质作基床，用细粒土作路基填料，具有较大降雨量的路堤和路堑等地段，常会发生翻浆冒泥的现象。（7） 道碴陷槽、道碴囊病害此种病害是路基暗洞造成道床沉陷或轨枕悬空后，工务作业人员为了尽快抢通线路，只能临时将石碴填到沉陷处补齐沉陷量后，使路基暗洞中填满石碴，使其形成了道碴囊病害，而这种病害不易发现，往往形成碴囊积水冲出路基形成灾害。实例如前面路基病害路基暗洞经过临时处理后造成的人为道碴囊病害。（8） 桥头护锥冲空或坍塌病害此种病害发生原因是路基在修筑过程中桥头和涵洞两侧轧实度不够。该处路基在线路开通运营后在列车荷载作用下出现不均匀下沉，形成排水不良的道碴槽，遇雨水天气积水在列车荷载作用下，使稀释后的泥水沿桥涵壁下泻，长时间作用后逐渐形成桥头填土大量流失，导致护锥冲空或坍塌。典型实例如孙口黄河特大桥北引桥南桥头护锥在防洪检查时发现护锥坍塌，经拆除后发现护锥及台后填土冲空后形成的空洞面积达2m2.3m1.15m。（9） 桥涵两侧路基沉陷此种病害发生原因也是路基在修筑过程中桥头和涵洞两侧轧实度不够。桥涵两侧路基在线路开通运营后在列车荷载作用下出现较大沉降量，使线路轨道出现涵顶高两侧凹的线路病害。此病害最为普遍在京九线开通以来几乎每个桥涵都出现过这种病害。（10）水浸路基病害此种病害发生原因为工程部门在修筑路基时在就地取土时，取土坑距离路堤太近，有的取土坑在雨季积水后直接出现水浸路基的问题，在积水长时间浸泡中，会加剧路基的下沉。如京九线上行K474+050和K459+600两处取土坑积水浸泡路基造成路基出现下沉。2 课题的选择近几年来，京九线聊城工务段管内路基翻浆冒泥病害尤其突出，而且经清筛整道后很快又重新出现。经常看到的现象是原本间断性的若干个别的翻浆段经过一段时间后便连成一片，轨排出现区段性空板，少则56 根轨枕，多则4050 根轨枕。由于这种恶性的翻浆带来了低扣焊缝、轨枕失效、轨道方向偏移、轨面高低不平、钢轨硬弯等一系列病害，加剧了列车车轮对钢轨的冲击，由此形成恶性循环，严重破坏轨道结构，严重的已危及行车安全。图1-1、图1-2所反映的是京九线比较典型的2处翻浆冒泥病害。图1-1 京九线上行k494+810图1-2 京九线下行k499+950工务部门虽然采取了多种常规治理形式对路基病害进行整治,但由于路基填料不良,密实度差等诸多原因,路基发生病害依旧严重、频繁。而且不同病害的成因和形成过程彼此存在一定的联系, 翻浆冒泥往往与路基下沉、外挤等各种病害同时出现。因此,要做到根治翻浆冒泥病害,必须因地制宜、因病施治、综合治理。而常规的单一整治效果并不理想，已无法满足现场的需求。因此,积极采用新技术、新工艺对路基翻浆冒泥病害进行彻底整治是工务部门当前一项紧迫而艰巨的任务。第2节 路基现状调查本设计选取翻浆冒泥病害比较严重、具有代表性的京九线上下行k494+500k500+500区段为研究对象，对路基现状进行调查、分析，为彻底整治路基病害提供科学依据。1 填土物理力学检测指标根据采取的扰动土样测出其物理力学指标如下：（1） 天然含水量：14.87%29.60%；（2） 比重：2.702.78，孔隙比：0.7610.962；（3） 最佳含水量：14.1%16.3%，平均15.4%；（4） 最大干密度：1.631.78g/cm3；（5） 液限Wl：25.4%31.1%，平均28.3%；（6） 塑性指数Il：8.812.1，平均10.5；（7） 无侧限抗压强度：0.210.30 MPa，饱水后强度降低40%；（8） 直剪强度指标：C=15.318 kPa，=20.532.2；（9） 渗透系数：1.0410-41.110-4cm/s；（10） 重塑土的完全崩解时间：180300s。2 颗粒成分分析颗粒百分含量如表1-1所示；颗粒累计百分含量如表1-2所示。表1-1 颗粒百分含量颗粒粒经/mm含量/%颗粒粒经/mm含量/%2.00.420.050.00553.880.50.250.360.0050.0025.650.250.13.080.00211.70.10.0524.64表1-2 颗粒累计百分含量颗粒粒经/mm累计含量/%颗粒粒经/mm累计含量/%2.00.420.0571.230.599.310.00517.350.2598.950.00211.70.195.87从表1-1、表1-2可知：该填土中粒径为0.050.005 mm 的粉粒含量占53.88% ；粒径小于0.005 mm的粘粒累计含量占17.35%；粒径为0.50.05 mm 的砂粒含量占28.08%。粉粒含量大于砂粒，根据颗粒含量定名规定，该类填土应定名为：粉土。图1-3 颗粒累计曲线根据图1-3可知：该种填土的不均匀系数Cu=d60/d10=0.032/0.001=32；曲率系数（ 或称级配系数）Cc=（d30）2/（d10d60）=（0.016）2/（0.0010.032）=8。根据规范，不能同时满足Cu5和Cc=13这2个条件，属于级配不良填土，不易获得较高的密实度，工程品质不良。3 化学成份分析实验测得化学成份数据如表1-3所示。表1-3 化学成份分析pH值CO32-/%HCO3-/%Cl-/%SO42-/%Ca22+/%Mg22+/%K+Na+/%7.88.20.00.0020.0250.0420.0070.0140.0450.0720.0060.0150.0090.0140.0290.035从以上数据可以看出：该地段路基填料是一种级配不良的粉质土。该土粉粒含量高，粘粒含量少，颗粒间连接力小。干燥失水时其工程品质接近于粉砂土，强度较高，压缩模量较大，但受水饱和后孔隙水含量较大且渗透系数较小，孔隙水压力消散慢，在动荷载作用下孔隙水压力迅速增大，易析水、液化，其力学强度急剧衰减，极易形成路基病害。4 路基承载力检测现场对试验区段路基承载力进行标准贯入试验，承载力为基床表层00.7 m 范围内的承载力标准值。测得其主要数据如表1-4 所示。从表4数据可以看出：降雨量少、路基土含水量较低（平均含水量16.6%）时，路基基床表层填土承载力平均为163 kPa。据有关试验测定，饱水后强度降低40，则饱水情况下承载力约为98kPa。在动荷载作用下，饱水粉土析水承载力急剧降低，不能满足路基强度要求。表1-4 路基承载力、压实系数测试数据检测部位承载力/kPa压实系数Kh轨下1880.95道心1690.91二线间1590.87砟肩1510.87砟脚1470.85综上所述，试验地段路基填料属于级配不良的粉质土，遇水后，强度和承载力急剧下降，极易产生路基病害。第2章 路基翻浆冒泥病害机理分析第1节 翻浆冒泥病害的影响因素由于铁路路基易受降雨和地下水的影响，一旦地表水或地下水渗入地基土中，在活载的作用下，孔隙水压力不断变化，会产生翻浆冒泥和道砟陷入等整体软化的现象。路基翻浆冒泥是多种因素综合作用的结果，土质、水、温度、路面与行车荷载是影响路基翻浆冒泥的主要因素，同时还包括工程措施等方面的原因。1 土、石地质状况是基床产生翻浆冒泥的前提条件图2-1 基床土颗粒分类图据有关研究表明：基床翻浆冒泥的土质中，由于含有易软化的物质，如蒙托石、绿泥石等，是路基发生翻浆冒泥的最直接的原因。另外，土质具有颗粒细小、透水性差、亲水性强、遇水软化膨胀、脱水收缩龟裂等特性，也是发生翻浆冒泥的前提条件。例如京九线聊城菏泽段的粉性土具有极强的冻胀性，最容易形成路基翻浆冒泥病害；粘性土的毛细水上升虽高，但速度慢，只有在水源供给充足且冻结速度缓慢的情况下才能形成比较严重的路基翻浆冒泥；粘性土和粉性土含有较多腐植质和易溶盐时，则更易形成路基的翻浆冒泥；粗粒土在一般情况下不易引起路基翻浆冒泥，但当粗粒土中粉粘粒含量超过一定量以后，冻胀性明显增加，也能形成路基翻浆冒泥。土的颗粒组成直接影响着路基基床病害的发生。图2-1为颗粒分析的三因分类图。没有画阴影线的颗粒组成的土很少存在基床病害, 而阴影部分的土最容易发生基床病害。2 气温和水是构成翻浆冒泥的必要条件京九线聊城工务段管辖范围内地处温暖带半湿润季风性气候区域，所经之地地表水和地下水源丰富，全年降雨量主要集中在69月份，约占全年降雨量的百分之八十多，汛期年平均降雨量在600mm655mm。降雨特点是突发性强，历时短，雨量大，时空分布不均，破坏性强。路基的翻浆冒泥过程，实质上就是水在路基中迁移、相变的过程。水是发生翻浆冒泥的必要条件，没有水的存在也就没有翻浆冒泥的产生。由于水的作用，才会使土中易软化的物质加剧。由于水的侵入，土体膨胀软化，道砟被压入填土层，形成道砟陷槽，在水作用下填土软化范围逐步增大，进而在列车荷载反复作用下泥浆被吸入或挤出道床。因此，水是发生翻浆冒泥的诱因。没有一定的冻结深度或冰冻指数，难以形成冻胀和路基翻浆冒泥。而在同样冻结深度或冰冻指数的条件下冻结速度和负气温作用的特点对路基翻浆冒泥的形成有很大影响。3 列车动力作用是加剧翻浆冒泥的重要条件图2-3 路基面受力与列车速度的关系图图2-2 基床变形与运量的关系图如图2-2、图2-3所示，路基翻浆冒泥病害是通过列车荷载的反复作用最后形成和暴露出来的。土在重复荷载下，由于重复动力作用，路基土的塑性变形不断积累而造成基床变形和破坏，列车的高速重载会加速这种塑性破坏。当其条件相同时，在翻浆季节，运量愈大、车辆愈重则路基翻浆也会愈多、愈严重。聊城管段内京九线自九六年开通运营以来历经6次铁路大提速，至今客货运量比刚开通时翻了3翻还多。 4 其它原因（1） 劣质道砟或道砟不洁，以及外来物质脏污道床阻碍排水而造成道心积水，导致线路脏污，日久积水渗入路基，在列车重复荷载下发生翻浆冒泥。（2） 道床厚度不足。道床厚度不足会使道床弹性变差、路基受力不均、压强增大；道床石砟侵入路拱，路拱的砂子也会侵入基床，造成路拱变薄，降低排水效果，道心积水或使道床和路基塑性变形，产生轨道空板。列车的重复动载对道床和路基反复冲击和吸附，使吸水饱和的淤泥穿过道床翻上线路。（3） 路拱因翻浆冒泥而被彻底瓦解。翻浆冒泥使路拱瓦解消失，无法将路基面以上的水排出线路。当水渗入路基后，在列车的重复动载作用下形成更严重的翻浆。（4） 路基土体土质不良。第2节 翻浆冒泥病害的分类参考有关研究、结合现场调查，路基翻浆冒泥病害主要有以下分类：1 根据基床土质岩性和地下水情况分类 土质基面翻浆常见于路堤和土质路堑无地下水或地下水不甚发育区段。由于基床为粘土、粉质粘土等不良土质且不密实，在降雨和活载作用下翻浆冒泥进入道床。一般在雨季或春融后翻浆，旱季少见。 岩质基面翻浆基床由泥质软岩构成，在雨水、活载和道床研磨作用下翻浆，泥浆主要来自基面，软化层较薄，仅能形成浅砟囊，下部岩层仍很坚硬。一般在雨季翻浆，旱季停止。 裂隙泉眼翻浆多发生在山区和丘陵区的路堑处或隧道内，地下水较发育地段。泥浆内裂隙水和软岩风化物在抽吸作用下形成，由压力水带至基面污染道床。翻浆常年不断，雨季更为严重。 下沉挤出基床土质呈软塑状态，向边坡或侧沟挤压。雨季中下沉速度加快并不再表现为翻浆。在上述四种病害中，前三种属于局部的翻浆冒泥，而后一种属于整体的软化，造成的危害也最大。2 根据水源情况分类 地下水类受地下水的影响，土基经常潮湿导致翻浆。地下水包括上层滞水、潜水、层间水、裂隙水、泉水、管道漏水等。潜水多见于平原区，层间水、裂隙水、泉水多见于山区。 地面水类受地面水的影响使土基潮湿导致翻浆。地面水主要指季节性积水，也包括路基、路面排水不良而造成的路旁积水和路面渗水。 土体水类因施工遇雨或用过湿的土填筑路堤造成土基原始含水量过大，在负温度作用下使上部含水量显著增加导致翻浆。 气态水类在冬季强烈的温差作用下，土中水主要以气态形式向上运动，聚积于土基顶部和路面结构层内导致翻浆。 混合水类受地下水、地面水、土体水或气态水的共同作用。虽然路基翻浆冒泥病害表现形式不同、类型有别，但其构成的条件和形成后对线路的危害情况却大致相同。对照以上分类标准，本设计试验段路基的翻浆冒泥属于地面水类土质基面翻浆。第3节 翻浆冒泥病害机理分析既有研究根据开挖和行车过程中观察到的翻浆冒泥状况，把翻浆冒泥的形成过程归纳为三个阶段：泥浆挤压上升阶段、挤压抽吸联合作用阶段和翻浆冒泥形成阶段。1 挤压上升阶段铁路竣工或刚刚大修后，道砟洁净、基面平整、排水通畅，不会发生翻浆冒泥。但随着运营时间的延长，由于基床铺有亲水性粘性土或存在易风化亲水的软质岩，在列车动荷载反复作用下，使基床面产生不均匀沉降。一旦雨水下渗浸入基床，便在凹洼处积水，在动荷载作用下道砟反复与土层相互作用，使基床面土层软化形成泥浆。泥浆沿道砟孔隙上升，这是翻浆冒泥形成的初期阶段。如果该阶段有连续降雨发生，基床面土层不断泥化，使道床中的泥位不断挤压上升。当没有水源补给时，过一段时间，道床中的泥位便停止上升并干枯凝结，道床形成板结层。这一阶段泥浆一般不会从道床面挤出。2 泥浆挤压抽吸阶段图2-4 翻浆冒泥形成过程图如图7所示，第一阶段形成的板结道砟层并不十分密实，在干燥时会产生收缩裂缝，一旦降雨，雨水还会渗入基床面，再度使基床面产生泥浆。泥浆在这时上升受到两种力的作用，一种是挤压力；另一种是抽吸力。这两种力的成因是由于泥化道砟层形成一个相对密闭的板结层，板结层对封闭的泥浆加压，使孔隙泥浆水压力加大，受压的泥浆便沿道砟中某些胶结弱的孔洞冒到原胶结层之上。所谓抽吸作用是因板结的道床层在车辆反复作用下上下往复振动，当板结层抬升时，枕下路基面处局部形成真空带，便把周围水和泥浆吸到枕下真空处。一旦板结层下压使孔隙水压力加大，泥浆便沿孔洞上升，这就是以挤压抽吸联合作用形成泥浆上冒的第二阶段。3 翻浆冒泥形成阶段地表水下渗，基床软化，泥浆被挤压抽吸上升反复进行使道碴板结越来越严重，对枕下的封闭越来越密闭，产生的孔隙水压力越来越大。因此，泥浆在密闭的道碴板结层中仍能沿某些孔洞上升，直至使泥浆漫溢道床、掩盖轨枕，并使道床积水、杂草生长，这就是翻浆冒泥形成阶段。翻浆冒泥形成后再翻浆时，从浆液来分可分为：小循环翻浆、大循环翻浆和复合型翻浆三种类型。（1） 小循环翻浆所谓小循环翻浆，是指因降雨时间短、雨量小，水只能渗入到泥浆板结道床中，由于火车的荷载作用在己经泥化的碴层中产生泥浆翻冒到道床表面，造成泥浆飞溅。从浆液颜色上看好像是基床浆液，这实际上是道床翻浆，不会影响基床的稳定性。（2） 大循环翻浆所谓大循环翻浆，是因为在长时间降雨过程中从板结道碴底部翻出的泥浆的现象称大循环翻浆。这种浆液的产生仍是降雨所引起。板结的道碴尽管渗透系数很小，但雨水无孔不入，长期降雨雨水总会渗到基床面软化土体形成泥浆。在密闭道床更大的抽吸力、挤压力作用下把泥浆挤向道床表面。在循环过程中泥浆不断抽出，使道碴下陷形成道碴囊。碴囊不断积水土体进一步软化，一旦侧向挤压力超过土体抗剪强度便产生路肩挤出，使基床失稳造成事故发生。（3） 复合型翻浆冒泥所谓复合型翻浆冒泥是在一个地点小循环和大循环同时产生，在连绵雨季往往会发生复合型翻浆冒泥。在这种情况下，往往是以大循环为主，泥浆主要来自基床面，其危害与大循环翻浆冒泥相同。第3章 翻浆冒泥病害探测与检测 为了对路基翻浆冒泥病害进行彻底整治，必须准确检测病害状况，分析病害成因。根据铁路既有线的特点，路基检测应不干扰或少干扰行车。为此，需采用的检测手段应力求准确、可靠、快速，为病害整治工作提供准确可靠的信息。现场可采用动力触探、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 典型地段开挖横沟全面了解路基的几何特性 2 采用探地雷达法和瞬态面波法对试验区段内的路基进行大面积的扫描检测探地雷达法具有直观反映道床几何形态、表层分辨率高的优点，可以探明路基结构的分层；探测路基病害类型、程度和具体位置用于分析道床、路基各个土层的地质情况；探地雷达测出的结果是基床的电性参数而无法给出路基的力学特性。而瞬态面波法表层状况由于石砟的散射和高频信号的限制不能精确的反映，探地雷达方法可弥补瞬态面波法的不足。瞬态面波方法对在土中频散曲线比较平滑，能够准确反映路基土的力学参数，随深度的变化，测试的深度也比较深，弥补了探地雷达方法不能反映路基土的力学参数和测试深度浅的不足。在路基病害测试中最关心的是路基表层和其下路基土的承载能力，所以两种方法结合、优势互补，能够达到路基测试目的。3 利用动力触探对路基强度、刚度等参数进行分析动力触探分为重型动力触探和轻型动力触探两种。重型动力触探主要反映路基土的力学性能，以击数10cm-1来反映路基各个位置的力学性能指标。击数越高，说明土质性能越好，强度也越高。可以从不同深度位置来测试出不同深度下土的力学性能以分析路基状况。轻型动力触探与重型动力触探原理相似，只是后者以击数30cm-1来反映路基各个位置的力学性能指标。针对既有线路的特点对路基测试应遵循：原位（动力触探）和区段测试（地质雷达、瞬态面波法）相结合的方法，这样可准确对既有路基的状况做出一个综合的评价，为路基病害的处理提供基础资料。第4章 整治方案设计翻浆冒泥病害的整治方法应从改变路基填料、阻止水分侵入、提高路基强度和刚度这三个方面入手。常用路基病害处理方法原理见表4-1。表4-1 常用路基病害处理方法原理处理方法改变路基填料改善填料结构阻止水分侵入提高路基强度和刚度换填法封闭基床压力注浆化学加固土工合成材料注:标注者代表具有此功能。第1节 方案选定路基翻浆冒泥病害的整治办法有很多,如：清筛法、换填法、压浆法和封闭基床法等等。但同一线路的不同区段的路基填料不尽相同,产生病害的部位、原因不同, 而且路基病害的成因和形成过程彼此存在一定的联系,翻浆冒泥病害往往同时与基床下沉、外挤、道砟陷槽等病害并存。因此，必须科学分析病害的特点,采用切实可行的整治措施。否则,病害会重新出现或引发新的路基病害类型。翻浆冒泥病害处理技术复杂多样，常用路基翻浆冒泥的整治方法适用范围及各种整治方法优缺点对比见附录1、附录2所示。工程实际中，为了取得理想的整治效果，应尽量减少对行车的干扰，通常采用两种或两种以上的综合措施进行整治。传统的整治翻浆冒泥病害方法如：清筛法、换填法、压浆法和封闭基床等方法因存在病害处理不彻底、易反复的缺陷，在现场已很少采用。如何找到一种更加简便、有效的病害整治方案就成为工程技术人员的一项新课题。新技术、新工艺、新材料的不断出现为整治路基病害提供了新的思路。近几年来，土工合成材料和高分子材料在铁路路基病害整治中得到了应用与发展，正逐渐取代传统的整治办法而成为路基病害处理的首选。土工合成材料和高分子材料在京九线聊城至菏泽区段的研究、应用起步较晚，为验证使用效果，我们选定2处有代表性的路基翻浆冒泥病害地段进行整治试验。通过对病害现状详细调查，经过对多种整治方法综合对比分析，最终确定以下整治方案，如表4-2所示。表4-2 实验段翻浆冒泥病害整治方案方案试验段里程病害现状整治方案方案一京九线上行k494+500-k494+900局部翻浆冒泥，集中发生的有5处，每处1020m不等挖除翻浆基床土，换填三七灰土，在基床上铺设土工合成材料方案二京九线下行k499+700-k500+000道床严重板结、脏污、排水不良，翻浆冒泥严重并伴有道心暗洞、道砟陷槽等病害在原有基床上层泼洒P.P.T改良土第2节 土木合成材料整治翻浆冒泥实施方案：将翻浆基床挖出后夯填三七灰土，在基床上铺设土工合成材料以起到提高路基强度和阻止地表水侵入的目的。1 土工合成材料的选用土工合成材料是土木工程应用的合成材料的总称。作为一种新型的土木工程材料，它是以人工合成的聚合物（如塑料、化纤、合成橡胶等）为原料制成各种类型的产品，置于土体内部、表面或各种土体之间，发挥加强或保护土体的作用。土工合成材料具有原料丰富、质轻、强度高、抗变形模量大、耐腐蚀等优点。在市政、水利、建筑、交通和环境工程中得到了广泛的应用，起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。目前应用于铁路路基病害整治中的土工合成材料有：土工防水膜、土工防水膜板、土工格栅、土工格室、土工带、复合土工膜等。京九线上行k494+500-k494+900引发翻浆冒泥病害的水源为大气降雨,因此应选用不透水的土工防水膜,以阻止地表水浸入软化基床。土工防水膜具有以下性能和特点：（1）土工防水膜以高分子材料拉成纤维，按不规则排列，采用机械处理和化学粘结，在其上面敷设不透水的材料。（2）土工防水膜选用不透水型土工纤维以便快捷排水，防止水进入基床土软化基床。（3）土工防水膜必须上下铺设砂垫层，起到防止石砟刺破土工纤维、均匀传递应力和保持良好的排水性能的作用。（4）土工防水膜隔离了地表水，使其不能渗到基面以下，从而防止基面软化或风化、降低基床含水量、提高基面承压强度，同时对孔隙水压力起到消散作用，使道床与基床隔开，防止道砟与基面土互相掺和。2 工程技术质量标准及要求（1）保持路基面内高外低，以利于排水，坡度为45%，路肩不得存在外高内低阻水现象，必要时要适当降低路肩标高。（2）砂垫料应选用中粗砂,含泥量小于5 % ,上层砂垫层厚度不小于100 mm，下层砂垫层厚度不小于50 mm，总厚度不小于200mm。（3）土工防水膜抗拉强度不应小于6.0MPa，延伸率不应小于15%，冲压强度不应小于1.5 MPa。（4）土工防水膜铺设深度要求土工防水膜如埋置过深，则对横向排水不利，势必要削低路肩，增加道床厚度；如埋置过浅，则材料承受压力较大，土工聚合材料易被拉破或被大型机械化作业车破坏。有关试验结果表明：道床应力在枕底以下至350mm处急剧减少，而在此深度以下减少较缓。因此土工防水膜埋置深度定在350400mm处较合适并不应小于道床标准厚度。（5）土工防水膜铺设宽度要求土工防水膜铺设宽度应满足轨道与列车等上部荷载作用于路基面的应力分布宽度（即沿轨枕两端头底面起以45 扩散角传力至路基面）,且不外露于道床。 根据土工合成材料的铺设深度,现场铺设宽度以3. 84.2 m为宜。（4）土工防水膜接缝处理土工防水膜的接缝处理是施工的关键程序，直接影响防水膜的使用寿命。接缝的处理主要有三种方式：a 搭接横向连接处搭接宽度一般6080mm为宜，纵向搭接宽度不应小于60 mm，表面平整物褶皱。搭接时应按线路纵坡高端压低端，防止地表水从接缝处渗入。b 热焊。热焊是防水膜相接的表面加热处理，使之表面溶化，然后通过压力使之融合成一体。焊缝处应保持清洁、干燥，不能有油污、水分、尘土等。土工防水膜焊应选用具有一定经验的技术人员操作，接时应使用专用焊接机进行焊接，调整好温度与速度。焊缝搭接宽度不应小于100mm。c 粘接。使用专用工程胶进行粘接。现场施工时应尽量不选用粘接，粘接接头经长时间水浸泡易开胶，防渗效果差。（5）土工防水膜在运输和存贮过程中不得、拖拉、硬拽、磕碰，避免尖锐物刺伤和曝晒。（6）基床换填土技术要求： 换填土必须使用三七灰土。三七灰土为石灰和土的体积比3：7，即1m3三七灰土中生石灰粉360kg，粘土1120kg。 石灰最好选用磨细的生石灰粉或块灰浇以适量水经放置24h成粉状消石灰。消石灰必须用610mm的筛子过筛，粒径不应大于5mm，不得夹有未熟化的生石灰块，也不得含有过量的水分。封锁线路清砟装筐移出轨枕清除污砟开挖翻浆基床土夯填三七灰土铺设底砂铺设土工防水膜铺设面砂回填道砟夯实道床移回轨枕整修线路正点开通 拌制土应尽量选用粘性土，土中不得含有有机杂质，土料应使用1620mm的筛子过筛，粒径不应大于15mm。 灰土应搅拌均匀、颜色一致。严格控制灰土含水量，最佳的含水量为1623%。现场检验方法是用手紧握成团，两指轻捏即碎（亦即手握成团，落地开花）。灰土必须随拌随用，不得隔日使用。 三七灰土施工温度不应低于5，铺设厚度不应小于100mm。换填三七灰土应分层夯填，虚土高度不大于 250mm，夯实后厚度达到150mm。夯填后灰土外露部分及时用草苫覆盖，3日内不得受水浸泡并防止日晒雨淋。3 施工流程图4-1 铺设土工防水膜施工流程图（1）铺设土工防水膜施工流程如图4-1所示。补砟起道捣固达到设计标高图4-2 线路抬道整修流程图（2）线路抬道整修如图4-2所示。4 施工步骤和方法（1） 前期准备工作 线路两侧搭设施工平台，在其中部安装爬坡机。将石砟、砂子、三七灰土装袋运至施工地点对应的路肩上码放整齐。 对作业地段的无缝线路单元轨条进行应力放散。 封锁施工前一天，根据技术人员的现场放线，预开挖两线间石砟至设计高程，临时回填装有三七灰土及砂子的编织袋。 对边坡石砟进行削坡，开挖坡角，钉竹排至设计高程。每隔10m挖开一处道床找出原路拱面，确定路肩标高。开挖路肩顶面下300mm深的粉砂土,换填三七灰土并做好排水坡。土工防水膜双线路基中心线45%本线中心线上层砂垫料下层砂垫料三七灰土图4-3 土工合成材料铺设示意图（2） 封锁点内施工程序（如图4-3所示） 拆除轨枕，存放在不影响施工和邻线行车的地段，挖除的清洁道砟装筐备用，污砟抛至路基以下。 挖除翻浆受损基床填料，将土方填料翻挖至路基外。 压实路基本体。在回填之前，先用蛙式夯将路基表层充分压实，压实系数达到要求后才能进行分层回填三七灰土。 分层回填，夯筑密实。将搅拌均匀的三七灰土回填到原处并充分夯实，检验压实系数达到了97%后才能进行下一层的回填。顶层做好45%排水坡。 在路基顶面铺设底层砂垫料, 找平、拍实，厚度达到100mm。 在底层砂垫料上铺设土工防水膜。铺设时将土工膜拉平，不要有皱折和重叠，防止积水。最后在土工膜上方铺设100mm上层砂垫料。 回填石砟，有条件时应更换优质花岗岩石砟，穿入轨枕，拧紧扣件，恢复道床断面尺寸。 补砟、起道捣固，整修线路达到开通条件。5 应用效果该地段经换填三七灰土和覆盖土工防水膜整治后，线路高程达到设计要求，路肩达到标准宽度。近2年内对线路进行了多次检测，路基状态稳定。施工中不断优化的施工方案，采用新技术、新设备、新材料、新产品减轻了劳动强度与工作量，最大限度地减少了封锁线路对行车组织的影响确保了行车安全。（1）优化施工组织、施工管理创新。结合京九线作为繁忙干线的实际，施工中采用了“集中力量、上下行错开、精心准备、连续施工、流程管理、衔接紧凑”的方案。最大限度地缩短了列车慢行时间并压缩了施工封锁次数和封锁时间。（2）维修天窗施工前预开挖上下行线至设计高程并堆码砂袋，减轻了封锁地段清砟及运料的工作量，减少了施工对邻线的影响，解决了无法利用测量确定高程的问题。（3）道床坡脚竹排预埋在开挖设计宽度与深度位置，施工中沿上下行线间砂袋的底边挖至竹排,即可达到设计的宽度与深度，而且底面平整、排水坡符合设计要求。第3节 P.P.T高分子材料整治翻浆冒泥实施方案：在原有基床上层泼洒P.P.T改良土，以提高路基强度和防渗性能。1 P.P.T高分子聚合筑路剂的研制京九线粉质土路基产生病害一个主要的原因就是土体的黏粒含量低,颗粒间粘接力小,导致土体松散,水稳定性差。而高分子聚合物加固土的结果正是提高土粒间的联结,形成稳定的空间结构,从而提高土的强度和水稳性。为了选择适合粉质土的高分子材料,先后对丙烯酸盐、脲醛树脂、糠醛苯胺树脂、聚乙烯醇水玻璃、聚丙烯酰胺等多种材料进行了试验研究。通过大量的室内外试验,研究出一种针对粉质土的P.P.T( Permanent Polymer for Traffic)高分子聚合筑路剂的新材料和新工艺。2 P.P.T高分子材料的工程特性P.P.T材料是一种新型的高分子土工聚合材料,液状、可溶于水、无毒、反应速度可控,由主剂、胶粘剂、促凝剂、引发剂、溶剂等组成。其主剂是一种有机电解质单体,在引发剂和促凝剂作用下,发生自由基聚合反应,经过链的引发、链的增长,分子量骤然增大,在极短时间内聚合成不溶于水的网状大分子凝胶体。形成的立体网状结构,包裹土体,将土颗粒紧紧连结成一个整体,改善天然土的基本性能,使土体具半刚半柔的特性,强度及抗渗性能显著提高。P. P. T高分子材料性状见表4-3所示。表4-3 P.P.T材料性状单体水溶液的性状聚合物凝胶的性状pH值密度/ ( g/ cm3)粘度/厘泊外观溶解性稳定性碱渗透系数/ ( cm / s)腐蚀性水有机溶剂6.06.51.114.0白色凝胶不溶不溶稳定2 10 - 8无毒、无腐根据有关试验数据,利用P.P.T材料改良黄河冲积形成的粉质土,具有以下优点：(1)无侧限抗压强度高 15h后土的无侧限抗压强度由未改良的53kPa提高到改良后的420 kPa。(2)渗透系数低由1.107 10- 4 cm / s降至3.3410- 6 cm / s。(3)韧性好P.P.T材料在韧性方面的性能是其他刚性材料所不能及的,在路基产生不均匀沉降时,它伴随产生一定的形变而不发生脆性断裂,从而大大延长了改良后基床的使用寿命。(4)抗冻融P.P.T聚合土在-2020范围内经过5个冻融循环后,强度衰减很小。(5)抗老化性能好室内试件3d紫外线照射下,无侧限抗压强度为1164MPa；现场取芯老化3d，无侧限抗压强度为1176MPa。可见, P.P.T高分子材料具有强度高、韧性好、抗渗性能强、抗冻融、抗老化、无毒、无腐等诸多优点,是一种理想的土工加固剂，见表4-4，表4-5所示。表4-4 P.P.T土质改良试验对比材料名称无侧限抗压强度kPa（h）渗透系数/（cm/s）水中崩解情况PPT聚合土420（15）3.3410-6不崩解原状土击实531.10710-4崩解表4-5 P.P.T聚合土与三七灰土性能指标对比项目名称无侧限抗压强度（28 d 后） /kPa渗透系数/（cm/s）P.P.T聚合土三七灰土P.P.T聚合土三七灰土自然养护10187405.410-64.710-5自然养护后饱水1h940540/-2020 冻融5个循环后780/紫外线照射条件下2020/紫外线照射3d，饱水1d 1008/封锁线路清砟装筐移出轨排清除污砟开挖砟囊、暗洞、陷槽铺设山皮土泼洒P.P.T料、拌匀夯实铺设砂垫层回填道砟夯实道床移回轨排抬道整修开通线路图4-4 P.P.T改良土施工流程图3 施工流程泼洒P.P.T高分子材料进行基床处理施工需封锁要点大揭盖。处理基床厚度为100mm，掺入P.P.T材料的粉土路基,用蛙式打夯机夯实一遍，每施工单线25m线路需3h左右（含大揭盖及恢复线路时间）。大揭盖施工方法简单、工艺成熟、质量可靠、安全有保障。施工流程如图4-4所示。（1） 施工前准备工作 使用列车调运封顶用山皮土一侧600立方，并清除施工地段山皮土，装袋至施工地段的坡脚下。先在将要施工地段边坡设置马道，以便施工人员上下各行其道，马道宽度、条数，搭置方法视实际情况而定。 砂子装袋堆码放在下行线将要施工地段的坡脚下。 清除施工地段边坡、道心、两线间道床多余道碴部分，用筐装运至邻线路肩上，并将次日施工用料运送到位。施工驻站人员根据路局施工计划提前一天到台前站提报次日施工计划，车站值班员请示行调后，给出次日预计封锁时间。（2） 施工慢行前准备工作 驻站人员提前2小时按路局施工计划到台前站登记要点，施工人员提前2小时到达施工现场，在路堤边脚下配制P.P.T材料及水泥土（按路局设计院岩土公司技术标准），由岩土公司制定、制作，装桶放置在施工地段南侧路肩上。 施工慢行前作预备工作时，将两线间道床（靠施工地段侧）道碴翻至邻线枕木内侧端部或道心内（以不防碍邻线行车为准），并在两线中间用厚5cm 、高60cm、长4m木板挡住邻线道床石碴。 施工前调试机械、电器设备，检查电缆、插座等，确保无误。（3）施工步骤、进度及程序施工步骤如下： 施工顺序为由北往南，每日施工12.5m，之后如作业程序熟练、人员机具准备充分每日可施工可延长至25m。 在封锁前慢行（25km/h）一小时内清除施工地段道心内及边坡清碴（以不影响行车安全为准），装筐运至施工地段北侧路肩上。轨道全部松动轨枕螺栓及钢轨螺栓，并隔一拆一（两股钢轨位置相错）螺栓扣件，装筐运至邻线路肩或未施工地段两线间。 封锁开始后全部拆除施工地段线路轨道，运至施工地段南侧轨道内，扣件装筐运至未施工地段两线间。 清除道床清碴，装筐运至施工地段南、北侧轨道上，直到清碴全部清除。 继续清除道床混碴或砂垫层、泥碴、基层污土，翻至施工地段坡脚下，直至清除彻底。其原有灰土路肩不拆除，抓松面后覆盖山皮土。 采用流水作业法，当混碴、污土等清出一段时，组织人员从坡脚下顺马道运土，平整后夯实山坡土至标高，并整修一面坡（按设计坡度2%）。用宝马夯实，密实度达到应有的密实度。（路肩边线及两线间应设观测桩，掌握路肩标高） 采用流水作业法，当一段山坡土夯实至标高时，将路肩水泥土运至山皮土面上，均匀后约15cm厚洒P.P.T材料，耙均匀后夯实，整平做出2%坡度（由岩土公司操作）。 采用流水作业法，当一段P.P.T混合土夯实完毕后，组织人员从坡脚下运袋砂至P.P.T封层上，均匀5cm厚。 采用流水作业法，当一段路基整治完毕后，回填清碴至封层上25cm厚。 铺设线路轨道，联结扣件螺栓。继续回填清碴，清除线路全部障碍物，拨正轨道、捣固达到慢行条件（15km/h），交点开通线路，第一次列车限速15km/h，第二次列车限速25km/h，第三次列车限速45km/h，至次日要点。详细施工作业程序见附件3。4 流程工艺施工工艺流程如下： 移除钢轨、轨枕。 挖除道床石碴，下沉部分先铺垫路基加高土料并夯实。 刨松或在路基顶面铺垫1015cm厚的基顶土。 将配合好的P.P.T混合液均匀的洒入刨松的土壤中，用带齿的耙子或铁锹拌和均匀，如图4-5所示。 将P.P.T混合土用蛙式打夯机（气夯）夯实，并顺出不小于2%的排水坡度。 在夯实好的路基顶面上再泼洒一层P.P.T混合液，具体用量可根据现场情况决定。图4-5 泼洒P.P.T高分子材料现场作业图 在处理好的路基顶面上再铺垫一层510cm厚的沙垫层后，回填道床石碴。 铺设轨枕、联接钢轨，上齐轨道口件。 养护整修线路，经施工负责人回检线路几何尺寸达到规定标准后，限速开通线路。施工作业中需要使用的工机具材料见附件4。对于施工后残留在道床中的P.P.T材料，因数量较少且材料韧性较好，不会对道床形成新的板结病害。如果既有道床底层石砟板结严重，P.P.T材料无法下渗，材料亦可在板结层表面形成一层凝胶封水层，防止雨水下渗。根据对京九线的现状调查，道床普遍较厚，路肩标高远低于原设计标高，所以P.P.T材料在道床板结层凝胶后不会在道床内形成排水逆坡，完全可以达到封水、排水的目的。5 应用效果从使用情况看,利用高分子聚合筑路剂改良后的基床强度提高特别快,封闭层施工完毕后便可立即恢复线路,并达到通车要求。改良土经过24 h以后用铁锹等工具击铲,有明显的强度。现场取土样用手掰时感觉有一定的韧性。P.P.T高分子材料改良土体的工艺具有施工快、操作简单、胶凝时间可调、处理厚度薄（一般10cm）等诸多优点，特别适合目前铁路客货车流量大、要点时间短的情况，从而在影响行车时间方面比其它传统工艺更具有优越性。实践证明:改良后的土体具有韧性好,抗渗、抗冻融、抗老化等特点，处理后路基强度大幅提高，抗渗性能增强，无下沉现象。线路平面、纵断面、几何尺寸保持良好，从根本上解决了水害对基床土体的破坏，达到了根治路基翻浆冒泥病害的目的。第5章 结论1 结论京九线聊城至菏泽区段路基病害主要类型为翻浆冒泥，每年雨季尤为严重。工务部门每年