常见铁路路基病害及路基加固技术分析

霍伟

摘 要：铁路路基是指承受列车及其轨道荷载的建筑结构，路基的质量深刻影响列车的安全运行。受地质因素、自然环境因素、列车荷载因素的影响，铁路路基容易出现老化、下沉等问题。在社会经济、交通和物流运输业的发展下，重载铁路得到了广泛应用，和一般铁路相比，重载铁路的行驶路程较远、承载的貨物较重，得到了广泛应用，和一般铁路相比，这种类型的铁路更容易出现路基病害，且发生路基病害之后对社会发展影响更为深刻。为了能够更好地促进我国铁路运输事业发展，文章以重载铁路为研究对象，在阐述常见铁路路基病害的基础上，重点分析高压旋喷桩施工技术在重载铁路路基加固中的应用。

关键词：铁路路基；病害类型；路基加固

中图分类号：U216 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）04-0046-03

Abstract： Railway subgrade refers to the construction structure which bears the load of train and its track. The quality of subgrade has a profound impact on the safe operation of trains. Affected by geological factors， natural environment factors and train load factors， the railway roadbed is prone to aging， subsidence and other problems. With the development of social economy， transportation and logistics， heavy-haul railway has been widely used. Compared with the general railway， the heavy haul railway has a long distance and heavy cargo， and has been widely used. Compared with the general railway， this type of railway is more prone to roadbed disease， and after the roadbed disease， the impact on social development is more profound. In order to better promote the development of railway transportation in China， this paper takes heavy haul railway as the research object， on the basis of expounding the common railway roadbed diseases. The application of high pressure rotary grouting pile construction technology in the reinforcement of heavy duty railway subgrade is analyzed emphatically.

Keywords： railway subgrade； disease type； roadbed reinforcement

1 路基建设发展现状

铁路运输是保证我国国民经济发展的重要基础产业，在社会经济、物流运输业的发展下，出现了重载铁路。和一般铁路相比，重载铁路在很大程度上增加了列车重量，提升了列车运输能力。但是从实际发展情况来看我国路基建设仍然存在以下几个方面的问题：第一，重载路基建设质量不高。我国铁路新线发展建设采用的以往的标准，对重载铁路路基建设缺乏足够的了解，重载路基材料的选择比较随意，无法保证列车质量。第二，原有线路病害频发。在应用原有路基建设标准的情况下，现有路基建设普遍存在性能差、强度低的问题，危害了列车现代化运行发展。第三，整治难度较大。铁路建设的快速发展使得列车车轴重和运行速度增加，使得路基状态进一步恶化，路基整治工作开展难度大。

2 常见铁路路基病害

2.1 路基下沉

铁路路基下沉是指路基在自身荷载以及外部荷载的作用下，因承载能力不足而发生较大的竖向变形。在铁路路基较大的竖向变形影响下会使得轨道出现不均匀沉降问题，在沉降问题的影响下还会出现不同程度的开裂问题，严重威胁了整条铁路轨道的安全、稳定。在铁路正常运行后一段时间，铁路路基沉降问题在一定程度上会被缓解，但是在列车荷载过大的影响下，路基开裂和沉降问题也会相应的变得更加严重。这就严重威胁到铁路的安全。

2.2 翻浆冒泥

受到列车的反复振动以及水的影响，基床表层满足一定条件的粘粒和粉粒土会出现软化、液化等现象，产生泥浆，这是另一常见的路基病害——翻浆冒泥。而翻冒通道则是指病害发生路段存在于路基和填土中上下连通的缝隙。这些缝隙在垂直方向上把道床、基床和路基连成一体，破坏了它们原有的层状结构，使它们丧失了各自的功能，从而影响铁路的正常使用。

具体来说，就是在列车反复振动的过程中，轨枕在列车反复震动作用下发生变化，在轨枕的变化下，翻冒通道中的泥浆会因受挤压而喷涌出来，喷涌出来的泥浆会形成新的块状体，这些块状体在很大程度上影响了列地铁轨道的建设。弹性降低后，基床持力层就更容易发生破坏，埋下隐患，危及货列车的正常运行。

2.3 基床外挤

路基基床外挤的主要原因是由基床土体在水和动荷载作用下产生过大的塑性变形引起的。当路基基床上层填土较薄时，在水和列车动荷载循环作用下，逐渐开始软化，进而发生较大的塑性变形，导致承载力降低，同时路基基床还会和紧密土层、刚卧层发生剪切滑动或者塑性流动，在滑动或者移动的过程中，水和列车动荷载变化会使得土体出现软化，进而出现比较明显的变形，降低土地承受力和结构的稳定性。endprint

2.4 道碴陷槽

道碴陷槽是指道床石碴压入路基基面发生的病害，是既有线路路基常见的路基病害形式，直接影响路基基床的下沉和外挤变形。道碴陷槽同翻浆冒泥、基床外挤形成的原因类似，也是在货列车振动及水的影响下，基床表层土产生软化现象，道碴陷入到软化的基床内，形成道碴陷槽。这种情况多发生于填方路段。道碴陷槽现象可以加大的帮助土中水分的扩散，一方面，使得雨水等地表水更易渗入路基土中，进而使路基土的含水量增加，强度降低；另一方面，强度的降低，使道碴在货列车的上下振动作用下更易陷入路基，陷入的道碴越多，路堤塌陷得越多，导致基床破坏现象更加严峻。

2.5 路肩宽度不足

在施工过程中，路肩受到雨水和地表水的冲击宽度不大，但是因为施工建设中没有设置排水设施，在一定程度上促进了地表水的流动和挤压，无形中带走了路肩的土壤，在土壤的缺乏下，如果路基本体内雨水积累到一定程度就会出现外渗，出现塌陷。

由上述各种病害的形式和产生机理看出，发生病害的主要原因在于路基承载力不足、侧向变形增大。重载铁路车厢载重大，对于路基的压力更大，在列车形式带来的巨大动荷载循环作用下，同时基床又处在复杂的地质环境中（主要指水的渗透），非常容易使基床表层土体逐渐发生软化现象，进而产生了一系列的病害。因此，治理重载铁路路基病害、增大路基承载能力的关键在于提高路基承载力，减小路基的侧向变形，增强基床的防渗能力。

3 常见铁路路基加固技术

1960年以来，世界各地的专家学者们在工程实践的基础上，探索出多种铁路路基病害整治及路基加固的处理方法。高压旋喷桩工法、基床换填法、土工格室法、灌浆法、水泥土复合桩法。水泥粉煤灰碎石桩法等都是在地基处理中常用的方法。下面，针对工程中常用的地基加固方法进行总结：

3.1 基床换填法

基床换填法以其可就地取材，施工简单而广泛应用在铁路路基病害整治中，是既有线路路基病害整治的主要方法之一。在基床土质不良而造成承载力不足，进而导致基床下沉、外挤，路基翻浆冒泥，或无法满足提速或重载扩能要求时，寒冷地区土体冻害时，常采用这种方法。基床换填法就是将路基本体一定范围内的软弱土层或已产生病害的路基本体挖除，改换成填充强度较高、性能稳定的材料，并经压实等处理直至满足设计要求密实度的方法。当软弱土层较薄时，可全部挖除；当软弱土层较厚时，根据计算可部分挖除。换填材料包括：中粗砂、砂卵石、碎石、灰土等，基床换填一般与土工合成材料配合使用，即在垫层中夹铺土工格室，以增加换填垫层的整体性与承载能力，或在换填垫层中夹铺两布一膜土工布，以提高换填垫层的排水防渗性能。

我国铁路由于运输异常繁忙，采用基床换填法整治路基病害时，仅适用于局部地段的病害整治，不适用于大面积的换填作业；国外铁路运输的繁忙程度远低于国内铁路，其基床换填是在拆铺的条件下，在保证临线运营安全的前提下，采用大型机械施工，效率高，施工速度快，但施工线必须停止运营。

3.2 土工格室法

土工格室法主要是指通过利用土体表面胶凝材料的硬化特性来进行土地约束、加固路基的目的。土木工程的各个领域都广泛采用这种方法，其中最常用的方法有两种，一种是根据工程需求，在施工现场应用联接栓或者强度较高的合成材料绳将土工格栅装配合成不同类型的土工格室。第二种方法和第一种方法操作基本一致，是由高强度的HDPE条带经过超声波强力焊接形成，格室的深度不能超过20厘米。第二种方法可用于坡面及冲刷防护，但其还可用于边坡稳定、层状承重结构等其他工程领域。

土工格室法具有材质轻、材料运输方便、强度高、施工周期短、施工简便、工效高等优点，并能有效地改善基床土的动应力及防止基床侧挤和道碴陷槽的发生，在我国被广泛用于基床翻浆冒泥治理、加固补强、控制冲蚀和过渡段处理等。但是，土工格室法进行路基的加固存在诸多问题，土工格室材料易破损，在空气中容易老化，破损后修复难度较大，在工程的应用中针对材料的老化周期性及后期补强也缺乏相关的经验。

3.3 灌浆法

灌浆法和高压旋喷施工法具有一定的相似性，是利用机具将均匀拌合好的浆液利用液压、气压或电化学原理，通过钻头钻孔或注浆管注入到土层中，在硬化之后产生约束作用，达到地基加固的目的。在灌浆法中，注入的浆液在土体孔隙中不断渗透，液体产生的压力会不断挤密土体颗粒，将土颗粒间或土团粒裂隙中的多余水分和空气排出。灌浆加固法适用于对既有铁路路基承载力和变形不满足要求的基床和路堤本体进行加固处理，但如果浆液扩散的范围有限，那么加固效果将不会明显。

3.4 灰土挤密桩法

灰土挤密桩法是基于复合地基原理的一种地基加固方法，在我国20世纪90年代中后期被广泛采用，适合应用在路基承载力不满足重载要求的砂质基床加固处理中，也能够被应用在过渡段下沉和路基中间的病害处理。在操作的时候，先将一些土体固化剂按一定比例，在适合的容器中充分拌和均匀，制成灰土，然后通过钻孔机具在土中成孔，进行夯实操作，制成均匀的灰土挤密桩体。灰土挤密桩法的优点明显，可以显著提高地基承载力，减小了地基变形，缺点是施工相对复杂、受外界环境影响大、不适用于含水量较高的土体。

综上所述，基床换填法、换填法、土工格室法、灰土挤密桩法等常用地基加固方法应用于重载铁路路基加固中时均存在着不足之处，尤其是在重载铁路不适用于在行车繁忙的干线或枢纽的咽喉线路，对铁路的正常运营存在着一定影响。

3.5 高压旋喷桩施工技术

高压旋喷桩施工技术是指在路基旁侧，使用钻孔机具在土层中钻孔，同时配合喷射注浆技术进行高压喷射注浆，在机械力和浆液冲击力的作用下不断将破碎的土颗粒与浆液拌合均匀，然后硬化形成具有较高强度的柱状体，达到地基加固的目的。高压旋喷桩施工技术是一种路基病害整治的新方法，一般不会影响铁路的正常运行，现阶段已经在朔黄铁路局部路基病害整治中初步使用。虽然高压旋喷桩施工技术具有鲜明的优势，对铁路的正常运行也无影响，但也具有一些缺点，主要是表现在设计和施工两方面。首先在设计方面，很大程度依靠经验，在设计参数方面也缺少理论依据。但是如果可以合理的调动人员配置、准备充足的施工机械，工程量大、施工繁冗的问题可以得到适当的解决。在施工方面主要表现为工程量较大，施工周期较长。特别是在现场施工过程中，每排水泥土桩均需要分别搭设和拆除施工作业平台、吊装施工设备，施工多排水泥土桩时就要重复多次搭设和拆除施工作业平台，多次吊装施工设备，这会占用大量的施工时间，影响施工工期。

由于缺乏系统的理论研究和大量的工程实践，对高压旋喷桩施工加固效果的评价只能通过室内试验，借助桩间土和桩体强度进而估算，对加固后路基整体承载力和沉降变形的深入评价方面仍然是欠缺的部分。因此，业内相关研究人员及施工人员很有必要对已有重载铁路使用高压旋喷桩施工技术的加固过程及方法进行认真总结，对于加固效果进行深入分析，这对高压旋喷桩施工技术桩体设计以及现场施工都将有着重要的指导意义。

同时，高压旋喷桩加固法也存在着不足之处，主要是其与常用的地基加固方法相比，高压旋喷桩施工技术应用重载铁路路基加固中具有成本低、强度高、施工速度快、可靠性高等优点；高压旋喷桩施工技术在重载铁路路基加固的过程中不会影响重载铁路的正常运行。

近年，随着高压旋喷桩在铁路路基加固中应用逐渐增多，例如在朔黄铁路桥涵的过渡段以及DK269+200～DK273+000段路基病害整治中，还有石太客运专线路基加固中均采用该技术，提高了路基承载力，减少了路基下沉引起的病害，实践证明效果良好，高压旋喷桩施工技术得到了铁路建设者的重视。由于其施工的便利性，对于解决工期迫急、质量要求高而且施工条件受限的重載铁路来说，高压旋喷桩施工技术的优势十分明显。

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