既有线重载铁路路基翻浆冒泥成因及防治措施

2014-11-27苗雷强岳祖润冯怀平

安徽建筑 2014年1期

苗雷强，岳祖润，冯怀平

（石家庄铁道大学土木工程学院，河北石家庄 050043）

0 引言

长期以来，我国既有线重载铁路在建设时由于设计水平低、施工技术差，并且仍持有“重桥梁，轻路基”的建设思路，对于路基的重要性认识不足，常常就近取土填筑路基。此外，随着重载铁路向着重载化、高速化的发展，轨道结构承受着较大的荷载，并且在降雨或地下水等水因素的作用下，路基强度急剧降低，致使既有线重载铁路路基的翻浆冒泥病害进一步加重。据朔黄铁路2008年统计资料显示，翻浆冒泥达882处之多，严重影响了重载铁路扩能改造的可行性和安全性。因此，对于重载铁路路基翻浆冒泥病害成因及防治措施的研究已迫在眉睫。

1 翻浆冒泥病害成因分析

翻浆冒泥是由于基床土体在降水或地下水浸湿软化作用下，土体强度极具下降，同时在列车动荷载反复振动作用下液化成泥浆，轨枕在列车经过时产生上下振动，对于形成泥浆的基床土体产生向上的“泵吸”力，泥浆通过道床向外窜出，如图1所示。

通过对朔黄线和北同蒲线重载铁路翻浆冒泥病害的调查分析，发现翻浆冒泥病害主要原因有以下五种。

1.1 道床脏污、板结

重载铁路路基翻浆冒泥病害大多与道床脏污程度有密切关系。重载列车上的煤渣在运输中散落在轨枕端部两侧的道床肩部，同时雨水夹杂着脏污流入道床，经列车动荷载作用，煤渣等脏污物渐渐与道碴板结成不透水的挡水层，致使道心的雨水无法排除。在对北同蒲线金沙滩段翻浆冒泥病害调查分析中发现，枕端道床含土量每年递增率为10%～15%，而道床翻浆冒泥时的含土量一般在30%左右，如不及时对道床清筛，不出三年便会发生翻浆冒泥。

1.2 养护不当、排水不畅

随着重载列车运行密度的增大，对于线路的养护时间逐渐减小。以北同蒲线为例，列车运行间隔平均为5min一趟，天窗点3个/月，每个天窗点只有2 h。对于道床上的煤渣、灰土杂物不能及时清理，致使两侧道床脏污，不能将雨水及时排出。此外，路基病害路段补充的碎石质量较差，含有大量的石灰质石料，且级配不良，在列车的冲击振动下石灰质石料破碎成粒径较小的颗粒，小粒径颗粒和其他脏污不断充填到道床的空隙中，降低了道床的弹性和排水性能。

图1 北同蒲线基床翻浆冒泥病害

1.3 基床填土的工程性质不良

路基填土的颗粒组成、矿物成分、可塑性和渗透性等工程特性对于翻浆冒泥病害的发生有着重大影响。调查分析发现，翻浆冒泥病害段的基床土体颗粒组成中粘粒含量在30%以上，粉粒含量40%以上，如果是严重风化的石质基床含量在40%以上。翻浆冒泥基床土体的矿物成分中含有大量的吸水性较强的蒙脱石、伊利石。发生翻浆冒泥的土体的液限Wl≥32、塑性指数Ip≥12。翻浆冒泥的基床土渗透系数较小，渗透系数一般为1.05×10-5～9.5×10-7cm/s。

1.4 列车轴重和速度的增加

我国重载列车轴重和速度的不断增大，致使基床产生的动应力不断增大，而基床上的动应力是产生路基翻浆冒泥的重要的诱发因素。列车经过轨枕时产生上下振动，砂性路基会产生振动液化，粘性土路基动强度降低，使被水浸泡的基床土体成为泥浆，轨枕的振动对泥浆产生向上的“泵吸”力。动应力越大，“泵吸”作用力越大，致使基床的翻浆冒泥病害进一步恶化。

1.5 温度变化等自然环境的影响

我国北方大多数地区属于季节性冻土，当气温降低时，基床土体内的自由水冻结使土颗粒周围的薄膜水向表面移动，路基土体能的水分重新分布，如果有水分补给时会形成不均匀冻胀。当春季温度升高时，上层冻土消融，下层仍然冻结形成不透水层，造成基床表层含水量较大，基床表层土体软化，在动荷载作用下形成泥浆，发生翻浆冒泥。

2 翻浆冒泥病害防治措施

对于既有线重载铁路路基翻浆冒泥病害的防治应以“预防为主，防治结合”为原则，具体应做到以下几点：首先确定翻浆冒泥的位置、规模；再次分析产生原因，对症下药；最后经验总结，做好防治工作。预防及整治翻浆冒泥病害有如下几项具体措施。

2.1 完善道床防污系统，科学养护，确保道床清洁

在重载列车车厢上加防护网，防止煤渣散落到道床上。加强路基的养护工作，对于道床清筛采取轮筛制，每2～2.5年清筛一次，严格控制清筛质量，同时对道床补充的石料质量也严格控制。

2.2 加强排水措施，完善排水系统

对排水沟进行全面清理，在基床下埋设带孔的PVC塑料管加反滤层，便于排除道床的积水。如路基坡脚低于外侧路面，应在坡脚与排水沟边缘之间做不小于2%的坡度。对于地下水位较高的路基可通过加深两侧侧沟，降低地下水对基床的影响。

2.3 改良基床土质

改良基床土质可采用浅层渗透注浆法，选用Tem-106高分子化学材料，该高分子材料与土体中的水发生化学反应生成高弹性和高韧性浆块，可以提高基床表层的防水性和抗列车的冲击性，进而防止翻浆冒泥的发生；如果翻浆严重，且深度不超过0.5m左右时可采用换填法，可用粗砂、中砂、级配碎石或加入人工材料的改良土等作为换填材料，该方法防止翻浆冒泥效果明显，但会影响列车的运营。