探析濕陷性黃土鐵路路基整治技術(shù)

（中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

1 濕陷性鐵路路基的分布與形式

眾所周知，橫貫我國(guó)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(guó)的西北和華北地區(qū)，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(xiàn)在我國(guó)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(qiáng)度很高，很難進(jìn)行壓縮，然而一旦遇水后，水會(huì)迅速地鉆入黃土內(nèi)部的空隙里，這時(shí)的黃土就會(huì)迅速變形。

技術(shù)人員通過(guò)對(duì)黃土樣本的實(shí)驗(yàn)分析后得出，黃土內(nèi)部的天然的孔隙和含有的易溶鹽使得黃土在遇水后會(huì)迅速的變形甚至塌陷。大量的可溶鹽經(jīng)過(guò)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(shí)的黃土是不易滑動(dòng)的，外加重力作用，黃土被實(shí)實(shí)的壓實(shí)，此外，碳酸鈣等物質(zhì)同時(shí)會(huì)發(fā)揮粘結(jié)的作用，使得黃土在干燥時(shí)具有強(qiáng)度高、壓縮性低等特點(diǎn)。但是，一旦有水進(jìn)入黃土土層后則會(huì)發(fā)生極大的變化，附著在孔隙四周的膠結(jié)鹽等物質(zhì)會(huì)迅速的溶解，從而降低了黃土土層之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)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(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)，孔隙的面積不斷縮小，黃土杏兒被壓實(shí)，濕陷現(xiàn)象從此開(kāi)始。在這種路基上面行駛列車，在行駛速度較低時(shí)，對(duì)行駛基本不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，然而，當(dāng)代列車的行進(jìn)速度在不斷的刷新，行駛速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了以往，這時(shí)在黃土濕陷性路基上行駛，機(jī)床的表層部位則會(huì)嚴(yán)重的影響列車行駛。

2 如何對(duì)濕陷性黃土路基進(jìn)行正確施工

2.1 面對(duì)濕陷性黃土路基的總體方向

面對(duì)遇水后極易塌陷的黃土路基的狀況，國(guó)內(nèi)以及國(guó)外許多專家都進(jìn)行了許多技術(shù)試驗(yàn)，尋求更好的施工技術(shù)來(lái)整治黃土路基的濕陷性，加強(qiáng)其穩(wěn)固性。因?yàn)?，很多施工在黃土路基之上的建筑在遇水后會(huì)發(fā)生路面變形，使得建筑物受到破損。專家在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，面對(duì)這一狀況，若在黃土路基上進(jìn)行施工，應(yīng)當(dāng)在第一時(shí)間找到入侵到黃土土層內(nèi)部的水的來(lái)源，并對(duì)其實(shí)行堵截，使得外部的水不能夠在流入土層內(nèi)部；然后對(duì)受到流水入侵的黃土路基采取經(jīng)濟(jì)、可靠的加固措施，保持黃土土層的穩(wěn)固性、增加黃土路基的受壓能力。

一般來(lái)講，面對(duì)質(zhì)地較為松軟的路基，人們?cè)谑┕ぶ杏泻芏嗫刹扇〉挠行Т胧热纾哼M(jìn)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(zhì)地更為堅(jiān)硬的土。但是，這些方法只適合公路或鐵路進(jìn)行線路施工之前進(jìn)行。然而，有些地方的路基在經(jīng)過(guò)多年的自然環(huán)境侵蝕下，或者通車多年后才發(fā)現(xiàn)路基軟有濕陷現(xiàn)象發(fā)生，原有的組織結(jié)構(gòu)被破壞，線路受到變形。這種情況下，若要對(duì)其進(jìn)行整治施工則較為困難，因?yàn)橐坏?duì)線路進(jìn)行整治施工就會(huì)影響到整條鐵路的運(yùn)營(yíng)情況。

2.2 劈裂壓漿技術(shù)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(duì)不同的濕陷性黃土路基進(jìn)行整治的方式也不盡相同，應(yīng)當(dāng)對(duì)每條線路、材料進(jìn)行仔細(xì)分析和查看。并且，在面對(duì)濕陷性黃土鐵路路基時(shí)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)其運(yùn)營(yíng)列車的特殊性質(zhì)，應(yīng)當(dāng)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(dá)到飽和自重壓力外加地面的附著壓力數(shù)值小于等于此處的路基的初始?jí)毫?，此時(shí)濕陷性的路基已經(jīng)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(yīng)當(dāng)把路基地面下的自重濕陷性黃土全面進(jìn)行整治。

面對(duì)非自重濕陷性黃土路基，分系數(shù)等級(jí)處理。一般情況下，Ⅰ級(jí)濕陷性黃土不予進(jìn)行整治；當(dāng)需要整治的土層厚度1.0 至1.5m 為Ⅱ級(jí)，值得一提的是，在厚度小于1.0m 也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行整治，因?yàn)樗矔?huì)對(duì)地面上的建筑造成危害；黨費(fèi)需要整治的土層厚度1.0 至2.0m 之間時(shí)為Ⅲ級(jí)；當(dāng)需要整治的土層厚度在2.0 至3.0m 時(shí)為Ⅳ級(jí)。

以下，將重點(diǎn)以隴海線展開(kāi)對(duì)濕陷性黃土路基的鐵路路基建設(shè)為例，著重介紹劈裂壓漿技術(shù)來(lái)針對(duì)濕陷性的路基有效整治。劈裂壓漿技術(shù)遵循了路基的最小主應(yīng)力面和堤軸線的方向保持相同的規(guī)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(shí)、豎直、連續(xù)、一定厚度的漿液防滲固結(jié)體,同時(shí)與漿脈連通的所有裂縫、洞穴等隱患均可被漿液充填密實(shí),從而提高基床表層土體穩(wěn)定性。

3 劈裂壓漿技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工程的概況

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

3.2 劈裂壓漿的過(guò)程

(1)鼓泡壓密階段。漿液進(jìn)入土體形成漿泡并向外擴(kuò)張,使?jié){泡土體中引起復(fù)雜的徑向和切向應(yīng)力系統(tǒng),緊靠漿泡處的土體遭受嚴(yán)重的破壞和剪切,并形成塑性變形區(qū),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(yīng)力和抗拉強(qiáng)度,使其沿垂直于小主應(yīng)力的平面上發(fā)生劈裂，漿液由此切人，擠密土體,并與土體發(fā)生物理和化學(xué)作用，形成作為骨格的漿脈。(3)被動(dòng)土壓力階段。通過(guò)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(shí)漿液在較高壓力作用下，克服土的被動(dòng)土壓力，擠密土體使其固結(jié)，同時(shí)漿脈周圍的土體也被壓密，形成了以漿脈網(wǎng)絡(luò)為骨架的復(fù)合固結(jié)土體。

3.3 如何準(zhǔn)確計(jì)算壓漿應(yīng)力

(1)砂和砂礫石地層 可按照有效應(yīng)力的庫(kù)侖一莫爾破壞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算:

由于壓漿壓力的作用，使砂礫石土的有效應(yīng)力減小。當(dāng)壓漿壓力pe 達(dá)到下式時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致地層的破壞:

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

劈裂壓漿施工前，先是在基礎(chǔ)的外側(cè)周圍布設(shè)灰土樁作為帷幕，然后在灰土樁的內(nèi)側(cè)靠近基礎(chǔ)一邊布設(shè)壓漿孔?；彝翗兜淖饔糜腥齻€(gè)：(1)起帷幕作用，防止劈裂壓漿的漿液外竄，使?jié){液能夠進(jìn)入到基礎(chǔ)底。(2)與劈裂壓漿的漿液一起，形成一道防滲墻，阻止基礎(chǔ)以外的水入浸路基。(3)分擔(dān)部分路基的附加應(yīng)力，提高路基承載力。

3.4 施工中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)

下面僅提出幾個(gè)與此相關(guān)的問(wèn)題：

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

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

式中 C-漿液結(jié)石與孔隙壁面問(wèn)的粘結(jié)力;

p-地下水的滲透壓力;d-孔隙高度;L-壓漿體長(zhǎng)度。

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

4 結(jié)論

在對(duì)天蘭線路基下沉病害的整治中，總共完成路基補(bǔ)強(qiáng)7000 米，橋頭沉陷治理16 處。通過(guò)近一年的觀察，加固效果明顯。除個(gè)別路段出現(xiàn)了少量下沉外，補(bǔ)強(qiáng)處理后的路基穩(wěn)定，壓漿法加固濕陷性黃土路基無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)還是技術(shù)上都是一種切實(shí)可行、高效、經(jīng)濟(jì)的方案。今后應(yīng)擴(kuò)大壓漿法路基補(bǔ)強(qiáng)的應(yīng)用范圍，以確保天-蘭鐵路線的安全暢通。

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