既有線重載鐵路路基翻漿冒泥成因及防治措施

苗雷強，岳祖潤，馮懷平

（石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北 石家莊 050043）

0 引 言

長期以來，我國既有線重載鐵路在建設(shè)時由于設(shè)計水平低、施工技術(shù)差，并且仍持有“重橋梁，輕路基”的建設(shè)思路，對于路基的重要性認識不足，常常就近取土填筑路基。此外，隨著重載鐵路向著重載化、高速化的發(fā)展，軌道結(jié)構(gòu)承受著較大的荷載，并且在降雨或地下水等水因素的作用下，路基強度急劇降低，致使既有線重載鐵路路基的翻漿冒泥病害進一步加重。據(jù)朔黃鐵路2008年統(tǒng)計資料顯示，翻漿冒泥達882處之多，嚴重影響了重載鐵路擴能改造的可行性和安全性。因此，對于重載鐵路路基翻漿冒泥病害成因及防治措施的研究已迫在眉睫。

1 翻漿冒泥病害成因分析

翻漿冒泥是由于基床土體在降水或地下水浸濕軟化作用下，土體強度極具下降，同時在列車動荷載反復(fù)振動作用下液化成泥漿，軌枕在列車經(jīng)過時產(chǎn)生上下振動，對于形成泥漿的基床土體產(chǎn)生向上的“泵吸”力，泥漿通過道床向外竄出，如圖1所示。

通過對朔黃線和北同蒲線重載鐵路翻漿冒泥病害的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)翻漿冒泥病害主要原因有以下五種。

1.1 道床臟污、板結(jié)

重載鐵路路基翻漿冒泥病害大多與道床臟污程度有密切關(guān)系。重載列車上的煤渣在運輸中散落在軌枕端部兩側(cè)的道床肩部，同時雨水夾雜著臟污流入道床，經(jīng)列車動荷載作用，煤渣等臟污物漸漸與道碴板結(jié)成不透水的擋水層，致使道心的雨水無法排除。在對北同蒲線金沙灘段翻漿冒泥病害調(diào)查分析中發(fā)現(xiàn)，枕端道床含土量每年遞增率為10%～15%，而道床翻漿冒泥時的含土量一般在30%左右，如不及時對道床清篩，不出三年便會發(fā)生翻漿冒泥。

1.2 養(yǎng)護不當(dāng)、排水不暢

隨著重載列車運行密度的增大，對于線路的養(yǎng)護時間逐漸減小。以北同蒲線為例，列車運行間隔平均為5min一趟，天窗點3個/月，每個天窗點只有2 h。對于道床上的煤渣、灰土雜物不能及時清理，致使兩側(cè)道床臟污，不能將雨水及時排出。此外，路基病害路段補充的碎石質(zhì)量較差，含有大量的石灰質(zhì)石料，且級配不良，在列車的沖擊振動下石灰質(zhì)石料破碎成粒徑較小的顆粒，小粒徑顆粒和其他臟污不斷充填到道床的空隙中，降低了道床的彈性和排水性能。

圖1 北同蒲線基床翻漿冒泥病害

1.3 基床填土的工程性質(zhì)不良

路基填土的顆粒組成、礦物成分、可塑性和滲透性等工程特性對于翻漿冒泥病害的發(fā)生有著重大影響。調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，翻漿冒泥病害段的基床土體顆粒組成中粘粒含量在30%以上，粉粒含量40%以上，如果是嚴重風(fēng)化的石質(zhì)基床含量在40%以上。翻漿冒泥基床土體的礦物成分中含有大量的吸水性較強的蒙脫石、伊利石。發(fā)生翻漿冒泥的土體的液限Wl≥32、塑性指數(shù)Ip≥12。翻漿冒泥的基床土滲透系數(shù)較小，滲透系數(shù)一般為1.05×10-5～9.5×10-7cm/s。

1.4 列車軸重和速度的增加

我國重載列車軸重和速度的不斷增大，致使基床產(chǎn)生的動應(yīng)力不斷增大，而基床上的動應(yīng)力是產(chǎn)生路基翻漿冒泥的重要的誘發(fā)因素。列車經(jīng)過軌枕時產(chǎn)生上下振動，砂性路基會產(chǎn)生振動液化，粘性土路基動強度降低，使被水浸泡的基床土體成為泥漿，軌枕的振動對泥漿產(chǎn)生向上的“泵吸”力。動應(yīng)力越大，“泵吸”作用力越大，致使基床的翻漿冒泥病害進一步惡化。

1.5 溫度變化等自然環(huán)境的影響

我國北方大多數(shù)地區(qū)屬于季節(jié)性凍土，當(dāng)氣溫降低時，基床土體內(nèi)的自由水凍結(jié)使土顆粒周圍的薄膜水向表面移動，路基土體能的水分重新分布，如果有水分補給時會形成不均勻凍脹。當(dāng)春季溫度升高時，上層凍土消融，下層仍然凍結(jié)形成不透水層，造成基床表層含水量較大，基床表層土體軟化，在動荷載作用下形成泥漿，發(fā)生翻漿冒泥。

2 翻漿冒泥病害防治措施

對于既有線重載鐵路路基翻漿冒泥病害的防治應(yīng)以“預(yù)防為主，防治結(jié)合”為原則，具體應(yīng)做到以下幾點：首先確定翻漿冒泥的位置、規(guī)模；再次分析產(chǎn)生原因，對癥下藥；最后經(jīng)驗總結(jié)，做好防治工作。預(yù)防及整治翻漿冒泥病害有如下幾項具體措施。

2.1 完善道床防污系統(tǒng)，科學(xué)養(yǎng)護，確保道床清潔

在重載列車車廂上加防護網(wǎng)，防止煤渣散落到道床上。加強路基的養(yǎng)護工作，對于道床清篩采取輪篩制，每2～2.5年清篩一次，嚴格控制清篩質(zhì)量，同時對道床補充的石料質(zhì)量也嚴格控制。

2.2 加強排水措施，完善排水系統(tǒng)

對排水溝進行全面清理，在基床下埋設(shè)帶孔的PVC塑料管加反濾層，便于排除道床的積水。如路基坡腳低于外側(cè)路面，應(yīng)在坡腳與排水溝邊緣之間做不小于2%的坡度。對于地下水位較高的路基可通過加深兩側(cè)側(cè)溝，降低地下水對基床的影響。

2.3 改良基床土質(zhì)

改良基床土質(zhì)可采用淺層滲透注漿法，選用Tem-106高分子化學(xué)材料，該高分子材料與土體中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成高彈性和高韌性漿塊，可以提高基床表層的防水性和抗列車的沖擊性，進而防止翻漿冒泥的發(fā)生；如果翻漿嚴重，且深度不超過0.5m左右時可采用換填法，可用粗砂、中砂、級配碎石或加入人工材料的改良土等作為換填材料，該方法防止翻漿冒泥效果明顯，但會影響列車的運營。

2.4 降低列車動荷載對基床的影響

降低列車荷載對基床的影響應(yīng)從改造軌道結(jié)構(gòu)出發(fā)，可通過采用重型鋼軌、增長軌枕長度，加厚道床厚度，加密軌枕減小軌枕距離等措施，減小動荷載對泥漿產(chǎn)生的向上的“泵吸“作用力。

2.5 改善病害路基的溫度環(huán)境

對于季節(jié)性凍土區(qū)易發(fā)生翻漿冒泥段的路基，應(yīng)在路基坡腳修筑保溫護道，護道表面一般采用混砂土，也可采用在表面設(shè)置EPS隔熱板的保溫措施。同時在易發(fā)生春融翻漿路段種植大量植被，減弱溫度變化對翻漿冒泥的影響。

3 結(jié) 論

翻漿冒泥是我國既有線重載鐵路路基最常見的病害之一，嚴重影響了既有線重載鐵路改能擴建的可行性和安全性。整治翻漿冒泥病害，要從其成因出發(fā)，追根溯源，對癥下藥。翻漿冒泥病害涉及到多方面的因素，因此必須采取多種措施綜合治理，才能從根本上解除翻漿冒泥對于既有線重載鐵路的危害。

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