常見鐵路路基病害及路基加固技術分析

霍偉

摘 要：鐵路路基是指承受列車及其軌道荷載的建筑結構，路基的質量深刻影響列車的安全運行。受地質因素、自然環境因素、列車荷載因素的影響，鐵路路基容易出現老化、下沉等問題。在社會經濟、交通和物流運輸業的發展下，重載鐵路得到了廣泛應用，和一般鐵路相比，重載鐵路的行駛路程較遠、承載的貨物較重，得到了廣泛應用，和一般鐵路相比，這種類型的鐵路更容易出現路基病害，且發生路基病害之后對社會發展影響更為深刻。為了能夠更好地促進我國鐵路運輸事業發展，文章以重載鐵路為研究對象，在闡述常見鐵路路基病害的基礎上，重點分析高壓旋噴樁施工技術在重載鐵路路基加固中的應用。

關鍵詞：鐵路路基；病害類型；路基加固

中圖分類號：U216 文獻標志碼：A 文章編號：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 路基建設發展現狀

鐵路運輸是保證我國國民經濟發展的重要基礎產業，在社會經濟、物流運輸業的發展下，出現了重載鐵路。和一般鐵路相比，重載鐵路在很大程度上增加了列車重量，提升了列車運輸能力。但是從實際發展情況來看我國路基建設仍然存在以下幾個方面的問題：第一，重載路基建設質量不高。我國鐵路新線發展建設采用的以往的標準，對重載鐵路路基建設缺乏足夠的了解，重載路基材料的選擇比較隨意，無法保證列車質量。第二，原有線路病害頻發。在應用原有路基建設標準的情況下，現有路基建設普遍存在性能差、強度低的問題，危害了列車現代化運行發展。第三，整治難度較大。鐵路建設的快速發展使得列車車軸重和運行速度增加，使得路基狀態進一步惡化，路基整治工作開展難度大。

2 常見鐵路路基病害

2.1 路基下沉

鐵路路基下沉是指路基在自身荷載以及外部荷載的作用下，因承載能力不足而發生較大的豎向變形。在鐵路路基較大的豎向變形影響下會使得軌道出現不均勻沉降問題，在沉降問題的影響下還會出現不同程度的開裂問題，嚴重威脅了整條鐵路軌道的安全、穩定。在鐵路正常運行后一段時間，鐵路路基沉降問題在一定程度上會被緩解，但是在列車荷載過大的影響下，路基開裂和沉降問題也會相應的變得更加嚴重。這就嚴重威脅到鐵路的安全。

2.2 翻漿冒泥

受到列車的反復振動以及水的影響，基床表層滿足一定條件的粘粒和粉粒土會出現軟化、液化等現象，產生泥漿，這是另一常見的路基病害——翻漿冒泥。而翻冒通道則是指病害發生路段存在于路基和填土中上下連通的縫隙。這些縫隙在垂直方向上把道床、基床和路基連成一體，破壞了它們原有的層狀結構，使它們喪失了各自的功能，從而影響鐵路的正常使用。

具體來說，就是在列車反復振動的過程中，軌枕在列車反復震動作用下發生變化，在軌枕的變化下，翻冒通道中的泥漿會因受擠壓而噴涌出來，噴涌出來的泥漿會形成新的塊狀體，這些塊狀體在很大程度上影響了列地鐵軌道的建設。彈性降低后，基床持力層就更容易發生破壞，埋下隱患，危及貨列車的正常運行。

2.3 基床外擠

路基基床外擠的主要原因是由基床土體在水和動荷載作用下產生過大的塑性變形引起的。當路基基床上層填土較薄時，在水和列車動荷載循環作用下，逐漸開始軟化，進而發生較大的塑性變形，導致承載力降低，同時路基基床還會和緊密土層、剛臥層發生剪切滑動或者塑性流動，在滑動或者移動的過程中，水和列車動荷載變化會使得土體出現軟化，進而出現比較明顯的變形，降低土地承受力和結構的穩定性。endprint

2.4 道碴陷槽

道碴陷槽是指道床石碴壓入路基基面發生的病害，是既有線路路基常見的路基病害形式，直接影響路基基床的下沉和外擠變形。道碴陷槽同翻漿冒泥、基床外擠形成的原因類似，也是在貨列車振動及水的影響下，基床表層土產生軟化現象，道碴陷入到軟化的基床內，形成道碴陷槽。這種情況多發生于填方路段。道碴陷槽現象可以加大的幫助土中水分的擴散，一方面，使得雨水等地表水更易滲入路基土中，進而使路基土的含水量增加，強度降低；另一方面，強度的降低，使道碴在貨列車的上下振動作用下更易陷入路基，陷入的道碴越多，路堤塌陷得越多，導致基床破壞現象更加嚴峻。

2.5 路肩寬度不足

在施工過程中，路肩受到雨水和地表水的沖擊寬度不大，但是因為施工建設中沒有設置排水設施，在一定程度上促進了地表水的流動和擠壓，無形中帶走了路肩的土壤，在土壤的缺乏下，如果路基本體內雨水積累到一定程度就會出現外滲，出現塌陷。

由上述各種病害的形式和產生機理看出，發生病害的主要原因在于路基承載力不足、側向變形增大。重載鐵路車廂載重大，對于路基的壓力更大，在列車形式帶來的巨大動荷載循環作用下，同時基床又處在復雜的地質環境中（主要指水的滲透），非常容易使基床表層土體逐漸發生軟化現象，進而產生了一系列的病害。因此，治理重載鐵路路基病害、增大路基承載能力的關鍵在于提高路基承載力，減小路基的側向變形，增強基床的防滲能力。

3 常見鐵路路基加固技術

1960年以來，世界各地的專家學者們在工程實踐的基礎上，探索出多種鐵路路基病害整治及路基加固的處理方法。高壓旋噴樁工法、基床換填法、土工格室法、灌漿法、水泥土復合樁法。水泥粉煤灰碎石樁法等都是在地基處理中常用的方法。下面，針對工程中常用的地基加固方法進行總結：

3.1 基床換填法

基床換填法以其可就地取材，施工簡單而廣泛應用在鐵路路基病害整治中，是既有線路路基病害整治的主要方法之一。在基床土質不良而造成承載力不足，進而導致基床下沉、外擠，路基翻漿冒泥，或無法滿足提速或重載擴能要求時，寒冷地區土體凍害時，常采用這種方法。基床換填法就是將路基本體一定范圍內的軟弱土層或已產生病害的路基本體挖除，改換成填充強度較高、性能穩定的材料，并經壓實等處理直至滿足設計要求密實度的方法。當軟弱土層較薄時，可全部挖除；當軟弱土層較厚時，根據計算可部分挖除。換填材料包括：中粗砂、砂卵石、碎石、灰土等，基床換填一般與土工合成材料配合使用，即在墊層中夾鋪土工格室，以增加換填墊層的整體性與承載能力，或在換填墊層中夾鋪兩布一膜土工布，以提高換填墊層的排水防滲性能。

我國鐵路由于運輸異常繁忙，采用基床換填法整治路基病害時，僅適用于局部地段的病害整治，不適用于大面積的換填作業；國外鐵路運輸的繁忙程度遠低于國內鐵路，其基床換填是在拆鋪的條件下，在保證臨線運營安全的前提下，采用大型機械施工，效率高，施工速度快，但施工線必須停止運營。

3.2 土工格室法

土工格室法主要是指通過利用土體表面膠凝材料的硬化特性來進行土地約束、加固路基的目的。土木工程的各個領域都廣泛采用這種方法，其中最常用的方法有兩種，一種是根據工程需求，在施工現場應用聯接栓或者強度較高的合成材料繩將土工格柵裝配合成不同類型的土工格室。第二種方法和第一種方法操作基本一致，是由高強度的HDPE條帶經過超聲波強力焊接形成，格室的深度不能超過20厘米。第二種方法可用于坡面及沖刷防護，但其還可用于邊坡穩定、層狀承重結構等其他工程領域。

土工格室法具有材質輕、材料運輸方便、強度高、施工周期短、施工簡便、工效高等優點，并能有效地改善基床土的動應力及防止基床側擠和道碴陷槽的發生，在我國被廣泛用于基床翻漿冒泥治理、加固補強、控制沖蝕和過渡段處理等。但是，土工格室法進行路基的加固存在諸多問題，土工格室材料易破損，在空氣中容易老化，破損后修復難度較大，在工程的應用中針對材料的老化周期性及后期補強也缺乏相關的經驗。

3.3 灌漿法

灌漿法和高壓旋噴施工法具有一定的相似性，是利用機具將均勻拌合好的漿液利用液壓、氣壓或電化學原理，通過鉆頭鉆孔或注漿管注入到土層中，在硬化之后產生約束作用，達到地基加固的目的。在灌漿法中，注入的漿液在土體孔隙中不斷滲透，液體產生的壓力會不斷擠密土體顆粒，將土顆粒間或土團粒裂隙中的多余水分和空氣排出。灌漿加固法適用于對既有鐵路路基承載力和變形不滿足要求的基床和路堤本體進行加固處理，但如果漿液擴散的范圍有限，那么加固效果將不會明顯。

3.4 灰土擠密樁法

灰土擠密樁法是基于復合地基原理的一種地基加固方法，在我國20世紀90年代中后期被廣泛采用，適合應用在路基承載力不滿足重載要求的砂質基床加固處理中，也能夠被應用在過渡段下沉和路基中間的病害處理。在操作的時候，先將一些土體固化劑按一定比例，在適合的容器中充分拌和均勻，制成灰土，然后通過鉆孔機具在土中成孔，進行夯實操作，制成均勻的灰土擠密樁體。灰土擠密樁法的優點明顯，可以顯著提高地基承載力，減小了地基變形，缺點是施工相對復雜、受外界環境影響大、不適用于含水量較高的土體。

綜上所述，基床換填法、換填法、土工格室法、灰土擠密樁法等常用地基加固方法應用于重載鐵路路基加固中時均存在著不足之處，尤其是在重載鐵路不適用于在行車繁忙的干線或樞紐的咽喉線路，對鐵路的正常運營存在著一定影響。

3.5 高壓旋噴樁施工技術

高壓旋噴樁施工技術是指在路基旁側，使用鉆孔機具在土層中鉆孔，同時配合噴射注漿技術進行高壓噴射注漿，在機械力和漿液沖擊力的作用下不斷將破碎的土顆粒與漿液拌合均勻，然后硬化形成具有較高強度的柱狀體，達到地基加固的目的。高壓旋噴樁施工技術是一種路基病害整治的新方法，一般不會影響鐵路的正常運行，現階段已經在朔黃鐵路局部路基病害整治中初步使用。雖然高壓旋噴樁施工技術具有鮮明的優勢，對鐵路的正常運行也無影響，但也具有一些缺點，主要是表現在設計和施工兩方面。首先在設計方面，很大程度依靠經驗，在設計參數方面也缺少理論依據。但是如果可以合理的調動人員配置、準備充足的施工機械，工程量大、施工繁冗的問題可以得到適當的解決。在施工方面主要表現為工程量較大，施工周期較長。特別是在現場施工過程中，每排水泥土樁均需要分別搭設和拆除施工作業平臺、吊裝施工設備，施工多排水泥土樁時就要重復多次搭設和拆除施工作業平臺，多次吊裝施工設備，這會占用大量的施工時間，影響施工工期。

由于缺乏系統的理論研究和大量的工程實踐，對高壓旋噴樁施工加固效果的評價只能通過室內試驗，借助樁間土和樁體強度進而估算，對加固后路基整體承載力和沉降變形的深入評價方面仍然是欠缺的部分。因此，業內相關研究人員及施工人員很有必要對已有重載鐵路使用高壓旋噴樁施工技術的加固過程及方法進行認真總結，對于加固效果進行深入分析，這對高壓旋噴樁施工技術樁體設計以及現場施工都將有著重要的指導意義。

同時，高壓旋噴樁加固法也存在著不足之處，主要是其與常用的地基加固方法相比，高壓旋噴樁施工技術應用重載鐵路路基加固中具有成本低、強度高、施工速度快、可靠性高等優點；高壓旋噴樁施工技術在重載鐵路路基加固的過程中不會影響重載鐵路的正常運行。

近年，隨著高壓旋噴樁在鐵路路基加固中應用逐漸增多，例如在朔黃鐵路橋涵的過渡段以及DK269+200～DK273+000段路基病害整治中，還有石太客運專線路基加固中均采用該技術，提高了路基承載力，減少了路基下沉引起的病害，實踐證明效果良好，高壓旋噴樁施工技術得到了鐵路建設者的重視。由于其施工的便利性，對于解決工期迫急、質量要求高而且施工條件受限的重載鐵路來說，高壓旋噴樁施工技術的優勢十分明顯。

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