無砟軌道路基冒漿病害整治技術(shù)研究

錢 軍 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司安全監(jiān)察室

目前，我國(guó)營(yíng)運(yùn)的高速鐵路中，部分線路采用了無砟軌道結(jié)構(gòu)。無砟軌道路基是承載軌道和列車荷載的基礎(chǔ)，路基的穩(wěn)定性直接影響列車的高速、安全運(yùn)行。路基是由散粒體土石材料填筑而成的土工結(jié)構(gòu)物，在列車動(dòng)力荷載、氣候和環(huán)境（雨水、地表水、凍融）等不利因素影響下，無砟軌道路基服役狀態(tài)發(fā)生劣化，極易產(chǎn)生路基冒漿病害。隨著我國(guó)高速鐵路的大規(guī)模建成和投入運(yùn)營(yíng)，板式無砟軌道路基冒泥病害逐漸成為無砟軌道的主要結(jié)構(gòu)病害之一。

某城際鐵路路基服役狀態(tài)調(diào)研結(jié)果顯示：共檢查出路基冒漿病害約1 400余處，嚴(yán)重病害約80余處，且病害有不斷發(fā)展趨勢(shì)。典型病害如圖1所示，路肩兩側(cè)流淌或殘積著由水與級(jí)配碎石層細(xì)顆粒混合成的泥漿，路肩及兩線間有灰白色泥狀物滲出，嚴(yán)重處達(dá)10 mm-30 mm厚，已引起軌道板下底座板的脫空，導(dǎo)致軌道高低不良和線路不均勻沉降，給高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)帶來隱患，因此亟須開展板式無砟軌道路基冒漿病害整治。

圖1 典型路基冒漿病害

1 板式無砟軌道路基冒漿病害特點(diǎn)

無砟軌道路基冒漿病害呈現(xiàn)出顯著的時(shí)空特征。時(shí)間上，冒漿最為嚴(yán)重時(shí)段為降雨量較小、氣溫較低的冬、春季，而非多雨的夏季，且雨后較明顯；空間上，尤其是沿線路縱向上，冒漿現(xiàn)象伴隨等間隔出現(xiàn)，與無砟軌道伸縮縫位置高度吻合。對(duì)冒漿地段調(diào)查發(fā)現(xiàn)：支承層伸縮縫間瀝青填充材料與支承層混凝土間裂紋明顯，支承層與路基素混凝土封閉層間伸縮縫密封失效。

此外，無砟軌道冒漿病害發(fā)展還呈現(xiàn)出“初期緩慢-逐漸加速”的特征。這是由于級(jí)配的改變會(huì)導(dǎo)致塑性累積變形的產(chǎn)生，引起基床表層與底座板局部脫空，這種局部脫空又形成新的排水通道進(jìn)一步加速冒漿發(fā)展，冒漿與級(jí)配碎石累積變形形成復(fù)雜耦合作用。基床冒漿惡化了路基基床對(duì)無砟軌道的支承作用，導(dǎo)致支承剛度下降，甚至產(chǎn)生局部板底空吊現(xiàn)象，引起軌下基礎(chǔ)的不平順，危及行車安全。

2 板式無砟軌道路基冒漿病害原因分析

在板式無砟軌道路基空間層狀結(jié)構(gòu)體系中，混凝土支承層每隔20 m設(shè)置一條伸縮縫，一般采用膠合板塞填、瀝青乳膏澆灌封閉。長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中，在復(fù)雜自然營(yíng)力和列車動(dòng)力循環(huán)荷載耦合作用下，伸縮縫填充材料逐漸老化、開裂。遇降雨充沛季節(jié)時(shí)，雨水由底座板伸縮縫滲入基床表層的級(jí)配碎石中。另一方面，隨著無砟軌道運(yùn)營(yíng)時(shí)間和運(yùn)量的增大，級(jí)配碎石之間存在摩擦粉化過程，導(dǎo)致部分排水系統(tǒng)失效。滲入至基床表層的雨水來不及從基床或排水系統(tǒng)中排出，滯留在基床中。

病害初期，大量來不及排出的水和級(jí)配碎石中的細(xì)顆粒在列車動(dòng)荷載的高頻反復(fù)抽吸作用下，形成泥狀物，經(jīng)無砟軌道底座伸縮縫、路基封閉層與無砟軌道底座間的離縫流出形成冒漿。進(jìn)一步地，隨著細(xì)顆粒的流失，級(jí)配碎石層含有更多自由水。在高速列車振動(dòng)作用下，級(jí)配碎石發(fā)生形變，產(chǎn)生較高的動(dòng)水壓力。動(dòng)水壓力通過結(jié)構(gòu)縫間消散，同時(shí)也帶走了級(jí)配碎石層中較多的細(xì)顆粒乃至粗顆粒，導(dǎo)致底座板下部進(jìn)一步脫空，病害加劇。

3 板式無砟軌道路基冒漿整治技術(shù)

3.1 板式無砟軌道路基冒漿整治思路

根據(jù)無砟軌道路基冒漿病害特點(diǎn)，結(jié)合運(yùn)營(yíng)線無砟軌道天窗修的要求，提出一種以“防水密封、疏通排水、注膠填充”為原則的板式無砟軌道路基冒漿整治技術(shù)。即對(duì)冒漿地段采用更換失效嵌縫材料，疏通板面排水通道，防止雨雪水堆積，并對(duì)冒漿區(qū)段離縫進(jìn)行注膠填充相結(jié)合的處理方案。

（1）防水密封

采用嵌縫材料將支承層伸縮縫和線間封閉層伸縮縫進(jìn)行重新填縫密封，切斷水進(jìn)入無砟軌道結(jié)構(gòu)內(nèi)部通道。為了確保伸縮縫密封防水效果的長(zhǎng)效性，應(yīng)清除伸縮縫內(nèi)失效嵌縫材料，采用硅酮或聚氨酯類嵌縫材料重新填縫密封。

（2）疏通排水

為解決雨量過大或泄水孔被石塊等堵塞時(shí)，排水緩慢或完全不能排水進(jìn)而導(dǎo)致水從軌道板層間滲出的問題，對(duì)路基地段線間泄水孔進(jìn)行疏通排水處理，將線間自然降水引入線間集水井，并盡快排出路基外，防止雨水滲入路基本體。

（3）注膠填充

對(duì)因長(zhǎng)期冒漿而形成的底座板空吊，采用高性能快速固化灌漿材料填實(shí)支承層底部縫隙、孔洞，恢復(fù)線路穩(wěn)定性與平順性。一般采用低粘度樹脂材料或聚合物水泥漿對(duì)支承層與級(jí)配碎石層間的縫隙進(jìn)行注膠填充，改善基床受力狀態(tài)，恢復(fù)線路平順性，抑制層間冒漿的進(jìn)一步惡化。

3.2 板式無砟軌道路基冒漿整治工藝

（1）封閉水進(jìn)入路基本體通道

采用高性能嵌縫材料對(duì)所有可能形成通道使水進(jìn)入板式無砟軌道結(jié)構(gòu)內(nèi)部的伸縮縫進(jìn)行防水封閉，包括線間封閉層與軌道板伸縮縫、路肩封閉層與支承層間伸縮縫、軌道板與充填層離縫等，切斷外界水進(jìn)入通道。

施工時(shí)需將伸縮縫內(nèi)原熱熔瀝青嵌縫材料清理干凈，使伸縮縫兩側(cè)混凝土干燥無浮灰，根據(jù)需要設(shè)置嵌縫板，并在表面填充有機(jī)硅或聚氨酯嵌縫材料。

（2）疏通排水系統(tǒng)

對(duì)路基基床表層已有的存水，采取引流排水措施將其徹底排干。同時(shí)對(duì)路基地段線間泄水孔進(jìn)行疏通，引排滲入基床的中水，防止雨雪水倒灌進(jìn)入支承層與充填層離縫內(nèi)部浸泡路基。此外作為預(yù)防措施，設(shè)置排水通道，使有可能進(jìn)入路基基床表層的水通過通道排出。

（3）路基本體離縫注漿

在冒漿區(qū)域離縫中灌注低粘度樹脂材料，縫隙較大時(shí)可采用具有粘結(jié)強(qiáng)度的聚合物水泥漿，填充支承層與基床表層之間的空隙，恢復(fù)路基本體強(qiáng)度。

無砟軌道路基離縫注膠工藝選擇斜向注膠和垂直注膠相結(jié)合的工藝，斜向注膠主要針對(duì)路基冒漿病害較嚴(yán)重，支承層與路基離縫、縫隙較大的注膠填充；垂直注膠用于路基冒漿病害較輕微的支承層與路基離縫的注漿填充。斜向注膠孔設(shè)置間距以50 cm-100 cm為宜，鉆頭與支承層底部保持水平，確保注漿孔與支承層底部離縫形成暢通的注漿通道。

3.3 板式無砟軌道路基冒漿整治材料

路基冒漿整治所用注膠材料宜選用雙組份低粘度樹脂材料。一般采用雙組份聚氨酯注膠材料，注膠材料應(yīng)滿足如下要求：①具有較低的粘度及表面張力，粘度小于50 mPa?s，可以滲透到微細(xì)的離縫中；②凝膠時(shí)間小于10 min，2 h抗壓強(qiáng)度大于15 MPa，可在較短的天窗時(shí)間內(nèi)完成修補(bǔ)，并達(dá)到通車要求；③具有較好的環(huán)境適應(yīng)性，在較低溫度及潮濕環(huán)境中條件下仍能較快固化；④具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，7d粘結(jié)強(qiáng)度大于5 MPa，7d抗壓強(qiáng)度大于50 MPa；⑤具有較好的彈韌性，可以對(duì)結(jié)構(gòu)起到較好的填充補(bǔ)強(qiáng)作用。

針對(duì)離縫較大處，一般采用聚合物水泥漿進(jìn)行填充，聚合物水泥漿應(yīng)滿足如下要求：①具有很好的流動(dòng)性，便于填充灌注施工；②彈性模量低于混凝土、高于基床級(jí)配碎石表層，可改善基床表層和混凝土支承層間的受力性能；③具有親水性和滲透性，能夠帶水作業(yè)與內(nèi)部殘留水（泥）產(chǎn)生很好的接觸反應(yīng)，改善已經(jīng)部分粉漿化的基床級(jí)配碎石表層；④與混凝土間具有一定的粘結(jié)性；⑤強(qiáng)度、耐久性不低于級(jí)配碎石層。

高性能嵌縫材料一般為有機(jī)硅酮或聚氨酯類，應(yīng)滿足如下要求：①具有一定觸變性，既能夠在水平接縫中使用也能夠在立面或曲線段接縫環(huán)境中使用；②環(huán)境溫度敏感性低，可以在-5℃~30℃環(huán)境下施工；③接縫跟隨性好，具有極高的斷裂伸長(zhǎng)率和彈性復(fù)原率，斷裂伸長(zhǎng)率大于800%，彈性復(fù)原率大于90%，能夠滿足不同溫度下接縫的變形行為；④與基體粘結(jié)強(qiáng)度高，能夠滲透到水泥基材料內(nèi)部毛細(xì)孔中，與無砟軌道水泥基材料基體具有很高的粘結(jié)強(qiáng)度，達(dá)到防水、防腐蝕介質(zhì)侵入的目的。

4 結(jié)論與建議

（1）無砟軌道層間冒漿病害發(fā)展速度較快，會(huì)嚴(yán)重影響線路狀態(tài)，造成軌道平順性下降，降低無砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，成為高速鐵路安全運(yùn)營(yíng)的隱患。

（2）路基冒漿病害是現(xiàn)階段板式無砟軌道較為典型的結(jié)構(gòu)病害之一，為確保無砟軌道安全服役，提出了采用“防水密封、疏通排水、注膠填充”的無砟軌道路基冒漿整治技術(shù)。

（3）建議對(duì)板式無砟軌道路基冒漿整治技術(shù)進(jìn)行推廣應(yīng)用，并對(duì)整治效果進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)，驗(yàn)證整治效果的長(zhǎng)效性，在規(guī)模化應(yīng)用中，進(jìn)一步優(yōu)化完善整治技術(shù)。