鐵路路基病害類型機(jī)理及檢測(cè)
2015-08-17
一.前言
隨著鐵路事業(yè)的不斷發(fā)展，各種各樣的鐵路病害成為分布廣并且治理難的病害，所以要了解鐵路路基病害類型和機(jī)理，并作有效的檢測(cè)，幫助提出解決措施，對(duì)鐵路路基的養(yǎng)護(hù)和治理有重要的作用意義，下面將進(jìn)一步闡述有關(guān)內(nèi)容。
二.鐵路路基病害類型及其原因
1.擠出變形
擠出變形具體表現(xiàn)為路肩隆起、側(cè)溝被擠等，是由土體強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的剪切破壞或塑性流動(dòng)引起的。
2.翻漿冒泥
翻漿冒泥分為道床性和基床性兩種。道床性是由于道床板結(jié)，阻塞路基面降水的順利排出而形成的?；残允怯捎诨餐临|(zhì)不良，在列車荷載作用下液化成泥漿，由于荷載的反復(fù)作用形成抽吸作用，泥漿受擠壓向上冒出。其發(fā)展過程一般為道心積水階段、冒砂階段、局部翻漿冒泥階段、區(qū)段翻漿冒泥階段。
3.路基下沉
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路基下沉是指路基壓實(shí)質(zhì)量不足或基底松軟，在水和列車荷載作用下產(chǎn)生局部或較大面積的豎向變形。一般在初期運(yùn)營(yíng)時(shí)，沉降變形會(huì)逐漸減小。但當(dāng)荷載增加或水滲透導(dǎo)致填料含水量增加，會(huì)使路基沉降變形加大。路基下沉可分為基床下沉、堤體下沉和基底下沉。
一般不發(fā)生翻漿冒泥，雨季下沉較快，旱季下沉較緩，道碴囊越來越深(一般＞50cm)，有時(shí)軟臥層較薄，道碴囊較淺時(shí)就發(fā)展成為擠出。軌道的水平、高低、方向有較頻繁，較大的變化，道床石碴因陷入碴囊而逐步減少，每年均須適量補(bǔ)充石碴。路塹處側(cè)溝長(zhǎng)年呈濕潤(rùn)狀態(tài)或有明顯的地下水從溝邊或溝底滲出。有時(shí)有泥漿從軌道一側(cè)的溝邊或溝底冒出。
?。ǘ┏蔀?zāi)機(jī)理
填方處密實(shí)度不滿足要求，堆填或碾壓不夠，路基土在自重應(yīng)力作用下發(fā)生欠固結(jié)現(xiàn)象?；椎鼗链嬖谒绍浲翆?，其在列車荷載作用下主固結(jié)和次固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，沉降會(huì)持續(xù)發(fā)展?；蚴堑鼗幚聿划?dāng)導(dǎo)致的不均勻沉降，引發(fā)病害。路基各部分剛度差異，在路基內(nèi)部?jī)?nèi)可能造成較大的附加應(yīng)力，導(dǎo)致路基發(fā)生強(qiáng)度破壞。對(duì)于剛度較小的路基，也可能產(chǎn)生較大的沉降變形。地下水位的升降，會(huì)引起起填料容重、孔壓的發(fā)生變化，特別是負(fù)孔壓，會(huì)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，從而造成路基的附加沉降。另外，水的影響作用會(huì)嚴(yán)重影響基床的強(qiáng)度和變形，引發(fā)不均勻沉降變形。填料均勻性差，其顆粒組成和工程性質(zhì)差異，其產(chǎn)生的不均勻沉降變形，亦會(huì)導(dǎo)致路基本體局部開裂或沉陷。填方路基過大側(cè)向變形也是導(dǎo)致路基產(chǎn)生差異沉降的一個(gè)重要因素。
4.邊坡沖刷
指較高大的土質(zhì)路塹、路堤邊坡、岸坡(濱河、河灘、海灘和水庫(kù)(塘)的路堤邊坡)或嚴(yán)蘑風(fēng)化的軟質(zhì)巖石邊坡受到水流的沖蝕、沖刷作用而形成沖溝或沖坑為邊坡沖刷。邊坡沖刷分為邊坡淘刷和邊坡沖溝。
5.路基變坡滑塌
路基變坡滑塌指的是因?yàn)轲ね临|(zhì)邊坡表層受地表水的下滲或者受到地下水的影響，導(dǎo)致表層的土壤含水飽和，而失去了較為穩(wěn)定的邊坡層，造成了淺層變坡的坍塌或者出現(xiàn)溜滑現(xiàn)象。邊坡的滑塌造成了路堤溜坍范圍不超過軌枕端部，對(duì)于路塹地段邊坡的路基溜坍，將不會(huì)影響到路基基床的穩(wěn)定性能。
6.陷穴
指路基下及其附近存在洞穴，其坍塌可引起基床和道床突然沉落，軌道懸空，中斷行車，甚至造成列車顛覆。陷穴病害分為黃士陷穴、巖溶洞穴、鹽蝕溶洞和墓穴獸洞等。
7.滑坡
指影響路基穩(wěn)定的土(巖)體滑動(dòng)。分為邊坡的深層滑動(dòng)、路基滑移及山體滑坡。
8.凍害
發(fā)生在寒冷地區(qū)，如路基上為透水性較差的細(xì)粒土，當(dāng)含水量較高或基面積水，在凍結(jié)過程中，中水重新分布和聚集形成冰塊，又引起不均勻的凍脹現(xiàn)象。
9.水浸路基
指實(shí)際浸水超過設(shè)計(jì)水位的路基，被水浸或淹沒，引起一定的沉降或局部坍塌，當(dāng)路堤缺乏足夠的防護(hù)和加固設(shè)備時(shí)，導(dǎo)致路基穩(wěn)定性受到影響或破壞。
三.鐵路路基病害產(chǎn)生的機(jī)理
1.病害的發(fā)生取決于特定的地質(zhì)環(huán)境
2.病害的發(fā)生與相應(yīng)的氣候變化和列車振動(dòng)荷載息息相關(guān)
前者是病害發(fā)生的內(nèi)因。后者是病害發(fā)生的外因。對(duì)某一具體的線路來講，其地質(zhì)條件是客觀存在，雖然它也在不斷地發(fā)生變化，但基本上是一種較為穩(wěn)定的量，因此，在一定程度上路基病害的發(fā)生頻率和程度將取決于氣象水文條件和列車長(zhǎng)期重復(fù)振動(dòng)荷載的影響，路基病害的產(chǎn)生和發(fā)展是各項(xiàng)因素綜合作用的結(jié)果。觀測(cè)表明，在列車輪軸荷載的重復(fù)作用下，路基的漸進(jìn)破壞主要表現(xiàn)為過大的塑性變形，這種塑性變形累積到一定程度將會(huì)使路基填土產(chǎn)生塑性流動(dòng)，并產(chǎn)生路基病害。
研究表明：產(chǎn)生這些病害(破壞)的原因在很大程度上依賴于路基土在循環(huán)荷載作用下的抗剪強(qiáng)度特性，而后者與土的飽和度密切相關(guān)。隨著飽和度的增大，土的動(dòng)強(qiáng)度(即經(jīng)過若干次循環(huán)加載后仍處于穩(wěn)定狀態(tài)的最大偏應(yīng)力比)將顯著降低。處于軌道下方的路基土因反復(fù)受到擠壓和固結(jié)而產(chǎn)生過大的累積塑性變形，從而形成所謂的道碴坑以及枕木下方的積水坑。尤其是在雨季，基床填土含水量達(dá)到飽和狀態(tài)，動(dòng)強(qiáng)度顯著減小，從而使道床工作性能急劇下降，甚至?xí)?dǎo)致線路產(chǎn)生嚴(yán)重的不平順而影響行車安全。
四.鐵路路基病害的檢測(cè)方法
為了有效的整治鐵路路基的病害，首先要進(jìn)行準(zhǔn)確到位的病害檢測(cè)，深入的分析路基病害的原因。按照鐵路既有線路的特征，鐵路路基的檢測(cè)不能影響或者少影響列車的形式，因此需要采取的監(jiān)測(cè)手段，要最大程度上實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確，減少因?yàn)椴『z測(cè)造成的不便可采用輕型動(dòng)力觸探、地質(zhì)雷達(dá)、瞬態(tài)面波法和取土試驗(yàn)等多種手段對(duì)線路進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，具體步驟和方法如下：
1.在病害多發(fā)地段進(jìn)行開挖橫溝，查明路基的幾何特征
2.使用探地雷達(dá)法以及瞬態(tài)面波法
探地雷達(dá)法的優(yōu)點(diǎn)是能夠直觀反映出道床的幾何形態(tài)而且表層分辨率高，能夠?qū)崿F(xiàn)路基結(jié)構(gòu)分層的探明；能夠探測(cè)出路基病害的類型及程度和具體位置，此法可以用來分析道床、路基各個(gè)土層的地質(zhì)情況；其測(cè)量的數(shù)據(jù)為基床的電性參數(shù)，不能給出路基的力學(xué)特性。因?yàn)楦哳l信號(hào)的限制和道砟的散射，瞬態(tài)面波法表層狀況無法精確地反映出土層的真實(shí)狀況，探地雷達(dá)法很好的彌補(bǔ)了這方面的不足，而瞬態(tài)面波法能夠隨深度的變化準(zhǔn)確反映出路基土的力學(xué)參數(shù)，能夠測(cè)試到比較深的深度，彌補(bǔ)了探地雷達(dá)法不能給出路基的力學(xué)特性的不足。對(duì)鐵路線路路基病害的檢測(cè)，主要就是檢測(cè)路基表層和其下路基土的承載能力，綜合運(yùn)用兩種檢測(cè)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的檢測(cè)路基的目的。
3.對(duì)鐵路路基強(qiáng)度，路基剛度等參數(shù)的分析
重型動(dòng)力觸探是進(jìn)行路基力學(xué)性能的探測(cè)為主，是按照擊數(shù)×10cm-1來標(biāo)線路基各個(gè)位置的力學(xué)性能的參數(shù)指標(biāo)，擊數(shù)越高表明路基土質(zhì)的性能越好，路基的強(qiáng)度也就越，能夠從不同深度位置來測(cè)試出不同深度下土的力學(xué)性能，以更好的進(jìn)行路基狀況的分析。輕型動(dòng)力觸探與重型動(dòng)力觸探原理基本上是相同的，只是重型動(dòng)力觸探以擊數(shù)×30cm-1來展現(xiàn)鐵路路基，每個(gè)位置的力學(xué)性能指標(biāo)。針對(duì)現(xiàn)有的鐵路線路的特征，對(duì)現(xiàn)有路基測(cè)試要按照原位以及區(qū)段測(cè)試相結(jié)合的測(cè)試措施，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)既有鐵路路基的基本狀況，進(jìn)行一個(gè)綜合的評(píng)價(jià)，為鐵路路基病害的預(yù)防和處理提供實(shí)際的資料。
五.結(jié)束語
總之，鐵路路基病害的類型各種各樣，針對(duì)不同類型提出不同的檢測(cè)方法和解決措施很有必要，這樣才能徹底有效地解決鐵路路基病害，使鐵路正常進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。
