铁路路基沉降原因及处理技术

文章编号：１００９—９４４１（２０１７）０５—００２０—０３　铁路路基沉降原因及处理技术　口口王　亮摘（山西建筑职业技术学院，山西太原０３０００６）　底有效地解决铁路路基不断沉降的问题。　要：受地表水侵入及填土施工质量等因素影响，铁路路　基沉降处理成为铁路运营管理面临的重要问题。常见的加　固方法如局部换填加固、土工格室加固、挤密桩等由于受天　窗时间长度限制，不适用于铁路路基沉降处理，注浆加固是　此类问题的首选方法。基于传统注浆加固方法，采用低黏度　的改性高聚物作为注浆料，对其加固效果进行了试验研究。　试验结果表明，改性高聚物注浆材料渗透性较好，结合体试　件变形模量为１６０～１９０　ＭＰａ，结合体与填土协同工作性能　较好。　１　沉降案例　以我国沿海某高速铁路为例，该线路路基为软　土地基，设计时采用粉喷桩进行地基处理，粉喷桩深　度为７．８５～１１．７５　ｉｎ，该桩进入砾土深度《０．５　ｉｎ。　桩顶上部路基分别为６００　ｍｍ厚的加筋碎石垫层、　４．４　ｍ厚的碾压填土以及２．５　１ＴＩ厚的基床。　关键词：铁路；路基；沉降；注浆加固　中图分类号：Ｕ　２１６．４２；Ｕ　２３８　文献标识码：Ａ　该线路区段实测较为典型的累积沉降曲线如　图１所示。由图１可知，该测点的沉降量及累计沉　降量均已经超过高铁路基沉降要求的限值，该路基　存在着严重的沉降病害。　引言　在我国东部地区，新修建的时速超过２００　ｋｍ／ｈ　的高速铁路较多地选用桥梁通行的技术，此方法很　好地避免了铁路在复杂路段沉降不均匀的问题，这　在很大程度上推动了我国高速铁路的发展＿１　Ｉ２　Ｊ。另　一方面，路基通过技术在成本方面也更具有优势，路　基通过技术在地质灾害区域易于修复，这也使得该　方法成为我国部分沿海地区及西部地区新建铁路的　首选　一　。　根据对已有数据的统计，铁路的路基沉降多发　生在软土地基广泛分布的东部沿海区域，此外在东　图１典型沉降曲线　北地区及西部地区也偶有存在。软土地基的不均匀　沉降会导致铁路轨道变形，影响列车的行车安全性、　行车速度及舒适度，同时也增加了道路工程的养护　难度。对于采用路基通行技术的路段，尤其是无砟　２沉降成因　对于常见的高速铁路路基，其涉及沉降的结构　层自上而下依次为基床、路堤以及地基。参照国内　高铁设计，基床一般由级配的土填料层和级配碎石　构成，路堤是通过级配土压实之后筑成，而地基则因　的高铁轨道路段，在路基沉降之后，采用一般的养护　方法很难能再使路基恢复平整，这也成为高铁路基　养护遇到的一大难点。目前，当路基沉降发生时，常　地质情况差异存在多种形式，应用较多的有水泥粉　喷桩、碎石水泥桩以及管桩等加固形式。在工程中，　由于基床与路堤两个结构层所使用的材料的性能较　为相似，因而可将基床与路堤统称为路基。路基的　沉降可分为两种，即路基自身导致的沉降和地基导　致的沉降。路基自身产生的沉降主要是由于在线路　Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　通过调整扣件的余量以及整体抬升轨道技术来恢复　轨道平整，但多数路基的沉降会持续不断，即使基于　上述方法暂时使得轨道恢复平整，仍存在再次出现　下沉的风险。因此，对于高铁路基不均匀沉降的具　体原因应当仔细分析，采取合理的措施加以处理，彻　・２０・　运行期间地表水侵入路基，导致路基产生塑性变形，　以及施工过程中未严格控制填土质量出现的压实沉　降；对于地基导致的沉降主要是在场地勘查时出现　重不均匀等。　２．２地基出现的沉降　２．２．１地勘出现失误　漏勘等失误，以及在地基设计过程中设计不合理产　生的问题。　线路的地质勘查报告是铁路地基设计的重要依　据，其准确性直接影响着地基加固的方法。当线路　地质情况较为复杂时，尤其是软土多层分布、持力层　对于已投入运营的线路，通常并不具备地基沉　降观测的条件，因而也难以判断路基出现沉降的细　部原因。本研究旨在对铁路路基自身沉降问题进行　分析并探究其处理方法，以期为今后类似案例提供　参考。　２．１　路基自身出现的沉降　２．１．１地表水侵人　比较薄、持力层分布不均等情况，地质勘查得出的结　果极易偏离实际。此外，在进行地质勘查时，需要充　分考虑该地区水文条件变化情况对地基承重力的影　响。　２．２．２地基加固设计　在进行地基加固设计时，设计人员会根据规范　在线路设计阶段，为了防止地表水侵入路基，在　有砟轨道和无砟轨道高速铁路中均设置了相应的防　排水体系。但即使如此，在我国东南沿海地区由于　雨水充沛，地表水侵入地基引发的高铁路基沉降仍　较为常见。在正常情况下，运营线路路基填土的含　提供的计算理论及工程经验进行地基加固设计。上　述理论及方法均得到了较多工程的验证，比较科学　合理。然而，一些工程并无相关规范及理论作为支　撑，甚至没有可借鉴的同类工程参考，此时地基加固　设计的结果完全取决于设计人员及其团队的理论技　术水平，这也有可能导致一些复杂地基所选用的加　水率较为稳定，即使在荷载作用状态下，路基的物理　力学参数均处于合理区间。然而，当有较多的地表　固方法并不合理，造成地基承载力不足。　水侵入路基后，路基在列车荷载的不断作用下，其非　饱和状态的填土强度会迅速降低，相应地路基的承　载力也随之下降。与此同时，地表水不断侵入，使得　遭到破坏的填土范围也不断增大，路基逐渐出现翻　３路基沉降处理办法及分析　３．１路基沉降处理方法　当前，在较高的设计标准的约束下，高速铁路的　路基质量得到了较大的提高。然而，仍不可避免地　存在着防水能力不足、强度偏低以及出现固结变形　浆冒泥，线路基床出现下沉、外挤等病害。　对于我国的北方地区，在进入冬季之前往往降　雨较为集中，若地表水进入路基填土后不能及时排　等问题，路堤的沉降变形仍不能完全避免。一旦填　土路基变形逐渐增加，形成沉降病害时，应当及时对　沉降病害加以处理，防止对列车的行车安全造成影　响。　一出，入冬后随着气候变化，则会出现冻胀以及春季的　融陷等病害。　２．１．２填土施工质量存在问题　在施工过程中，填土质量不符合要求与多种因　素相关，其中最主要的因素是采用的填料不合理以　及施工中未能将填土碾压密实。　在铁路路基施工时，对填筑基床及路堤填料的　般地基沉降病害处理方法包括以下几个方　面：局部换填加固、土工格室加固、挤密桩、注浆加固　等。　３．１．１　局部换填　土质有明确的要求，填料的级配及强度应当符合设　计规定，填筑的填料需能够在长期的动力荷载下保　持稳定，并且具有较低的渗透性及较好的耐久性能。　然而在实际施工中，铁路路基工程通常填方量比较　局部换填加固法是把线路基床的表层下部一定　深度范围内不符合要求的填土挖去，随后采用质地　优良、符合强度要求、性能稳定、具有较好的抗侵蚀　性能的砂、碎石等进行分层回填，回填过程中进行分　层压实，并测试其密实度，以满足设计要求。　３．１．２土工格室　大，多个施工队伍同时进行，施工工期长，填土的质　量同时受原材料选取质量、管理水平、施工环境等多　重因素影响，因而也极易出现填土土质不良、含水量　失控等问题。此外，施工中填土的铺设及碾压工艺　等因素，也极有可能导致填土厚度过大、碾压能量不　土工格室加固法是在局部换填方法的基础上，　在换填土层内铺设格栅网，加设的格栅网可以很好　地约束土体的横向变形，进而大幅度提高换填区域　土体的承载力。　・２１・　足等问题，致使填土未被压实，局部填土的压实度严　建材技术与应用５／２０１　７　３．１．３挤密桩　挤密桩加固法是采用冲击或者振动方式将圆钢　管打入基床，通过这种方式挤密基床土体，进而增加　土体承载力。在拔出圆钢管后，向拔出钢管的洞口　４高速铁路路基注浆加固处理新技术　本试验提出对注浆加固采用的注浆液加以改　进，注浆液采用新研发的改性高聚物注浆材料，并进　行了注浆试验，试验过程包括填料准备、注浆加固、　内回填砂、石、水泥等强度较高的材料，随后夯实，这　样使得桩体与周边填土形成复合体。挤密桩加固法　有利于提高土体承载力，同时桩体也可以直接承受　部分荷载。　３．１．４注浆加固　注浆加固即通过一定压力把可以与土体固结的　结合体试件、变形模量测试等几个步骤。　４．１填料准备　填料采用级配不良的含土中砂经过筛分后制　作，填料的不均匀系数为１０，曲率系数为２．８６，填料　为Ｂ组填料，填料含水量为５．５％。将填料分层填　浆液注人填土路堤内，以改善填土的物理性能，提高　填土强度，增强路堤承载力。　３．２方法分析　筑于钢模内，分层振捣密实。　４．２注浆加固　注浆加固时，将注浆管从中部钻孑Ｌ，并下沉到设　上述几种路基沉降加固方法均在各类工程中得　到了应用。但上述几种方法在实施时均需要中断行　车来进行，加固施工会影响线路的正常运行。根据　计位置安装注浆接头，然后开始注浆，通过注浆时间　及压力控制注浆量，直至注浆完成。　４．３结合体试件　在注浆完成、注浆液硬化后，拆除钢模，去除结　高速铁路运营管理相关条例的规定，中断行车进行　施工的最长天窗时间为４　ｈ，上述方法中的局部换　合体周围填料，并对其进行切割制作试件。　４．４结合体测试　填、挤密桩、土工格室等三种方法均无法满足要求，　仅能采用注浆加固的方法。　试件制作完成后，对６９　ｍｍ×７１　ｍｍ×５８　ｍｍ　的立方体试件进行变形模量测试。试件共进行ｌ０次　反复加载和卸载，其中加载区间为５～４０　０００　Ｎ，加　载速度控制为１００　Ｎ／ｓ，卸载速度控制为５００　Ｎ／ｓ。　注浆加固法最核心的内容是注浆材料，其选取　需要结合具体路基填料的性能，同时需要考虑注浆　材料的渗透性、结合体强度等是否会导致施工期出　现沉降。　对于一般的铁路工程填料，当填料中含有一定　试验结果表明，在无侧限状态下，结合体试件受　压至８　ＭＰａ时仍保持完好，当压力卸载后，结合体试　件可弹性恢复。经数据整理与计算，得出试件变形　模量为１６０～１９０　ＭＰａ，结合体变形模量与路基填土　要求的模量相当，可避免结合体与填土刚度不均导　致的二次病害，结合体与填土的协同工作性能较好。　数量的粒度＜０．０７５　ｍｍ细粉时，填料渗透系数甚至　＜１０～ｃｍ／ｓ。而对于水泥浆等注浆料，其可注入土　体的渗透系数通常为１０～～１０～ｃｍ／ｓ，注浆效果不　甚理想。此外，水泥浆的结合体变形模量与填土相　差较大，这也可能因刚度不均出现二次病害，故通过　５结论　５．１铁路路基沉降问题主要归因于两个方面：一是　在线路正常运营时，地表水侵入地基导致填土出现　水泥浆对填土路堤加固也存在着诸多弊端。　对于不同于上述颗粒性质的注浆料，例如一些　低黏度化学注浆料通常具有较好的渗透性能，可应　用于经碾压密实的填土的注浆加固。但与一般民用　塑性变形；二是施工过程中对填土质量把控不严。　５．２对于局部换填加固、土工格室加固、挤密桩、注　建筑等地基加固不同的是，高速铁路注浆加固中对　结合体的强度要求严格，一般要求《１　ＭＰａ，而常见　的低黏度化学注浆料强度只有约０．５　ＭＰａ，不能满　足上述要求。此外，若选择水溶液注浆料，施工时水　溶液会对填土产生扰动，进而出现施工期沉降，无法　满足线路运营要求。因此，在高速铁路路基注浆加　固时，所选用的注浆材料应具有低黏度、较高的结合　浆加固等加固方法，由于前三种方法受天窗时间限　制，无法应用于高铁路基的沉降治理；而对于注浆加　固法，常用的水泥注浆的渗透性较小，而且容易对加　固土体造成扰动，导致施工期出现沉降。　５．３采用改性高聚物进行注浆加固的试验发现，该　注浆材料渗透性较好，同时结合体模量与填土模量　相近，可避免结合体与填土刚度不均导致的二次病　害，适用于受天窗时间限制的高铁路基沉降治理。　Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　体强度等特性，并且材料固化时间可控、含水量低。　・２２・　文章编号：１００９—９４４１（２０１７）０５—００２３—０３　沥青路面材料检测技术　口口裴晓云摘（太原市市政公用工程质量监督站，山西太原０３０００９）　要：从路面弯沉检测、路面平整度检测、抗滑性能检测以　及路面损坏情况检测等四个方面，就沥青路面材料检测技　术、检测方法及检测仪器进行了探讨。　１路面弯沉检测　路面弯沉是评价路面承载力的基础，路面弯沉　关键词：沥青路面；路面检测；平整度；抗滑性能　中图分类号：Ｕ　４１６．２１７　文献标识码：Ｂ　值是规定轴载作用于路面表面位置产生的竖直位移　或者是垂直回弹的变形量，单位为０．０１　ｍｍ。主要　功能是用来评定路面的好坏。　１．１　自动弯沉仪　引言　截止到２０１５年，我国高速公路里程已经达到　１１．１４５万ｋｍ，而且提出了到２０３０年全国公路里程　自动弯沉仪是一种自动化设备，主要功能是用　来测量路面的弯沉。自动弯沉仪的基本工作原理是　杠杆原理，测量车在需要检测的路段匀速行驶，这时　把安装在测量车前后轴之间的测定梁放置在测量车　达到５８万ｋｍ的规划。这些公路的路面大部分是　以沥青为材料，所以对沥青路面材料的检测变得越　来越重要。目前，路面材料检测技术主要包括路面　弯沉检测、平整度检测、抗滑性能检测以及路面损坏　情况检测等内容。本文从这四个方面介绍沥青路面　的检测技术、检测方法及检测仪器。　底盘的前面。当后轴经过测头时，弯沉值就会被记　录下来。然后，测量梁被拖动着向前运动，并且以双　倍的速度行驶到另外一个测量地点，就这样慢慢地　ｐａｒｔｉａｌ　ｒｅｐｌａｃｉｎｇ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｇｅｏｃｅｌｌ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　参考文献：　［１］李忠，徐文明，陈明长．青藏高原清水河多年冻土区铁路　路基沉降变形特征研究［Ｊ］．工程地质学报，２００６，１４　（６）：８２４—８２９．　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　ｐｉｌｅｓ，ａｒｅ　ｎｏｔ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｌｉｍｉｔ　ｏｆ　ｓｋｙｌｉｇｈｔ．Ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｔｈｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ．　Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ，ｔｈｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｕｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　［２］赵洪勇，刘建坤，崔江余．高速铁路路基沉降监测方法的　认识与评价［Ｊ］．路基工程，２００１（６）：１５—１７．　［３］程博华．铁路路基病害的成因与整治措施［Ｊ］．铁道建筑　技术，２０１１（２）：６５—６７．　［４］周诗广．高速铁路路基设计的新特点解析［Ｊ］．铁道经济　研究，２０１０（３）：２１—２４．　ｓｐｅｃｉｍｅｎ　ｉｓ　１６０～１９０　ＭＰａ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｊｏｉｎｔ　ａｎｄ　ｂａｃｋｆｉｌｌ　ｗｏｒｋｓ　ｗｅｌ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒａｉｌｗａｙ；ｓｕｂｇｒａｄｅ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ　Ｃａｕｓｅｓ　ａｎｄ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ＷＡＮＧ　Ｌｉａｎｇ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　作者简介：王亮（１９７９一），女，山西临猗人，讲师，硕士，　（Ｓｈａｎｘｉ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ，　２００６年５月硕士研究生毕业于重庆交通大学结构工程专业，　主要从事工程结构、建筑材料与检测研究工作。　收稿日期：２０１７—０９—１８　（编辑盛晋生）　０３０００６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｖａｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ，ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒａｉｌｗａｙ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｆｏｒ　ｒａｉｌｗａｙ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｃｏｍｍｏｎ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　建材技术与应用５／２０１　７　・２３・