重载铁路路基病害分析及对策

摘要：铁路在运营的过程中易于出现的病害包括冻胀、变形和路基下沉等，需要对路基进行科学合理的修整。文章对我国现有重载铁路路基的典型病害即变形与沉降进行了剖析，总结出了产生病害的主要原因，并针对这些原因逐个进行分析，提出了相应的对策和防治措施。

关键词：重载铁路；路基病害；冻胀；沉降；变形；铁路运营 文献标识码：A

中图分类号：U216 文章编号：1009-2374（2016）22-0102-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.050

2005年国际重载协会理事会，对重载铁路的标准进行了重新的规定，需要对以下三条标准中任意两条进行满足：（1）列车质量≥8000t；（2）货车轴重≥27t及以上；（3）长度≥150km的线路上年货运量≥4000万t。因此，重载铁路涉及铁路一系列管理和技术标准的改变，现期间还处于快速发展阶段，如今铁路在运营的过程中易于出现的病害包括冻胀、变形和路基下沉等，需要对路基进行科学合理的修整。轻则需对线路抬轨补砟整道、对路基基床注浆处理，严重的要拆除重新施工，产生较坏的经济和社会效益，对运营线安全造成巨大安全隐患。据统计，线路限速约40%是由路基变形沉降引起的，因此一定要对路基的变形和沉降原因进行认真的分析，从而找到最佳预防办法。

1 重载铁路路基出现变形与沉降的主要原因

依据相关资料统计和分析，重载铁路路基发生沉降与变形的主要原因有：（1）特殊地质构造和环境。岩溶地基、地下水下降及地面下沉因素引起的路基沉降；北方严寒地区冻胀引起的路基上拱；（2）软弱地段的地基处理。新黄土地基、其他软基和膨胀性岩土地基等处理不当，遇水后引起的路基不均匀沉降和变形；（3）施工质量问题。路基没有使用合格的填料、填料中添加了较多的具有较强膨胀性的填料或者是生石灰没有得到完全溶解，这就导致遇到水以后就会出现严重的膨胀现象，从而使路基出现上鼓的情况；（4）其他因素。临近线路堆载或开挖基坑施工等因素引起的路基变形。

具体线路产生沉降与变形的原因是由多种因素导致的，有的原因没有得到明确的确定，需要从地质情况、施工技术、设计规范、地质勘察以及其他原因等角度进行综合的研究，只有找到原因才能制定出高效的解决办法。

2 特殊地质构造和环境引起的沉降

2.1 地面沉降分析

软土地层比较厚的地方易于出现地面沉降的问题，出现这些问题的主要原因包括两种：（1）地质因素，比如软弱土层固结出现沉降、构造活动等；（2）人为因素，比如矿产资源的开发、地下水下降等。如今地面沉降的主要原因就是地下水的过度开采，有的地区通过采取限量的办法，使地面沉降得到了有效的控制。

2.2 处理办法

铁路工程从沉降地区经过的时候，一定要对沉降的速率、幅度和历史进行认真的分析，从而得到详细的结构设计和线路走向的解决办法。通常情况下，过量开采地下水可以造成地面出现严重的沉降问题，会出现比较严重的漏斗区，地面沉降缓慢或者是均匀下沉不会对重载铁路工程造成影响。

2.3 路基冻胀原因分析

如今我国已经对路基冻胀的变化规律、性质以及机理进行了详细的了解，有针对性地探究了西北、东北等严寒地区的冻胀问题，积极采取了有效措施对其进行了处理和预防。在修建青藏铁路的时候，专门对冻害问题进行了深入的研究，并获得了较好的成绩。重载铁路施工对路基的要求比较高，在严寒地区修建和运营重载铁路尤其是无砟轨道会对冻胀问题有更加严苛的要求。

2.4 分析冻融规律

经过认真分析北方地区重载铁路建设、运营等相关问题，并认真地分析冻胀季节路基观测数据，发现随着时间的变化，冻胀变形先后经历了三个主要的发展阶段，即快速发展期、低速稳定持续发展和冻融期。主要的变化特点包括：（1）在冻胀快速发展期内，冻胀量飞速的增加，10天以后会达到最大值；（2）冻胀稳定期冻胀量基本稳定；（3）冻胀变形包括上涨及回落两个阶段；（4）经过冻融循环后，冻融沉降值与冻胀高度产生了冻胀残余变形，其值不大。因此，线路运营受冻融规律的影响比较明显，线路运营的不稳定期主要发生在冻胀融化期和快速发展期里，一定要做好观测工作。

2.5 解决措施

冻胀产生的主要因素包括填料的矿物成分及颗粒组成、填料中水的含量、外部强加的负荷等。因此，在设计的时候，一定要对路基结构进行不断的强化、对路基填料进行不断地优化，同时做好防排水工作。比如，中南部铁路、神华集团铁路以及大秦铁路都具有比较典型的特点，冻胀问题基本都得到了有效处理。在进行设计的时候，还要进行深层次的探究：（1）做好防水处理工作。造成冻胀的主要原因就是水，路基面以下水进行一次有效循环就是一个冻融期。随着水资源的不断循环，地基中的细粒土会被带走，会给路基造成一定的变形和强度下降。如果路基压实是在最优含水率下完成的，一定要确保地基含水率在有效的范围之内；（2）路基填料的冻胀问题。经过认真的分析，路基冻胀与土体含水率、路基填料有着直接的关系，还与线路经过地区的冻结深度有着直接的联系。因此，在对路基进行勘察设计的时候，确定冻结深度时，一定要对冻结系数进行合理选择。对填料来源进行认真调查的时候，需要对天然含水率、级配进行认真的分析，对当地条件进行模拟并开展试验活动；（3）路基过渡段施工。在级配碎石中添加5%水泥进行处理，在级配碎石中添加水泥可以使混凝土温度、干燥性得到有效收缩，受反复荷载和温度变化的影响，路基易于出现开裂的问题，如果发生破坏就不可能再恢复到以前的状态，需要对路基过渡段进行持续观察。

3 施工质量引起的沉降

3.1 施工质量分析

各种施工质量问题最终反映的问题是路基变形和路基沉降。较为典型的情况有：（1）路基填料和工艺把控不严，采用的路基填料级配和碾压工艺不符合设计要求，会引起路基的沉降；（2）添加的填料具有较强的膨胀性，遇到水以后路基会膨胀上拱；（3）在对改良土填料路基施工的时候，没有对生石灰进行均匀搅拌也会使路基出现上拱的情况；（4）软弱地段地基处理。改良土换填质量不合格、软土路基数量和桩长不合格，都会导致路基出现下沉的情况；如果地基具有较强的膨胀性，但没有进行合理的处理，就会导致路基在遇水以后出现上拱的情况。

3.2 控制施工质量的办法

重载铁路路基施工中，填料的控制：（1）基床下路基填料：应选用A、B、C组填料和改良土填料，当选用C组细粒土填料时，液限小于40%，塑性指数小于15，对于C组黄土填料，不得具有高湿陷性；（2）基床底层填料：应选择A、B组填料和改良土填料。当采用C组细粒土改良时，要根据细粒土种类和天然含水量确定掺加石灰或水泥进行改良。当采用A、B组填料的碎石土时，级配应合理，细粒含量小于20%，对于块石填料，最大粒径不大于10cm；（3）基床表层的材料：应具有较高的强度和弹性模量以及耐磨反滤等特性。按设计选用A组料宜采用碎石土，大于2mm以上的颗粒应坚硬，级配应良好，细粒含量宜在2%～15%之间，大于5mm的颗粒含量大于50%，大于20mm的颗粒含量大于30%。

路基填筑施工工艺及控制要求：基床以下路基及基床部分填筑按“三阶段、四区段、八流程”的施工工艺组织，严格控制分层厚度，当采用块石类填筑分层最大压实厚度不大于50cm，对于碎石和砾石类填料分层最大压实厚度不大于40cm，对于砂类土和改良土最大压实厚度不大于30cm，分层填筑的最小压实厚度不宜小于10cm。

4 其他因素分析

线路附近施工引起的线路沉降和变形十分普遍。造成路基变形的原因主要包括两点：（1）临近施工导致地基负荷增加，比如线路范围之内出现堆载、路基帮填等，易于造成线路地基出现变形的情况；（2）在线路附近进行挖掘，从而导致线路出现变形或者是沉降的情况。

在一般情况下采取的措施主要包括两点：（1）模拟检验线侧施工可能遇到的所有问题，对线路运行的情况和地基沉降量进行科学的预测；（2）对设计策略进行科学的规划。使用隔离防护加固的办法来对既有路基范围之内的影响进行处理。

5 对策与建议

5.1 加强地质勘察

如今在铁路建设的时候，开展项目管理制度和地质勘察监理制度是非常重要的。重载铁路在后期投入使用的时候，出现变形和沉降与地质情况有着直接的联系，所以，要想对重载铁路的变形沉降问题进行有效的管理，就一定要将勘察技术和质量进行有效的管理，将监理的作用进行不断强化，防止出现任何质量问题。

5.2 对设计的系统性进行提升

在进行图纸设计的时候，易于出现系统性缺失的情况。重载铁路车辆系统需要有较高的稳定性，对路基变形和沉降有比较严格的要求，所以在设计的时候，需要对不同专业系统设计的原则进行良好的展现。对线路经过的特殊地质条件进行认真的分析，对轨道结构选型和线路走向进行认真的分析。在设计的过程中，会有一些特殊的地基情况是无法避免的，分析可能发生的实际工况下运营速度和安全值的对应关系。

5.3 对施工质量进行管理

在重载铁路建设的时候，受施工质量的影响会导致路基出现一定的变形和沉降，从而导致工程出现拆除和补救的问题，不但造成工期的延误，还会对重载行车运营埋下巨大的安全隐患，产生较坏的经济和社会效益。施工中，加强质量管理制度的建设，并建立行之有效的质量控制组织机构，采用强有力的管控手段，严格按照工艺流程的施工，以过程控制保证质量。

5.4 维修养护重载线路

在发达国家中，重载线路使用机械化作业的程度可以达到九成，使用大型养路机械可以使重载线路的技术标准得到全面实现，呈现出专业化和多元化的特点。主要的机械化装置包括钢轨打磨车、边坡整形车、线路大修列车、道砟清筛机以及捣固车等。

6 结语

重载铁路与普通货运铁路相比，承受列车轴重由原来10多t增加到30t，列车牵引总重从原来1000多t增加到10000t。路基的变形和沉降会严重影响行车安全。

重载铁路需要谨慎考虑各种因素，如地质构造、软

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弱地基、冻害及临近线施工等其他因素对路基稳定性的影响，重载对路基稳定性的另一要求是保证基床足够强度以满足重载列车行车需要，和一般条件线路相比，重载条件下列车对路基基床作用有着更加复杂的动力效应。在重载铁路路基的设计上要做到系统全面设计，以消除各因素的影响，在修建新线时应当提高设计标准，提高填料级别并做好防排水设施。在施工过程中要严格控制施工质量，保证路基的强度和稳定性达到设计要求，确保行车安全。

在对重载铁路进行维修的时候，可以使用预防性养护和钢轨预防性打磨的办法，在实现轮轨摩擦管理的过程中，可以使用车载式和轨承式的办法来进行实现，同时做好几何状态检测和钢轨探伤作业。在对线路的良好状态进行保持的时候，可以使用大型机械来进行养护，将管理和检测的力度进行不断加大，从而为预防性维修提供可靠的依据。

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作者简介：田晓青（1980-），男，山西平遥人，供职于中铁十一局集团第四工程有限公司，中级职称，研究方向：铁路施工技术。

（责任编辑：王 波）