铁路路基常见病害的防治与处理

北京交通大学

毕业设计（论文）题目：铁路路基常见病害的防治与治理

姓名：袁赫洋专业：高速铁道技术工作单位：吉林铁道职业技术学院

职务：学生

准考证号：

设计（论文）指导教师：赵纪平

发题日期：2016年日

完成日期：2016年月日

毕业设计（论文）评议意见书

专业

高速铁道技术姓名袁赫洋题目铁路路基常见病害的防治与治理

指

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老

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评

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意见成绩评定：指导老师：

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见

答辩组负责人：

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注

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：铁路路基常见病害的防治与治理一、毕业设计（论文）内容

随着现代物流运输业的日益繁忙，对铁路承载压力日益增强。铁路对路基的要求也越来越严格.对路基病害的防护与处理也显的越来越重要。而铁路，作为一种线形带状的特殊人工建筑，不可避免地经过不同的地质地区。对于不同的地质地区铁路工程地基土的沉积条件是不同的，因此地基土的变化往往是极其复杂的。所以要根据不同地质情况分析各种铁路路基常见病害的防治与处理。

二、基本要求

1．根据工程的实际情况，围绕重点项目周密部署、合理安排、科学管理。

2、熟悉设计文件，编制实施性施工方案；

3、合理配备劳动力、施工机具；

4、推行ISO9002质量保证标准体系，制订工程创优规划，编制项目质量计划，重点把好技术方案审查关、材料进场检验关、施工过程控制关，切实保证实现质量目标。

三、重点研究的问题

山区铁路路基病害的防治措施，黄土地区路基的病害防治与处理

四、主要技术指标

满足《铁路工程技术标准》及《最新铁路工程路基路面设计施工技术规范与工程质量检验评定标准汇编》要求。

五、其他需要说明的问题

下达任务日期： 2016年月日

要求完成日期： 2016年月日

指导教师：赵纪平

中文摘要

路基病害的防护处理是铁路设计，施工中很重要的一部分内容，它对铁路工程的质量造价，工期等有着直接的影响。随着我国高等级铁路建设的迅速发展，路基病害的防护处理的重要性越来越被人们所认识。路基病害大都带有地区特点，有各自的地域特性。可简要分为山区地区，黄土地区，沿海软土地区，西北盐渍土地区和西南及东北冻土地区。路路基的各种病害及破损都是由路基的强度和稳定性不足引起的，影响路基强度和稳定性的因素主要来自两方面，一方面是自然因素与地质条件，其中主要的影响因素是温度和湿度；另外一方面是人为因素，包括设计、施工和养护。而路基建成后，其质量将主要取决于路基的养护水平。

关键词：路基病害防治处理

目录

第一章绪论 (1)

第二章山区铁路水毁浅析及防治措施 (2)

2.1水毁的原因及浅析 (2)

2.2水毁的防治措施 (3)

2.3山区其他种类的病害 (4)

2.4翻浆 (9)

第三章山区铁路路基病害的防治措施 (15)

3.1坍塌、崩塌的防治： (15)

3.2滑动的防治： (15)

3.3泥石流的防治： (16)

3.4加强铁路养护，积极防止和逐渐减少或消灭铁路路基病害 (17)

第四章黄土地区路基的病害防治与处理 (19)

4.1黄土的结构特性 (19)

4.2黄土地区挖方路基病害调查与分析 (21)

4.3黄土地区挖方路基处治措施 (23)

结束语 (27)

总结 (28)

参考文献 (29)

铁路路基常见病害的防治与处理

第一章绪论

现代交通运输业是国民经济的重要组织部分，是保证整个国民经济顺利发展的先决条件。运输业的发展，对发展国民经济、加强国防和改善人民物质文化生活具有重要的意义。铁路受地形限制小、建设速度快、所需投资少，又是连接城市与农村、工厂与矿山、生产与消费的纽带。正因为它具有机动、灵活、直达、迅速、适应性强、服务面广的特点，所以对于巩固国防、发展经济、开发山区发挥着巨大的作用，并且具有良好的前景。随着我国高等级铁路建设的迅速发展,路基作为铁路设计和施工中很重要

的一部分,路基病害的防护与处理的重要性也越来越被人们所认识.

路基作为道路路面的基础。为使路线平顺，在自然地面低于路基设计标高处要填筑成路堤，在自然地面高于路基设计标高处要开挖成路堑。路基必须具有足够的强度和稳定性，即在其本身静力作用下地基不应发生过大沉陷；在车辆动力作用下不应发生过大的弹性和塑性变形；路基边坡应能长期稳定而不坍滑。为此，须在必要处修筑一些排水沟、护坡、挡土结构等路基附属构筑物。路基是一种线形结构物，具有路线长、与大自然接触面广的特点，其稳定性，在很大程度上由当地自然条件所决定。

第二章山区铁路水毁浅析及防治措施随着铁路建设步伐的加快，山区铁路建设也正以前所未有的速度发展。这为山区人民脱贫致富，早日进入小康生活水平提供了良好的基础条件。但是，山区铁路易遭受水毁，每年雨季期间，山水汇流直接冲刷路面，轻则影响铁路的通行能力，重则将中断交通，危及铁路的行车安全，而且造成很大的经济损失。现就如何做好山区铁路的水毁防治措施，谈点粗浅的看法。

2.1 水毁的原因及浅析

山区铁路地形复杂，坡陡弯急，防护工程设置较少。而山溪河流变化幅度较大，洪水来势凶猛，经常造成水淹路面。同时洪水中夹带大量的树枝及泥石，常常使边沟及涵洞进水口阻塞，导致排水不畅，山洪直冲路面，形成路基缺口，影响交通的安全畅通。

由于山水汇流，河流水易涨易退，水流急湍，弯曲较多，与河流并行的铁路路基边坡经常遭到严重冲刷，导致边坡坍塌，形成路基缺口，危及行车安全。虽然有些路段设置了防护工程，但大部分防护工程的基础埋置深度不够，常被冲刷得基础外露。

雨季时间较长，经常连降暴雨，致使山上植被覆盖层全部处于饱和状态，增加了覆盖层的下滑重量。由于雨水渗入，使覆盖层与山体岩层的粘结面摩擦力减小，而部分覆盖层失去了平衡的稳定，致使深挖路段边坡滑塌，而少部分路段的塌方是因为路基改造过程中，由于大爆破时的震动，使岩石的岩层发生裂缝，而又未采取任何的防护措施，当雨水涉入岩层裂缝中，失去平衡稳定的情况产生塌方。有时因人为的开挖取土不当，在雨水较多的情况下，大量雨水渗入土体，破坏了颗粒间的粘聚力，增加土体重量而塌方。

由于地下水较丰富，使土基及基层强度下降，在雨季期间，常常造成路基发软下沉，造成行车不畅。

在铁路改建或改建（增建）涵洞时，涵洞的设置与实际不相符的涵洞位置和类型，对雨季铁路的正常养护造成很大的水毁隐患。

虽然铁路改建对当地经济发展起到了积极的推动作用，但当地的居民爱路护路意识不强，经常在铁路边坡上开山取石，在路肩上堆放杂物，造成边坡或路基坍塌，更有甚者因房屋建在铁路边坡下，为了阻止路面水的排泄，在铁路路肩上用泥土筑起一道屏障，导致雨季期间常常水淹路面，危及行车安全。

2.2 水毁的防治措施

与河流并行的铁路设置的防护工程，其基础尽可能地适当加深，确保工程质量，防止洪水冲刷。对于经常滑坡的深挖路段应在边坡顶端上设置截水沟，边坡应分段设置不同的坡度。对于高填方路段，除设置防护工程外，还可植树种草，特别是高填方及土质深挖路段，可种植香根草，香根草根系发达，根深可达1-2米，既可保护边坡的整体稳定性，又可美化铁路，改善生态环境。

对土基和基层强度不足，极易出现路基发软下沉的路段设置暗沟或渗沟，使地下水能排到路基以外。

要牢固树立治路必先治水的观念，山区铁路因受地形的限制，路面窄小，应因地制宜地对纵向排水沟加深加宽，涵洞进水口的沉砂应适当加深，在铁路的纵向和横向排水方面加大力度，把涵洞的养护列入日常养护中，要坚持雨天巡路制度，及时消除水沟和涵洞杂物，经常保持排水设施处于良好状态。在日常养护工作中，不断完善排水设施，同时根据当地气候特点及地理条件，因地制宜地制订一些具体的防治措施，从检查水毁的苗子入手，从思想上重视防毁，从行动上加强防毁。

加大《铁路法》的宣传力度，提高铁路沿线居民的爱路护路意识，保持铁路及铁路防护构造物的完整性。

2.3 山区其他种类的病害

山区铁路路基其他病害分为坍塌、滑波、泥石流备战种类型，现将各类型病害的特征、成因和危害分述如下：

2.3.1 坍塌

山坡堆积物在自重作用，沿边坡产生不同规模的坍塌现象。发生坍塌时的运动速度较快，土石有流动现象，土体扰动且相互位置改变，在运动

结束后，坍塌体基本稳定，无滑动面，亦无明显的软弱面。坍塌发生前，有时边坡顶部出现大小不等的裂缝。

出现坍塌的原因，主要是由于开挖路堑边坡较徒，使边坡的支持力量减弱，或堆积物受到地表水的及地下水的影响，使土壤的抗剪强度降低，此外土壤受到冻结融化的反复作用，使边坡土体的稳定性降低或受到风化作用、地震作用、气温的变化等，使边坡的稳定性受到影响。

坍塌对路基的危害程序视其规模大小而异，由于坍塌发生时具有冲击力，经常引起建筑物的变形，破坏路基，阻止交通，给养护工作带来不少工作量。

2.3.2 崩塌

巨大的岩体失去与基层的联系，在重力作用下，瞬时突然剧烈地从边坡陡崖上倒塌到坡脚下堆积起来，岩块常被撞很破碎。发生崩塌时速度极快，岩块在运动中有滚动跳跃现象。运动结束后，崩塌体基本稳定，岩层无滑动面，但有软弱面或构成软弱面的条件。当崩塌发生前，有时发现碉层有新的裂缝或其它的变形特征。

崩塌的造成是由于开挖路堑加陡了边坡的坡度，使岩体失去了平衡或者由于地表水深入岩体裂缝或地下水在岩体裂缝中流动，使岩体自重增加，此外由于风化作用及冰冻作用结果，加快了岩体裂缝的发展，使岩体的坚固性降低，其它如大爆破、地震、植物根系在岩石裂缝中生长以及降雨量、蒸发量、气温等变化对岩体的性质亦有影响。崩塌是山区铁路最常见的一种地质现象，由于其规模大，同时发生时，冲击力大，常使建筑物遭到严重的破坏，经常断绝交通，给行车带来很大的威胁

2.3.3 错落及其防治

岩土山坡的底层是由一个向外缓倾斜的、松散破碎岩土所组成的软层为底层，在久雨或暴雨的雨水作用下，软层上覆荷载增大，或底层岩土的强度降低，致使软层产生压缩为主的变形，并进而引起上覆岩土沿后缘向外陡立的裂面整体下挫，这种现象称错落。发生错落现象的软层又称错动带，一般依附于断层破碎带生成。每当软层上覆岩土后缘与稳定山体之间的下错裂缝贯通和错壁呈现后,即完成一次错落（图2[错落断面示意图]）。错落一般不像崩塌那样突然发生，但错落可发展为崩塌和滑坡。松散的错落体也可能在连续大雨中发展成为泥石流。

错落防治主要是：在可能产生大型错落的地段，线路选线时应尽可能绕避；在基础稳定的地段，线路可修支挡明洞通过，必要时将洞顶及外边墙全部用土石掩埋，作为山体的一部以支撑山坡。但是，防治错落的有效措施是在错落体后部采取减重措施和在前部修筑支挡建筑物。同时，要修筑地表排水系统和安装必要的排水设备，必要时应有疏干错落体前部的措施。错落体后部减重措施是指在错落体自身的后部挖去一块岩土的工程，目的是减少错体的荷载。在错落体前部修筑支挡建筑物的基础应埋置于错动带以下，目的是平衡发生错落的推力。这种支挡建筑物一般采用刚性圬工墙。刚性圬工墙后应有足够厚度的软隔层，以减少错动时对圬工墙的应力。

2.3.4 滑坡

滑坡是堆积层或岩层在重力作用下整体地沿线着滑动面向下滑动的地质现象。这种滑动一般与地下水或地表水的活动有关，滑动速度较缓慢。每次滑动后，滑动体并不完全稳定，会出现新的变形。滑动体在运动中本身各部分的相互位置基本保持不变，当滑动体的速度极快，有部分土体翻转，则称为崩塌性滑坡，通常在滑动体以内与滑坡体附近可见羽状裂缝或环状裂缝。一个发育完全全的滑坡，通常由于坡体、滑动面、滑坡裂缝、滑坡壁、滑坡附地、滑波盆地、滑坡膨丘等组成。

滑动的形成，条件及影响因素很多，从地质条件上讲，滑坡发生于可塑性的土质或软弱岩层上，在具备蓄水构造与聚水条件以及软弱面（能起隔水作用）以后，就有可能发生滑坡。从地质构造上讲，岩层的结构与构造，对山坡的稳定性、滑动面的形成以及滑坡的发展都有很大的影响，如堆积与岩层的接触面愈陡，则堆积层土地体的重力作用就愈大，极易发生滑坡。从水文条件上讲，地表水不少地下水作用，都会破坏土体的稳定，

助长滑坡的活动。我们在修建铁路的过程中，在山坡脚开挖路堑，破坏土体平衡减低山坡的支撑力量，将会引起滑动。

铁路上的滑动多发生在挖方地段，大部分为斜坡地带或沿河（溪）岩阶地堆积层上的滑坡、层上层滑坡。滑坡大部分在路基办侧的边坡上，少数流动动面穿过路基出露于外侧边坡上，其危害程度视其规模及其活动情况而定，对于变化缓慢的滑坡或规模不大的滑坡，先可采取临时性或筒单措施，维持通车，然后逐步整治，使用权其恢复原有的路线标准。

2.3.5 泥石流

山岭地区，由于暴雨或大量的融雪水在沟浴中造成突然的短暂的间歇性水流，它挟带着大量的固体物质（如风化后产物和山坡上的土体上的土粒、碎石、块等，流动过程中还挟带砂砾石）而形成泥石流。

泥石流的造成，主要是在瀑雨地区很短的时间的大量降水产生集中水

流而形成山洪，而当集水落石出区内岩层风化具有大量的松散堆积物，当山坡坡面受到集中水落石出流及沟谷下切产生坍塌、崩塌、滑坡现象以后，成为泥石流固体的来源。

泥石流是山区铁路常见的一种病害，泥石流发生时，常冲毁路基，破坏桥涵等建筑物，断绝交通。

2.4 翻浆

是路基常见的病害之一，它是路基中的土受雨水或地下水浸泡饱和后，在车辆动载荷作用下，形成沿伸缩缝或裂缝的空隙向表面涌出水和泥浆。对路基翻浆进行技术处理和研究，对保证铁路建设的质量和车辆运行安全有着十分重要的意义。

在高速铁路路基翻浆冒泥整治技术方面，国内外进行过大量的研究。自20世纪70年代以来，主要整治技术为铺设砂垫层后设置封闭层、换土等。设置封闭层主要采用沥青稀浆封层，在其他材料方面使用氯丁橡胶、聚氯乙烯软板、玻璃纤维塑料布、为尼龙涂塑布、土工格栅、木工布等，有些效果好，有些不尽如人意，而且在施工时，绝大多数需要封闭线路，严重影响铁路的正常运行和安全。

从目前的进展情况看，高速铁路路基病害的处置，实践先于理论。业主与施工单位及有关科研院校对病害的成因、机理、处置工法、材料未进行过系统的研究，未形成一个材料、工法、管理上的技术规范，例如钻孔的工具、钻孔的深度、灌浆的压力、材料的特性、压力对基层土层的影响，灌浆材料对土层的匹配性，与混凝土垫具的相容性，灌浆材料的弹性模量，加固后固结体的抗压、抗折、抗渗的性能，检验方法等，都没有明确的要求和具体的参数，因此，结合实际总结一套适合高速铁路路基病害处理的整体技术，是摆在我们面前的—个重要课题。

目前高速铁路处置路基病害的方法主要有水泥加膨胀剂法、水泥水玻

璃法、固化剂法等几种，经过在湖南几条高速铁路养护实践中的应用，证明静压化学灌浆是目前处置路基病害的有效途径之—。注浆在高速铁路及水利系统称灌浆，在岩上工程中称注浆，它是利用压力将能固化的浆液，通过钻孔注入岩上孔隙或构筑物的裂隙中，使其物理力学性能改善的一种方法。

2.4.1 灌浆的目的

防渗：降低岩土的渗透性，消除或减少地下水的渗流量．降低工程场压力或孔隙水压力，提高岩土的抵抗渗透变形能力，如水电工程坝基坝肩和坝体的注浆防渗处理。

堵水：截断水流，改善工程施工运行条件，如井壁等地下工程漏水的封堵。

固结：改善岩土或结构的力学性能，恢复其整体性。

防止滑坡：提高边坡岩土体的抗滑能力。

降低地表下沉：降低或均匀化岩土的压缩性，提高其变形模量，改善其不均匀性。

提高地基承载力：提高岩土的力学强度。

回填：充填岩土体或结构的孔洞、缝隙，防止塌陷，改善结构的力学条件。

加固：恢复结构的整体性和力学性能。

在高速铁路路基病害处置中一般通过不同的材料和工法，在浅层主要充填加固，深层防止板面下沉和抬升沉降。在工程实践中，注浆的目的并不是单一的，在达到某种目的的同时，往往收到其他几个方面的效果。

2.4.2 灌浆原理：

在高速铁路路基处理中，灌浆工艺所依据的理论主要可归纳为下列三

类：

①渗入性灌浆，在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就越大。

②劈裂灌浆。在灌浆压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石或土体结构的破坏和扰动，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张，或形成新的裂缝或孔隙，从而使低透水性地层的可灌性和浆液扩散距离增大。

③压密灌浆（挤密灌浆）。通过钻孔向土层中压入浓浆，随着压密的浆液的挤入，将在压浆点周围形成灯炮形空间，并因浆液的挤压作用而产生辐射状土抬力，从而引起地层局部隆起，在高速铁路路基处理中，如桥头跳车、高坡回填沉降，正是利用这一原理纠正路面不均匀沉降。

2.4.3 化学灌浆材料

根据高速铁路路基特点，大的颗粒类浆液对密实的路基（高速铁路路基特点）渗透性较差，而高速铁路路基处理要求速凝、早强，结石体固体率高（≥100％），在酸性环境中能固化，具体要求：浆液的初始黏度要低，流动性好，可注性强，能渗透到细小的裂隙或孔隙内。凝胶时间可以在几秒～数小时范围内任意调整，并能准确控制。稳定性好，在常温、常压条件下较长时间存放不改变其基本性质，存放不受湿度、温度变化的影响。无毒、无臭、不污染环境，对人体无害，属非易燃非易爆品。浆液对注浆设备、管道、混凝土结构物等无腐蚀性，并容易清洗。结石体有一定的抗压、抗拉强度、抗渗性好、抗冲刷及耐老化性好。材料来源丰富，价格便宜。配制方便，操作性好。

2.4.4 二种适合高速铁路的化学灌浆材料

从工程实践情况看，目前可使用于高速铁路浅层灌浆材料主要有两种：第一种是水泥基高分子聚合物灌浆材料。高分子化学灌浆是高分子应用化

学的—个新领域，也是工程建设中的一项新技术。它是由单体低聚物加水泥等组成的浆液灌入所需处理的部位，经聚合、交联等化学反应，生成高聚物，形成无机与有机的网状结构，使被处理的部位形成整体，达到防渗、堵漏和加固的目的。水泥基高分子化学灌浆的特点是：水溶液黏度低，可灌性好，渗透力强；有较高的粘结强度；固化时间可任意调节；充填密实，防水性能好，固结强度高。

第二种是高水速凝灌浆材料。高水速凝灌浆材料是选用铝矾土、石灰和石膏为主要原料，配以多种无机原料和附加剂，经磨细、均化等工艺，配制成甲、乙两种粉料的水硬性胶结材料。该材料是“八五”国家重点科技成果，是一种具有独特性能的新型材料，其主要技术特征如下：

①具有高含水性，其水和固体粉料体积比高达6.7:1.O一9.0:1.0，重量水固化（即水灰比）为2.2:1一2.57一l。

②具有可注性。甲乙两种固体粉料与水搅拌制成的甲、乙二两种浆液，单独放置可达24小时以上不凝固、不结底，流动性好，可以远距离输送。

③具有速凝性，甲乙两种浆液混合后30分钟之内即可结成固体。

④强度性能。甲乙两种材料浆液混合后开始凝固，1h抗压强度可达

0.5—1Mpa，2h强度可达2Mpa，—天可达4Mpa，7天以后可达5Mpa以上。

⑤无毒、无害、无腐蚀。

⑥酸碱性：甲料的PH为9一10，为弱碱性：乙料的PH为11一12，为碱性。

⑦高水材料所形成的结石体早期破坏后还具有重结晶恢复强度的性。高水速凝材料的硬化体抗压强度与原料的种类、质量、配比和施工条件等因素有关，不同龄期的抗压强度如表所示，由于它形成的硬化体含有80％一90％的水分，且还有—定的强度，这是一般材料所不能相比的。

水灰比抗压强度（Mpa）

W/C2h24h3d7d28d

2.25—2.5:1≥1—1.5≥3—

3.5≥3.5—4≥4—

4.5≥4.5—5

高水速凝材料不同龄期的强度

高水速凝材料的凝结时间受原料种类、甲乙料配比、附加剂、温度和水灰比等因素影响，初凝时间一般在3min～20min内，材料成分之间的合理配比是一个重要影响因素。

由于高水速凝材料具有高水、速凝、可注性等特殊性能，因此，高水速凝材料不仅在采矿工程中巷道支护、采空区充填、壁后充填支护、锚喷支护等工程中广泛使用，而且在地下工程、地基加固、注浆堵漏及建筑、水利、铁路等工程领域也有广泛的应用前景。

2.4.5 灌浆设计与施工

混凝土路面与基层之间存在空隙，使混凝土路面板块无法均匀受力，从原设计的受压构件变成受弯构件，这就可能造成混凝土板块破裂直至沉陷，影响正常使用，因此应采用化学灌浆技术对基层空隙进行补强加固，使得路面混凝土板均匀受压，满足高速铁路面的设计要求。

高速铁路化学灌浆是以加固地基为目的。该类注浆施工的特点是“围、挤、压”，就是先将注浆区围住，再在中间插孔注浆挤密，最后逐序压实，这样易于保证质量。所以，注浆的施工次序必须遵循逐渐加密的原则。

布孔：根据浆液扩散的有效半径，每块混凝土板布灌浆孔5个，在满足灌浆要求的情况下，尽量少布孔。布孔时，根据雷达检测指导尽量将孔位布置在混凝土板块中央，灌完中央后，根据雷达检测的灌浆效果，若还有不密实处再布第2、3个孔灌浆，直至灌浆达到密实要求为止。

钻孔：钻孔直径在42cm～36cm，孔深以钻穿混凝土板为标准，具体的讲，钻穿混凝土板与水稳层，进入填土层10cm～20cm，这样灌浆时可在填土层中形成脉状网络，通过挤密可处理空洞，加固地层。

埋灌浆管：在钻好孔内插入灌浆管，用止浆塞封闭孔口进行压力灌浆

灌浆方式：灌浆采用双液灌浆系统，外管走水泥浆或A组份高水速凝浆，内管走化学浆或B组份高水速凝浆，用两台灌浆泵压进，灌浆压力为

0.2Mpa～1Mpa，要求略抬动路面混凝土板块，抬板0.5cm～1cm（对错台而言），使整个路面混凝土板块底部充满浆液，达到均匀加固的目的，灌浆完成后混凝土路面与基层之间的脱空层完全灌密实，整块板底均有密实的固结体。