探析湿陷性黄土铁路路基整治技术

摘 要： 在铁路路基工程施工中有时会遇到一些特殊的泥土路基，在上覆土层自重应力作用下，或者在自重应力和附加应力共同作用下，因浸水后土的结构破坏而发生显著附加变形的土称为湿陷性土，属于特殊土。而在这些性质的泥土上面进行铁路路基施工必须采取特殊措施，必须将这些湿陷性泥土在受到附加作用力下引起的变形等因素考虑在内。笔者将针对湿陷性黄土地基的铁路路基施工技术展开论述，并着重介绍劈裂压浆这一有效的施工技术。

关键词：湿陷性黄土；铁路；路基

中图分类号：U213.1 文献标识码：A

1 湿陷性铁路路基的分布与形式

众所周知，横贯我国东西的铁路线路主要为陇海线，而陇海线整条线路大部分都分布在我国的西北和华北地区，然而在这片广阔的土地上，分布着大量的湿陷性黄土铁路路基，同样的情况也出现在我国的宝中线、宝兰线、兰新线和兰青线等铁路线路。这些湿陷性黄土主要为天然形成，在干燥的情况下它的强度很高，很难进行压缩，然而一旦遇水后，水会迅速地钻入黄土内部的空隙里，这时的黄土就会迅速变形。

技术人员通过对黄土样本的实验分析后得出，黄土内部的天然的孔隙和含有的易溶盐使得黄土在遇水后会迅速的变形甚至塌陷。大量的可溶盐经过日晒后浓缩在较大的孔隙四周，这使得黄土颗粒之间加大了摩擦力，这时的黄土是不易滑动的，外加重力作用，黄土被实实的压实，此外，碳酸钙等物质同时会发挥粘结的作用，使得黄土在干燥时具有强度高、压缩性低等特点。但是，一旦有水进入黄土土层后则会发生极大的变化，附着在孔隙四周的胶结盐等物质会迅速的溶解，从而降低了黄土土层之间的联结强度，外加受到重力的作用，以及建筑在黄土土层之上的建筑物的重力影响，孔隙之间原有的组织被破坏，土层之间的滑动现象出现，孔隙的面积不断缩小，黄土杏儿被压实，湿陷现象从此开始。在这种路基上面行驶列车，在行驶速度较低时，对行驶基本不会产生负面影响，然而，当代列车的行进速度在不断的刷新，行驶速度远远超过了以往，这时在黄土湿陷性路基上行驶，机床的表层部位则会严重的影响列车行驶。

2 如何对湿陷性黄土路基进行正确施工

2.1 面对湿陷性黄土路基的总体方向

面对遇水后极易塌陷的黄土路基的状况，国内以及国外许多专家都进行了许多技术试验，寻求更好的施工技术来整治黄土路基的湿陷性，加强其稳固性。因为，很多施工在黄土路基之上的建筑在遇水后会发生路面变形，使得建筑物受到破损。专家在经过试验总结后发现，面对这一状况，若在黄土路基上进行施工，应当在第一时间找到入侵到黄土土层内部的水的来源，并对其实行堵截，使得外部的水不能够在流入土层内部；然后对受到流水入侵的黄土路基采取经济、可靠的加固措施，保持黄土土层的稳固性、增加黄土路基的受压能力。

一般来讲，面对质地较为松软的路基，人们在施工中有很多可采取的有效措施，比如：进行、碎石桩、旋喷桩、灰砂桩以及加入土工格栅等或是将小面积的松软黄土换成质地更为坚硬的土。但是，这些方法只适合公路或铁路进行线路施工之前进行。然而，有些地方的路基在经过多年的自然环境侵蚀下，或者通车多年后才发现路基软有湿陷现象发生，原有的组织结构被破坏，线路受到变形。这种情况下，若要对其进行整治施工则较为困难，因为一旦对线路进行整治施工就会影响到整条铁路的运营情况。

2.2 劈裂压浆技术的原理

每一条铁路的线路极其周边的情况各不相同，所以在对不同的湿陷性黄土路基进行整治的方式也不尽相同，应当对每条线路、材料进行仔细分析和查看。并且，在面对湿陷性黄土铁路路基时，应当针对其运营列车的特殊性质，应当全部或者最大可能的消除湿陷特性。

直至路基的厚度被极致压缩或者达到饱和自重压力外加地面的附着压力数值小于等于此处的路基的初始压力，此时湿陷性的路基已经被完全消除了。路基的湿陷性主要是由土层的厚度和被水侵入的面积大小决定的，所以应当把路基地面下的自重湿陷性黄土全面进行整治。

面对非自重湿陷性黄土路基，分系数等级处理。一般情况下，Ⅰ级湿陷性黄土不予进行整治；当需要整治的土层厚度1.0至1.5m为Ⅱ级，值得一提的是，在厚度小于1.0m也应当进行整治，因为它也会对地面上的建筑造成危害；党费需要整治的土层厚度1.0至2.0m之间时为Ⅲ级；当需要整治的土层厚度在2.0至3.0m时为Ⅳ级。

以下，将重点以陇海线展开对湿陷性黄土路基的铁路路基建设为例，着重介绍劈裂压浆技术来针对湿陷性的路基有效整治。劈裂压浆技术遵循了路基的最小主应力面和堤轴线的方向保持相同的规律。以土体水力劈裂原理，沿线路纵向布孔，在压浆压力下，以适宜的浆液为能量载体，有控制地劈裂路基，在路基形成密实、竖直、连续、一定厚度的浆液防渗固结体，同时与浆脉连通的所有裂缝、洞穴等隐患均可被浆液充填密实，从而提高基床表层土体稳定性。

3 劈裂压浆技术的应用

3.1 工程的概况

著名的陇海线天兰复线在完工通车后仅一年后，铁路路基就被雨水侵蚀导致了吸线路路基出现了变形情况。在05年后，技术人员就对此段线路进行了整治，劈裂压浆技术发挥了极大作用。先后进行了桥头、隧道等不同地段的湿陷现象进行了压浆整治施工。

3.2 劈裂压浆的过程

（1）鼓泡压密阶段。浆液进入土体形成浆泡并向外扩张，使浆泡土体中引起复杂的径向和切向应力系统，紧靠浆泡处的土体遭受严重的破坏和剪切，并形成塑性变形区，使土体挤密。（2）劈裂阶段。浆液在压浆压力作用下，先后克服地层的初应力和抗拉强度，使其沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂，浆液由此切人，挤密土体，并与土体发生物理和化学作用，形成作为骨格的浆脉。（3）被动土压力阶段。通过前两阶段的作用，土体得到初步加固，土中的软弱面、孔隙及裂隙都被填充满，此时浆液在较高压力作用下，克服土的被动土压力，挤密土体使其固结，同时浆脉周围的土体也被压密，形成了以浆脉网络为骨架的复合固结土体。

3.3 如何准确计算压浆应力

（1）砂和砂砾石地层 可按照有效应力的库仑一莫尔破坏标准进行计算：

由于压浆压力的作用，使砂砾石土的有效应力减小。当压浆压力pe达到下式时，就会导致地层的破坏：

随着孔隙水压力的增加，有效应力就逐渐减小而至与破坏包线相切，此时表明砂砾土已开始劈裂。

劈裂压浆施工前，先是在基础的外侧周围布设灰土桩作为帷幕，然后在灰土桩的内侧靠近基础一边布设压浆孔。灰土桩的作用有三个：（1）起帷幕作用，防止劈裂压浆的浆液外窜，使浆液能够进入到基础底。（2）与劈裂压浆的浆液一起，形成一道防渗墙，阻止基础以外的水入浸路基。（3）分担部分路基的附加应力，提高路基承载力。

3.4 施工中应注意的细节

下面仅提出几个与此相关的问题：

3.4.1 有些浆材特别是化学浆材具有明显的蠕变性，在恒定荷载长期作用下，压浆体将随时间而产生较大的附加变形。

3.4.2 当压浆目的为防渗时，所需浆材的强度仅以能防止水压把孔隙中的结石挤出为原则，这种情况下起作用的是结石的抗剪强度。按照抗剪破坏的原则，并假定土孔隙为有规则的平直面，如图，则抵抗水压力所需的抗剪强度为：

C=p×d/（2L） （5）

式中 C-浆液结石与孔隙壁面问的粘结力；

p-地下水的渗透压力；d-孔隙高度；L-压浆体长度。

今设p=10kg/cm2，d=0.51.0cm，L=100cm，代入上式得结石维持稳定所需的c值为0.025～0.05kg/cm2，此值很容易为低强度粘土水泥浆所满足，而无需采用较高强度的浆材。

4 结论

在对天兰线路基下沉病害的整治中，总共完成路基补强7000米，桥头沉陷治理16处。通过近一年的观察，加固效果明显。除个别路段出现了少量下沉外，补强处理后的路基稳定，压浆法加固湿陷性黄土路基无论是在经济还是技术上都是一种切实可行、高效、经济的方案。今后应扩大压浆法路基补强的应用范围，以确保天-兰铁路线的安全畅通。

参考文献

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